民用重裝備運輸車動員征用規(guī)模需求預(yù)測研究

陳俊豪， 劉寶新， 賈 凱， 李文源

(1.陸軍軍事交通學(xué)院學(xué)員五大隊，天津 300161；2.陸軍軍事交通學(xué)院聯(lián)合投送系，天津 300161)

為適應(yīng)新時代軍事戰(zhàn)略方針，陸軍按照機動作戰(zhàn)、立體攻防的戰(zhàn)略要求，加速推進部隊由區(qū)域防衛(wèi)型向全域作戰(zhàn)型轉(zhuǎn)變，促使戰(zhàn)略前沿不斷前移、戰(zhàn)場范圍不斷拓展，重裝備公路運輸投送任務(wù)顯著增加，依靠部隊自我保障能力已難以實現(xiàn)“先機制敵、快速機動”的戰(zhàn)略目標。因此，軍隊一方面在大力發(fā)展建制運力的同時;另一方面還要按照軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略要求，充分挖掘國家重裝備公路運輸潛力，合理運用社會運力資源實施重裝備公路運輸保障任務(wù)。當前，民用運力動員需求預(yù)測方法尚未形成體系，指揮員普遍習(xí)慣依靠經(jīng)驗估算運力規(guī)模，加之軍地之間長期缺乏有效的溝通協(xié)商與需求提報機制，致使民用運力供需對接不精準，嚴重影響了平時民用運力動員準備與戰(zhàn)時運力快速編配部署工作。因此，本文著眼于提升民用重裝備公路運力動員需求預(yù)測的準確性與可靠性，根據(jù)不同的重裝備公路運輸投送任務(wù)類型，合理選擇預(yù)測方法，構(gòu)建有效的運力規(guī)模需求預(yù)測模型，以期獲得客觀、準確的需求預(yù)測結(jié)果，為后續(xù)的民用重裝備公路運力動員決策提供可靠的依據(jù)。

1 擔(dān)負的公路運輸投送任務(wù)分析

重裝備運輸車規(guī)模需求派生于部隊公路運輸投送需求，屬于派生性需求。準確地掌握重裝備公路運輸投送任務(wù)類型，是評估和測算重裝備運輸車規(guī)模需求的前提。

1.1 短途倒運

短途倒運通常分為三種：一是在應(yīng)急應(yīng)戰(zhàn)時，鐵路干線、車站、港口和機場等遭到破壞中斷后，無法在短時內(nèi)修復(fù)，或者在偏遠地區(qū)鐵路干線、港口和機場少且分散時，被迫轉(zhuǎn)用公路運輸方式，實施迂回運輸越過受阻地段。二是參加訓(xùn)練演習(xí)時，在駐地(集結(jié)地)與鐵、水、空裝卸載點之間或者在鐵路、水路、機場之間實施接力運輸。三是平時送廠維修時，在駐地與修理廠之間使用重裝備運力進行往返運送。短途倒運距離相對較短，通?？梢圆捎脜^(qū)域運用的方式實施保障。按照就地征用的原則，將任務(wù)交付給本地的國防交通專業(yè)保障隊伍，軍地協(xié)力、分管負責(zé)。在具體任務(wù)中，重裝備運輸車可多次進行往返，對其數(shù)量要求不高。通常情況下，轄區(qū)內(nèi)的民用重裝備運輸車即可滿足需要，此種運力由本級地方國防交通主管機構(gòu)統(tǒng)一部署和調(diào)配。

1.2 跨區(qū)支援

跨區(qū)支援通常是指所在區(qū)域沒有足夠滿足載運要求的運力完成公路運輸投送任務(wù)，需要從省內(nèi)其他地區(qū)或其他省區(qū)征用或調(diào)用運力支援保障的一種方式。受經(jīng)濟發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)影響，各地區(qū)民用大型平板拖車的保有量分布不均，特別是部分經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)，其適用運力較少，在應(yīng)急應(yīng)戰(zhàn)情況下，往往需要通過跨區(qū)支援的方式彌補運力的不足。但由于距離限制，參與跨區(qū)支援保障的運力很難在任務(wù)區(qū)與屬地之間往返多次輸送，因此必須結(jié)合任務(wù)需要，將異地運力整編整租后，統(tǒng)一組織建制輸送保障。依照有關(guān)規(guī)定，在省內(nèi)跨市、縣使用運力，需由省級國防交通主管機構(gòu)統(tǒng)一調(diào)配部署；跨省使用運力，應(yīng)由戰(zhàn)區(qū)內(nèi)負責(zé)國防交通工作的機構(gòu)統(tǒng)一籌劃。

1.3 遠程投送

遠程投送通常是指部隊為完成多樣化軍事任務(wù)，動用一定的重裝備公路運輸力量，實施高強度、遠距離的公路運輸投送任務(wù)。近年來，部隊跨區(qū)基地訓(xùn)練、臨機戰(zhàn)備拉動、聯(lián)合軍事演習(xí)等任務(wù)逐漸增多，重裝備公路運輸力量遠程投送任務(wù)日益繁重。依靠有限的建制運力，難以滿足遠程投送需求，必須加大對民用重裝備公路運力征用力度。相較于短途倒運和跨區(qū)支援，遠程投送任務(wù)對民用重裝備公路運力的要求更高、需求量更大。通常的做法是，通過屬地征召與跨區(qū)支援相結(jié)合的方式征用民用重裝備公路運力，并將其移交至部隊，配屬部隊完成遠程投送任務(wù)。被征運力自交接后的整個任務(wù)階段，均由部隊統(tǒng)一指揮管理。

2 重裝備運輸車規(guī)模需求預(yù)測模型構(gòu)建

重裝備公路運輸任務(wù)屬于專項軍事運輸任務(wù)，具有明確的任務(wù)指向性，通常運用規(guī)范的數(shù)學(xué)模型對運力需求進行測算。其主要的預(yù)測流程為：分析重裝部隊的公路運輸投送任務(wù)→計算總體運量需求→扣除軍隊運力規(guī)模量→得出民用運力需求量[1]。為提高需求預(yù)測的合理性，需要在建模時兼顧軍事與經(jīng)濟雙重效益，運用多目標規(guī)劃法，尋求兩者之間的最佳平衡點，確保預(yù)測結(jié)果既能滿足運載需求，又能保證經(jīng)濟成本最小化。從重裝備運輸車擔(dān)負的三種類型任務(wù)來看，跨區(qū)支援與遠程投送的保障模式大體相近，重裝備運輸車規(guī)模需求預(yù)測模型可并為短途倒運和遠程投送兩種類型。

2.1 短途倒運需求預(yù)測模型

重裝備短途倒運任務(wù)機動距離較短，普遍在100 km以內(nèi)，對重裝備運力的需求量較小，通常使用軍隊運力和當?shù)孛裼眠\力即可完成保障，其主要發(fā)生在戰(zhàn)場、駐地、演習(xí)(訓(xùn))場、鐵水空裝(卸)點之間[2]。短途倒運各類型任務(wù)除了起始點不同以外，其他運行過程均類似，所建立的需求預(yù)測模型也相同。本文以鐵路裝卸載站與演習(xí)(訓(xùn))場之間的倒運需求分析為例，通過舉一反三，構(gòu)建出通用性的短途倒運需求預(yù)測模型。

2.1.1 任務(wù)簡化

為便于部隊快速實施裝卸，通常在任務(wù)區(qū)域內(nèi)建有多個裝(卸)點，以保證多輛運輸車同時作業(yè)；但其數(shù)量有限，需要車輛按次序完成裝卸。應(yīng)注意的是，在實際任務(wù)中，裝載點與卸載點的數(shù)量不一定相同，不同的數(shù)量對比情況下得到的需求預(yù)測模型也不同，因此，需要針對不同情況進行分析。記裝、卸載點數(shù)量分別為N1、N2。

2.1.2 條件假定

短途倒運涉及的影響因素較多，為了使模型既貼近實際，又便于計算，本文特作諸多假定。

假定1：每年參演(訓(xùn))的區(qū)域位置、環(huán)境條件、運力規(guī)模及車輛技術(shù)性能狀況均相近，可將近幾年的歷史數(shù)據(jù)作為參考。

假定2：在重裝備倒運過程中，所有車型均以相同的平均速度行進，記為v(km/h)。

假定3：重裝備裝、卸載、往返單程時間恒定，不受環(huán)境因素和人為因素限制，分別記為t1、t2、t3(min)。

假定4：在選擇車型時中僅考慮載重需求，將重裝備按照不同噸級分為s類，其數(shù)量記作B=(b1,b2,…bs)；本單位現(xiàn)有的和上級配屬的重裝備運輸車數(shù)量分別為x建i、x配i，記作X建=(x建1,x建2,…x建s)，X配=(x配1,x配2,…x配s)，二者均為已知；相應(yīng)的民用大型平板拖車需求量記作X民=(x1,x2,…xs)；民用大型平板拖車的單位運費記作C=(c1,c2,…cs)(千元/輛)。

假設(shè)5：在裝備倒運過程中，受道路工況、摩托化小時消耗及裝備超限等因素影響，車輛存在一定的故障率，記為γ。同時，部隊在參演(訓(xùn))前通常預(yù)留一部分機動力量作為應(yīng)急運力補充，其數(shù)量占總運力需求的比例記為α[3]。

2.1.3 模型構(gòu)建

通過分析可知，短途倒運需求預(yù)測模型需要圍繞不同的裝、卸載點數(shù)量對比情況進行構(gòu)建。

(1)當N1>N2時，即裝載點比卸載點多，卸載時間相對連續(xù)，便于掌控，此時的倒運截止時間應(yīng)以最終卸載完成時間為準。在實際任務(wù)中，每批倒運車隊均由一名指揮員統(tǒng)一帶隊，在分波次完成卸載后統(tǒng)一返回。本文假定，在一個倒運周期內(nèi)，卸載點無空閑狀態(tài)，前后兩批車輛作業(yè)銜接緊密。為了使倒運時間最短，還需要保證相鄰倒運周期的卸載任務(wù)無縫銜接。換言之，即所有車輛完成一次卸載的總時長應(yīng)不小于第一批車輛從開始卸載到再次抵達卸載點的總時長。當二者相等時不存在車輛等位的現(xiàn)象，所用運力最少，此時可以得到如下數(shù)學(xué)關(guān)系：

T卸={Y/N2}·t2

(1)

T卸=〔N1/N2〕·t2+2t3+t1

(2)

m=〔B總/Y〕

(3)

式中：Y為重裝備運輸車總數(shù)；〔〕、{}分別為表示向上、向下取整；T卸為第一批車輛從開始卸載到再次抵達卸載點的總時長；〔N1/N2〕為第一批裝備卸載的波次；B總為部隊出動的重裝備總數(shù)；m為所有車輛一共倒運的批數(shù)。

用于短途倒運的運力主要由部隊建制運力、上級配屬運力和屬地民用運力構(gòu)成，結(jié)合車輛故障率、機動力預(yù)留比例等因素，可得到如下數(shù)學(xué)關(guān)系：

Y=(X建總+X配總+X民總)·(1-γ)/(1+α)

(4)

m·(xi+x建i+x配i)·(1-γ)/(1+α)

≥bi,(i=1,2,…s)

(5)

式中：X建總、X配總、X民總分別為本單位、上級配屬和民用重裝備運輸車總量。

為提高需求預(yù)測的合理性，通常需要在運力使用最小的前提下，使得經(jīng)費支出最小化，故將式(1)～式(5)整理出來的約束條件與價格目標函數(shù)結(jié)合，得到目標規(guī)劃模型如下：

minZ=C·X

(6)

其中，

a=〔T卸/t2〕·N2·(1+α)/(1-γ)-(X建+X配)

wi=bi·(1+α)/[(1-γ)·m]-(x建i+x配i)

式中：Z為成本目標值(萬元)；C為價格系數(shù)向量，記C=(c1,c2,…,cs)；X為運力需求向量，記X=(x1,x2,…,xs)τ。

本文運用Matlab軟件編程，計算求解滿足此模型約束條件的最優(yōu)運力分配，具體的編程代碼如下：

c=[c1c2c3…cs];

A=[];

b=[];

Aeq=[1 1 1…1];

beq=[〔a〕];

vlb=[ω1ω2ω3…ωs];

vub=[];

[x,fval]=linprog(c,[],[],Aeq,beq,vlb,[])

(2)當N1≤N2時，即卸載點不少于裝載點。首先考慮N1=N2的情況，根據(jù)實際工作經(jīng)驗可知，裝備卸載比裝載快，相同條件下，裝載的時間更長且連續(xù)。因此，在計算倒運總時長時應(yīng)以裝載完成時間為參照。此分析結(jié)果與“N1N2的情況可知，在N1≤N2的條件下，為使倒運時間最短，需要保證相鄰倒運周期的裝載任務(wù)無縫銜接。換言之，即所有車輛完成一次裝載的時間不小于第一批車輛從裝載到返回原位的時間，具體數(shù)學(xué)關(guān)系如下：

T裝≤{Y/N1}·t1

(7)

T裝=t2+2t3+t1

(8)

式中：T裝為第一批車輛從裝載到返回原位的時間。

當式(7)的兩端取等時，所需總運力最少。此條件下的目標規(guī)劃模型為：

minZ＇=C＇·X＇

(9)

其中，

a1=〔T卸/t1〕·N1·(1+α)/(1-γ)-(X建+X配)

wi=bi·(1+α)/[(1-γ)·m]-(x建i+x配i)

此模型運用Matlab軟件編程計算求解符合運載要求的最優(yōu)運力分配。

2.2 遠程投送需求預(yù)測模型

隨著我國民用大型平板拖車保有量的快速增長，未來將會有更大規(guī)模的民用重裝備公路運力投入到戰(zhàn)場使用，這對于陸軍實現(xiàn)全域作戰(zhàn)的目標有著重大戰(zhàn)略意義。據(jù)悉，公路運輸投送一般不超過600 km，但近年來，部隊組織的遠程跨區(qū)機動任務(wù)普遍在1 000 km以上，屬于超常運輸。其主要有以下幾個特點：一是涉及的保障對象較多。其中，軍隊運力主要包括單位建制運力、上級及友鄰單位配屬運力、戰(zhàn)略戰(zhàn)役支援保障運力，民用運力主要包括當?shù)孛裼眠\力和跨區(qū)支援運力。二是需求量較大。重裝備遠程投送任務(wù)多為直達運送，難以在緊急狀態(tài)下征用到合適的運力。因此，理想情況下，希望保證重裝備運力與重裝備的數(shù)量達到1∶1，但實際上很難做到，只能盡量保證二者比例接近1∶1。此外，在出發(fā)前需要預(yù)留足量的機動運力，以備不時之需。三是對車輛技術(shù)狀況要求高。由于重裝備遠程投送任務(wù)屬于遠距離、高強度、高風(fēng)險任務(wù)，在投送過程中，車輛零部件損耗嚴重、維修保障困難且易遭敵軍打擊，需要民用大型平板拖車具有較好技術(shù)狀況和防護能力，以維持持久運輸。

綜上所述，保障重裝備實施遠程投送的運力應(yīng)滿足如下數(shù)學(xué)關(guān)系：

Y=(X建總+X配總+X民總)·(1-γ)/(1+α)

(10)

(11)

據(jù)此，可以得到如下民用運力動員征用成本目標規(guī)劃模型：

minZ=C·X

(12)

其中，

a2=B總·(1+α)/(1-γ)-(X建+X配)

w＇i=bi-(x建i+x配i)

此模型的求解方法與短途倒運需求預(yù)測模型的求解方法相同。

3 實例測算

為了驗證重裝備運輸車規(guī)模需求預(yù)測的可靠性，本文以擬定的部隊公路運輸投送任務(wù)為背景，通過套用上述目標規(guī)劃模型對民用運力需求進行測算，從而得出有效的預(yù)測結(jié)果。由于兩種運力需求預(yù)測模型的求解方式相通，而短途倒運的求解過程相對復(fù)雜，可參考價值更大，故本文僅以短途倒運任務(wù)為例，對此類模型的求解過程進行驗證。

3.1 任務(wù)想定

××年××月，某型合成旅受領(lǐng)上級命令，赴××參加臨機戰(zhàn)備拉動演練。據(jù)悉，參演部隊根據(jù)上級的指示要求，確定出動150臺履帶式重裝備，其中25～40 t級60臺，40～50 t級50臺，50～60 t級40臺?，F(xiàn)有重裝備運輸車10輛，其中40 t級0輛，50 t級6輛，60 t級4輛。為快速完成駐地與鐵路裝(卸)載站之間的短途倒運任務(wù)，現(xiàn)向上級及友鄰單位協(xié)調(diào)配屬10輛重裝備運輸車，其中40 t級2輛，50 t級4輛，60 t級4輛。但依舊無法按時完成倒運任務(wù)，因此還需協(xié)調(diào)地方運輸企業(yè)動員征用符合運載要求的運力。已知駐地裝載場最多可以容納6輛車同時裝卸，鐵路裝(卸)載站可以同時容納4輛車裝卸。依據(jù)平時訓(xùn)練水平可知，人員完成單車裝載和卸載的時間分別為20 min和12 min，車輛在駐地與鐵路裝(卸)站之間單程行駛的平均時間為50 min。此外，在實際倒運過程中車輛存在一定的故障率，一般在4%左右，遇有突發(fā)情況需要將預(yù)留的機動運力補充進來，這部分運力占總運力的10%。在征用民用重裝備運力時，不僅要考慮重裝備的載重要求，還要考慮經(jīng)濟成本問題。據(jù)了解，該地區(qū)重裝備運力的市場價主要分為以下幾個檔次：載重能力在25～40 t 1 000元/輛，40～50 t 2 000元/輛，50～60 t 3 000元/輛。基于以上條件，試分析在滿足載運需要的前提下，如何征用民用運力才能使運費最低？

3.2 模型構(gòu)建

由上述條件可歸納：B總=150，B= (60,50,40)，X建總=10，X建=(0,6,4)；X配總=10，X配=(2,4,4)；N1=6，N2=4；t1=20，t2=12，t3=50；γ=8%；α=10%；C=(1,2,3)。將其代入式(1) ～式(3)，分別可以得到T卸=144，Y=48，m=4，a=38。再將其代入式(6)，可以得到如下目標規(guī)劃模型：

minZ=x1+2x2+3x3

通過計算可得到如下結(jié)果：當x1=29、x2=5、x3=4時，Z=51，即征用29輛載荷在25～40 t、5輛載荷在40～50 t、4輛載荷在50～60 t的重裝備運輸車時，倒運時間最短，運力使用最少，且總運費達到最低的5.1萬元。

4 結(jié)束語

通過運用多目標規(guī)劃法，測算出既滿足運載要求又節(jié)約成本的民用重裝備公路運力需求，為后續(xù)的需求提報和動員決策提供了有效的數(shù)據(jù)支撐。