双线电气化铁路综合维修“天窗”开设相关问题研究.pdf

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1、西南交通大学硕士学位论文双线电气化铁路综合维修“天窗”开设相关问题研究姓名：赵鹏申请学位级别：硕士专业：交通运输规划与管理指导教师：黄兴建20080601西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页摘要近几年来，随着铁路跨越式发展和铁路体制改革的进一步深入，铁路运输正向着高速、重载、高密度方向迈进，行车设备维修养护方式也随之发生了巨大的变化。随着全国铁路第六次大提速的实施，列车追踪间隔时间的进一步缩短已经使利用列车间隔时间进行设备养修的方式遭到了彻底淘汰，在新的形势下，如何开好和用好“天窗”，不断解决“天窗修实施中的一些问题，提高设备养修质量，充分发挥运输能力，是迫切需要研究的问题。因而本文在借鉴国

2、内外相关研究成果的基础上，根据我国的实际情况，对双线电气化铁路综合“天窗 开设相关问题进行研究分析，运用系统工程、运筹学、铁路行车组织等相关理论，主要对综合维修“天窗 合理开设时间和开设方式进行研究。本文的主要研究内容包括以下几部分：从天窗用途、开设部门和开设形式三个方面分析和总结综合天窗开设的类别，并对各种天窗特点和适应性进行分析。运用类比和数学建模等方法，从维修和施工两方面探讨合理的天窗开设时长；对列车合理开行时间范围和天窗开设时段的关系进行分析，并对各种等级旅客列车赋于相应列车权重，通过对列车运行图铺画时间的计算，确定因天窗开设而无法开行的旅客列车所对应的列车权重代数和最小的时段为天窗开

3、设最佳时段。深入分析综合“天窗 开设与行车组织、安全管理、施工作业等方面的相互关系和影响，采用类比、定性分析与定量计算相结合的方法，建立天窗方案比选的评价指标体系，提出基于区间数的层次分析法，对综合天窗开设进行比选研究。以郑西客运专线为实际案例，首先结合郑西客运运输组织特点，对可能适用的天窗方案进行初步分析，确定备选方案。然后通过实际调查和数学计算等方法，建立各方案对于评价准则的判断矩阵，最后利用基于区间数的层次分析法对天窗开设方案进行比选，确定最佳方案。关键词电气化铁路；“天窗”修；天窗时间；方案比选西南交通大学硕士研究生学位论文第1 I 页l _ _-_-_ l _-_ _-_ _ _ _

4、，一A b s t r a c tW i t ht h ei m p r o v e m e n ta n dr e f o r m a t i o no fs y s t e mo fC h i n e s er a i l w a y,t h er a i lt r a n s p o r t a t i o ni sd e v e l o p i n gi n t oh u g ec a p a c i t y,h i g hs p e e d，h i g h d e n s i t yw h i l et h es y s t e mo fm a i n t e n a n c eo

5、fr a i le q u i p m e n th a su n d e r g o n eat r a n s f o r m a t i o n A st h es i x t hr a i s i n gs p e e do fr a i l r o a di no u rc o u n t r y，t h et r a d i t i o n a ls y s t e mo fm a i n t e n a n c eb yi n t e r v a lo ft r a i nh a sb e e ne l i m i n a t e db yt-h es h o r t e n e

6、 di n t e r v a l so ft r a i nt r a c i n g I nt h i ss i t u a t i o n，h o wu s et h em a i n t e n a n c es k y l i g h tm o r ee f f e c t i v e l ya n ds o l v et h ep r o b l e mo fm a n a g e m e n to ft h em a i n t e n a n c es k y l i g h th a v ec o m et om o r ea t t e n t i o n B yr e e

7、 f i n gt ot h ed o m e s t i ca n do v e r s e a ss t u d yr e s u l t s，t h r o u g hi n v e s t i g a t i o no nt h es p o t，d i s s e r t a t i o nd e e p l ys t u d i e dt h et i m ea n dm o d eo fM m n t e n a n c e s k y l i g h tb yu s i n gb o t h o fq u a l i t a t i v ea n a l y s i sa n

8、dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i sm e t h o do fS y s t e m sE n g i n e e r i n gt h e o r y，O p e r a t i o n a lR e s e a r c h，t h et h e o r yo fr a i lt r a v e l i n go r g a n i z e T h ec o n t r i b u t i o n so ft h i sd i s s e r t a t i o nm a i n l ys u m m a r i z e da sf o l l o

9、 w i n g 1、T h ed i s s e r t a t i o ns u m m a r i z e dt h es o r to fM a i n t e n a n c e s k y l i g h ta c c o r d i n gt ot h ep u r p o s e，t h ed e p a r t m e n t，t h es t y l e，a n da n a l y z e dt h ec h a r a c t e r i s t i ca n dt h ea d a p t a b i l i t yo fM a i n t e n a n c e s

10、 k y l i g h t 2、T h er e a s o n a b l ee x t e n to ft i m eo fM a i n t e n a n c e-s k y l i g h tw a sd i s c u s s e da i m i n ga tm a i n t e n a n c ea n dc o n s t r u c t i o nb yu s eo fA n a l o g ya n dM a t h e m a t i c a lM o d e l i n g I tw a sa s c e r t a i n e dt h a ti st h eo

11、 p t i m u mp e r i o do ft i m eo fM a i n t e n a n c e s k y l i g h tf r o mw h i c hi n t e r f e r e n c et op a s s e n g e rt r a i ni st h eb e s tt r i v i a lo n eb yS t i m u l a n tD r a w i n gR a i l w a yT r a i nD i a g r a m s 3、t h ed i s s e r t a t i o nd e e p l ys t u d i e dt

12、 h ei n t e r a c t i o ne f f e c tt h a to r g a n i z a t i o no ft r a i no p e r a t i o n，s a f e t ym a n a g e m e n t，c o n s t r u c t i o nb r i n g sb yu s e o fA n a l o g y，q u a l i t a t i v ea n a l y s i sa n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i st oe s t a b l i s ha ne v a l u a

13、 t i o ni n d e xs y s t e mf o rM a i n t e n a n c e s k y l i g h ts c h e m ea n dp u tf o r w a r dt h eA n a l y t i cH i e r a r c h vP r o c e s sb a s e do nu n c e r t a i nn u m b e rt os t u d yo ns e l e c t i o no fM a i n t e n a n c e s k y l i g h ts c h e m e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 II 页

14、4、A n a l y z i n gt h ep o s s i b l yf i ts k y l i g h ts c h e m ea c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c sf o rt r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o no fZ h e n g X ip a s s e n g e rli n e，a s c e r t a i n i n gc a n d i d a t e s A f t e re s t a b l i s h i n gt h ej

15、 u d g m e n tm a t r i x e sf o re v e r ys c h e m et h r o u g hi n v e s t i g a t i o no nt h es p o ta n dm a t h e m a t i c a lc a l c u l a t i o n，t h ed i s s e r t a t i o ns e l e c t e dt h eo p t i m u ms k y l i g h ts c h e m eb yt h eA n a l y t i cH i e r a r c h yP r o c e s sb a

16、 s e do nu n c e r t a i nn u m b e rK e yw o r d s：E l e c t r i f i e dR a i l w a y；M a i n t e n a n c e s k y l i g h t；T i m eo fM a i n t e n n a n c e s k y l i n g h t；S e l e c t i o no fs c h e m e西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南

17、交通大学可以将本学术论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1 保密口，在年解密后适用本授权书；2 不保密囤，适用本授权书。指剥币涉若起日期加。留t 石t 7易墨，铄肜者江删吖姊少敝J西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。：纱砖尸己月加西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页第1 章绪论1

18、 1 选题背景及意义自从1 9 6 1 年我国建成宝鸡至凤州间第一条电气化铁路以来，“天窗修”这种行车设备维修制度就开始在我国铁路实行。在随后的时间里，由于我国铁路当时行车密度和速度相对较低，“天窗修”还仅限于在电气化铁路必须停电检修接触网时才使用，其它部门如工务、电务都是利用列车间隔进行设备维修作业。进入9 0 年代，随着大型化养路机械在全国铁路的广泛使用，“天窗修开始在更大的范围内推行1 2】，但大部分日常的维修保养作业，仍然是利用列车间隔进行。l9 9 7 年4 月1 日到2 0 0 4 年4 月l8 日，我国铁路先后进行了5 次大提速。经过五次提速后，铁路货运列车的最高运行时速达到了1

19、 2 0 公里，旅客列车最高时速从1 2 0 公里提高到2 5 0 公里，1 6 0 公里以上的提速线路达到7 7 0 0公里 3】，繁忙干线旅客列车追踪间隔时间缩小至7 分钟【4】。列车重量、速度的提高和列车运行间隔时间的缩短已经使绝大多数的区段无法再利用列车间隙进行设备维修、施工作业，为了确保行车和维修、施工作业的安全，铁道部从2 0 0 5 年开始在全路强制推行“天窗修”制度p j。作为缓解行车设备用修矛盾的重要措施，“天窗修 制度从在我国铁路实行以来，对于确保铁路行车安全、提高行车设备维修保养质量起到了积极的作用。但是，在具体的实施过程中，“天窗修 在一直存在着很多需要不断解决的问题【

20、6】【2。关于“天窗修”的争论和讨论从来都没有停止过，如何开设好天窗，如何更有效地发挥“天窗修 的作用一直是有关学者和铁路行车部门关心的问题。近年来，随着铁路跨越式发展和铁路体制改革的深入，铁路运输在高速、重载、高密度方面发展的步伐进一步加大。2 0 0 7 年4 月1 8 日，全国铁路实施了第六次大提速，时速2 0 0 公里线路延展里程达到6 0 0 3 公里，分布在京哈、京沪、京广、陇海、武九、浙赣、胶济、广深等干线，其中京哈、京广、京沪、胶济线部分区段时速达到2 5 0 公里。时速1 2 0 公里及以上线路延展里程达到2 2 万公里。其中，时速1 6 0 公里及以上提速线路延展里程达到1

21、 4 万公里，分布在京哈、京沪、京广、京九、武九、陇海、浙赣、兰新、广深、宣杭等干线 2 l】2 2 2 3】2 4】【2 5】。提速之后，动车组列车追踪间隔时间缩短至5 分钟，京广、陇海、京九等主要干线旅客列车追踪间隔时间为6 分钟，货物列西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页车间隔时间为7 分钟。其它双线自动闭塞区段旅客列车追踪间隔为7 分钟，货物列车追踪间隔时间为8 分钟【2 引。部分线路客货列车开行数量超过了1 4 0对【2 7 1。上述的变化对铁路行车设备养修工作提出了新的要求，列车追踪间隔时间的进一步缩短已经使利用列车间隔时间进行设备养修的方式遭到了彻底淘汰，“天窗修”必然要作为一

22、项长期的设备养修制度存在下去。在新的形势下，如何开好和用好“天窗”，不断解决“天窗修”实施中的一些问题，提高设备养修质量，充分发挥运输能力，是迫切需要研究的课题。本文选择电气化铁路“天窗修”设置相关问题作为研究内容，具有重要的现实意义。一方面，电气化铁路“天窗修”开设要考虑供电设备的检修问题，涉及的部门和检修作业项目多，具有代表性。另一方面，我国目前正在大力发展电气化铁路。据统计，截止2 0 0 7 年底，我国电气化铁路通车里程达到2 5 5 万公里，电气化率达到3 2 7【2 8】；而根据中长期铁路网规划，“十五 期间，我国铁路将建设新线1 7 万公里，其中客运专线7 0 0 0 公里；建设

23、既有线复线8 0 0 0 公里；既有线电气化改造1 5 万公里。2 0 1 0 年全国铁路营业里程达到9 万公里以上，复线、电化率均达到4 5 以上【2 9 1。到2 0 2 0 年，我国运营铁路电气化率将达到5 0，电气化里程将达到5 万公里，承担的铁路运量比重将达到8 0。电气化铁路是我国铁路目前以及未来铁路建设发展的方向，电力牵引将承担铁路的主要运输任务【3。电气化铁路投产后必然要面对行车设备的维修保养问题，“天窗修 的设置与实施正是需要解决的最重要的问题之一。因此，本文的选题具有广泛的现实基础和应用前景。1。2国内外“天窗修开设和研究现状1 2 1 国外部分对行车设备的养护维修，日本、

24、法国、德国等国家是将各专业的相关作业纳入综合维修天窗的组织方式。根据不同的设备和运营特点，各国维修天窗的设置形式、时间及维修计划的制定方法也不尽相同【3。在线路作业高度机械化的西欧、北美和日本等国，普遍采用大型养路机械对线路进行清筛、捣固、钢轨打磨等全方位的养护维修作业【32 1，线路大修天窗一般为6 小时以上或全天封闭，线路维修天窗也在3 小时以上。具体情况如下：前苏联铁路规定线路大修天窗为4 6 小时，线路和供电设备综合维修天窗为2 小时l j 川。西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页奥地利的线路大修一般采用夜间开天窗先进行清筛，然后集中几天换枕、换轨。一般性的维修，根据列车情况或夜间开

25、天窗或白天开天窗施工，天窗时间有一周的长期封锁，也有短期的一昼夜封锁【3 4 1。日本新干线在夜间0：0 0-6：0 0 间设置垂直天窗，线路双方向同时中断行车，不存在邻线列车干扰的问题，作业效率较高，不过，由于作业前准备和作业完成后确认状态和检查线路等辅助时间，实际用于养护维修作业的时间约4 小时。法国T G V 高速线在2 3：3 0 6：0 0 设置“矩形天窗，实际维修作业3 4 小时，作业时双线同时中断行车。白天还利用列车间隔安排1 1 5 小时的“V形 天窗，用于道岔控制设备调整、润滑和步行巡道，线封锁时可利用区间渡线组织反向行车。另外，每年安排数次6 7 小时用于工作量较大的维修作

26、业。其基础设施维修计划按照长期、中期、短期3 个阶段来制定。德国铁路维修作业天窗安排在3：0 0 6：0 0 之间，由于其高速线实行客货混跑，夜间运行货车，晚间3：0 0 前快速货车基本已通过，维修时间内有少量低速货车运行，在此时间内采取一线维修一线反向行车的方式。对于需要长时间作业的维修工作，集中安排在不运行货物列车的周六、周日夜间进行。其基础设施维修计划按照预防修为主、故障修为辅的原则制定。总体上看，世界上一些发达国家，如日本、法国、德国等拥有高速铁路的国家，已经拥有几十年高速铁路运营的历史，主要通道拥有4 线甚至多线，繁忙干线普遍是客货分线运输【3 引。旅客列车开行均可安排在白天有效时间

27、段内，夜间基本没有客运需求，天窗也基本设置在夜间，维修时间充分，白天一般设置短时间天窗用于设备巡检，并可以通过平行径路安排列车分流。而在北美，铁路运能富余，且货运量远大于客运量，维修检测天窗时间比较长，客货运之间的矛盾和设备用修矛盾很小甚至没有【3 制。1 2 2 国内部分目前，我国铁路营业线路维修(施工)严格遵循“行车不施工、施工不行车”的原则，普遍采用综合“天窗修”制度，天窗设置按用途分为施工天窗和维修天窗。图定综合维修天窗一般开设在非双休日的白天，原则上电气化双线区段(上、下行分别计算)不少于9 0 分钟、单线区段不少于6 0 分钟；非电气化双线区段不少于7 0 分钟、单线区段每次不少于

28、6 0 分钟；技改工程、线路大中修及大型机械作业时开设的施工天窗一般不少于1 8 0 分钟u 川。天窗形式以“矩形”天窗和“V 形”天窗为主。针对铁路综合维修天窗开设的理论和实际应用方面的问题，从上世纪西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页8 0 年代以来，国内不断有学者展开研究。对于各种类型的天窗对铁路通过能力的影响研究，主要有：铁道部第二勘测设计院张华明(1 9 8 9)对双线电气化铁路自动闭塞区段开设“垂直”和“V 形天窗进行了分析比较，提出了通过能力扣除的计算方法【36 J；并在文献 3 7】、【3 8】中，通过对影响天窗开设时间的因素进行深入分析和量化计算，建立了天窗开设时间的数学优

29、化模型。北京铁路局刘波(1 9 9 0)用图解法分析研究“垂直 和“V 形 天窗对区间通过能力的影响，并通过对大秦线的实例分析，得出“为了减少天窗对区间通过能九的影响，双线自动闭塞电化区段，当供电臂长度较小，且比较均等时，宜采用V 形天窗，当区间较均等，区间运行时分与追踪间隔时分相差不大时，宜采用垂直天窗的结论【39 1。铁道部科学研究院张宝义(1 9 9 2)以客货混跑的重载双线铁路为研究对象，对大型机械维修天窗时间与施工效率、行车设备和行车组织方式的关系以及天窗对线路通过能力的影响等进行了分析【4。北方交通大学韩宝明等人(1 9 9 3)以大秦线为研究背景，采用运行图模拟和理论分析相结合的

30、方法，论证了电气化重载专线维修天窗的预留方式，并分析了各种天窗的预留方案对输送能力的影响H。北方交通大学杨肇夏、李菊等人(1 9 9 4)通过计算机铺画大秦线最大货物列车运行图，研究了适用于大秦线设备条件的综合“V 形”天窗的设计和比选问题，并根据大秦线近期、中期与远期运量的需要，分别提出了各个时期的维修天窗方案【4 2 j；西南交通大学许绍兴(2 0 0 2)在其硕士学位论文中，针对大型机械施工采用不同类型天窗对线路通过能力和客货列车旅行速度进行了深入的讨论和研究，总结出了垂直和“V 形”天窗的能力扣除以及受天窗影响的列车旅行速度计算公式 4 3 1。西南交通大学王迸勇等人(2 0 0 3)

31、在分析列车运行图结构的基础上，深入研究了繁忙干线“V 形 天窗的特点，建立了“V 形”天窗对线路通过能力影响的数学模型，并通过对“V 形天窗中影响线路通过能力的各影响因素进行灵敏度分析，得出“线路通过能力的扣除与天窗时间和天窗分段长度成正比，与货物列车速度、列车间隔时间成反比”的结论【4 4 1。西南交通大学殷勇等人(2 0 0 3)研究了“垂直 天窗对线路通过能力的影响，建立了计算通过能力损失的模型，并通过灵敏度分析后得出了“垂直天窗对线路通过能力的影响只与天窗时间和货物列车追踪运行间隔时间有关西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页的结论【45 1。北京交通大学魏瑜等人(2 0 0 4)通过

32、对“垂直”天窗占用运行图时间规律的研究，提出了在双线自动闭塞区段计算“垂直天窗占用运行图时间的计算公式。并设计通用的表格计算法，计算“垂直”天窗条件下天窗外损失的时间。通过计算得出结论：区段内车站增加到发线与增设中间站相比，后者产生的天窗外损失时间少；同时认为即使区段内区间运行时分都小于追踪间隔时间，也产生天窗外损失时间件引。郑州铁路局吴新光(2 0 0 4)通过对铁路繁忙干线上开设“垂直 和“V形”天窗对货物列车旅行速度的影响进行研究分析，总结了两种天窗影响货物列车旅行速度的一般规律【4 n。南京铁道职业技术学院邓永贵(2 0 0 5)利用技术作业图表，采用归纳的方法，分析了“V 形”和“垂

33、直形 天窗对双线自动闭塞电气化铁路车站到发线通过能力的影响，得出了扣除时间计算公式，并在此基础上提出计算车站通过能力的方法【4 8】49 1。对于客运专线维修天窗开设的研究，主要有：铁道科学研究院赵丽珍等人(2 0 0 2)以确保综合维修计划和行车组织之间的有机协调为出发点，结合京沪高速铁路客车开行方案，根据行车组织和设备维修作业对天窗的需求，经铺画运行图确定京沪高速铁路应采用“隔日单向矩形天窗【5。西南交通大学朱健梅等人(2 0 0 4)以武广客运专线为例，从列车运行时段分布频率着手，分析了跨线列车对夜间行车的需要，同时从运输组织和综合维修两个方面对各种天窗开设方式的特点进行了分析，最后通过

34、对各种天窗开设方式能力损失影响和多方面的比较，得出武广客运专线在夜间0：0 6：0 时开设“隔日单向矩形天窗的结论p。西南交通大学吴珏等人(2 0 0 5)针对郑西客运专线跨线列车和夕发朝至列车的实际运行组织要求，分析各种维修天窗开设方式对线路通过能力的影响，提出郑西客运专线应开设夜间0：0-6：0 0“隔日单向矩形天窗【52 I。西南交通大学董守清在其硕士论文中(2 0 0 5)以客运专线为研究对象，分析了高速客运专线维修作业需求和天窗时间需求，探讨了不同天窗开行方式对列车运行组织的影响规律，从无碴轨道结构和客运专线网的角度，比较系统地对我国客运专线综合维修天窗合理设置形式进行了分析，提出了

35、适合我国高速客运专线运输组织特点的综合维修天窗的合理设置方式，并针对具体的京沪高速客运专线，运用研究结论确定出合理的天窗设置方式【5 3 【5 4 1。西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页西南交通大学刘福华(2 0 0 5)通过分析铁路客运专线相邻区段维修天窗开设方式及时间对客运专线列车开行时段的影响，以郑武客运专线相邻专线采用的“矩形 维修天窗为例，对北京一郑州，武汉一广州及西安一郑州区段的天窗开设，对郑武客运专线列车开行时段的影响进行分析，得到郑武客运专线列车合理的开行时段p5|。铁道第四勘测设计院阂国水等人(2 0 0 5)对高速铁路主要设备维修作业内容及时间要求和京沪高速客流特点和客

36、车开行方案进行分析的基础上，研究了不同天窗方式及天窗开设时间对运输组织和设备配置的影响p6|。北京交通大学孙全欣(2 0 0 6)在其博士论文中提出了基于层次分析法的模糊评价模型，构造了各种形式天窗的评价体系，并以石太客运专线为实例进行了天窗方案比选p。铁道第四勘察设计院李超(2 0 0 6)从理论上分析确定了客运专线的天窗形式，在此前提下，从技术设备与运输组织两方面分析了客运专线开行“夕发朝至”列车的可行性，介绍了“夕发朝至 列车开行方法，并分析了对既有线运输组织的影响【57|。西南交通大学彭其渊教授在专著客运专线运输组织(2 0 0 7)中对客运专线综合维修天窗设置方法进行了比较系统的阐述

37、和研究，对天窗种类和开设方式进行了总结，深入分析了客运专线开设不同天窗时的行车组织特点、对通过能力的影响以及各自的适应性，并对武广客运专线综合维修天窗设置进行了实例分析p 引。其它关于维修天窗开设问题的研究，主要有：北京铁路局张乃恒(1 9 8 8)从经济合理性和运输能力的利用两方面分析了大型养路机械开天窗作业的最佳时间p 引。铁道第一勘察设计院徐秋菡等人(1 9 9 8)深入分析了维修天窗对通过能力的影响以及维修天窗与储备能力的关系，从工程设计的角度出发，提出了对线规修订中关于纳入天窗标准的建议。哈尔滨铁路局刘建明(2 0 0 6)对接触网“V”停作业时的电气干扰因素进行分析，提出安全防护措

38、施【6 1 1。西南交通大学陈焕云在其硕士论文(2 0 0 6)中，对天窗开设形式、天窗开设时段、不同线路运输组织特点下的天窗开设方案等方面进行了较为系统的研究。文章重点研究单线和双线铁路天窗设置问题，通过对天窗期间作业效率和通过能力的分析，提出了综合维修天窗开设的合理时间；在对各种类型天窗特点和不同线路行车组织特点进行对比分析的基础上，提出了我国单西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页线、双线及客运专线铁路天窗设置的原则，并通过实例分析，得出不同线路种类的天窗设置方案【34 1。西南交通大学罗建(2 0 0 7)通过建立维修天窗与列车开行方案之间的协调优化关系模型，得出理论上的最佳天窗时段就

39、是使列车合理开车时间段落在天窗时段内的概率频数最小的时段 6 2 1。西南交通大学岳文(2 0 0 7)以时速2 0 0k m h 的提速繁忙干线为研究背景，通过分析天窗设置对旅客列车开行产生的影响，建立数学模型，研究天窗设置与旅客列车开行之间达到最优的组合方案旧引。如上所述，很多专家学者针对铁路综合维修天窗开设问题进行了深入研究，但比较系统全面地研究“天窗修”设置问题的仍然很少，对于天窗时间选择、天窗方式选择等方面的研究都不够深入，特别是在天窗时段和天窗方式选择方面缺乏量化研究，没有形成量化的方法，仍然有很多问题需要进一步深入研究和解决。1 3 论文研究的内容通过以上的论述，我们知道，对综合

40、天窗开设的相关问题进行研究具有重要的现实意义，国内对该问题的研究成果虽然不少，但多数的研究者都只侧重其中的某方面。文献 3 4】、5 5】、5 8】的研究相对比较全面，但对于如何确定天窗时间和天窗开设方式的研究仍不够深入，没有把定性和定量的方法更好地结合起来运用到天窗开设问题的研究当中。本文将在前人研究的基础上，深入分析综合天窗开设与行车组织、安全管理、施工作业等方面的相互关系和影响，采用类比、定性分析与定量计算相结合的方法，运用系统工程、运筹学、铁路行车组织等相关理论，研究综合天窗的合理开设时间和开设方式。1 3 1 主要研究内容从天窗的用途、开设部门和开设形式三个方面分析和总结综合天窗开设

41、的类别，并对各种天窗特点和适应性进行分析。运用类比和数学建模等方法，从维修和施工两方面探讨合理的天窗开设时长：在分析列车的合理开行时间范围与天窗开设时段关系的基础上，通过对每种列车赋不同权值和对列车运行图铺画时间的计算，确定出天窗对列车开行影响数量与其权值之积的代数和最小的时段为天窗最佳开设时段。深入分析综合天窗开设与行车组织、安全管理、施工作业等方面的相互关系和影响，采用类比、定性分析与定量计算相结合的方法，建立天窗方西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页案比选的评价指标体系，提出基于区间数的层次分析法与带信任度的德尔菲法相结合的方法，对综合天窗开设方案进行比选研究。以郑西客运专线为实际案例

42、，首先结合郑西客运专线运输组织特点，对可能适用的天窗方案进行初步分析，确定备选方案。然后通过实际调查和数学计算等方法，建立各方案对于评价准则的判断矩阵，最后利用基于区间数的层次分析法对天窗开设方案进行比选，确定最佳方案。1 3 2 拟解决的关键问题不同类型天窗开设时长与维修作业效率以及通过能力的关系分析，以定性和定量结合的方法确定天窗的合理开设时长；确定天窗开设时段的优化方法，定量分析天窗开设时段对通过能力的影响差别；确定影响天窗开设的因素，建立天窗方案比选的指标体系；建立天窗方案比选的区间数判断矩阵，计算区间数判断矩阵权重并对区间判断矩阵进行一致性检验：通过实际案例检验所提出的天窗方案比选方

43、法的可行性。西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页第2 章“天窗 的分类及特点“天窗 是指列车运行图中不铺画列车运行线或调整、抽减列车运行为营业线施工和维修作业预留的时间 3 8 1。从不同的角度出发，“天窗”有以下分类。2 1 按“天窗”用途分类“天窗按照其用途不同分为综合施工天窗和综合维修天窗。综合施工天窗主要用于设备大中修、技术改造；大、中形养路机械施工以及供电、工务、电务部门根据设备状态纳入施工范围的施工和工程部门在营业线上的施工；综合维修天窗主要用于供电、工务、电务、车辆部门对行车设备进行检(维)修作业【35 1。2 2 按作业部门分类l、工务维修天窗工务维修天窗是指对影响行车安全的

44、线、桥、隧设备维(检)修作业以开设“天窗”的方式进行。其中包括线路日常维修养护作业、大、中修施工以及既有线的技术改造和新线接入等基建工程施工。2、接触网维修天窗电气化铁路需要对牵引供电系统进行经常性维(检)修，以保证列车运行安全。牵引供电系统的维修包括变电所，受电弓和接触网三部分，目前，我国电气化铁路大部分都采用双边供电，当相邻变电所出现故障或停电检修时，非故障变电所可通过分区亭闭合的断路器实现越区供电，所以变电所维修一般不会影响正常行车，而受电弓的检修一般在机车维修时一同进行，也不会影响到行车【l】。接触网维修分为停电维修和带电维修两种，停电维修必须开“天窗 作业【4 8 1。常见的接触网停

45、电检修作业包括调整、更换承力索、接触线和绝缘设备，检修、调整和更换软横跨及其附属装置，新增和更换支柱、锚段关节以及接触悬挂调整等等【6 4 1。3、电务维修天窗电务维修主要是对信号设备的维护和检修，主要包括日常维修、中修、大修三种作业，影响行车安全需开“天窗 进行信号设备维(检)修的作业主要有以下内容【o 刘：电源屏、电源接地和电缆的整修及更换，信号、联锁、闭塞设备的更换，西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页联锁关系变更和联锁电路修改，转辙器、减速器的分解、检查、更换等。4、红外探测设备维修天窗由于列车提速后列车间隔时间的缩短，繁忙区段的车辆红外探测设备的维修工作也无法利用列车间隔进行，

46、由于红外设备检修工作量相对较小，可纳入工务、供电或电务综合天窗进行作业【6 引。2 3 按开设形式分类天窗开设的最基本形式主要为“矩形”、“V 形”，本文将其它在此基础上衍生出来的天窗形式称为“混合形”天窗。各种天窗的特点分述如下：2 3 1“矩形”天窗纛，l 丢影图2 1 矩形天窗示薏图如图2 1 所示，在列车运行图中，在某一需要维修或施工的时段内不铺画列车运行线，形成一段“矩形”称为“天窗 的空白区域，在这一区域所代表的时间和空间内，相关部门可利用其进行行车设备的维(检)修。“矩形 天窗的优点是维修干扰少，双线电气化区段不受邻线行车和电气干扰，有利于大型维修(施工)、多工种联合或并行维修(

47、施工)，维修作业效率和安全度相对较高。其主要缺点是天窗区域内所有列车都要等候天窗，降低了列车的旅行速度，如果在天窗开设区段内，列车在区间运行时问远大于列车追踪间隔时间，区段内车站到发线数量将容纳不了数量众多的等待列车，会扩大天窗影响区，造成通过能力的额外损失。另外，“矩形 天窗开设在夜间，将对开行“夕发朝至”列车和有大量夜间跨线列车开行需求的区段产生影响。“矩形天窗对通过能力的的影响区域为Z，如图2 1 所示，当某双线自动闭塞区段开设一垂直天窗后，从天窗后端最靠近天窗的一列不需停车等待天窗的列车起，到天窗后端最靠近天窗的一列未被天窗影响的列车止，所西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页包围的

48、区域称为矩形天窗的列车影响区 4 5 1。2 3 2“V 形 天窗图2 2“V”形天窗下行方向示意图如图2 2 所示，图中为某区段下行方向开设“V 形 天窗的示意图。“V形天窗是指在双线铁路的某一区段内，上下行分别开设错开式“矩形”天窗，一线停电检修而另一线组织双向行车，在列车运行图中形成“V”形的空白区域。“V 形天窗的优点是能够保证列车全天候运行，有利于“夕发朝至列车和有大量夜间跨线列车运行的区段的行车组织，同时，列车运行线调整相对容易【58|。相对于“矩形 天窗来说，该类型天窗前后的影响区域较小，列车旅行速度有所提高，但对整个区段来说，时间影响区域覆盖范围大，会占用大量的日间黄金发车时段

49、，而且，_ 线的维修作业和另一线的行车会发生相互干扰。此外，如果在区段内只开设该种天窗，则无法检修某些需要两线同时停电才能检修的设备。如图2 2 所示，“V 形 天窗对上行或下行线路列车开行的影响区疋影为：从同向天窗左端最靠近天窗而不需停车等候的一列列车起，到同向天窗右端最靠近天窗的一列未受天窗影响的列车止，所包围的区域称为“V 形”天窗的影响区。2 3 3“混合型 天窗“混合形”天窗可以分为两大类型，即“空间混合形和“时间混合形”天窗【5 8】6 0】。“空间混合形 天窗在运行图上表现为两种基本天窗的拼接；“时间混合形 天窗是指在同一区间内，根据运输组织的变化在不同时间里开设不同类型的天窗。

50、1、“空间混合型”天窗“空间混合型”天窗通常有“分段矩形”天窗，“V 形”和“矩形混合而成的“Y 形天窗、倒“Y 形即“人形天窗，两个“V”形拼接形成西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页的“X 形天窗，一方向开设的“矩形”天窗与另一方向开设的半“V 形”天窗底部重合而形成的“r 形”天窗。现将“空间混合型”天窗各自特点分述如下：(1)“分段矩形”天窗 4 1 1图2 3 分段矩形天窗示意图如图2 3 所示，为双线区段开设“分段矩形天窗的示意图，整个区段分成两段，分别在不同时间开设“矩形 天窗，这种天窗具备了“矩形 天窗的一般特点。在单线区段开设此种天窗，可以使天窗前后的空费三角区得到有效