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| 編輯推薦： |
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本书主要从上述体系中抽离出动车组的运用优化问题，同时，科学地运用动车组有助于兑现列车运行计划，提高突发情况下整个高速铁路系统的鲁棒性。 本书的主线是沿着动车组的修程展开的。动车组的修程共分为五级，即从一级修到五级修。归纳来说，动车组运用优化问题主要涵盖动车组交路计划优化、动车组上线运用计划优化、动车组高级修计划优化、动车组检修基地布局优化等内容。这些内容涵盖了动车组的一到五级修的检修与上线运用问题，其中任意一个优化问题都具有组合优化的困难属性。 近几年来，高速铁路技术的发展速度几乎超过了以往任何时候，动车组一体化的运维方式和普速铁路的“机车 车辆”的方式有很大的差异。如何在保障安全的前提下提高动车组的运用效率、降低维护成本，是本书撰写的主要初衷。希望本书能够为动车组管理人员、计划编制工程师、现场作业技术人员和相关软件开发人员提供参考与帮助，为教学及科研人员深入了解动车组运维机理，探究其中的数学模型优化原理并形成解决方案带来思路上的启发。?
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| 內容簡介： |
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本书从动车组的管理与维修体制出发，系统地介绍了动车组运用与检修协调优化相关的理论与方法。全书共分为11章：前两章为高速铁路动车组运维相关的基础理论知识，便于读者加深对我国动车组运维管理体系的认识；第4章、第6~9章是本书的核心内容，依次探讨了动车所一级修和调车作业优化问题、动车组上线运用与二级修计划的协调优化问题、动车组的高级修与错峰运用优化理论、多用户与多检修基地的高级修计划协调优化理论、动车组长周期高级修规划方法等；第3、5、10和11章是动车组运维的扩展理论，包括动车组保有量测算方法、动车组交路优化理论、高级修基地布局优化方法与动车组配件库存优化方法等相关理论。全书主要采用“理论 模型 算法 案例”的结构，在抽象的数学表达的基础上不乏具体形象的案例论证，因此既能够满足初学者了解动车组运维的基础理论知识，也能够指导进阶者完成相关的科学研究。
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| 關於作者： |
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林柏梁，北京交大运输学院二级教授，博士生导师，国务院政府特殊津贴获得者，荣获第十二届詹天佑铁道科学技术奖成就奖。长期从事交通运输管理与规划方面的教学和研究工作。先后学习和工作于浙江师范大学、四川大学、长安大学，1994年获西南交通大学运输管理工程专业工学博士学位，1997年北京交通大学铁公水流动站博士后出站。主要从事轨道运输系统的优化研究。曾获多项中国铁道学会、北京市、山东省等科学技术奖，多篇相关的学术论文发表在国际运输科学与技术领域顶级的学术期刊。
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| 內容試閱：
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岁序更替，华章日新，蓦然回首，中国高速铁路已经历了十几年的快速发展。从2008年我国京津城际铁路开通，到2019年世界第一条最高运营时速350 km的智能高速铁路京张高速铁路开通；从2007年第一列和谐号CRH动车组上线运营，到2021年复兴号CR400智能动车组全国大面积开行，中国高速铁路正在用它那庞大的身躯和飞驰的速度改变着中国乃至世界交通的格局，推动铁路向着更加高速化、智能化、现代化的方向发展。高速铁路已经从原本人们眼中的未来交通科技，变成了一项大众化交通工具。随着高速铁路的大规模建成普及，解决更多关于它的科学问题，探索其运作的机理成为一大批铁路学者的工作重点。
高速铁路运输组织是一个非常庞大的研究领域，它可以分为三个层次：战略层（strategic level）、战术层（tactical level）和操作层（operational level）。为了科学和安全地利用动车组，需要研究如何制订最为合理的动车组运用与检修计划，确保每一列上线的动车组都拥有最佳的车体工况，以便安全担当每一趟列车的运行任务。故本书主要从上述体系中抽离出动车组的运用优化问题，这部分内容主要属于战术层面的研究。之所以要重点关注动车组错峰运维问题，是因为动车组的安全性与运用合理性直接决定了高速铁路运输组织的质量。同时，科学地运用动车组有助于兑现列车运行计划，提高突发情况下整个高速铁路系统的鲁棒性。
本书的主线是沿着动车组的修程展开的。动车组的修程共分为五级，即从一级修到五级修。归纳来说，动车组运用优化问题主要涵盖动车组交路计划优化、动车组上线运用计划优化、动车组高级修计划优化、动车组检修基地布局优化等内容。这些内容涵盖了动车组的一到五级修的检修与上线运用问题，其中任意一个优化问题都具有组合优化的困难属性。
大约在2011年的8月下旬，时任上海杰之能软件科技有限公司（以下简称杰之能公司）首席技术官的杨韩雁先生来京与我们交流关于动车组排班的优化问题，我们做了一些调研后，于9月中旬去上海与他们进行了进一步的学术交流，主要还是聚焦在动车组上线计划的优化理论层面。经过一年多的相关研究，初步完成了高速铁路动车组错峰运用优化理论相关的技术准备，于是萌发了一个愿望，形成一本系统的研究生教材或参考用书，同时也适合从事工业工程、动车组运维系统研究与开发的科技人员、工程设计人员及高速铁路调度和管理人员参考的理论和实践兼顾的学术性专著。由于立足于原创，故进展缓慢。但是随后我们所承担的一系列高速铁路动车组运维相关的课题，进一步地完善了本书的内容。包括：
2012年，我们（北京交通大学）、上海铁路局与杰之能公司联合承担了中国铁路总公司的科技研究开发计划课题“动车组维修技术深化研究——动车组检修基地检修工艺流程优化研究（2012J009C）”。课题以上海南动车所为背景，研究了：（1）动车组二级修周计划的快速编制方法；（2）在检修和清洗作业不固定方式下的股道均衡利用方法；（3）动车所检修班组合理配置问题；（4）动车组夜间一级修计划的01整数规划模型及一级修调车计划的近似优化等技术。
2013年，我们把相关成果（包括此前的部分成果）进行凝练，形成了“动车组检修计划优化关键技术及应用”成果，获得了中国铁道学会科技进步二等奖。2013年，由中国铁道科学研究院（动车组和机车牵引与控制国家重点实验室）主持的中国铁路总公司的科技研究开发计划重大课题“动车组运用维护技术深化研究——CRH2型系列动车组修程、修制及关键维修技术深化研究（2013J005A）”以及“动车组运用维护技术深化研究——CRH1/3/5型系列动车组修程、修制及关键技术深化研究（2013J005B）”，我们作为参加单位承担了其中的动车组备件管理及检修工序优化的相关部分研究。
2014年，由中国铁道科学研究院机辆所主持的“动车组运用维护技术深化研究——动车组统一修程修制方案研究（2014J006B）”，我们作为参加单位，承担了其中的维修需求相关的研究。同年，由中国铁道科学研究院电子所、北京交通大学和北京铁路局共同承担了中国铁路总公司的科技研究开发计划课题“动车组运用维护技术深化研究——动车组运用检修计划优化技术研究（2014J006C）”。该课题依托中国铁道科学研究院“动车组管理信息系统”，以北京南动车所为背景，提炼动车组二级检修计划业务的核心需求，包括分析动车组二级检修各作业包的种类、检修内容、检修里程和时间等关键要素，不同型号动车组二级检修的差异，动车组定员与交路的固定搭配关系等，研究在固定交路和不固定交路两种模式下动车组二级检修计划的优化理论和方法。最后，把相关理论研究成果融入现有的动车组运用检修管理流程当中。
2015年，由上海铁路局，北京交通大学、中国铁道科学研究院、杰之能公司共同承担了中国铁路总公司科技研究开发计划重点课题“动车组运用维护技术研究——动车组高级修错峰维修计划研究（2015J006B）”，其中我们团队承担了动车组高级修提前修的损失费用及其量化计算方法研究；并以春运、暑运为重点，研究长周期客流高峰下的动车组高级修计划的优化编制方法。
2020年，由中国铁路北京局集团有限公司主持的中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划重点课题“动车组高级修能力均衡协调辅助决策关键技术研究（N2020J012）”，我们作为参加单位完成了其中的核心模型设计和原型系统研发。同年，我们还承担了中国铁路沈阳局集团有限公司的科技研究开发计划重点课题“沈阳局动车组交路计划优化研究（2020Y12）”。
特别值得说明的是，2018年我们参与了国家重点研发计划课题“铁路客货运效益与服务水平提升技术（2018YFB1201402）”，撰写《高速铁路动车组错峰运用优化理论》作为任务之一，与中国铁道出版社有限公司签订了出版合同，促使本书的加速完成。
本书内容共分为11章。
第1章是绪论。概述了世界高速铁路和动车组的发展，介绍了我国铁路动车组的种类以及运维管理现状，并分析了动车组运维优化的意义以及其中存在的难题。
第2章为动车组的修程修制分析。包括部分国外的动车组维修体制分析，我国动车组的修程修制分析，以及动车组运维管理中涉及的一些关键数据分析。
第3章主要研究了动车组保有量的测算方法。首先分析了影响动车组保有量的各种因素，包括高速铁路旅客周转量与动车组保有量的关系、动车组运用效率与保有量的关系。其次，针对较为特殊的热备动车组需求，研究了其布局优化问题并进行了数学建模。最后，运用因素分析法、时间序列分析法、多元线性回归法、神经网络法等对动车组保有量进行了测算分析。
第4章着重于研究动车所内部的动车组一级修与调车作业优化问题。在分析归纳动车组一级修作业流程以及动车所不同站型布局对检修作业影响的基础上，构建了尽头式站型分布下的动车所调车作业计划优化模型，并进行了案例分析。此外，还对动车所调车司机任务分配和路径优化问题，以及检修班组调度优化问题进行了建模和案例求解。最后，对未来无人驾驶条件下的动车所作业进行了展望。
第5章为动车组交路优化理论，侧重于列车任务和一级修之间的匹配关系。通过构建列车接续网络，建立了动车组交路计划优化的数学规划模型，并设计了模拟退火算法进行优化求解。考虑到一级修里程具有一定的波动范围，通过模糊化处理里程约束，还构建了交路优化的模糊规划模型。最后探讨了运行图微调与动车交路弹性优化问题。
第6章主要针对二级修研究了动车组上线运用与维修计划的协调优化问题。首先概述了动车组二级修的修程和作业流程以及几种不同时间粒度的动车组二级修计划，接着构建了动车组的二级修计划和上线计划综合优化模型，并讨论了多日交路对模型的修正以及高级修计划对模型的影响。对所建的主要模型进行线性化处理，设计了运维计划综合优化的案例。最后，探讨了非周期列车运行图下的运维模型修正，介绍了所开发的动车组运维一体化原型系统。 第7章为动车组的高级修与错峰运用优化理论。从动车组高级修的循环特性分析开始，研究了动车组高级修送修时间窗的推算方法。通过设计一个表示动车组所处的是运用还是维修状态的非线性函数，构建出了高级修计划优化的01整数规划模型，并设计了基于模拟退火算法的模型求解方法及优化案例。此外，还讨论了模型线性化处理技术，以及基于时空状态网络的高级修计划模型设计方法。
第8章为多用户与多检修基地的高级修计划协调优化理论。在分析多用户送修计划与多检修基地能力利用互相影响的背景下，着重研究了不同用户的高级修基地选择模型、检修基地没有预先指定下的多用户送修计划优化模型、维修成本及修时随着时段变化下的高级修计划优化模型，并分析了相关模型的线性化处理技术。
第9章讨论的是动车组长周期高级修规划。此类计划主要作用是判断在五年或更长的时间段内，高级修发生量是否与维修资金以及维修能力大致匹配，以便未雨绸缪，准备应对措施。故本章首先介绍了不同时间粒度下的高级修计划的特点，分析了长周期高级修计划的影响因素，最后提出了面向长周期的滚动高级修年度计划优化方法，并设计了一个详细的案例。
第10章研究的是动车组高级修基地布局优化。在分析了高级修基地布局现状和影响高级修基地布局因素的基础上，构造了检修基地布局优化的双层01整数规划模型以及混合整数规划模型。提出了上层规划采用模拟退火算法求解，下层规划调用商业软件求解器求解的优化思路。最后，以我国西北区域高速铁路网的动车基地分布为背景，设计了一个虚拟仿真案例。
第11章讨论了动车组维修配件库存优化相关问题。主要是基于经济订货批量策略，构建了库存与运输配送的一体化01整数规划模型，并以CRH2系列动车组的制动盘的库存与配送为背景，设计相关案例。在铁路、公路、航空三种运输模式下比选了提前订购策略与临时订购策略的优劣。
若作为高年级本科生和研究生（含博士生）的教材或参考书，其中的第1、2、3、11章可以供本硕博学生学习参考，第5、9、10章可以供硕士生、博士生学习参考，其余可供博士生学习参考。
本书从思路萌芽到最终形成终稿经历了十余年，在相关理论技术的形成过程中，中国铁道科学研究院集团有限公司（以下简称铁科院集团公司）电子计算技术研究所张惟皎、贾志凯、王忠凯、王辉、王治等研究人员对动车组二级修及高级修相关的理论和方法提出了许多宝贵的建议。在动车组的修程修制发展趋势方面，与铁科院集团公司机车车辆研究所王华胜研究员进行的诸多学术讨论，亦受益颇多。铁科院集团公司节能环保劳卫研究所邵琳研究员在动车组运维数据分析方面提供了不少有价值的建议。在动车配件库存与维修配件保障方面，与西南交通大学张锦教授进行过许多有益的探讨。在动车组交路优化方面，西南交通大学倪少权教授和中国铁路沈阳局集团有限公司耿令乾高工给出了许多有益的建议。在动车组高级修的优化目标设计方面，中国铁路上海局集团有限公司张伟、叶丹、张旭辉等工程师提出过许多有价值的建议；在动车所调车作业计划方面，他们亦指出了许多生产实践中需要考虑的因素。在动车组长周期高级修规划、动车组日均里程预测方面，国铁集团机辆部动车客车处张庆华与中国铁路北京局集团有限公司薛锦波高工提出过许多有价值的建议。新加坡国立大学计算机科学系博士生林睿熙在算法程序设计方面提供过许多有价值的建议。石家庄铁道大学郭倩倩老师在动车组交路优化模型方面提出过许多有价值的建议。在本书的撰写过程中，指导的数届研究生的科研攻关及相关论文撰写过程的学术讨论也为本书的内容增色不少，包括陈雷、李建、王家喜、武建平等的博士论文。在校博士生沈姚铭、赵伊楠、王振宇、李想、孟羽菲、钟文健、牛学果、古玉雪等在本书的成稿过程中，在数据处理、案例计算验证、图表制作与文字编辑等方面做了许多工作。在此一并致谢。
近几年来，高速铁路技术的发展速度几乎超过了以往任何时候，动车组一体化的运维方式和普速铁路的“机车 车辆”的方式有很大的差异。如何在保障安全的前提下提高动车组的运用效率、降低维护成本，是本书撰写的主要初衷。希望本书能够为动车组管理人员、计划编制工程师、现场作业技术人员和相关软件开发人员提供参考与帮助，为教学及科研人员深入了解动车组运维机理，探究其中的数学模型优化原理并形成解决方案带来思路上的启发。由于本书涉及面较广，加之作者的水平有限，疏漏之处在所难免，恳请广大读者给予批评指正。
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