部隊(duì)跨海輸送船舶需求模型研究

吳曉東

(軍事交通學(xué)院聯(lián)合投送系，天津300161)

長(zhǎng)期以來，渡海登陸作戰(zhàn)一直是人類歷史上最復(fù)雜、最困難的作戰(zhàn)樣式之一，渡海運(yùn)輸工具則是渡海登陸作戰(zhàn)的首要考慮因素。對(duì)部隊(duì)跨海輸送的船舶類型、數(shù)量等需求進(jìn)行分析，是進(jìn)行渡海登陸作戰(zhàn)籌劃準(zhǔn)備、制訂輸送及作戰(zhàn)計(jì)劃的重要工作。本文從部隊(duì)跨海輸送船舶需求特點(diǎn)與要求出發(fā)，分析其關(guān)鍵因素，建立部隊(duì)跨海輸送船舶需求模型，提出求解方法，為實(shí)際工作和相關(guān)研究提供新的思路與基本方法。

1 部隊(duì)跨海輸送船舶需求的特點(diǎn)與要求

(1)輸送任務(wù)繁重，船舶需求量大，應(yīng)根據(jù)輸送任務(wù)確定船舶規(guī)模。與平時(shí)相比，戰(zhàn)時(shí)條件下，部隊(duì)跨海輸送的運(yùn)輸量需求劇增，需要在短時(shí)間內(nèi)集結(jié)大量的船舶，呈現(xiàn)出明顯的不均衡性。以諾曼底登陸為例，盟軍5個(gè)第1梯隊(duì)師，使用4 266艘艦船登陸上岸;美軍仁川登陸時(shí)，1個(gè)1梯隊(duì)師2個(gè)團(tuán)，使用登陸艦船91艘突擊上陸［1］。在分析船舶需求時(shí)，要根據(jù)具體任務(wù)要求確定船舶數(shù)量。尤其是渡海登陸作戰(zhàn)，任務(wù)繁重、運(yùn)量巨大、時(shí)間緊急，要根據(jù)作戰(zhàn)部隊(duì)的規(guī)模進(jìn)行測(cè)算。

(2)輸送對(duì)象種類繁多，船型需求多樣化，應(yīng)根據(jù)輸送對(duì)象選擇船舶類型。水路輸送的對(duì)象種類繁多，由于不同的船型裝運(yùn)不同的運(yùn)輸對(duì)象，水路輸送對(duì)船舶類型的需求也是多樣的。人員運(yùn)輸，應(yīng)盡量選用客船、客貨船、客駁、登陸艇;物資運(yùn)輸，應(yīng)選用載荷能力較大的雜貨船、集裝箱船、散貨船、多用途船等;輪式、履帶式裝備運(yùn)輸，一般選用滾裝船、雜貨船、多用途船等;建制部隊(duì)跨海輸送時(shí)，優(yōu)先選用軍隊(duì)制式登陸艦船、民用客滾裝，同時(shí)滿足人員乘坐與裝備滾裝的需要。也可使用汽車滾裝船，實(shí)施裝備的滾裝滾卸，人員可乘坐在車輛甲板。條件不足時(shí)，也可選用雜貨船、多用途船，實(shí)施裝備吊裝吊卸載。

(3)運(yùn)輸環(huán)境復(fù)雜，軍運(yùn)船舶可靠性要求高，應(yīng)根據(jù)運(yùn)輸環(huán)境確定軍運(yùn)船舶的性能。部隊(duì)跨海輸送易受到自然條件的影響制約，特別在戰(zhàn)時(shí)和應(yīng)急條件下，運(yùn)輸環(huán)境復(fù)雜，要求軍運(yùn)船舶具有較高的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)。復(fù)雜的運(yùn)輸可以概括為3個(gè)方面:一是潮汐、風(fēng)浪等自然環(huán)境;二是隱蔽、編隊(duì)等作戰(zhàn)要求;三是敵人的封鎖、破壞和打擊?；诖?，應(yīng)選用技術(shù)狀態(tài)良好的軍運(yùn)船舶。船舶應(yīng)當(dāng)具備航速快、續(xù)航力強(qiáng)、抗風(fēng)浪能力大、靈活機(jī)動(dòng)、便于分散隱蔽、適于裝卸載等優(yōu)點(diǎn)［2］。船舶還應(yīng)有比較完善的救生、消防、供應(yīng)、衛(wèi)生、防寒、防雨、照明等設(shè)備，不具備的應(yīng)予臨時(shí)增配。

2 部隊(duì)跨海輸送船舶需求關(guān)鍵因素與模型分析

2.1 部隊(duì)跨海輸送船舶需求關(guān)鍵因素分析

運(yùn)輸任務(wù)不同，運(yùn)輸對(duì)象及選用船舶類型各有不同，船舶需求計(jì)算關(guān)鍵因素不盡相同。人員運(yùn)輸選用客船時(shí)，主要考慮船舶的載客定額;物資運(yùn)輸時(shí)，主要考慮船舶的載重量或貨艙容積，輕貨時(shí)貨艙容積是關(guān)鍵因素，重貨時(shí)載重量是關(guān)鍵因素;輪式、履帶式裝備運(yùn)輸時(shí)，主要考慮船舶的載貨甲板的面積;部隊(duì)跨海輸送時(shí)，既有人員也有裝備，關(guān)鍵因素也是船舶載貨甲板的面積。一方面，裝備裝載主要考慮載貨甲板的面積;另一方面，在沒有客艙時(shí)，人員乘載也利用貨艙甲板面積。

2.2 最少船舶數(shù)量模型

2.2.1 模型建立

部隊(duì)跨海輸送船型需求多樣，每一船型中每艘船舶的載貨面積千差萬別，計(jì)算時(shí)如以每艘船為考察對(duì)象，則必然過于復(fù)雜，難以計(jì)算。為便于需求計(jì)算，可以將船舶歸類進(jìn)行:同一類型的船舶，比如滾裝船或雜貨船，分為1 000、3 000、5 000、10 000 t等各個(gè)載重噸級(jí)，每一類型的每一載重噸級(jí)就歸為一類，稱為典型級(jí)別載重噸船舶，簡(jiǎn)稱“典型船舶”。求解船舶需求可以簡(jiǎn)化為求解典型船舶的需求。

假設(shè)有n種典型船舶，這里的典型船舶是指每種船舶類型的每一典型級(jí)別載重噸船舶。第i種典型船舶的需求量是xi，每一種典型船舶的平均載貨面積為ai，第i種典型船舶數(shù)量不超過ci，部隊(duì)占用面積為D，則有如下模型:

目標(biāo)函數(shù)為各典型船舶需求量xi之和最小，≥D第1個(gè)約束條件 ，表示各典型船舶的載貨面積之和要大于等于部隊(duì)配載面積，也即船舶需求要滿足任務(wù)需要;第2個(gè)約束條件xi=0，1，2，3，表示船舶需求量是非負(fù)的整數(shù);第3個(gè)約束條件xi≤ci，表示典型船舶數(shù)量要小于該典型船舶的保有量。

2.2.2 模型求解

線性整數(shù)規(guī)劃，用運(yùn)籌學(xué)中的分支定界法求解。在實(shí)際工作中，可以運(yùn)用更為便捷的求解方式——載貨面積最大原則選船，即依次以最大數(shù)量選取載貨面積最大的典型船舶進(jìn)行配載，直至所有部隊(duì)配載完畢。以上方法可進(jìn)行如下證明:

綜合以上兩種情況可知，載貨面積小的船型使用量越少越好，載貨面積大的船型使用量要盡可能的多。

2.2.3 模型改進(jìn)

在建制部隊(duì)輸送中，優(yōu)先選取的是滾裝船等具備滾裝滾卸能力的船舶。根據(jù)2.2.1建立的模型，僅以面積大小選取，很可能在有滾裝船的情況下，選取面積更大的雜貨船，因?yàn)榇皵?shù)量模型忽略了船型因素。為更加合理的計(jì)算船舶需求，考慮船型因素，對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行如下修訂。

有n種典型船舶，第i種典型船舶的需求量為xi，第 i種典型船舶的權(quán)重設(shè)為ki，每一種船型的平均載貨面積為 ai，第 i種船型數(shù)量不超過ci，部隊(duì)總配載面積為D。目標(biāo)函數(shù)為使用船舶數(shù)量與權(quán)重乘積之和最少。

目標(biāo)函數(shù)修訂后權(quán)重如何取值，等級(jí)高的船型與等級(jí)低的船型相比，權(quán)重大還是小好，作以下變換。

2.2.4 改進(jìn)模型求解

上述模型可以采用分支定界法求解。根據(jù)上述證明，依據(jù)船型、船舶配載面積依次選取船舶可得到最優(yōu)解，得到以下求解方法:

(1)計(jì)算部隊(duì)配載面積;

(2)根據(jù)船型優(yōu)先等級(jí)、載貨面積大小對(duì)船舶排序;

(3)根據(jù)排序依次選船配載，直至部隊(duì)配載面積分配完畢。

如果每一船型的數(shù)量都是1，則以上模型就變成了0，1規(guī)劃。這就是日常工作中最常見的，根據(jù)已知能夠集結(jié)的滿載運(yùn)輸任務(wù)要求的具體船舶情況，明確具體選用的船舶。需要指出，用以上方法求得的結(jié)果是該模型的最優(yōu)解，但不是唯一解。因?yàn)闈M足船舶選型要求且使得船舶數(shù)量最少的方案有多個(gè)，而此種方法只是求出其中一個(gè)。

2.3 最大面積利用率模型

2.3.1 模型建立

目標(biāo)函數(shù)min(aii)，即閑置的面積最小。由于D是常數(shù)，可以轉(zhuǎn)換為 min，也就是在滿足軍運(yùn)配載要求下，船舶載貨面積最小。則有

這是整數(shù)線性規(guī)劃，用分支定界法求解得到。

2.3.2 模型改進(jìn)

以上模型并未考慮船型的差異，若考慮船舶選型要求進(jìn)行改進(jìn)，第 i種船型的權(quán)重設(shè)為ki，目標(biāo)函數(shù)變?yōu)榇拜d貨面積與權(quán)重乘積之和最少。

那么ki如何取值以保證優(yōu)選等級(jí)高的船舶首=ka先充分利用，令ii，則有目標(biāo)函數(shù)min除ki與的參數(shù)表達(dá)區(qū)別以外，與模型2.2.3完全一致，當(dāng)時(shí)，能夠保證船型優(yōu)選需要。代入 k'i=ka，則有即 k＞ k時(shí)，能夠保證iiij等級(jí)高的船舶優(yōu)選。

2.3.3 模型求解

上述模型可以采用分支定界法求解。實(shí)際工作中，根據(jù)船舶選型、配載的特點(diǎn)可以對(duì)模型簡(jiǎn)化求解(如圖1所示)。

圖1 部隊(duì)跨海輸送船舶需求計(jì)算流程

首先計(jì)算部隊(duì)配載面積，再根據(jù)船型優(yōu)先等級(jí)對(duì)船舶分組并排序。根據(jù)優(yōu)先級(jí)依次考察每一組船舶，如果船舶載貨面積大于部隊(duì)配載面積，則依據(jù)面積最大利用率模型對(duì)該組船舶進(jìn)行求解。反之，表示該船型全部使用，配載后，再選取下一組船舶考慮。如此反復(fù)，直至所有部隊(duì)配載完畢。以上方法使得求解的規(guī)模大幅減小，只是針對(duì)最后一個(gè)優(yōu)先級(jí)的船舶進(jìn)行模型的最優(yōu)化求解。

3 結(jié)語

部隊(duì)跨海輸送的船舶需求分析涉及因素眾多，運(yùn)輸任務(wù)要求、船舶的類型特點(diǎn)、具體運(yùn)輸環(huán)境等對(duì)船舶需求都有特定的要求。針對(duì)具體任務(wù)的船舶需求分析，還應(yīng)結(jié)合特定情況進(jìn)行具體分析。本文所提出的模型及求解方法是提供一個(gè)基本的參考，為解決具體問題提供借鑒。

［1］ 總后軍交運(yùn)輸部.登島作戰(zhàn)軍交運(yùn)輸保障戰(zhàn)例［M］.北京:總后軍交運(yùn)輸部，2007:39.

［2］ 陳兆仁.水路軍事運(yùn)輸［M］.北京:解放軍出版社，2004:74.