基于改進(jìn)DEA方法的中歐班列開行方案評價

薛 鋒，黃 倩，李 書，路紅衛(wèi)，張厚紅

基于改進(jìn)DEA方法的中歐班列開行方案評價

薛 鋒1,2，黃 倩1，李 書3，路紅衛(wèi)4，張厚紅5

（1. 西南交通大學(xué)，交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，成都 611756；2. 綜合交通大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，成都 611756；3.中國鐵路太原局集團(tuán)有限公司，貨運(yùn)部，太原 030013；4.大秦鐵路股份有限公司，科學(xué)技術(shù)研究所，太原 030013；5. 南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京 210031）

對中歐班列開行方案進(jìn)行合理評價，有助于開行方案的調(diào)整及優(yōu)化。選取15個具有代表性的評價指標(biāo)，建立評價指標(biāo)體系，采用C2R模型、錐比率模型、交叉效率以及熵權(quán)法等方法有機(jī)結(jié)合，對DEA評價模型進(jìn)行改進(jìn)，以提高其評價效果及可靠度，使評價過程不依賴主觀結(jié)果，能夠有效解決多投入多輸出的評價問題。運(yùn)用改進(jìn)的DEA模型對中歐班列開行方案進(jìn)行評價，結(jié)果表明：對選取的5個中歐班列開行方案進(jìn)行有效性評價并排序，其中有4個是有效的，即目前的開行方案是可行的；有1個方案是無效的，即需要對方案進(jìn)行改正。通過實(shí)例分析證明了該方法的實(shí)用性，可為中歐班列開行方案的評價過程及結(jié)果的制定及優(yōu)化提供依據(jù)和參考。

中歐班列；開行方案；改進(jìn)DEA模型；評價

0 引 言

中歐班列的開行使得我國改革開放由東向西延伸，形成海陸聯(lián)動、互聯(lián)互通、貿(mào)易暢通的對外貿(mào)易新格局，是“一帶一路”倡議落到實(shí)處的成功典范。近年來，中歐班列的開行數(shù)量快速增長，但開行方案比較單一，貨源組織難度較大。對當(dāng)前中歐班列的開行方案進(jìn)行評價，有利于明確中歐班列開行的現(xiàn)狀，同時可以為優(yōu)化開行方案提供一定依據(jù)。

國內(nèi)外學(xué)者對中歐班列開行方案開展了大量研究，主要體現(xiàn)在運(yùn)行現(xiàn)狀分析、開行方案優(yōu)化、運(yùn)輸方案設(shè)計等方面。中歐班列開行方案評價的研究結(jié)果較少，少部分文獻(xiàn)分析了中歐班列的評價指標(biāo)，大部分的開行方案評價集中在鐵路客運(yùn)。文獻(xiàn)[1]指出了評價中歐班列是否高質(zhì)量發(fā)展的指標(biāo)；文獻(xiàn)[2]通過分析華南地區(qū)中歐班列最近幾年開行的數(shù)據(jù)，闡述華南地區(qū)中歐班列的開行現(xiàn)狀及特征；文獻(xiàn)[3]從規(guī)模、時效、運(yùn)輸效能、經(jīng)貿(mào)貢獻(xiàn)、貨運(yùn)安全五個方面構(gòu)建了指標(biāo)體系；文獻(xiàn)[4]利用改進(jìn)的數(shù)據(jù)包絡(luò)分析方法（Data Envelopment Analysis，DEA）評價高速列車開行方案，并對各開行方案進(jìn)行排序、優(yōu)化；文獻(xiàn)[5]運(yùn)用DEA方法對城際鐵路列車開行方案進(jìn)行了評價；文獻(xiàn)[6]構(gòu)建了高速鐵路列車的經(jīng)濟(jì)評價體系，運(yùn)用模糊DEA對其開行方案進(jìn)行了評價；文獻(xiàn)[7]通過SAGAFCM與主成分-熵相結(jié)合的方法，構(gòu)建列車開行方案的指標(biāo)體系，避免了指標(biāo)之間的重復(fù)信息影響。

目前學(xué)者對中歐班列的研究大多從政策機(jī)制出發(fā)，分析中歐班列運(yùn)行的現(xiàn)狀與問題，少部分研究通過構(gòu)建模型對中歐班列開行方案進(jìn)行優(yōu)化，但對于中歐班列開行方案的評價研究較少。DEA方法是一種非參數(shù)定量方法，不受人的主觀思想所影響，應(yīng)用比較成熟，而且能夠更加客觀、全面地反映研究對象的運(yùn)行狀態(tài)。因此，本文采用DEA方法對中歐班列開行方案進(jìn)行評價，為決策者制定或調(diào)整開行方案提供參考。

1 評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

影響中歐班列開行方案的因素很多，指標(biāo)的科學(xué)選擇關(guān)乎能否正確反映評價對象的重要屬性及全面性，參考高速列車、鐵路貨運(yùn)等開行方案的評價研究以及《中歐班列高質(zhì)量發(fā)展評價指標(biāo)》等文件，從效益、技術(shù)及服務(wù)3個方面構(gòu)建中歐班列開行方案的評價指標(biāo)體系。

1.1 效益指標(biāo)

中歐班列的開行具有特殊性，不能僅從成本和收益方面來評判。中歐班列更大的效益是促進(jìn)國內(nèi)產(chǎn)業(yè)走向世界，帶動中歐班列沿線國家發(fā)展，故本文采用以下效益指標(biāo)進(jìn)行評判。

（1）運(yùn)輸貨值

中歐班列的運(yùn)輸貨值是指通過中歐班列運(yùn)輸?shù)呢浳飪r值，需要逐箱按照進(jìn)出口，以美元為單位計算（本文計算總的出口貨值）。該指標(biāo)體現(xiàn)了中歐班列在國際貿(mào)易中的地位。

（2）單位國際標(biāo)準(zhǔn)箱貨值

單位國際標(biāo)準(zhǔn)箱是指通過中歐班列運(yùn)輸?shù)呢浳铮凑彰總€標(biāo)準(zhǔn)箱計算平均價值。該指標(biāo)體現(xiàn)了中歐班列的物流市場精細(xì)化。

（3）重點(diǎn)品類占比

按照中歐班列運(yùn)輸貨物品類的商品總值計算，商品總值排名前5的貨物國際標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的發(fā)送量與總的集裝箱發(fā)送量之比。

（4）回程占比

回程占比是指在同一出入鐵路口岸站回程的班列占出入境總班列數(shù)的比例，反映了全程的中歐班列貨源組織能力，影響中歐班列全程物流費(fèi)用控制。

1.2 技術(shù)指標(biāo)

（1）平均旅速

中歐班列的運(yùn)輸距離與運(yùn)行時間的比值，可分別按照境外段平均旅速、境內(nèi)段平均旅速、全程平均旅速計算。

（2）運(yùn)輸時間

運(yùn)輸時間指站到站的時間，是體現(xiàn)中歐班列核心競爭力的重要指標(biāo)，公式如下：

（3）發(fā)送列數(shù)

中歐班列開行的所有列車數(shù)，按年度計算。

（4）換算列數(shù)

換算列是指實(shí)際運(yùn)輸?shù)募b箱數(shù)按照每列車滿載運(yùn)行82TEU折算出的中歐班列數(shù)，有利于中歐班列貨源組織的優(yōu)化。公式如下：

（5）自動化程度

中歐班列在口岸站停留的時間占全程耗時的30%，通過信息化的管理方式以及自動化的工作形式可以大大提高中歐班列的通關(guān)效率，科技化和信息化是大勢所趨。

1.3 服務(wù)指標(biāo)

（1）發(fā)送箱數(shù)

中歐班列實(shí)際運(yùn)載的集裝箱數(shù)，按年度計算。

（2）能力利用率

能力利用率可以反映出市場對于中歐班列的實(shí)際需求，計算公式如下：

（3）計劃兌現(xiàn)率

計劃兌現(xiàn)率反映了中歐班列的運(yùn)行質(zhì)量，計算公式如下：

（4）安全事故率

安全事故率是指單位時間內(nèi)，某一中歐班列由于安全事故而停開的列車數(shù)占總的運(yùn)營列車數(shù)比例。

（5）投訴業(yè)務(wù)數(shù)

投訴業(yè)務(wù)數(shù)量直接反應(yīng)了客戶體驗(yàn)。今年來，中歐班列快速發(fā)展，各行各業(yè)未做好充分的準(zhǔn)備，特別是基礎(chǔ)設(shè)施落后，造成了擁堵和晚點(diǎn)問題。投訴業(yè)務(wù)數(shù)是單位時間內(nèi)，管理部門接收到的投訴業(yè)務(wù)數(shù)量。

（6）業(yè)務(wù)辦理便捷程度

業(yè)務(wù)辦理便捷程度是提升中歐班列客戶體驗(yàn)的有效方法，通過設(shè)立“中歐班列便捷通道”，簡化通關(guān)流程，提升過關(guān)效率，既有助于中歐班列的管理又提升了中歐班列的市場競爭力。業(yè)務(wù)辦理便捷程度由專家打分法獲得。

2 改進(jìn)的DEA模型

DEA是典型的多輸入、多輸出評價方法。將上述的指標(biāo)分為輸入指標(biāo)和輸出指標(biāo)，運(yùn)用DEA模型可以評價出一個方案是否有效。但傳統(tǒng)的DEA方法沒有克服指標(biāo)權(quán)重之間的差異性問題，且評價結(jié)果只顯示方案的有效性，無法評判方案的相對優(yōu)劣。因此，本文借助錐比率模型對權(quán)重進(jìn)行處理，再運(yùn)用C2R模型求解。而且，通過熵權(quán)法確定輸入、輸出的指標(biāo)權(quán)重，可以改善指標(biāo)權(quán)重的主觀性評價，然后再計算交叉效率，從而確定方案的順序。

2.1 DEA的C2R模型

s.t.

有效性的判斷定理[8]如下：

2.2 錐比率模型[9, 10]

其中、為轉(zhuǎn)換矩陣，在錐比率模型中，取：

2.3 DEA的交叉效率

2.4 利用熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

熵權(quán)法的適用范圍較廣，可以運(yùn)用到一切評價問題的指標(biāo)求和中。本文運(yùn)用熵權(quán)法確定DEA方法中的輸入指標(biāo)和輸出指標(biāo)權(quán)重。

3 算例分析

3.1 輸入輸出指標(biāo)確定

通過對影響中歐班列生產(chǎn)和效益的因素進(jìn)行分析，并結(jié)合中歐班列開行方案的編制過程，以每條線路作為決策單元，輸入指標(biāo)為平均旅速、運(yùn)輸時間、發(fā)送列數(shù)、換算列數(shù)、安全事故率、投訴業(yè)務(wù)數(shù)、自動化程度；輸出指標(biāo)為運(yùn)輸貨值、單位標(biāo)準(zhǔn)集裝箱貨值、重點(diǎn)品類占比、發(fā)送箱數(shù)、能力利用率、計劃兌現(xiàn)率、回程占比、業(yè)務(wù)辦理便利程度。以成都開往羅茨的班列為例，現(xiàn)假設(shè)有五種開行方案，分別為：① 由成都出發(fā)經(jīng)過霍爾果斯口岸站，開行直達(dá)班列；② 以霍爾果斯口岸站為集結(jié)中心，由成都向口岸站集結(jié)；③ 由成都出發(fā)，在霍爾果斯口岸站補(bǔ)軸；④ 以二連浩特口岸站為集結(jié)中心，由成都向口岸站集結(jié)；⑤ 在成都開行直達(dá)班列，從二連浩特出境[11-14]，具體情況如表1所示。

表1 某運(yùn)營時段中歐班列開行方案的輸入輸出指標(biāo)

續(xù)表1

3.2 有效性評價

利用熵權(quán)法得到指標(biāo)權(quán)重如表2所示：

表2 投入產(chǎn)出指標(biāo)權(quán)重

表3 評價結(jié)果

3.3 結(jié)果分析

由表3可以得出，DMU5是無效的，各個決策單元的綜合排名為DMU2≥DMU4≥DMU3≥DMU1≥DMU5。由此可見，中歐班列的開行可以參照方案1~4，成都的直達(dá)中歐班列一般從阿拉山口出境，方案五的線路太繞。中歐班列的開行方案可參考已經(jīng)進(jìn)入常態(tài)化運(yùn)行的中歐班列：重慶—杜伊斯堡、成都—羅茲、鄭州—漢堡等中歐班列[15]。依據(jù)決策單元在前沿上的投影可對無效的決策單元進(jìn)行調(diào)整使其有效。

4 結(jié) 論

本文結(jié)合中歐班列開行現(xiàn)狀，選取15個具有代表性的指標(biāo)，運(yùn)用改進(jìn)DEA法對其進(jìn)行評價。DEA評價模型不依賴主觀評價，利用熵權(quán)法對其不足進(jìn)行改進(jìn)，將錐比率模型和交叉效率等有機(jī)結(jié)合，使評價結(jié)果更加有效、可靠。根據(jù)評價結(jié)果可以得出，中歐班列的開行在數(shù)量上有了質(zhì)的飛躍，在質(zhì)量上還有很大的發(fā)展空間；開行方案無效的中歐班列，可以從降低安全事故率、運(yùn)輸時間，及增加旅行速度、運(yùn)輸貨值等方面入手，來達(dá)到提升能力利用率及計劃實(shí)現(xiàn)率等目標(biāo)。

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Evaluation of Transportation Plan of China Railway Express Based on Improved Data Envelopment Analysis Theory

XUE Feng1, 2, HUANG Qian1, LI Shu3, LU Hong-wei4, ZHANG Hou-hong5

（1. School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China; 2. National Engineering Laboratory of Integrated Transportation Big Data Application Technology, Chengdu 611756, China; 3. Freight Department, China Railway Taiyuan Group Co., Ltd., Taiyuan 030013, China;4. Institute of Science and Technology, Daqin Railway Co., Ltd., Taiyuan 030013, China;5. Nanjing Institute of Railway Technology, Nanjing 210031, China）

A reasonable evaluation of the transportation plan of China Railway (CR) Express will help to adjust and optimize its train operation plan. Fifteen representative evaluation indicators were selected to establish an evaluation index system. The C2R model, cone ratio model, crossover efficiency, and organic combination of the entropy weight method were applied to improve the data envelopment analysis (DEA) evaluation model and its evaluation effect and reliability. The evaluation process did not depend on subjective results and could be used to solve the problem of multi-input and multi-output evaluation effectively. The improved DEA model was used to evaluate the transportation plan of CR Express, and the results showed that the selected five transportation plans of the CR Express were ranked, out of which four were valid. In other words, the current scheme was feasible; there was one when the plan was invalid, which required correction. The evaluation process and results of the CR Express transportation plan can provide a basis and reference for its formulation and optimization.

CR Express; transportation plan; improved DEA model; evaluation

1672-4747（2020）04-0103-07

U292

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2020.04.013

2019-12-07

中國國家鐵路集團(tuán)有限公司科技研究開發(fā)計劃重大項(xiàng)目（P2018X003）；四川省科技計劃項(xiàng)目（2019YJ0211）；西南交通大學(xué)“一帶一路”研究專項(xiàng)任務(wù)項(xiàng)目（268YDYLY01）；中國鐵路太原局集團(tuán)有限公司科技研究開發(fā)計劃項(xiàng)目（A2019Y07）

薛鋒（1981—），男，山東鄒城人，工學(xué)博士，西南交通大學(xué)副教授，從事鐵路運(yùn)輸組織理論與系統(tǒng)優(yōu)化研究，E-mail：xuefeng.7@163.com

薛鋒，黃倩，張厚紅，等. 基于改進(jìn)DEA方法的中歐班列開行方案評價[J]. 交通運(yùn)輸工程與信息學(xué)報，2020, 18(4): 103-109

（責(zé)任編輯：李愈）