豐臺西站排風作業優化方案設計與實現

溫守強，徐嫣，吳東升，溫斌賓，丁正剛

(1.中國鐵路北京局集團有限公司 運輸部，北京 100860； 2.中國鐵道科學研究院集團有限公司電子計算技術研究所，北京 100081； 3.中國鐵路北京局集團有限公司 豐臺西站，北京 100070)

豐臺西站位于北京市豐臺區，屬于路網型編組站，是華北地區的重要樞紐，擔負著本地區及華東、中原、東北等地區車流終到解體、中轉、編組出發等車流組織任務[1]。2015年豐臺西站成為中國鐵路北京局集團有限公司(以下簡稱“北京局集團公司”)首個采用編組站綜合自動化系統(Synthetic Automation of Marshalling Yard，SAM)的編組站，運輸效率顯著提升，日辦理出入車最高可達近30 000車，日均解編能力可達17 000車。SAM系統是由行車作業、調車作業、貨車信息管理三大自動化設備組成的系統，實現了編組站運輸生產指揮的智能化、信息化和自動化[2-3]。目前，SAM系統已在包括豐臺西站在內的多個大中型編組站推廣和應用，其技術和裝備水平先進，使得編組站的運輸效率大幅提升，保障了編組站的生產效率[4]。

在編組站日常生產作業過程中，SAM系統主要面向的是作業指令編制和執行，以獲取到的數據信息為依據編制各項作業計劃，按需進行作業計劃的調整，并實現統計報表的自動生成與上傳。但SAM系統目前在信息共享、作業單據電子化傳遞等方面仍有較大的提升優化空間，如需進一步加強與現場作業人員的信息互饋功能，簡化信息傳遞流程，細化對作業人員的分工管理，完善編組站內生產作業的信息統計。為進一步完善SAM系統，改進系統在排風作業過程中電子化傳遞方面的缺陷，北京局集團公司豐臺西站聯合中國鐵道科學院集團有限公司電子計算技術研究所，從SAM系統運用情況出發，結合豐臺西站現場作業實際，針對SAM系統排風作業信息互饋能力薄弱的問題，改進了排風作業模塊，結合移動作業手持終端進行應用，可以實現SAM系統排風作業模塊與排風作業人員間的信息實時傳遞，簡化傳統排風作業中作業通知單的繁瑣傳遞流程，有效提升編組站的運輸組織水平。

1 列車排風作業現狀及需求

1.1 現狀分析

列車排風作業是列車解體前的必要作業，在列車到達編組站到達場后，與貨檢、列檢等作業同步進行，需要排風制動員依據排風作業單，到達解體列車指定位置依次進行放風和拉風作業，將制動風管內的氣體完全排盡，列車才能進一步進行解體作業，排風作業的順利完成直接影響到調車作業計劃的順利執行，其效率水平的提升將有助于提升車站的運輸組織效率。排風作業計劃是排風制動員進行排風作業的具體依據，通常以紙質通知單的形式傳遞給現場作業人員，為實現排風作業通知單的傳遞，需要排風制動員往返于作業現場和值班室親自取送排風作業通知單，傳遞效率低下。目前豐臺西站排風作業主要存在以下幾點問題。

（1）作業人員勞動強度高，排風作業效率有待提高。受限于作業通知單的傳遞方式，排風作業人員每次領取到一張作業通知單，完成一列車的排風作業后，需要返回值班室領取下一列待排風列車的作業通知單，頻繁往返于兩地之間，徒增了作業人員的勞動強度，大量時間浪費在走路過程中，真正用于作業的時間被嚴重壓縮，作業效率不高也造成了到達場整體的接車能力受限。此外，取作業通知單途中需橫越線路時，也存在一定的安全隱患。

（2）缺少對排風作業的量化統計，不利于進行績效評判和責任追溯。由于沒有建立體系化的排風作業管理規范，且缺乏信息化的記錄手段，目前排風作業的具體信息存在記錄不準確或缺失的情況，如作業的開始時間、結束時間和作業人員信息等，車站難以對作業人員的工作量進行統計，也難以形成安全管理追溯制度。

（3）排風作業變更信息傳遞滯后，影響作業效率。當排風作業計劃發生變更時，目前是通過對講機的形式傳遞變更通知給排風作業人員，作業人員重新返回值班室領取作業通知單，再返回現場。若更新后的計劃單傳遞不及時，排風作業人員已按照更新前作業通知單對需解體列車進行過排風操作，此時還需要依據更新后計劃單進行二次作業，大大增加排風作業時間，同時加大了排風員的工作強度，影響列車的解體作業。

1.2 需求分析

基于對豐臺西站排風作業現狀分析，可知完善SAM系統排風模塊功能、提高排風作業效率的關鍵在于提高作業通知單的傳遞效率。目前，在鐵路專業內，信息無線化、電子化傳遞已在一些領域取得了成功的經驗，如貨運票據的電子化工程已初步實現，鐵路站車客運信息無線交互系統已建設完成[5]，列車編組順序表電子化傳遞系統已構建完成[6-7]，以上電子化實踐均為研究提供了一定的借鑒意義和技術支撐。此外，除技術支撐外，完善SAM系統排風模塊還需結合運輸生產實際，依據鐵路信息化、智能化建設規劃展開設計。具體需求包括以下4個方面。

（1）作業通知電子化傳遞。有必要取消作業通知單紙質化的傳遞過程，改為無線通信網絡的傳遞方式，依托手持機APP智能應用的開發，實現實時推送、更新排風計劃詳情功能，以便現場調車組作業人員及時獲取信息進行排風作業。

（2）作業過程實時反饋。在改進作業通知單信息正向傳遞給作業人員的同時，需進一步加強現場排風作業人員的信息逆向反饋能力，通過手持機APP實現反饋作業開始、作業完成、報點等信息的功能。

（3）作業信息提示。為便于排風作業人員及時掌握計劃詳情及變動情況，盡快開展作業內容，需設置作業計劃提示功能，以語音提示和彈窗的形式推送到作業人員手持終端。

（4）建立排風數據共享機制，開發統計分析功能。在完善SAM系統排風模塊的同時，應著重注意相關規范和技術標準，充分考慮與車站作業相關的調度、列檢、機務等系統的互聯互通，保證運輸生產信息在車站內部以及相關系統之間快速、準確地傳遞、共享，為系統的智能化、自動化、集約化提供數據支撐。同時利用SAM系統自身采集或收集的大數據信息，開發拓展運輸生產指標、調機運用效率、計劃兌現、車流預警、能力查定、人員工作量等統計分析功能，為生產及管理決策、績效評定、安全管理追溯等提供記錄參考[8]。

2 方案設計

2.1 解決方案

為解決豐臺西站排風作業流程中存在的問題，提出充分利用豐臺西已建成的無線通信網絡基站，開發與SAM系統信息數據聯通的APP應用，同時為排風作業員配備手持移動作業終端，在移動作業終端上安裝APP，通過APP查詢排風作業計劃，進行排風作業的通知、反饋和聯控，從而進一步規范排風作業，提升編組站崗位間互控水平，保障作業安全、提高工作效率、減少人員勞動強度。為實現目標，基于完善原SAM系統的思路，補強SAM系統排風作業功能模塊，增加信息傳輸處理平臺以及移動作業APP。排風計劃信息交換通信系統構成如圖1所示。

圖1 排風計劃信息交換通信系統構成Fig.1 Structure of exhaust plan information exchange communication system

移動作業終端通過站內無線網絡訪問信息傳輸處理平臺，信息傳輸處理平臺連接SAM系統排風作業模塊，讀取排風作業計劃并轉發數據，移動作業終端實時接收排風計劃進行作業，移動作業終端報點信息通過原路回寫SAM系統，解決排風作業人員在作業過程中接收排風計劃和實時報點不方便等問題，為提高作業效率、確保作業人員人身安全提供技術支持。

2.2 流程設計

在上述解決方案條件下，排風作業流程可分為計劃傳遞階段、作業執行階段和作業完成階段，排風作業流程如圖2所示。

圖2 排風作業流程Fig.2 Procedure of exhaust operation

（1）計劃傳遞階段。SAM系統依據站存車情況、日班計劃和階段計劃編制排風作業計劃并傳遞給信息傳輸處理平臺，平臺對排風作業計劃信息進行必要處理，按場別通過排風作業APP傳遞排風計劃給不同場別的排風作業員；平臺和APP在接收到排風作業計劃后分別利用MD5算法生成校驗碼，核對兩校驗碼，若校驗碼不一致還需SAM系統重新傳遞排風作業計劃信息[9]。

（2）作業執行階段。排風作業APP計劃頁面顯示排風計劃摘要信息，排風作業人員按照分工選擇是否認領作業，認領成功后，APP將更新該排風作業計劃的狀態為已認領，并經信息傳輸處理平臺，依據數據交換接口規范傳輸給SAM系統，SAM系統記錄該排風作業的執行信息[10]。排風作業人員可對已認領的作業進行取消認領操作，取消認領成功后，APP將更新該排風作業計劃的狀態為待認領，經信息傳輸處理平臺傳輸給SAM系統，SAM系統記錄該排風作業的執行信息。

（3）作業完成階段。排風作業人員在現場完成排風作業計劃內容后，可以在APP上操作點擊完成作業，APP將更新該排風作業計劃的狀態為已完成，經信息傳輸處理平臺給SAM系統，SAM系統記錄該排風作業的完成信息，接收APP的作業報點信息，排風作業完成。

3 系統功能

3.1 系統功能設計

完善后的SAM系統排風作業優化方案功能框架如圖3所示，其主要包括SAM系統排風作業模塊、信息傳輸處理平臺、移動作業終端APP[11]。

圖3 SAM系統排風作業優化方案功能框架Fig.3 Function framework of exhaust operation optimization scheme with SAM system

3.2 SAM系統排風作業模塊

針對SAM系統排風作業模塊進行了改造，增加排風計劃編制、排風計劃傳遞、排風作業統計分析和排風作業取消報點功能。

（1）排風作業計劃編制。在傳統人工編制基礎上，開發了排風計劃智能預編制功能，可以依據設定的計劃編制原則，結合站場股道、列車編組等實際信息，經算法流程獲取到排風預編計劃，編制人員只需核對預編計劃，針對部分計劃內容修改即可，無需進行人工編制，節省了大量人工編制的時間。

（2）排風作業計劃傳遞。SAM系統可以通過信息傳輸處理平臺向移動作業終端正向傳遞排風作業計劃詳情，作為排風作業的參考依據。信息傳輸處理平臺起到了中間橋梁作用，平臺在收到計劃信息后會進行一次MD5算法校驗，APP在收到平臺傳輸的計劃信息后也會進行一次MD5算法校驗，若兩次MD5碼不一致，說明數據在傳輸過程中發生了丟失或損壞，SAM系統需要重新傳遞排風計劃信息。

（3）排風作業統計分析。移動作業終端的應用增強了作業人員向SAM系統傳遞信息的反饋能力，增加了SAM系統對反饋信息的記錄、統計及分析功能，記錄的信息包括每一排風作業計劃的計劃內容、開始時間、結束時間、作業人員信息以及執行過程中的狀態變化信息，為編組站生產作業統計、人員績效統計、作業質量分析等提供依據。

（4）排風作業取消報點。對于移動作業終端已完成報點的排風作業計劃，可能因站存車情況變動等原因導致調車作業計劃變更，此時在SAM系統客戶端可以進行取消報點操作，并重新將更新后的排風作業計劃傳輸至信息傳輸處理平臺，平臺依據變更信息及時傳遞給相應的作業人員移動作業終端上。

3.3 信息傳輸處理平臺

信息傳輸處理平臺作為排風計劃信息傳遞的中轉站，主要發揮數據轉換、數據校驗、數據異常處理的功能。

（1）數據轉換。信息傳輸處理平臺從SAM系統端和移動作業終端獲取源數據時均要進行數據轉換工作。基于相關接口規范和業務需求，數據轉換的內容包括格式和類型轉換、數據翻譯、數據匹配、數據聚合以及其他復雜計算等，并滿足后續數據傳輸和使用的需要。

（2）數據校驗。由于數據源的數據質量有不可控性，所以必須要在信息傳輸處理平臺中進行必要的數據校驗工作。對于文件接口的數據檢查，主要從接口數據的及時性、完整性和正確性3個方面進行檢查，平臺根據接收文件的時間、入庫是否異常等角度進行分析；數據傳輸過程中由于網絡等原因也可能造成數據丟失和損壞，通過校驗傳輸前后的校驗碼，判斷數據傳輸是否完整一致。

（3）數據異常處理。從SAM系統端和移動作業終端獲取數據的過程中，由于處理環節較多，數據處理復雜，容易造成數據不一致的情況。針對傳輸過程中數據信息不一致或缺失的問題，需要SAM系統端補傳相應的數據到信息傳輸處理平臺，移動作業終端應用中的數據再做相應更正，以保障排風作業計劃的正確性，減少作業返工。

3.4 移動作業終端

移動作業終端排風作業APP主要實現了用戶管理和作業管理2大功能模塊。

3.4.1 用戶管理模塊

用戶管理模塊用于對APP用戶進行賬戶管理，包括用戶登錄、日志查詢和用戶信息查詢功能。

（1）用戶登錄。可實現用戶認證登錄功能，在APP登錄界面分別輸入賬號和密碼即可進入系統界面。

（2）用戶日志查詢。每一用戶可對涉及本用戶的排風作業計劃詳情進行查詢，包括排風計劃內容變更、排風計劃狀態變更、排風計劃完成作業等，為作業人員現場作業提供依據。

（3）用戶信息查詢。在APP應用中，可查看當前登錄用戶的身份信息，包括賬號、用戶名、崗位名、場別等，以便排風作業人員進行身份核對。

3.4.2 作業管理模塊

作業管理模塊用于實現排風作業信息化、電子化的需求功能，有效連接SAM系統和現場作業人員的移動作業終端設備，保障排風作業的效率。

（1）排風作業認領和取消認領。APP應用在接收到排風作業計劃后，將每一排風計劃的詳細信息展示在頁面中，排風作業員依據車站值班員的分工指令，選取對應的排風計劃進行認領，即表示該計劃已被認領，遵循一個計劃只能由一個用戶認領的原則設置卡控，其他排風作業員不可重復認領。在實際認領過程中，可能會出現錯誤認領的情況，導致實際作業人員無法認領該排風計劃，因此，APP應用排風計劃取消認領功能，以維持排風作業順暢進行。

（2）排風作業完成和報點。排風作業員在完成排風作業后，通過APP應用可一鍵完成作業，APP同時向SAM系統發送作業報點，實現作業完成信息的實時傳遞，以便列車進行下一步解體作業。

（3）作業計劃更新提示。作業計劃更新提示主要用于調車作業計劃發生變化的情景下，APP端可接收到來自于SAM系統的語音提示，提示內容具體包括更新的計劃號、車次、更新內容等。

4 系統應用效果

目前，SAM系統排風作業模塊已經完成開發，自2022年5月20日開始在豐臺西站上線運行，經過不斷查找系統應用中在編制計劃和現場使用中存在的問題，逐一進行分析并研究出相應解決方法。現該系統應用安全穩定，已經在運輸生產中發揮了積極的作用。SAM系統排風作業模塊的使用也大大降低了排風作業人員的勞動強度，每班摘管次數大幅度減少，由原來每班摘管5 000余次銳減為1 000余次；每列平均排風作業時間由原來的30 min縮短為17 min，降幅43.3%，大大提高了到達場排風作業效率。

為準確掌握移動作業終端APP的實際應用狀況，有序推進該系統應用的持續深入，對排風計劃的利用率指標進行檢測統計，排風計劃利用率指標計算方式為

式中：ρ為排風計劃利用率，%；SJ為實際使用移動作業終端中排風計劃的列車數，列；SR為實際解體列車數，也是執行排風作業的次數，列。

統計2022年11月10日—2022年11月15日期間的數據，豐臺西站到達Ⅰ場排風計劃執行情況如表1所示，豐臺西站到達Ⅱ場排風計劃執行情況如表2所示。

表1 豐臺西到達Ⅰ場排風計劃執行情況Tab.1 Exhaust plan implementation of yard Ⅰ in Fengtaixi Station

表2 豐臺西到達Ⅱ場排風計劃執行情況Tab.2 Exhaust plan implementation of yard Ⅱ in Fengtaixi Station

從表1和表2中可知，統計期間排風計劃利用率普遍在85%以上，不同班組的利用率有所差別，與每一班作業班組人員的作業習慣、班組長是否要求等因素有關，一些班組的利用率達到100%。具體地，豐臺西到達Ⅰ場計劃利用率96.1%，到達Ⅱ場計劃利用率93.2%，全站整體計劃利用率為94.7%，說明移動作業終端 APP認領、完成、報點的作業新方式已經被排風作業班組所接受。排風計劃移動作業終端APP的投入使用，對改善排風作業現狀起到了積極作用。

5 結束語

通過開發排風作業移動作業終端應用和構建排風計劃信息傳輸處理平臺，為排風移動作業終端提供安全可靠的信息傳輸通道，實現站內排風作業計劃的電子化傳遞。從豐臺西站試運行情況看，該系統可靈活適用于計劃編制、作業下達、作業變更、作業報點等各類場景，有效減少了平均每一列車排風作業時間，有利于提升編組站接車能力和解體能力，同時也降低了編組場調車組和出發場列檢人員的作業強度。目前系統運行平穩，下一步將繼續改進系統技術方案，完善系統應用相關管理制度，該系統未來將有望完全替代既有的排風作業方式。