危險品多式聯(lián)運(yùn)方案優(yōu)化的探討

付曉鳳，楊麗萍

(1.西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 交通運(yùn)輸系，陜西 西安 710014；2.西安市投資公司 節(jié)能評審中心，陜西 西安 710061)

危險品多式聯(lián)運(yùn)方案優(yōu)化的探討

付曉鳳1，楊麗萍2

(1.西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 交通運(yùn)輸系，陜西 西安 710014；2.西安市投資公司 節(jié)能評審中心，陜西 西安 710061)

綜合考慮危險品多式聯(lián)運(yùn)過程中的安全性和經(jīng)濟(jì)性，建立基于危險性最小，以及成本、時間最少的聯(lián)運(yùn)方案優(yōu)化模型，根據(jù)運(yùn)輸方式危險性排序、環(huán)境危險性評估、貨物固有的危險特性判斷、危險品多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)的危險性等確定危險品多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)危險性，并進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，為危險品多式聯(lián)運(yùn)順暢、高效地完成奠定理論基礎(chǔ)。

危險品；多式聯(lián)運(yùn)；方案優(yōu)化

目前，多式聯(lián)運(yùn)在我國還處于起步階段，關(guān)于危險品多式聯(lián)運(yùn)的理論研究還比較欠缺[1]，而關(guān)于危險品運(yùn)輸安全的研究主要偏重于某單一運(yùn)輸方式的方案優(yōu)化，如道路危險品運(yùn)輸費(fèi)用最少或危險品運(yùn)輸風(fēng)險最小的路徑選擇，具有一定的片面性[2]。為此，從多式聯(lián)運(yùn)的角度考慮，綜合考慮各種因素對危險品多式聯(lián)運(yùn)的影響，建立基于危險性最小、成本和時間最少的危險品多式聯(lián)運(yùn)多目標(biāo)優(yōu)化方案，為聯(lián)運(yùn)的合理性、順暢性、高效性提供理論依據(jù)和應(yīng)用基礎(chǔ)。

1 危險品多式聯(lián)運(yùn)方案優(yōu)化模型

事實(shí)表明，安全性和經(jīng)濟(jì)性具有一定的關(guān)聯(lián)性，為確保危險品安全、快速運(yùn)輸，在技術(shù)、管理方面要求較高，安全投入 (即成本) 會相應(yīng)增加。因此，應(yīng)將安全性、經(jīng)濟(jì)性結(jié)合起來，為貨主提供安全、經(jīng)濟(jì)和快捷的多式聯(lián)運(yùn)服務(wù)。

為此，將安全性與經(jīng)濟(jì)性作為整體考慮，建立以危險性最小、成本及時間最少為目標(biāo)函數(shù)的危險品多式聯(lián)運(yùn)方案優(yōu)化模型[3-4]。由于安全性、成本及時間指標(biāo)的單位不一致 (即不可通約性)，不能直接比較分析，因而首先應(yīng)對成本及時間指標(biāo)無量綱化。

對于指標(biāo)值越小越好的成本及時間等成本型指標(biāo)，通常進(jìn)行無量綱變換[5]的公式為

在無量綱化后，建立危險品多式聯(lián)運(yùn)方案優(yōu)化模型。模型是由 3 個線性函數(shù)合成的目標(biāo)函數(shù)。

式中：R 表示聯(lián)運(yùn)的危險性，需要綜合考慮貨物的特性、聯(lián)運(yùn)管理、環(huán)境等因素考慮；C 表示運(yùn)輸成本，為運(yùn)輸費(fèi)用與中轉(zhuǎn)費(fèi)用之和；T 為時間成本，包括運(yùn)輸時間和中轉(zhuǎn)時間總和；為 0-1 變量，如果從起點(diǎn) i 到終點(diǎn) j 采用第 k 種運(yùn)輸方式為 1，否則為0；k = 1，2，3，4，分別代表公路、鐵路、水路、航空運(yùn)輸方式；為從城市 i 到城市 j 采用運(yùn)輸方式 k 時的運(yùn)輸危險性；為在中轉(zhuǎn)點(diǎn) m 由運(yùn)輸方式 k 轉(zhuǎn)為 l 時中轉(zhuǎn)過程的危險性；為城市 i 到城市 j 采用運(yùn)輸方式 k 時的運(yùn)費(fèi)；為 0-1 變量，在點(diǎn) m 從 k 運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)換為 l 運(yùn)輸方式時為 1，否則為 0；為在中轉(zhuǎn)點(diǎn) m 運(yùn)輸方式由 k 轉(zhuǎn)換為 l 時的中轉(zhuǎn)費(fèi)；為從城市 i 到城市 j 采用運(yùn)輸方式 k 時的運(yùn)輸時間；為在中轉(zhuǎn)點(diǎn) m 運(yùn)輸方式由 k 轉(zhuǎn)換為 l 時的中轉(zhuǎn)時間。

約束方程 ⑷ 表示 2 個城市之間只使用 1 種運(yùn)輸方式；公式 ⑸ 表示城市內(nèi)部運(yùn)輸只有 1 種運(yùn)輸方式；公式 ⑹ 用來保證內(nèi)部的一致性，即如果在城市 i 運(yùn)輸方式由 k 轉(zhuǎn)換為 l，則從城市 i-1 到城市 i 采用運(yùn)輸方式 k，從城市 i 到城市 i + 1 采用運(yùn)輸方式 l，i-1、i 和i + 1 分別表示在運(yùn)輸路徑上前后 3 個相連的城市。

2 危險品多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)危險性的確定

為保證多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)的安全，必須降低危險性。從概率論的角度看，安全性 S = 1-R (危險性)，R 取值在 0～1 之間。確定 R 是危險品聯(lián)運(yùn)方案優(yōu)化模型的關(guān)鍵[6]。對于不同的危險貨物，發(fā)生危險的可能性與貨物種類和性質(zhì)、運(yùn)輸方式，以及溫度、濕度、地形、線形等外界環(huán)境有關(guān)[6]，宜分別加以討論。

1.1 凍害發(fā)生歷史 秦嶺北麓從上世紀(jì)80年代中期開始進(jìn)行獼猴桃商業(yè)化栽培，30多年來，冬季已先后發(fā)生大的凍害5次（1991年12月28日，-14.7℃；2002年12月26日，-16.1℃；2009年 11月 15日，-8.1℃；2012年 1月 25日，-14.1℃；2016年1月25日，-14.5℃。每次降溫都伴隨較強(qiáng)降雪，且持續(xù)時間較長），給生產(chǎn)造成了巨大損失。有些年份最低氣溫低于-10℃且持續(xù)5天以上，部分獼猴桃園也會受凍。個別暖冬年份，溫度持續(xù)過高，一旦出現(xiàn)劇烈降溫，獼猴桃也有凍害現(xiàn)象發(fā)生。

2.1 運(yùn)輸方式危險性排序

不同的運(yùn)輸方式其危險性各不相同，可以通過發(fā)生的貨運(yùn)事故率來判斷。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國 2008 年各種運(yùn)輸方式貨運(yùn)事故率為：鐵路 0.000 04，公路0.001 50，航空 0.000 30，水運(yùn) 0.001 03[7]，排序依次為公路＞水運(yùn)＞航空＞鐵路。如果把公路的危險性作為基數(shù) 1，則公路 ∶ 水運(yùn) ∶ 航空 ∶ 鐵路= 1 ∶ 0.69 ∶ 0.20 ∶ 0.03。因此，如果用危險系數(shù)描述各種運(yùn)輸方式的危險性，可以給出如表 1 所示的各種貨物運(yùn)輸方式危險性評判標(biāo)準(zhǔn)。

表1 各種貨物運(yùn)輸方式危險性評判標(biāo)準(zhǔn)

在長距離的多式聯(lián)運(yùn)過程中，只有保證每一段運(yùn)輸及運(yùn)輸中轉(zhuǎn)銜接過程的安全，才能保證整個聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)的安全。

2.2 環(huán)境危險性評估

危險品多式聯(lián)運(yùn)過程中的環(huán)境因素包括自然環(huán)境、物流環(huán)境。在衡量環(huán)境危險性時，還應(yīng)考慮一旦發(fā)生事故，危險品對運(yùn)輸沿線生態(tài)環(huán)境、居民的影響程度?？梢愿鶕?jù)監(jiān)測的氣象條件等信息，再結(jié)合危險品對環(huán)境的敏感程度等情況綜合評判。環(huán)境危險性評估標(biāo)準(zhǔn)如表 2 所示。

表2 環(huán)境危險性評估標(biāo)準(zhǔn)

2.3 貨物固有的危險特性判斷

危險品的危險性與其分子結(jié)構(gòu)及理化特性有關(guān)，危險品一般具有燃燒、爆炸、毒害性、腐蝕性等危害，可以從健康危害性 (包括急性毒性、皮膚腐蝕/刺激、嚴(yán)重眼損傷/刺激等)、易燃性、活性反應(yīng)特性3 個方面分級衡量。

毒、高毒、中等毒、低毒和微毒) 5 級。

（2）易燃性。指引起化學(xué)品燃燒的難易程度，分為極易燃、高度易燃、易燃、可燃、不燃 5 級。

（3）活性反應(yīng)特性。包括熱反應(yīng)、氧化-還原反應(yīng)、遇水反應(yīng)等特性。根據(jù)反應(yīng)時能量釋放的難易、速度和數(shù)量，分為極易反應(yīng)、易反應(yīng)、較易反應(yīng)、較穩(wěn)定、穩(wěn)定 5 級。

貨物固有的危險特性評判標(biāo)準(zhǔn)如表 3 所示。

表3 貨物固有的危險特性評判標(biāo)準(zhǔn)

如果在某種條件下某貨物同時存在多種危險性，應(yīng)以其中危險系數(shù)最高的危險性作為評判標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 危險品多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)的危險性

危險品多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)的危險性往往受多種因素的共同作用，因此其綜合危險性 R = α·運(yùn)輸危險性+ β·貨物危險性 + γ·環(huán)境危險性，其中 α，β，γ 分別表示各因素所占的權(quán)重系數(shù)。由于危險貨物的危險性主要取決于其理化特性，依據(jù)某企業(yè)安全評價的經(jīng)驗(yàn)，α 取24%，β 取 60%，γ 取 16%[8]。由于危險品多式聯(lián)運(yùn)過程參與企業(yè)多、運(yùn)輸時間長，受環(huán)境影響較大，極易引發(fā)事故，因而綜合考慮后確定 α = 27%，β = 55%，γ = 18%。

綜上所述，危險品多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)危險性評價標(biāo)準(zhǔn)如表 4 所示。

表4 危險品多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)危險性評價標(biāo)準(zhǔn)

由于影響多式聯(lián)運(yùn)物流安全的因素很多，無法采取統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來衡量。因此，應(yīng)由專家或權(quán)威人士綜合考慮各種因素之后，結(jié)合上述各評判標(biāo)準(zhǔn)，最終確定 R 值。

3 實(shí)例分析

現(xiàn)有一批氰化鈉需要從 A 城市運(yùn)往到 E 城市，在這 2 個城市之間存在著多條運(yùn)輸路線、多種運(yùn)輸方式供聯(lián)運(yùn)經(jīng)營人選擇，如圖 1 所示。各運(yùn)輸路線的參數(shù)及無量綱統(tǒng)一數(shù)值如表 5 所示。

圖1 A城市至E城市運(yùn)輸線路

表5 各運(yùn)輸路線及相關(guān)參數(shù)

將表 5 數(shù)據(jù)分別帶入所創(chuàng)建的方案優(yōu)化模型進(jìn)行計(jì)算分析。用 lingo 軟件求解得出，最優(yōu)聯(lián)運(yùn)方案為：A 至 B 城市之間選擇鐵路運(yùn)輸，由B轉(zhuǎn)航空運(yùn)輸至 C 城市，再由 C 轉(zhuǎn)鐵路運(yùn)輸?shù)浇K點(diǎn)城市E，全程運(yùn)輸及中轉(zhuǎn)費(fèi)為 7 383 元，運(yùn)輸及中轉(zhuǎn)時間為 12 d，該線路危險性最小，而且費(fèi)用較少，耗時短。

4 結(jié)束語

基于安全性、經(jīng)濟(jì)性綜合考慮的危險品多式聯(lián)運(yùn)方案優(yōu)化模型與傳統(tǒng)的優(yōu)化方法相比較具有以下優(yōu)勢：第一，綜合考慮各聯(lián)運(yùn)目標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)及相互影響關(guān)系，建立了一體化優(yōu)化模型，在保證危險品多式聯(lián)運(yùn)安全的前提下，以較少的運(yùn)輸費(fèi)用和時間，獲得最大的聯(lián)運(yùn)效益，為企業(yè)和貨主選擇最優(yōu)的危險品聯(lián)運(yùn)方案提供了理論基礎(chǔ)和方法；第二，著重考慮安全性對危險品多式聯(lián)運(yùn)的影響，對危險品的安全性從各方面加以定性分析和量化，引入模型綜合分析；第三，優(yōu)化模型采用無量綱統(tǒng)一的分析法，簡單實(shí)用。

[1] 王義晶. 聯(lián)合運(yùn)輸模式及路徑優(yōu)化研究[D]. 北京：北京交通大學(xué)，2014.

[2] 任常興. 基于風(fēng)險分析的危險品道路運(yùn)輸路徑優(yōu)化方法研究[D]. 天津：南開大學(xué)，2007.

[3] 王慈光. 系統(tǒng)工程導(dǎo)論[M]. 成都：西南交通大學(xué)出版社，2002.

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（責(zé)任編輯 金 穎）

Discussion on Optimizing Program of Dangerous Goods Inter-model Transportation

FU Xiao-feng1, YANG Li-ping2
(1. Traffic and Transportation Department, Xi’an Railway Vocational and Technical Institute, Xi’an 710014, Shaanxi, China; 2. Energy-saving and Evaluation Center, Xi’an Investment Corporation, Xi’an 710061, Shaanxi, China)

Through comprehensively considering the safety and economy in dangerous goods inter-model transportation, the optimization model of linkage program based on least risk, minimum cost and shortest time was established, the system risk of dangerous goods inter-model transportation was determined according to risk ordering of transport modes, evaluation of environment risk, judgement of inherent risk characteristics of goods and the risk of dangerous goods inter-model transport system, and then, the example validation was taken, so as to provide theoretical foundation for smoothly and efficiently completing dangerous goods inter-model transportation.

Dangerous Goods; Inter-model Transportation; Optimization of Program

1004-2024(2016)03-0054-04

U294.8+3；F512.4

A

10.16669/j.cnki.issn.1004-2024.2016.03.13

2016-02-03

付曉鳳 (1965—)，女，陜西西安人，博士研究生。楊麗萍 (1984—)，女，陜西西安人，碩士研究生。

陜西省教育廳2014年科學(xué)研究項(xiàng)目 (14JK2096)