謝如鶴， 喻佩云， 黃祖慶， 程彩霞， 韓煒城

(廣州大學 物流與運輸研究所，廣東 廣州 510006)

0 引言

為了深化運輸供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，完善運輸保障機制，推動運輸組織創(chuàng)新，鐵路貨運需要提高調(diào)度水平[1]。目前，貨運調(diào)度計劃很大程度上取決于調(diào)度人員個人的經(jīng)驗判斷[2]。為了優(yōu)化鐵路貨運調(diào)度，Markus 等[3]運用數(shù)學模型優(yōu)化列車編組問題，考慮列車的發(fā)到時間及其他相關(guān)條件，再選擇合適的調(diào)度方法；趙紀偉等[4]在闡述貨場的取送車、裝卸作業(yè)、貨位及搬運4 種作業(yè)能力的基礎(chǔ)上，引入調(diào)車不均衡系數(shù)，提出貨場能力補償方案。已有研究較多集中于貨場作業(yè)中部分能力的優(yōu)化，較少將作業(yè)能力用于分析貨場整體的運作效率，也缺少對貨運成本的分析與考量。鐵路貨場的各項作業(yè)情況不僅能反映貨場運作效率，而且也可以作為調(diào)度的判斷條件。研究當樞紐內(nèi)有重車積壓(或貨場堵塞)時，通過繁忙度指標分析不同貨場中的取送能力、裝卸能力、搬運能力和貨位能力的情況，由成本分析篩選出合適的重車卸車地點，最終決定是否變更卸車貨場則由貨主決定。該方法依托實時貨運信息，輔助調(diào)度人員篩選出合適的作業(yè)貨場，促進貨場資源合理高效利用，從而提高鐵路貨物運輸效率和服務(wù)質(zhì)量。

1 鐵路貨場決策分析及調(diào)度模型構(gòu)建

1.1 繁忙度分析

1.1.1 繁忙度的含義及計算公式

鐵路貨場中各項作業(yè)的作業(yè)時間目前沒有統(tǒng)一的衡量標準。因此，基于以往研究成果，選取鐵路貨場的取送、裝卸、搬運和貨位4 項作業(yè)能力，將繁忙度指標定義為貨場的某項作業(yè)在一定時間內(nèi)的作業(yè)量與該項作業(yè)能力的理論最大值的比值[5]。貨場作業(yè)能力與繁忙度計算公式如表1 所示。

其中Nqmax，Nzmax，Nbmax，Nhmax為各項作業(yè)能力的理論最大值，在此選擇繁忙度最大的一項作為整個貨場的繁忙度δ。

1.1.2 繁忙度等級劃分

為了更好地評價鐵路貨場的運作效率，將貨場各項作業(yè)能力的繁忙程度分為不繁忙、一般繁忙、比較繁忙、非常繁忙4 個等級。繁忙度指標等級如表2所示。

1.2 成本分析

成本分析是通過測算原貨場和備選貨場的各項成本發(fā)生項，比選確定出調(diào)度總成本產(chǎn)生最小的貨場，幫助貨主決策。通過查閱相關(guān)文獻[6-7]，將貨車延誤時產(chǎn)生的費用分為作業(yè)成本、等待成本和運輸成本。成本分析中各項作業(yè)的參數(shù)及定義如表3 所示。

1.2.1 原貨場 j 的成本

貨車在不同運行階段，成本可以分為發(fā)到、中轉(zhuǎn)和貨車運行作業(yè)成本。結(jié)合表1 的各項作業(yè)，假設(shè)各貨場的固定成本相對不變，作業(yè)費率不同，計算原貨場j的作業(yè)成本Yj為

表1 貨場作業(yè)能力與繁忙度計算公式Tab.1 Freight yard operation capacity and busy degree calculation formula

表2 繁忙度指標等級Tab.2 Coefficient of the busy degree

表3 參數(shù)及定義Tab.3 The parameters and the definitions

原貨場j的等待成本Cj為

原貨場j的運輸成本Tj[8]為

綜上，原貨場j的調(diào)度總成本Zj為

1.2.2 備選貨場 i 的成本

當貨主選擇往備選貨場i(i= 1，2，…，n)調(diào)運時，計算備選貨場的作業(yè)成本Yi為

貨場i的等待成本Ci為

貨車從編組站到備選貨場i的運輸成本Ti為

綜上，備選貨場i的調(diào)度總成本Zi為

1.3 調(diào)度模型建立

鐵路貨車調(diào)度，需要滿足分層分級管理、集中統(tǒng)一指揮的原則，具體細則如下。①在運輸工作的日常計劃中，編組站及區(qū)段站需要及時收集到達列車預(yù)、確報，掌握車流變化，正確推算現(xiàn)車和相關(guān)指標，按階段向鐵路局集團公司調(diào)度所匯報車流和車站作業(yè)情況。②當計劃組織無法有效完成卸車任務(wù)時，應(yīng)先向上級匯報，在收到指令后進行合理的調(diào)度作業(yè)，從而確保貨場的有效運轉(zhuǎn)。③變更到達車站(貨場)時，應(yīng)確保車流通暢，不同貨場之間的調(diào)度需要在貨物運輸經(jīng)營考核指標達標的前提下進行。

基于上述鐵路貨場繁忙度分析、成本分析及調(diào)度原則，構(gòu)建單目標規(guī)劃函數(shù)，選取最為合適的調(diào)度貨場，構(gòu)建模型如下。

式中：δj為原計劃貨場j的繁忙度；δi為備選貨場i的繁忙度。

2 算例分析

2.1 調(diào)度決策邏輯框架圖

綜合上述鐵路調(diào)度基本原則和鐵路貨場決策分析及調(diào)度模型，假定貨車停留時間、線路占用情況、兩端站區(qū)間狀況均符合調(diào)度車流計劃性原則。鐵路局集團公司根據(jù)列車運行圖顯示的情況，充分了解線路的運輸效率，判斷備選線路是否滿足調(diào)度條件，在貨場各項要求滿足調(diào)度原則的基礎(chǔ)上，進行鐵路貨車調(diào)度決策分析。

調(diào)度邏輯思路如下：①判斷是否符合調(diào)度原則及運輸效率等情況，當滿足原則后進入下一步。②繁忙度分析。在鐵路貨運計劃中，假設(shè)以原貨場的繁忙程度大于0.8，備選貨場的繁忙度小于0.6 為閾值(此閾值可以根據(jù)情況適當調(diào)整)，判斷是否需要進行調(diào)度。當貨場各項繁忙程度未超出臨界值時，按照原計劃作業(yè)；否則進入下一環(huán)節(jié)。③成本分析。以鐵路調(diào)度總成本最小為目標，按照模型分別計算鐵路貨車的作業(yè)成本、等待成本和運輸成本，篩選出調(diào)度的目標貨場。④詢問貨主的意見，進行貨運安排。

鐵路貨場調(diào)度邏輯框架如圖1 所示。

2.2 繁忙度計算

根據(jù)上述貨場調(diào)度邏輯框架，首先應(yīng)分析繁忙度，決定是否調(diào)整調(diào)度貨場?，F(xiàn)假定貨車行駛至某編組站時，得出原計劃貨場x及樞紐內(nèi)的備選貨場x1，x2，x3的取送繁忙度δq、裝卸繁忙度δz、搬運繁忙度δb和貨位繁忙度δh。原計劃貨場(x)及備選貨場(x1，x2，x3)的繁忙度如表4 所示。

由表4 數(shù)據(jù)可知，該狀況下原貨場x的繁忙度為0.81，狀態(tài)為“非常繁忙”，需要進行調(diào)度。備選貨場x1的繁忙度為0.50，狀態(tài)為“一般繁忙”；貨場x2的繁忙度為0.41，狀態(tài)為“不繁忙”；貨場x3的繁忙度0.60，狀態(tài)為“比較繁忙”。3 個貨場的運作情況均符合調(diào)度備選條件，因此再對x，x1，x2，x34 個貨場做進一步的成本分析。

2.3 成本計算

圖1 鐵路貨場調(diào)度邏輯框架Fig.1 Logical diagram of railway freight yard dispatching

表4 原計劃貨場(x)及備選貨場(x1，x2，x3)的繁忙度Tab.4 Busy degree of the original freight yards (x) and optional ones (x1, x2, x3)

按照調(diào)度邏輯框架進行繁忙度測算后，進行成本分析。已知貨車總數(shù)為10 車，貨車的平均靜載重為30 t/車。此時貨車運至編組站，貨車距離原貨場x為5 km，距離備選貨場x1，x2，x3分別為9.5 km，13.3 km 和13.8 km。鐵路樞紐貨場相對位置如圖2 所示。其中，貨場x的作業(yè)費率為8.51 元/t，貨場x1，x2，x3的作業(yè)費率分別9 元/t、8.17 元/t 和8.77 元/t。為便于研究，假設(shè)各貨場作業(yè)的固定成本相同，此處忽略不計。由于原計劃調(diào)度貨場的繁忙程度為0.81 (非常繁忙)，存在延遲，延遲費率為10 元/ (車·h)，貨車停留在原貨場的等待時間為5 h。貨車調(diào)至貨場x1，x2，x3的等待時間分別為2 h，1 h，3 h。假設(shè)運輸費用中，發(fā)到基價為5.4 元/t，運行基價為0.027 6 元/ (t·km)。

圖2 鐵路樞紐貨場相對位置Fig.2 Relative position of railway freight yards in hub

按照調(diào)度模型的對應(yīng)公式，由公式(1)可以計算原貨場作業(yè)成本Y為2 553 元。由公式(5)可得x1，x2，x3的作業(yè)成本為2 700 元、2 451 元和2 631 元。

由公式(2)可以計算原貨場的等待成本C為500元。由公式(6)可知備選貨場x1，x2，x3的等待成本分別為200 元、100 元和 300 元。

由公式(3) 可計算原貨場的運輸成本T為1 661.40 元。由公式(7) 可算出備選貨場x1，x2，x3的運輸成本為1 698.66 元、1 730.12 元和1 734.26 元。

由公式(4)和(8)可以計算出各貨場的調(diào)度總成本Z，其中貨場x2的調(diào)度總成本最小，為4 281.12 元。進一步地，征求貨主意見；當貨主同意調(diào)度時，選擇x2作為調(diào)度貨場。當貨主不同意調(diào)度時，在原貨場x等待。貨場各項成本及調(diào)度總成本如表5 所示。

表5 貨場各項成本及調(diào)度總成本 元Tab.5 Various costs and overall dispatching cost of the freight yard

3 結(jié)論

（1）研究引入繁忙度的指標及計算公式，通過計算貨場的取送、裝卸、搬運和貨位能力，確定貨場整體的運作狀況。運用成本分析法計算鐵路貨車的作業(yè)、等待及運輸成本，以此構(gòu)建調(diào)度模型，形成調(diào)度邏輯框架，將貨場的繁忙度和成本分析作為調(diào)度決策的判決條件，幫助調(diào)度人員篩選出合適的貨場，減少貨車積壓和等待時間，使貨場資源得到合理高效的利用，從而提高鐵路貨物運輸效率。

（2）模型的構(gòu)建以運輸線路通暢、日班計劃達到要求等多種假設(shè)為前提，對比貨場間的繁忙度和成本，僅適用于貨場間的調(diào)度決策。研究未考慮在裝卸車貨場已經(jīng)確定的情況下如何進行場內(nèi)調(diào)度，在后續(xù)研究中應(yīng)就優(yōu)化利用貨場能力、提高樞紐調(diào)度效率等進一步完善研究內(nèi)容。