路網(wǎng)空車調(diào)配效率綜合評價模型研究

李立，路征遠，王立強，胡志垚

（1. 山東鐵路建設投資有限公司，山東 濟南 250098；2. 中國鐵路設計集團有限公司，天津 300251）

路網(wǎng)空車調(diào)配效率綜合評價模型研究

李立1，路征遠1，王立強2，胡志垚2

（1. 山東鐵路建設投資有限公司，山東 濟南 250098；2. 中國鐵路設計集團有限公司，天津 300251）

充分考慮鐵路路網(wǎng)中空車調(diào)配的必要性，分析空車調(diào)配的影響因素，確定評價空車調(diào)配效率的指標體系，建立空車調(diào)配效率模糊綜合評價模型。利用該模型對太原鐵路局管內(nèi)的空車調(diào)配效率進行綜合評價，提出保證空車調(diào)配效率的措施，改善路網(wǎng)中空車的周轉效率，對提高鐵路貨物運輸質(zhì)量有重要意義。

空車調(diào)配；效率；指標體系；模糊綜合評價

0 引言

空車調(diào)配是鐵路貨物運輸過程中非常重要的一個環(huán)節(jié)，空車調(diào)配的優(yōu)劣直接影響路網(wǎng)中車輛的運用效率、需求的滿足程度以及運輸?shù)木夥€(wěn)定[1]。目前，一般通過簡化運輸問題建立模型求解空車調(diào)配效率[2]，這種方法在編制空車調(diào)整計劃時很有參考價值，但在實際生產(chǎn)過程中空車調(diào)配受很多因素影響，存在許多不確定約束條件。程學慶等將時間窗約束引入空車調(diào)配問題，進行了相關研究[3]；梁棟等將車種代用引入了空車調(diào)配問題，并建立多階段優(yōu)化模型[4-5]。這些研究是在原運輸問題的基礎上引入一個或多個新的約束進行分析研究，但對影響空車調(diào)配的因素分析較少，未對所有因素做出綜合評價。空車調(diào)配過程應在分析路網(wǎng)結構的基礎上，綜合考慮運輸能力、裝卸車條件、車種代用、機車車輛運用等因素，滿足鐵路效益最大化、路網(wǎng)調(diào)配路徑最合理、貨主滿意度最優(yōu)化等目標。而在實際過程中，由于鐵路運輸?shù)木窒扌?，空車調(diào)配難以兼顧各類影響因素、實現(xiàn)所有目標，且已有研究并未形成一個系統(tǒng)的理論對空車調(diào)配過程進行分析，無法判斷空車調(diào)配是否在總體上達到最優(yōu)，因此在建立合理模型的基礎上，對空車的調(diào)配效率進行綜合評價成為空車調(diào)配過程中必不可少的一部分。通過對空車調(diào)配的原則與目標進行深入分析，總結空車調(diào)配過程中的主要影響因素，提出一個綜合評價指標體系，引入模糊理論，建立綜合評價模型，對路網(wǎng)空車調(diào)配的效率進行評價，進一步完善空車調(diào)配環(huán)節(jié)。

1 空車調(diào)配效率指標體系

在路網(wǎng)中，當車站卸車數(shù)大于裝車數(shù)時，必然有一定的卸后空車向站外排出，而當車站卸車數(shù)小于裝車數(shù)時，需從其他空車產(chǎn)生地調(diào)配。按照路網(wǎng)重空車平衡的原則對路網(wǎng)中的空車進行調(diào)配，其過程見圖1[6]。

圖1 路網(wǎng)中空車調(diào)配過程

空車調(diào)配主要有以下原則：

（1）按照最短或最經(jīng)濟的徑路調(diào)配空車；

（2）盡量自大量空車產(chǎn)生地直接調(diào)配到裝車地，組織空車直達，減少不必要的中轉及改編作業(yè)，正確處理路網(wǎng)排空與地方空車調(diào)配的關系；

（3）充分采用車種代用，避免不必要的空車對流；

（4）照顧廠礦生產(chǎn)，保證排空，改善貨車運用指標，合理組織固定使用的循環(huán)車組；

（5）經(jīng)濟地利用機車車輛，合理使用線路、車站通過能力和改編作業(yè)能力，注意車輛集結條件；

（6）通過重空協(xié)同優(yōu)化方案選擇空車方向，在排空站利用本地貨源裝載成重車來替代空車走行，這些重車到達接空站卸空后再用于裝車，這種重空調(diào)配協(xié)同優(yōu)化可以稱為“以重代空”。

對空車調(diào)配過程及調(diào)配原則進行分析，總結空車調(diào)配的主要優(yōu)化目標以及影響空車調(diào)配效率的主要因素，確定空車調(diào)配效率評價的綜合評價指標體系，主要包括：

（1）路網(wǎng)空車調(diào)配供需平衡原則；

（2）路網(wǎng)以重代空的最大運量；

（3）路網(wǎng)機車車輛的合理利用；

（4）空車產(chǎn)生地與裝車地的裝卸車能力利用率；

（5）路網(wǎng)各區(qū)段的運輸能力；

（6）路網(wǎng)中產(chǎn)生空車對流的情況；

（7）路網(wǎng)技術作業(yè)站改編作業(yè)能力；

（8）路網(wǎng)車種代用產(chǎn)生的效益；

（9）空車調(diào)配過程的走行路徑。

2 評價指標等級劃分

路網(wǎng)中空車調(diào)配的優(yōu)化目標主要包括：鐵路效益最大化、路網(wǎng)調(diào)配路徑合理化和貨主滿意度最優(yōu)化，根據(jù)各目標的主次程度分配權重值，最后綜合確定空車調(diào)配評價等級。在空車調(diào)配過程中，如果優(yōu)先滿足貨主的裝車要求，需盡快調(diào)配空車到裝車地，組織裝車地直達列車或由摘掛列車送到技術作業(yè)站，但這種情況下的調(diào)配路徑并不一定是最合理的方案；如果為追求鐵路效益的最大化，期望空車走行費用最小以節(jié)約成本，這將導致所有空車調(diào)配的路徑均按供需站之間的最短路徑進行調(diào)配，從而造成路網(wǎng)流量的不均衡分配，部分區(qū)段的車流量極易超過線路允許的最大通過能力，使運輸組織工作喪失機動性；如果通過最合理的路網(wǎng)調(diào)配路徑對空車進行調(diào)配，其方案可能造成空車裝車或運輸時間不能滿足貨主要求，從而造成鐵路貨源流失。通過分析，對各優(yōu)化目標進行加權，確定最終的評價等級V。一般情況下，按照權重分析將評價等級劃分為高、中、低3級：高級表示調(diào)配效率基本已達到最優(yōu)；中級表示調(diào)配過程還有進一步優(yōu)化的空間；低級表示綜合調(diào)配效率不高，需要進一步完善。

3 模糊綜合評價模型

由于空車調(diào)配過程復雜，各鐵路局和鐵路運輸公司在制定方案時側重點不同，所需優(yōu)化的目標也存在差異，且在實際運輸過程中，空車調(diào)配量存在波動性，其過程難以通過明確的參數(shù)來表述，因此引入模糊數(shù)學理論對空車調(diào)配效率進行綜合評價分析[6]。

首先確定路網(wǎng)中空車調(diào)配效率的評價指標體系：U=｛u1，u2，…，um｝；然后綜合分析效率評價指標等級：V=｛v1，v2，…，vn｝；最后采用分段交叉的模糊三角隸屬度函數(shù)表示評價指標ui對評價等級vj的隸屬度ri=（ri1，ri2，…，rin），i=1，2，…，m，其中=1[7]。建立如下隸屬度函數(shù)[7]：

式中：x為效率指標；a為三級效率指標；b為二級效率指標；c為一級效率指標。

從而計算所有評價指標的綜合評價矩陣：

引入權重向量A=（a1，a2，…，am），表示評價指標U=｛u1，u2，…，um｝的權重，模糊變換可以表示為：C=A°°R=（b1，b2，…，bn），表示評價結果的優(yōu)劣程度。式中：C為綜合評價向量，反映評價結果的優(yōu)劣程度；°o為模糊算子，采用加權平均進行計算。在決定各評價指標對評價等級的隸屬度時，既考慮到單一評價指標對評價等級的影響，又考慮所有評價指標的綜合影響[7]。該模型即為評價路網(wǎng)空車調(diào)配效率的綜合評價模型。

4 實例分析

選取太原鐵路局管內(nèi)的一段路網(wǎng)對所建模型進行驗證。太原鐵路局管內(nèi)各主要空車需求站和供應站之間的路網(wǎng)關系見圖2，空車需求站和供應站的空車需求量和供應量分別見表1、表2。路網(wǎng)中空車總需求量為1 889輛，供應量為2 142輛，空車供應量大于需求量。

北河流和茶塢分別為石太線和大秦線上的中間站，每天會產(chǎn)生大量空車，向局管內(nèi)其他空車需求站排空；修文、曲沃、臨汾等站每天產(chǎn)生少量空車，需要排空；呂梁、古交、玉門溝、口泉等站為主要貨運裝車站，每天需要大量空車，需要由其他空車供應站調(diào)配空車到該站。整體來看，局管內(nèi)路網(wǎng)空車供應量大于空車需求量。在空車調(diào)配的過程中會出現(xiàn)空車走行距離太長、資源浪費等情況，所以針對路網(wǎng)的實際情況建立空車調(diào)配效率的綜合評價模型，評價鐵路局管內(nèi)空車的調(diào)配效率，進一步優(yōu)化空車調(diào)配計劃[7]。

圖2 太原鐵路局管內(nèi)空車需求站、供應站路網(wǎng)關系

表1 太原鐵路局管內(nèi)空車需求站空車需求量 輛

表2 太原鐵路局管內(nèi)空車供應站空車供應量 輛

4.1 評價指標的確定

參照前文所述，對太原鐵路局管內(nèi)路網(wǎng)空車調(diào)配效率的影響因素進行分析，按順序確定路網(wǎng)中空車調(diào)配效率的評價指標體系U。

4.2 評價指標等級劃分

分析太原鐵路局管內(nèi)空車調(diào)配的主要優(yōu)化目標：鐵路效益最大化、路網(wǎng)調(diào)配路徑最合理和貨主滿意度最優(yōu)化，按照加權分析法對各優(yōu)化目標進行處理?？紤]到太原鐵路局以煤炭貨運為主，所以優(yōu)先考慮貨主滿意度，然后考慮路網(wǎng)調(diào)配路徑最合理，最后考慮鐵路效益最大化。不同等級下對各目標的加權分析見表3，綜合分析各優(yōu)化目標，將評價等級劃分為V=｛v1，v2，v3｝=｛高，中，低｝[7]。

表3 不同等級下各目標的加權分析 %

4.3 指標權重的確定

根據(jù)上述分析，采用層次分析法和專家調(diào)查9標度法來確定指標權重。首先根據(jù)各影響因素的重要程度對其主觀打分，之后加權取平均值，最后對其進行歸一化計算[6]。

根據(jù)專家組經(jīng)驗對太原鐵路局管內(nèi)影響空車調(diào)配過程的主要因素進行打分，其結果見表4的關系比較矩陣B。

通過層次分析法對B計算，各評價指標權重為：（0.074，0.042，0.024，0.135，0.024，0.077，0.279，0.198，0.147）。

4.4 模糊綜合評價

根據(jù)上述模糊理論對太原鐵路局管內(nèi)的空車調(diào)配效率進行綜合評價。由于各指標體系均采用3級評價等級，所以在分析過程中對各評價指標均采用相同的隸屬度函數(shù)進行計算。

首先按模糊理論將評價等級量化，標準化向量為α=（100，75，50），可按3個評價等級進行劃分，其分級標準見表5。

然后建立不同等級下的隸屬度函數(shù)：

表4 空車調(diào)配指標關系比較矩陣 B

表5 分級標準

1級隸屬度函數(shù)：

2級隸屬度函數(shù)：

3級隸屬度函數(shù)：

不同評價指標所對應的權重在一定程度上體現(xiàn)了該指標在整個評價體系中所占的比重值，也反映了該因素在空車調(diào)整過程中的影響程度，所以評價指標的權重值可以作為評價等級的效率指標[7]。將該權重值放大5倍進行處理：（0.370，0.210，0.120，0.675，0.120，0.385，1.395，0.990，0.735）。

根據(jù)所求出的隸屬度建立一個不同評價等級的隸屬度矩陣：

將該隸屬度矩陣標準化：

根據(jù)前述計算得到的A，求得空車調(diào)配效率的綜合評價向量C=AR=（0.469，0.251，0.280）。

按標準化向量α=（100，75，50）進行數(shù)值轉化，計算太原鐵路局管內(nèi)空車調(diào)配效率的綜合評分為72.298。根據(jù)R和α進一步計算各評價指標的權重，其結果見表6。

表6 評價指標權重

對太原鐵路局管內(nèi)空車調(diào)配效率的結果進行分析，空車調(diào)配效率綜合評分為72.298，按照等級劃分，46.9%屬于高級，25.1%屬于中級，28.0%屬于低級。根據(jù)最大隸屬度原則，太原鐵路局管內(nèi)空車調(diào)配效率屬于適中水平，還有進一步提高的空間，可以通過提高路網(wǎng)中以重代空的運量、減少空車對流、合理分配路網(wǎng)中的運輸能力等措施進一步優(yōu)化和完善。

5 結束語

空車調(diào)配是鐵路貨物運輸組織過程中的一個重要環(huán)節(jié)，直接影響編組計劃的編制，同時對運輸各環(huán)節(jié)都有一定影響。因此對空車調(diào)配效率進行科學合理的評價，并根據(jù)評價結果對調(diào)配方案做出一定的修改和完善，提出相應的改進措施，對提高鐵路貨物運輸效率有重要意義。

[1] 宋建業(yè)，謝金寶. 鐵路行車組織基礎[M]. 北京：中 國鐵道出版社，2003.

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[5] 梁棟，林柏梁. 鐵路空車調(diào)配的多階段策略優(yōu)化模 型研究[J]. 鐵道學報，2007(1)：1-6.

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責任編輯 李鳳玲

On Comprehensive Model for Evaluating the Efciency of Distribution of Empty Cars on Railway Network

LI Li1，LU Zhengyuan1，wANG Liqiang2，HU Zhiyao2
（1. Shandong Railway Construction Investment Co Ltd，Ji’nan Shandong 250098，China；2. China Railway Design Corporation，Tianjin 300251，China）

By fully considering the necessity of empty car distribution on railway network, this paper analyzes factors infuencing the efciency of empty car distribution, determines the index system to evaluate the efciency of empty car distribution, and establishes a fuzzy comprehensive evaluation model of empty car distribution efciency on railway network. The model is then adopted to evaluate the efciency of empty car distribution by Taiyuan Railway Administration within its operating area, and the measures to ensure the efciency of empty car distribution are put forward to increase the turnover efciency of empty car on the railway network. The paper enjoys an important practical signifcance in improving the quality of freight transport for railway.

empty car distribution；efciency；index system；fuzzy comprehensive evaluation

U292

：A

：1001-683X（2017）06-0048-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.06.048

2017-03-24

李立（1972—），男，山東鐵路建設投資有限公司副總經(jīng)理。

王立強（1972—），男，高級工程師。

E-mail：14917134@qq.com