國際鐵路營運專家富井規雄教授來台技術交流

軌道科技研究中心

今年春天，土木系軌道科技研究中心與中興顧問社很榮幸共同邀請日本千葉工業大學富井規雄（Norio Tomii）教授來台訪問，進行鐵路營運技術交流與教學。富井教授目前也是國際鐵路作業研究學會（International Association of Railway Operations Research，IAROR）主席，曾任職於日本鐵道綜合技術研究所（Railway Technology Research Institute, RTRI），擔任RTRI運輸資訊技術研究部部長，也出版過多本與鐵路營運相關的專業書籍，為國際知名的鐵路營運專家。富井教授訪台期間於台大及中興社進行一系列鐵道營運規劃技術之教學與交流，為提升國內軌道營運技術，除台大師生及中興社同仁參與外，同時也邀請相關軌道業界營運規劃同仁，如台鐵、台灣高鐵、北捷、桃捷、高捷、運研所、高鐵局、鐵工局等一同參與技術交流。

系主任謝尚賢教授致詞與開場

第一次的講座「Basic structure of train operation – from planning to operation」，由系主任謝尚賢教授為我們致詞與開場。富井教授首先針對日本鐵路的概況做初步的介紹，其最大的特性為安全、便利與準點。在營運安排上，因不同的旅運需求、紓解通勤旅客等因素，除平假日班表會有所不同，也調整直達車及普通車的停站模式，此外為避免停站時間過長，日本鐵路營運單位採用不少彈性的設計，如增設車門數量、加寬車門、尖峰時段將座位收起，增加站立空間等。就準點而言，日本鐵路對於延滯的的計算基準一般為列車到達底站時，實際到站時間與表定到站時間相差超過一分鐘就算是列車延滯（國際標準一般而言是五分鐘），該延滯就應納入平均每列車延滯之計算，東海道新幹線平均延滯為0.4分鐘 (2016)、JR東日本則為1.3分鐘 (2010)。就便利而言，日本都會區的鐵路路網非常完整，班次服務的頻率也非常密集，在複線的軌道上，新幹線每小時單方線最多可以高達 13 班車，在來線（傳統鐵路）也可以提供將近30班的快慢車，且快慢車在時刻表上的緩急接續安排增進鐵路運轉的效率，兼顧多開發車站的效益（平均站距短）以及消化大量通勤旅客的效率。不同營運公司之間可相互直通運轉，減少轉乘需求，如東京都營地下鐵淺草線與京成電鐵及京急電鐵、京都市營地下鐵東西線與京阪電鐵京津線。最後富井教授也提到，不同於歐洲的彈性設計(較複雜)，日本鐵路崇尚單純與簡單的設計與操作，都是為了安全與可靠。兩者理念不同，一個有時可能過於簡單、另一個有時可能過於複雜，富井教授認為或許在兩者之間，更能走出一條成功之路。

富井教授解說排班作業

接著在「Timetabling and related schedules in railways」講座中，富井教授首先針對運行計畫與軌道基礎設備之關係進行初步介紹，內容談及時刻表規劃、車輛運用及人員排班等作業。時刻表的時間單位可至5、10及15秒，而都會區內列車排班最小單位常用5秒鐘。至於運轉時間，根據列車車種、性能等，透過電腦協助，列車運轉模擬為規劃階段取得站間運轉時間重要作業。停車時間一般依車站大小、上下車乘客數而定，然而在通勤時刻，因過度擁擠也時常造成停車時間增長、列車延誤的狀況發生，但停站時間不可過長，否則遞延之延滯效果將更嚴重。富井教授提到當複線容量不足時，在日本會直接採用四軌化（複複線）而不使用三軌化，雖然新增一軌（三軌化）可增加調度彈性，理論上可以紓解尖離峰不同的列車方向需求，但實際上列車運轉還是需要折返，新增的一軌難以運用，因此三軌化的實際效益非常低。

在列車營運上，日本一般也不採用台灣常用的雙單線設計，一方面是鑑於複雜以及可靠度因素且軌道維護成本可能提高，另一方面是也防止更多事故的發生，且在路線轉乘上，也會考慮旅客的方便性及容易搭乘及理解。時刻表規劃主要可分為三大原則：安全、便利與穩健性！影響乘客滿意的關鍵因素在於縮短旅行時間、縮短候車時間、降低擁擠及時刻表的穩健性，提供不同停靠方式的列車，方便乘客轉乘的月台動線設計。時刻表、車輛、人員等運用規劃製作通常須經由不斷地檢討及會議討論而成，且直通運轉應一併考量列車串接與人員排班計畫。即便目前電腦與 AI 技術發達，日本鐵路在時刻表、車輛、人員等運用規劃並無全自動規劃，電腦為決策輔助工具，許多決策仍須專家來判斷與決定。最後，富井教授提醒，安全是運輸服務最大的原則，針對突發事件或自然災害，的防範都有一套規則與應變措施。日本鐵路在過去也曾經歷過各種事故災害，為避免憾事再次發生，不斷地精進軌道防護系統及設備，唯有絕對的安全，才能符合乘客的期待。

富井教授於中興顧問社演講

再來在講座「Rescheduling – difficulties and algorithms」中，富井教授說明了鐵路營運機構因應短、中、長期列車延誤應有不同調度方案，行控中心在營運上是非常重要的指揮調度中心，通常不同路線的行控中心會建議集中於同一個中心內，如JR東海及JR西日本的行控中心位在東京的同一個行控中心，當路線有狀況發生時方便溝通協調。當延誤發生時，綜合考量「避免延誤持續擴大」、「確保旅客便利性」及「有效運用可調度人車資源」等因素。在短期列車延誤時，誤點車前方列車可採取延後發車策略，避免持續擴大與誤點車之班距，導致累積更多候車旅客，造成誤點車延滯持續惡化；中期列車延誤可考慮更換停靠月台方式調度，但避免影響旅客，並應盡量在1小時前公告；長期延誤中，則可考慮取消預定班次或在可折返車站提早結束班次，避免後續無可用車輛，然而仍應考慮旅客之接駁。當延誤發生時，資訊的提供對旅客非常重要，應增設資訊提供旅客參考，包括客運車廂擁擠度，以JR東日本的資訊服務APP為例，即有提供山手線列車每個車廂的擁擠程度及車內溫度，未來也希望國內的鐵道營運單位能提供更多元的資訊服務給予乘客。最後，富井教授再次提到營運的調度仍是取決於控制員專業決策，電腦無法完善的全自動化處理。

滿座的聽眾(於中興顧問社)

最後，在「Advanced technologies in train operation」中富井教授著重在數學最佳化與時刻表、人員排班與列車運用作業的決策關係，他強調雖然數學最佳化可做為時刻表與排點相關作業的決策支援工具，然而並沒有辦法完全自動化或取代決策者的判斷。主要的困難有三點，其一為決策目標可能多元且權重可能會隨時間地點而改變；其二為相關限制條件可能有模糊空間，難以量化；最後，離散問題求解相當耗時，面對真實問題難以求出最佳解。即便是日本鐵路，時刻表規劃以及運轉整理目前都還是人為的作業。實務作業中，系統供給與需求若沒有太大的變動，會希望排出與原來班表相似之成果，然而若使用數學最佳化，「相似」難以定義，可能會得出完全不同的成果。另外，數學最佳化並無法納入從業人員的感受，如人員排班中，有些班表看似很輕鬆，有些卻是不符人性的血淚班表，易造成人員的不滿。除此之外，富井教授也分享他們團隊的研究成果，運用視覺化的色度圖(Chromatic Diagram)及泡泡圖( Bubble Diagram)凸顯系統延滯嚴重之處及改變前後的成果，運用關聯規則(Association Rules)找出延滯的原因，進而截斷延滯蔓延的路徑，增進系統可靠度，透過決策樹分別出司機員表現的優劣，進而找出司機員表現不佳的原因。

與會學員提問與經驗交流

富井教授來台除進行一系列課程講座外，尚參訪許多鐵道營運單位並進行交流，如台鐵調度總所、台灣高鐵行控中心、台北捷運行控中心、桃園捷運行控中心。

參訪台鐵、台灣高鐵、北捷、桃捷進行技術交流

主辦單位也特別安排富井教授進行鐵路環島之旅，探訪台灣之美，體驗台灣特有文化，行程遍及九份、野柳、花蓮太魯閣、舞鶴茶莊、高雄舊打狗驛故事館、奮起湖、阿里山、彰化扇形車庫等景點。

台鐵列車駕駛隨乘、拜訪阿里山車站、參觀高雄港站北號誌樓

此次邀請富井規雄教授來台訪問共有數次的演講以及實務參訪。參與聽眾除了透過課堂所習得的理論知識，並更進一步深入了解日本軌道營運單位的實務規劃作業、台日營運規劃之差異，講師與聽眾互動熱絡，聽眾也都非常珍惜這樣的機會，與富井教授有許多實務上的討論，激發各營運單位同仁與台大師生的高度興趣，探究日本軌道營運的優良之處，透過這些講座，深入了解日本鐵路營運單位對於時刻表規劃、車輛運用及指派、人員排班以軌道設備的運用。感謝富井教授在百忙之中抽空來台進行交流，衷心祝福教授並期待下次的相會。