賈傳峻，胡思繼，楊宇棟

（1.北京交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，北京 100044；2.中鐵快運(yùn)股份有限公司，北京 100055）

當(dāng)今世界各國鐵路根據(jù)客貨運(yùn)輸需求的特征，通過研究和探索，已由原來的單純?cè)黾勇肪W(wǎng)密度轉(zhuǎn)向了優(yōu)化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如通過修建高速干線、客貨分流、改進(jìn)車流組織方式等以提高鐵路運(yùn)輸業(yè)的競爭能力。隨著各國鐵路運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，逐漸形成了客運(yùn)高速化、貨運(yùn)重載化兩大發(fā)展趨勢(shì)，貨運(yùn)重載化已經(jīng)成為包括我國在內(nèi)的大多數(shù)國家鐵路貨物運(yùn)輸發(fā)展現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。鐵路列車重量、速度、密度是鐵路技術(shù)政策的主要內(nèi)容之一，是重載鐵路相關(guān)技術(shù)政策和標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分，也是當(dāng)前關(guān)系到重載運(yùn)輸發(fā)展方向的關(guān)鍵問題之一。而實(shí)現(xiàn)重載鐵路列車重量、速度、密度的合理匹配是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)問題，鐵路運(yùn)輸組織模式是影響三者間相互關(guān)系的主要因素。

1 鐵路運(yùn)輸組織模式的分類

世界各國的運(yùn)輸組織工作基本原理大致相同，但依據(jù)各國對(duì)于行車組織工作的兩個(gè)組成部分，年度性工作——列車運(yùn)行圖和編組計(jì)劃及日常性工作——行車調(diào)度指揮的設(shè)計(jì)和處理方法不同，可分為規(guī)劃型行車組織體制和組織型行車組織體制兩類[1]?；谶@兩類行車組織體制，各國鐵路所采用的運(yùn)輸組織模式也分為基于規(guī)劃型行車組織體制的運(yùn)輸組織模式和基于組織型行車組織體制的運(yùn)輸組織模式，簡稱規(guī)劃型運(yùn)輸組織模式和組織型運(yùn)輸組織模式。

規(guī)劃型運(yùn)輸組織模式是指，以年度規(guī)劃性的運(yùn)輸組織基本技術(shù)文件為基礎(chǔ)，以日常組織性的運(yùn)輸組織具體工作為輔的模式。該運(yùn)輸組織模式嚴(yán)格地按照列車編組計(jì)劃和列車運(yùn)行圖組織運(yùn)輸。

組織型運(yùn)輸組織模式是指，以年度規(guī)劃性的運(yùn)輸組織技術(shù)文件為依據(jù)，以日常組織性的運(yùn)輸組織文件組織具體工作的運(yùn)輸組織模式。在該運(yùn)輸組織模式下，列車運(yùn)行圖是列車運(yùn)行和運(yùn)輸組織的基本文件，列車運(yùn)行調(diào)度指揮是運(yùn)輸組織的核心，要求貨物列車必須滿重或滿軸集結(jié)后方能開行。

2 不同運(yùn)輸組織模式下重載鐵路列車重量、速度、密度的特點(diǎn)

2.1 組織型運(yùn)輸組織模式

目前，我國和部分東歐國家采用了組織型運(yùn)輸組織模式，在這種運(yùn)輸組織模式下，鐵路大多為客、貨混跑，線路行車密度大、列車種類多、列車運(yùn)行過程中干擾因素多，“按圖行車”僅在一定程度上對(duì)旅客列車有意義，旅客列車等級(jí)越高，其按列車運(yùn)行圖運(yùn)行的概率越大；而對(duì)于貨物運(yùn)輸而言，其運(yùn)輸組織主要是在基本運(yùn)行圖提供的運(yùn)輸能力下，按照日班計(jì)劃和階段計(jì)劃對(duì)運(yùn)輸工作進(jìn)行組織指揮，“按圖行車”情況較不理想。

在組織型運(yùn)輸組織模式下，貨物列車的運(yùn)輸組織方式是在貨物列車編組計(jì)劃的基礎(chǔ)上，將組織貨物列車運(yùn)輸?shù)恼麄€(gè)過程分為若干個(gè)列車運(yùn)行區(qū)段，依照貨物列車編組計(jì)劃規(guī)定的各類列車的編組要求組織滿重或滿軸，根據(jù)列車運(yùn)行圖提供的列車運(yùn)行線組織貨物列車運(yùn)行。但是，由于為滿足充分利用運(yùn)輸能力的要求，按照滿重或滿軸集結(jié)方式對(duì)列車重量或換長的規(guī)定，使列車牽引重量的可調(diào)整性被控制在一個(gè)較為嚴(yán)格的范圍內(nèi)，即組織型運(yùn)輸組織模式下的重載列車重量在運(yùn)輸過程中可調(diào)整性較小。尤其在客貨混跑的情況下，由于要求重載列車具有較高的速度，列車重量應(yīng)較小，而在同樣運(yùn)量需求下要求列車的行車密度較高。因此，在組織型運(yùn)輸組織模式下，重載列車的重量較大、速度高、密度高。

2.2 規(guī)劃型運(yùn)輸組織模式

在規(guī)劃型運(yùn)輸組織模式下，發(fā)展重載運(yùn)輸?shù)臈l件限制較大。目前，美國及西歐等國家基本采用規(guī)劃型運(yùn)輸組織模式。規(guī)劃型運(yùn)輸組織模式嚴(yán)格地按照列車編組計(jì)劃和列車運(yùn)行圖組織運(yùn)輸，列車運(yùn)行圖是列車運(yùn)行組織的核心，調(diào)度指揮是輔助性工作，其職責(zé)在于根據(jù)列車運(yùn)行圖組織行車，維護(hù)列車的正常運(yùn)行秩序，保證“按圖行車”正常工作。

在規(guī)劃型運(yùn)輸組織模式下，由于能夠充分保證運(yùn)能，要求貨物列車應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)預(yù)先確定的列車運(yùn)行線運(yùn)行。因此，由于運(yùn)能相對(duì)充分，該運(yùn)輸組織模式對(duì)于列車滿重或滿軸要求相對(duì)較低，列車牽引重量的可調(diào)整性范圍相對(duì)較大，即這種模式下重載列車重量在運(yùn)輸過程中可調(diào)整性較大，通常開行重載運(yùn)輸?shù)木€路能夠?qū)崿F(xiàn)客貨分線，列車的速度要求相對(duì)不是很高，列車的行車密度可根據(jù)列車重量的變化進(jìn)行調(diào)整。通常情況下，由于列車重量較大，其行車密度較小，重載運(yùn)輸線路列車重量大、速度較低、密度較低。目前，我國大秦鐵路初步實(shí)現(xiàn)了客貨分線。雖然大秦鐵路采用組織型運(yùn)輸組織模式，但由于前方銜接港口，運(yùn)輸組織具有一定的獨(dú)立性，該線路在一定程度上帶有規(guī)劃型組織模式的雛形。

3 重載鐵路列車重量、速度、密度匹配的多目標(biāo)優(yōu)化模型

發(fā)展重載運(yùn)輸，不同運(yùn)輸組織模式下重載列車重量、速度、密度的發(fā)展條件不同，形成了不同的列車重量、速度、密度特點(diǎn)，確定三者合理關(guān)系涉及鐵路的車、機(jī)、工、電、輛等各個(gè)生產(chǎn)部門。

線路的實(shí)際情況不同，列車重量、速度、密度合理匹配的目標(biāo)是提高鐵路運(yùn)量和鐵路運(yùn)輸企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在技術(shù)、設(shè)備等條件允許的情況下，重載線路列車重量、速度、密度合理配置的主要影響因素涉及供給和需求兩個(gè)方面：①貨運(yùn)需求的影響。重載列車是為貨物運(yùn)輸需求服務(wù)的，因此貨流需求是影響重載列車開行的主要因素。具體包括區(qū)段貨流密度，貨物的流量、流向，貨物的品類，貨主對(duì)運(yùn)到時(shí)間的要求等，鐵路運(yùn)輸企業(yè)必須考慮貨主需求的差異。②重載運(yùn)輸供給的影響。從重載運(yùn)輸供給方面考慮，鐵路運(yùn)輸能力是重載列車開行方案的保證。重載運(yùn)輸供給包括鐵路運(yùn)能 (線路、車輛等運(yùn)輸設(shè)備能力) 及運(yùn)輸企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益等。

對(duì)重載線路列車重量、速度、密度的組合方案進(jìn)行優(yōu)化的目標(biāo)很多，但這些目標(biāo)之間往往存在相互依存的聯(lián)系，從中挑選出具有代表性的目標(biāo)，有利于對(duì)問題的求解。通過建立多目標(biāo)優(yōu)化模型，將優(yōu)化指標(biāo)轉(zhuǎn)化為重載列車重量、速度、密度的有關(guān)函數(shù)F(G，v，ρ)，結(jié)合運(yùn)力規(guī)劃發(fā)展的特點(diǎn)，運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法進(jìn)行求解。

對(duì)于鐵路運(yùn)輸企業(yè)而言，其運(yùn)量將直接影響貨物運(yùn)輸收入，貨物運(yùn)輸收入由運(yùn)費(fèi)和雜費(fèi)兩部分組成，主要與運(yùn)量和運(yùn)輸距離有關(guān)。對(duì)于一個(gè)區(qū)段，其運(yùn)輸距離相對(duì)固定，貨物運(yùn)輸收入可轉(zhuǎn)化為運(yùn)量的函數(shù)，而運(yùn)量為列車重量、速度、密度的函數(shù)，則運(yùn)輸收入可以表示為列車重量、速度、密度的函數(shù)。同時(shí)，貨物運(yùn)輸成本也與運(yùn)量有關(guān)，按其與運(yùn)量的關(guān)系，可以劃分為隨運(yùn)量的變化而變化的變動(dòng)成本，以及隨運(yùn)量變化很小或不變的固定成本。變動(dòng)成本和固定成本的劃分具有一定的相對(duì)性，某些成本在一定時(shí)間或范圍內(nèi)可能是不變的，但隨著條件的變化也會(huì)發(fā)生改變，轉(zhuǎn)為變動(dòng)成本，因而變動(dòng)成本又可分為短期變動(dòng)成本和長期變動(dòng)成本[2]。貨物運(yùn)輸成本可以轉(zhuǎn)化為運(yùn)量的函數(shù)，而運(yùn)量為列車重量、速度、密度的函數(shù)，故貨物運(yùn)輸成本可以表示為列車重量、速度、密度的函數(shù)。由此可見，運(yùn)輸收入與運(yùn)輸支出的差額，即運(yùn)輸利潤可以作為衡量列車重量、速度、密度匹配情況的主要指標(biāo)之一。

另外，市場占有率和需求滿足率是衡量其運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量的主要指標(biāo)，由于鐵路運(yùn)輸運(yùn)量大、運(yùn)輸穩(wěn)定、運(yùn)價(jià)低等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，使鐵路運(yùn)輸在市場占有方面處于一定的優(yōu)勢(shì)地位，從而使需求滿足率指標(biāo)較市場占有率更具有代表性，可以作為重載鐵路運(yùn)輸企業(yè)提供服務(wù)的主要指標(biāo)。

設(shè)區(qū)段內(nèi)重載列車牽引重量為Q，限制區(qū)段重載列車平均速度為v，區(qū)段行車密度為N，ρ=/N(表示區(qū)段實(shí)際運(yùn)行列車數(shù)或?qū)?shù))，則此3項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)化可表示為某個(gè)函數(shù)，設(shè)此函數(shù)為：L(G，v，ρ)。3 項(xiàng)優(yōu)化指標(biāo)函數(shù)確定后，可根據(jù)重載線路相關(guān)的技術(shù)、設(shè)備及經(jīng)濟(jì)情況確定約束條件，如一定牽引功率下列車重量與速度的函數(shù)關(guān)系，重載列車在區(qū)間運(yùn)行的最大、最小限速等。這些約束條件可歸納為如下3種情況：

從理論上講，鐵路運(yùn)輸部門的決策者希望各項(xiàng)優(yōu)化指標(biāo)都能夠達(dá)到最優(yōu)，但實(shí)際情況下由于各項(xiàng)指標(biāo)可能相互制約，以及各種約束條件的存在，需要決策者根據(jù)不同時(shí)期的運(yùn)輸需求和不同情況下的約束條件，在多個(gè)優(yōu)化指標(biāo)之間進(jìn)行比選。重載鐵路列車重量、速度、密度匹配的優(yōu)化問題是一個(gè)動(dòng)態(tài)性的多目標(biāo)和多階段優(yōu)化問題，即需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)，假設(shè)除L(G,v,ρ) 之外有另一優(yōu)化指標(biāo)函數(shù)Z(Q,v,ρ)，在求解重載鐵路列車重量、速度、密度相互匹配的多目標(biāo)優(yōu)化問題時(shí)，運(yùn)用了多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，通過各項(xiàng)指標(biāo)在不同線路、不同條件和不同時(shí)期的重要程度，根據(jù)函數(shù)的數(shù)量，分別賦予各函數(shù)目標(biāo)權(quán)重系數(shù)，在此設(shè)為w1、w2，然后將經(jīng)過處理后的各項(xiàng)指標(biāo)函數(shù)加權(quán)求和，構(gòu)造優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。重載鐵路列車重量、速度、密度匹配的多目標(biāo)優(yōu)化模型為：

4 結(jié)束語

通過對(duì)不同運(yùn)輸組織模式下重載鐵路列車重量、速度、密度的特點(diǎn)及其關(guān)系的分析，提出運(yùn)用多目標(biāo)規(guī)劃方法建立模型，對(duì)三者合理匹配進(jìn)行求解的基本方法。我國重載鐵路發(fā)展有著很大的空間及廣闊的市場，特別是隨著貨物重載運(yùn)輸技術(shù)的不斷改進(jìn)，重載列車“重量、速度、密度”的合理組合將成為貨運(yùn)重載技術(shù)體系的核心。

[1] 胡思繼. 列車運(yùn)行及通過能力理論[M]. 北京：中國鐵道出版社，1993.

[2] 李岱安. 中國鐵路成本計(jì)算[M]. 北京：中國鐵道出版社，1999.