和豪濤，吳笑偉，李揚(yáng)

（河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車學(xué)院，河南　鄭州　450005）

公路大件運(yùn)輸方案優(yōu)選研究?

和豪濤，吳笑偉，李揚(yáng)

（河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車學(xué)院，河南鄭州450005）

為節(jié)約公路大件運(yùn)輸成本，提高公路大件運(yùn)輸方案決策的科學(xué)性，文中在分析公路大件運(yùn)輸影響因素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了公路運(yùn)輸方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并將數(shù)據(jù)包絡(luò)分析和層次分析法相結(jié)合，采用DEA-AHP算法對(duì)運(yùn)輸方案進(jìn)行優(yōu)選，最后用實(shí)例驗(yàn)證了方法的有效性。

公路運(yùn)輸；大件運(yùn)輸；數(shù)據(jù)包絡(luò)分析；層次分析法；方案優(yōu)選

大件運(yùn)輸設(shè)備具有超重、超長、超寬、超高的特征，運(yùn)輸過程要有很高的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。大件運(yùn)輸方式有公路、水路、鐵路、航空及以上方式組合的多式聯(lián)運(yùn)，其中公路運(yùn)輸具有便捷、安全、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，也最容易實(shí)現(xiàn)，在重大件運(yùn)輸中占有重要地位。隨著國家高速公路網(wǎng)的完善，公路運(yùn)輸作為大件運(yùn)輸?shù)闹饕绞饺遮呏匾?。大件運(yùn)輸因其特殊性和專業(yè)性而倍受重視，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)大件運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行了研究，并取得了一定成果，如F.Lamiraux等研究了汽車列車運(yùn)送A380客機(jī)組件的實(shí)戰(zhàn)運(yùn)輸，運(yùn)籌得出裝車和運(yùn)輸?shù)淖顑?yōu)方案；羅建研究了公路大件運(yùn)輸線路的層次模型；孟琳研究了大件運(yùn)輸組織方法及安全保障技術(shù)。但對(duì)公路大件運(yùn)輸方案經(jīng)濟(jì)性的研究還很少。

一般來說，工程項(xiàng)目中運(yùn)輸費(fèi)用占其總投資的10％～30％，選擇合理的運(yùn)輸方案對(duì)節(jié)約工程造價(jià)非常重要。長期以來，大件運(yùn)輸方式、運(yùn)輸路線選擇都是靠承運(yùn)人主觀判斷或憑借運(yùn)輸經(jīng)驗(yàn)或從運(yùn)輸過程障礙的多少來確定，缺少必要的理論支持。為提高公路大件運(yùn)輸方案選擇的科學(xué)性和合理性，該文對(duì)公路大件運(yùn)輸方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行研究，在分析公路大件運(yùn)輸影響因素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建公路運(yùn)輸方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析和層次分析相結(jié)合的DEA-AHP方法進(jìn)行優(yōu)選，為公路大件運(yùn)輸企業(yè)確定運(yùn)輸方案提供科學(xué)依據(jù)。

1　公路大件運(yùn)輸方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

公路大件運(yùn)輸技術(shù)條件要求嚴(yán)格，運(yùn)輸方案是運(yùn)輸組織的核心，涉及車輛裝備、路線選擇、道路排障、人員組織等，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。為了提高大件運(yùn)輸績效，節(jié)約運(yùn)輸成本，需對(duì)公路大件運(yùn)輸方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。公路大件運(yùn)輸屬多目標(biāo)決策問題，影響公路大件運(yùn)輸?shù)囊蛩睾芏?，需?quán)衡各方面因素。公路大件運(yùn)輸評(píng)價(jià)指標(biāo)要具有可比性，且受主觀因素影響小，即要選擇客觀性好、有代表性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

文獻(xiàn)［4]、［5]分別提出了不同大件運(yùn)輸方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，但這些指標(biāo)偏重于道路排障費(fèi)、運(yùn)費(fèi)、運(yùn)輸時(shí)間等經(jīng)濟(jì)性和時(shí)效性因素，對(duì)運(yùn)輸實(shí)施過程中重要的液壓系統(tǒng)和貨物捆綁穩(wěn)定性等安全性因素鮮有涉及，對(duì)運(yùn)輸?shù)缆返耐ㄐ心芰Φ燃夹g(shù)性因素也涉及較少。該文在參考相關(guān)資料、進(jìn)行大量調(diào)查和研究的基礎(chǔ)上，從運(yùn)輸安全的角度入手，以安全性、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)可行性和時(shí)效性作為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。

鑒于公路大件運(yùn)輸方案評(píng)價(jià)是多指標(biāo)評(píng)價(jià)，影響因素較多，這些因素之間有些是相互矛盾和排斥的，有些指標(biāo)可能存在一定的關(guān)聯(lián)性，并非完全獨(dú)立。其中：可量化的有經(jīng)濟(jì)性和時(shí)效性因素，如運(yùn)費(fèi)、道路橋梁補(bǔ)償費(fèi)、道路排障費(fèi)、路政手續(xù)辦理費(fèi)、夾具設(shè)計(jì)費(fèi)及行駛時(shí)間、辦證停留時(shí)間等；不易量化的有安全性和技術(shù)性因素，如牽引車組的可靠性（主要考慮牽引車有足夠的動(dòng)力性和牽引車驅(qū)動(dòng)輪有足夠的附著力）、捆綁的穩(wěn)定性（即確保貨物與車體間捆扎的可靠性，主要考慮汽車列車在緊急制動(dòng)時(shí)的慣性力可能造成貨物向前滑動(dòng)或傾翻和車體在橫向傾斜時(shí)造成貨物側(cè)向下滑或傾倒）、液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性（大件運(yùn)輸車組均采用液壓獨(dú)立懸掛，靠液壓系統(tǒng)支承貨物重量，液壓系統(tǒng)要保持掛車平面的穩(wěn)定及每個(gè)輪胎受力均勻，掛車液壓系統(tǒng)小于允許額定工作壓力的限制）、裝載的可靠性（指載荷重心的重力鉛垂線經(jīng)過穩(wěn)定三角形的位置，經(jīng)過穩(wěn)定三角形的中心時(shí)，裝載的穩(wěn)定性最高）、環(huán)境保護(hù)的要求（是指運(yùn)輸過程對(duì)周圍環(huán)境、道路交通安全的影響，影響愈小，級(jí)別越高）、道路橫縱坡通過性（由于大件貨物外形尺寸大且質(zhì)量重，在通過道路橫縱坡時(shí)極易發(fā)生翻車事故，坡道坡度越大，車輛行駛可靠性越差）、彎道通過性（主要考慮運(yùn)輸車組的轉(zhuǎn)彎半徑和貨物的空掃量）、橋梁通過性（主要考慮大件運(yùn)輸車組通過相關(guān)橋梁的情況，若橋梁的承載能力大于運(yùn)輸車組的總重，則運(yùn)輸車組可以通過橋梁）、路面情況（主要體現(xiàn)在運(yùn)輸路線的平整性和路面質(zhì)量兩方面）、運(yùn)輸管理限制（是指運(yùn)輸車輛受經(jīng)過區(qū)域運(yùn)輸管理部門相關(guān)運(yùn)輸條例的限制）?？紤]到方案評(píng)價(jià)指標(biāo)的復(fù)雜性、科學(xué)性及操作上的可行性，盡可能采用定量分析方法進(jìn)行處理。如此構(gòu)建的大件運(yùn)輸方案評(píng)價(jià)指標(biāo)如圖1所示。

2　DEA-AHP綜合模型

2.1DEA和AHP的基本原理

在相對(duì)效率概念基礎(chǔ)上發(fā)展起來的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析DEA（Data Envelopment Analysis）是一種系統(tǒng)分析方法，是處理多目標(biāo)決策問題的有效方法。在DEA方法中，可把多目標(biāo)模型中的備選方案作為決策單元，指標(biāo)權(quán)重是固定的，應(yīng)用由輸入、輸出指標(biāo)組成的多目標(biāo)對(duì)備選方案排序。DEA采取二分法，只能區(qū)分決策單元是否有效，無法進(jìn)行全排序。

圖1　公路大件運(yùn)輸方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

層次分析法AHP（Analytic Hierarchy Process）是一種常用的多準(zhǔn)則、多目標(biāo)決策方法，是基于多目標(biāo)的層次結(jié)構(gòu)，依據(jù)主觀判斷備選方案的相對(duì)重要性，在滿足一致性檢驗(yàn)后，得到各方案的排序。AHP作為一種綜合評(píng)價(jià)方法，其自身沒有指標(biāo)量化方法。同時(shí)AHP方法受決策者自身偏好的影響，由其主觀設(shè)定的判斷矩陣的相對(duì)穩(wěn)定性較差，且當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)量過多時(shí)，對(duì)判斷矩陣的影響明顯，造成決策者判斷不準(zhǔn)確甚至失誤。

國內(nèi)也有一些關(guān)于AHP-DEA混合模型的應(yīng)用，這些模型先使用AHP確定指標(biāo)權(quán)重，然后應(yīng)用DEA進(jìn)行運(yùn)算，沒有改善人為設(shè)定AHP判斷矩陣的主觀性，也沒有對(duì)DEA的局部最優(yōu)性進(jìn)行改善。

2.2DEA-AHP模型

DEA-AHP綜合模型充分利用DEA動(dòng)態(tài)修正和非參數(shù)客觀評(píng)價(jià)特性，利用AHP實(shí)現(xiàn)所有決策單元的全排序值，可為大件運(yùn)輸方案的選擇提供更合理、科學(xué)的選擇方法。該模型分兩個(gè)階段：第一階段，將所有決策單元兩兩任意組對(duì)，對(duì)每對(duì)決策單元運(yùn)用DEA方法進(jìn)行有效性分析。在進(jìn)行DEA分析時(shí)，只考慮組對(duì)的決策單元，忽略其他決策單元。第二階段，根據(jù)第一階段決策單元進(jìn)行DEA計(jì)算出的有效值構(gòu)建判斷矩陣，利用AHP對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)所有決策單元的排序。

2.2.1DEA有效性分析

假設(shè)存在n個(gè)決策單元，每個(gè)決策單元中輸入指標(biāo)和輸出指標(biāo)分別為m、s個(gè)。xij表示第j個(gè)單元的第i個(gè)輸入值，yrj表示第j個(gè)單元的第r個(gè)輸出值。任意一對(duì)決策單元（如決策單元A、B），兩個(gè)決策單元的有效值EAA、EBA，EBB、EAB可用DEA方法進(jìn)行計(jì)算。目標(biāo)函數(shù)LP1和LP2為線性規(guī)劃問題，其最優(yōu)解分別為EAA、EBA，計(jì)算公式如下：

把式（1）、式（2）中A、B對(duì)換，可計(jì)算出最優(yōu)解EBB、EAB。

ajk表示判斷矩陣中第j行第k列元素，其計(jì)算公式如下：

2.2.2AHP全排序

應(yīng)用AHP的單一水平性對(duì)所有決策單元進(jìn)行排序。判斷矩陣A=［ajk]n×n，求出最大特征值λmax和其對(duì)應(yīng)的特征向量ω=（ω1，ω2，…，ωn）T，ωj反映第j個(gè)單元的相對(duì)重要程度。按決策單元對(duì)應(yīng)特征向量ω的大小對(duì)所有決策單元進(jìn)行排序。

3　案例分析

下面以陜西大唐彬長電廠項(xiàng)目為例，分析250 t定子（長×寬×高為9 620 m×3 510 m×3 800 m）從西安變壓器廠至陜西大唐彬長電廠施工現(xiàn)場的公路運(yùn)輸方案。根據(jù)對(duì)目前公路網(wǎng)的實(shí)地考察，在滿足線路技術(shù)條件和安全的前提下，從西安變壓器廠至電廠施工現(xiàn)場有3種方案可選擇。第一種方案：西安變壓器廠—咸陽—寶雞—隴縣—彬長電廠，全程416 km；第二種方案：西安變壓器廠—咸陽—禮泉—彬縣—彬長電廠，全程245 km；第三種方案：西安變壓器廠—三原—旬邑—彬縣—彬長電廠，全程196 km。

3.1構(gòu)造輸入、輸出系統(tǒng)

每個(gè)決策單元（DMUj，j=1，2，…，n）由待評(píng)價(jià)的大件運(yùn)輸方案組成。技術(shù)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和時(shí)間性是公路運(yùn)輸方式下大件運(yùn)輸方案的影響因素，故輸入、輸出系統(tǒng)由公路大件運(yùn)輸方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中四大因素構(gòu)造，越小越好的指標(biāo)構(gòu)成決策單元的輸入指標(biāo)，越大越好的指標(biāo)構(gòu)成決策單元的輸出指標(biāo)，其中輸入指標(biāo)8個(gè)，輸出指標(biāo)10個(gè)。待評(píng)價(jià)的3種大件運(yùn)輸方案（DMUj，j=1，2，3）的原始評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　公路大件運(yùn)輸方案評(píng)價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)

3.2指標(biāo)的規(guī)范化處理

為了消除不同物理量綱和數(shù)量級(jí)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，使指標(biāo)具有可比性，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化處理，使指標(biāo)值離散分布在［0，1]。設(shè)Xij、Yij分別為第j個(gè)待評(píng)價(jià)運(yùn)輸方案（DMUj）的第i個(gè)輸入指標(biāo)和第r個(gè)輸出指標(biāo)，Xij和Yij規(guī)范化方法如下：

3.3評(píng)選結(jié)果

為了使判斷矩陣更加客觀、準(zhǔn)確，將待選公路大件運(yùn)輸方案（DMUj）進(jìn)行兩兩對(duì)比，計(jì)算各自的有效性值，并代入式（3），得到判斷矩陣（如表2所示）。

表2　DEA方法構(gòu)造的判斷矩陣

針對(duì)DEA方法構(gòu)造的判斷矩陣，用特征多項(xiàng)式法計(jì)算最大特征根λmax及其對(duì)應(yīng)的特征向量ω：

用層次分析法對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：一致性指標(biāo)CI=（λmax-n）/（n-1）=0.048，平均隨機(jī)一致性檢驗(yàn)指標(biāo)RI=0.58（n=3，如表3所示），隨機(jī)一致性指標(biāo)CR=CI/RI=0.048/0.58= 0.083<0.1，判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn)。

表3　平均隨機(jī)一致性檢驗(yàn)指標(biāo)的取值

DEA-AHP的排序結(jié)果對(duì)比如表4所示。根據(jù)表4，優(yōu)先選擇的順序?yàn)镈MU2>DMU1> DMU3，即運(yùn)輸方案二是最優(yōu)選擇。

表4　DEA-AHP與DEA排序結(jié)果

4　結(jié)論

國家高速公路網(wǎng)的完善極大地改變了公路運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行條件，公路運(yùn)輸作為大件運(yùn)輸?shù)闹饕绞饺找嬷匾?。為降低公路大件運(yùn)輸費(fèi)用，提高公路大件運(yùn)輸方案決策的科學(xué)性，該文建立了由安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和時(shí)效等因素構(gòu)成的運(yùn)輸方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用DEA-AHP方法對(duì)大件運(yùn)輸方案進(jìn)行優(yōu)選，為運(yùn)輸方案評(píng)價(jià)的多指標(biāo)、多準(zhǔn)則有效合成提供一種量化方法。實(shí)例計(jì)算表明DEA-AHP方法可操作性強(qiáng)，結(jié)果客觀、可信，研究結(jié)果可為運(yùn)輸企業(yè)確定公路大件運(yùn)輸方案提供科學(xué)依據(jù)。

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U492.3

A

1671-2668（2016）01-0074-04

2015-09-30

河南省重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃資助項(xiàng)目（122102210400）