黃大鐵路集疏運系統(tǒng)協(xié)同性評價研究

武軼杰

（國能運輸技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，北京 100080）

1 引言

隨著鐵路貨運工作“重載化”改革深入，重載鐵路集疏運系統(tǒng)協(xié)同性評價受到廣泛關(guān)注。鐵路集疏運系統(tǒng)協(xié)同評價揭示鐵路集疏運系統(tǒng)協(xié)同規(guī)律的根本。因此必須對重載鐵路的集疏運系統(tǒng)評價展開研究。

目前，學(xué)者從多個方面對重載鐵路集疏運系統(tǒng)協(xié)同性評價展開了研究。凌景文[1]從鐵路與企業(yè)協(xié)同的角度，基于一體化協(xié)同的理論，構(gòu)建了路企一體化作業(yè)區(qū)建設(shè)模式，分析一體化協(xié)同各個子系統(tǒng)的作業(yè)效率演化過程，運用絕熱近似法、微積分理論和協(xié)同學(xué)理論構(gòu)建衡量路企一體化作業(yè)區(qū)協(xié)同評價模型?？好阑躘2]從合理配置集疏運系統(tǒng)的設(shè)施設(shè)備角度，建立了鐵路集疏運系統(tǒng)設(shè)施設(shè)備協(xié)調(diào)配置評價指標(biāo)體系和改進的DEA評價模型。程碧榮[3]從重載鐵路集疏運系統(tǒng)角度，構(gòu)建了集運子系統(tǒng)、運輸子系統(tǒng)和疏運子系統(tǒng)的能力求解模型與能力協(xié)調(diào)度計算模型。葉俊青[4]將重載鐵路集、疏、運三個子系統(tǒng)協(xié)同指標(biāo)集、疏、運子系統(tǒng)的協(xié)同指標(biāo)按固定設(shè)施、移動設(shè)備、人力資源和組織技術(shù)四類又分為數(shù)量指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)，確定功效系數(shù)評價法和隸屬函數(shù)協(xié)調(diào)度判斷法適用于重載鐵路集疏運系統(tǒng)協(xié)同程度評價。伍柳伊[5]對曹妃甸港口集疏運系統(tǒng)進行評價，采用云模型對曹妃甸港區(qū)鐵路集疏運系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)性評價。耿靜娟[6]針對天津港集疏運系統(tǒng)，利用層次分析法（AHP）確定各指標(biāo)的權(quán)重。楊威[7]運用層次分析法和德爾菲法的結(jié)合對評價指標(biāo)進行權(quán)重的賦值，再通過模糊綜合評價法對岳陽港集疏運系統(tǒng)現(xiàn)狀進行綜合評價。張戎和陶學(xué)宗[8]在分析港口集疏運方式碳排放結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，運用隨機效用理論，構(gòu)建了港口集疏運體系碳排放評估模型。許博等[9]考慮不同集疏運方式特征，利用BPR函數(shù)提出適用于鐵路和水路的時間阻抗函數(shù)，構(gòu)建廣義成本阻抗函數(shù)對傳統(tǒng)的可達性測度方法進行改進?？琢梁秃推絒10]從集運、運輸、疏運3個子系統(tǒng)能力方面，探討神華重載煤運專線集疏運系統(tǒng)能力協(xié)調(diào)因素，構(gòu)建重載煤運專線集疏運系統(tǒng)能力協(xié)調(diào)度模型。

上述文獻分別從集疏運系統(tǒng)的集運端和疏運端的運輸組織以及協(xié)同性評價兩個方面為本研究的開展奠定了良好的基礎(chǔ)。而黃大鐵路集疏運系統(tǒng)的集運端有區(qū)別于其他重載鐵路的特殊性，即其集運子系統(tǒng)的能力取決于黃驊南站的列車分解能力與發(fā)車能力，運用傳統(tǒng)的評價指標(biāo)體系不能實現(xiàn)對其協(xié)同性的評價，因此本研究主要針對黃大鐵路集疏運系統(tǒng)協(xié)同評價指標(biāo)體系與評價方法展開研究。

2 黃大鐵路集疏運系統(tǒng)協(xié)同性評價方法

黃大鐵路集疏運系統(tǒng)以集團自營煤電一體化運營思路為核心，與各條接軌地方鐵路深度聯(lián)動，形成“西增接入，東拓疏解，多線融合，一體運營”的集疏運經(jīng)營模式，區(qū)別于一般的集疏運系統(tǒng)，黃大鐵路的集疏運系統(tǒng)有其特殊性。一方面在集運端，有穩(wěn)定的貨源，其運輸?shù)闹饕镔Y是煤炭，來自于朔黃鐵路，在黃驊南站將2萬t列車和萬t列車，分解為萬t列車和5 000 t列車接入，因而其集運端為黃驊南站；而疏運端與一般的集疏運系統(tǒng)也有區(qū)別，其疏運線路不是集中在某個特定的區(qū)域內(nèi)，而是以黃大鐵路為主線的多分支、多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)。黃大鐵路的集疏運系統(tǒng)構(gòu)成，可以概括為“六站、一場、一園、五路（朔黃、濱港、利港、益羊（宅羊）、大萊龍鐵路）、多企業(yè)”，如圖1所示。

圖1 黃大鐵路集疏運系統(tǒng)示意圖

因此，黃大鐵路的集疏運系統(tǒng)集運端的能力取決于目前黃驊南站對于朔黃鐵路上到達的萬t列車與2萬t列車的分解能力以及車站的發(fā)車能力；在運輸環(huán)節(jié)，目前朔黃鐵路運用機車在黃驊南及東營西進行整備，能力充足，決定運輸子系統(tǒng)能力是線路區(qū)段的通過能力和車站的通過能力；在疏運端，疏運線路的輸送能力和子系統(tǒng)的卸車能力影響最終其疏運能力。因此，針對黃大鐵路的實際情況，建立有針對性的能力指標(biāo)體系，如圖2所示。

圖2 黃大鐵路集疏運系統(tǒng)能力指標(biāo)體系

根據(jù)實際掌握的數(shù)據(jù)，在綜合分析技術(shù)站接發(fā)車能力、列車分解能力以及線路區(qū)段通過能力、貨場卸車能力的基礎(chǔ)上，得到集運子系統(tǒng)、運輸子系統(tǒng)以及疏運子系統(tǒng)的能力，然后展開評價研究。

3 黃大鐵路集疏運系統(tǒng)協(xié)同性評價模型

3.1 黃大鐵路集疏運系統(tǒng)協(xié)同度計算模型

設(shè)計黃大鐵路集疏運系統(tǒng)協(xié)同度的計算模型，其關(guān)鍵在于正確運用數(shù)學(xué)表達式表述其協(xié)同度的計算方法。本研究根據(jù)定義的系統(tǒng)協(xié)同度的一般方法，構(gòu)建如下協(xié)同度模型：

設(shè)集疏運系統(tǒng)的集運系統(tǒng)為XJ，運輸子系統(tǒng)為XT，疏運子系統(tǒng)為XS。以各系統(tǒng)之間的能力協(xié)同度來判斷系統(tǒng)之間的系統(tǒng)性，CO（J，T）t為t時期集運子系統(tǒng)XJ的實際值與運輸子系統(tǒng)XT對集運子系統(tǒng)XJ要求的協(xié)同值的接近程度；同樣的CO（J/T，S）t為t時期集運子系統(tǒng)XJ的實際值與運輸子系統(tǒng)XT、疏運子系統(tǒng)XS對集運子系統(tǒng)XJ要求得協(xié)同度的接近程度；集運子系統(tǒng)XJ、運輸子系統(tǒng)XT2個系統(tǒng)之間的協(xié)同程度CO（J，T）t可用公式（1）計算。

同理，可得XJ與XS的t時期的協(xié)同度Co（J，S）t，以及XJ與XS的t時期的協(xié)同度Co（T，S）t。

XJ、XT及XS3個子系統(tǒng)間t時期的協(xié)同度Co（J，T，S）t?？捎霉剑?）計算：

3.2 協(xié)同度等級劃分

由協(xié)同度的計算公式可知，協(xié)同度的值介于0～1，協(xié)同度的計算結(jié)果越大，表示系統(tǒng)的協(xié)同度程度越高。依據(jù)協(xié)同度值大小，考慮黃大鐵路集疏運系統(tǒng)的具體實際，根據(jù)協(xié)同度的取值范圍，設(shè)計協(xié)同度的評語集，協(xié)同度等級劃分見表1。

表1 協(xié)同度等級劃分表

以max（C）表示黃大鐵路集疏運系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的能力最大值，min（C）表示黃大鐵路集疏運系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的能力最小值。

（1）等級6：此時系統(tǒng)各部分之間的協(xié)同度最差，對于黃大鐵路集疏運系統(tǒng)具體體現(xiàn)為max（C）-min（C）值很大。

（2）等級5：此時系統(tǒng)各部分之間協(xié)同度差，對于黃大鐵路集疏運系統(tǒng)具體體現(xiàn)為max（C）-min（C）值大。

（3）等級4：此時系統(tǒng)各部分之間協(xié)同度較差，對于黃大鐵路集疏運系統(tǒng)具體體現(xiàn)為max（C）-min（C）值較大。

（4）等級3：此時系統(tǒng)各部分之間協(xié)同度一般，對于黃大鐵路集疏運系統(tǒng)具體體現(xiàn)為max（C）-min（C）值較小。

（5）等級2：此時系統(tǒng)各部分之間協(xié)同度良好，對于黃大鐵路集疏運系統(tǒng)具體體現(xiàn)為max（C）-min（C）值小。

（6）等級1：此時系統(tǒng)各部分之間協(xié)同度很高，對于黃大鐵路集疏運系統(tǒng)具體體現(xiàn)為max（C）-min（C）值很小。

4 黃大鐵路集疏運系統(tǒng)協(xié)同性評價實現(xiàn)

4.1 黃大鐵路集疏運系統(tǒng)能力指標(biāo)值計算

4.1.1 集運子系統(tǒng)

將開行萬t與普列比例不同情況下黃驊南站車站接發(fā)車能力與車站的列車分解能力匯總，見表2。

表2 不同開行比例下集運能力匯總表

4.1.2 運輸子系統(tǒng)

（1）線路區(qū)段通過能力。在開行方案中，考慮普列與萬t列車的比例的不確定性，設(shè)置普列與萬t的開行比例為a：b，換算運輸能力時采用加權(quán)平均的計算方法。具體計算如公式（3）所示。

計算所得結(jié)果見表3。

表3 不同開行比例下區(qū)間通過能力匯總表

（2）車站通過能力。車站通過能力按照公式（4）計算。

式中：γ＂空為出發(fā)場線路的空費系數(shù)，一般取0.15～0.2；M發(fā)為可用于辦理列車技術(shù)作業(yè)的線路數(shù)；∑t固為每列列車的固定作業(yè)時間，min；t發(fā)占為到發(fā)線通過能力利用程度達到飽和時每列出發(fā)列車平均占用到發(fā)線的時間，min。

（2）疏運子系統(tǒng)卸車能力。卸車能力計算按照20 h/d（其余4 h為固定作業(yè)時間及延誤時間）除以周轉(zhuǎn)時間得到，在開行方案中，考慮普列與萬t列車的比例的不確定性，設(shè)置普列與萬t列車的開行比例為a：b，利用365×每天開行列車數(shù)×每列車的噸數(shù)，將卸車能力換算成t/年。具體公式如式（6）與（7）。

以黃大鐵路接發(fā)車能力最小的車站為準(zhǔn)，計算黃大鐵路的車站通過能力，計算結(jié)果見表4。

表4 不同開行比例下車站通過能力匯總表

4.1.3 疏運子系統(tǒng)

（1）疏運線路的輸送能力。通過對線路進行分析，得到疏運線路輸送能力共計124列/d，在開行方案中，考慮普列與萬t列車的比例的不確定性，設(shè)置普列與萬t列車的開行比例為a：b，換算過程如公式（5）。

計算結(jié)果如表5所示。

表5 不同比例下疏運線路運輸能力匯總

在開行方案不確定萬t與普列開行比例條件下，以萬t與普列開行的不同比例對黃大鐵路集疏運系統(tǒng)能力指標(biāo)體系各項指標(biāo)分別計算，匯總結(jié)果見表6。

表6 黃大鐵路集疏運各子系統(tǒng)能力指標(biāo)體系各指標(biāo)計算結(jié)果

4.2 集疏運系統(tǒng)能力協(xié)同性計算

利用3.1分給出的協(xié)同度計算公式，結(jié)合黃大鐵路實際情況進行直接計算。由萬t列車與普列不同開行比例下的黃大鐵路集疏運能力計算表可得，黃大鐵路集運子系統(tǒng)的能力，運輸子系統(tǒng)的能力，疏運子系統(tǒng)的能力。通過查閱黃大鐵路運輸計劃，得知設(shè)計運量為近期3 200萬t，中遠(yuǎn)期4 700萬t。計算相應(yīng)的協(xié)同度見表7。

表7 不同開行比例下集疏運系統(tǒng)能力協(xié)同性匯總表

4.3 集疏運系統(tǒng)能力協(xié)同性計算結(jié)果分析

依據(jù)直接計算法的協(xié)同度計算結(jié)果可知，系統(tǒng)總體協(xié)同度與開行萬t列車與5 000 t列車的比例有關(guān)，當(dāng)萬t列車的比例高于0.5以后，系統(tǒng)總體的協(xié)同度有輕微下降，究其原因，雖然開行萬t列車可以使運輸子系統(tǒng)的能力得到提高，但同時也提高了集運子系統(tǒng)與疏運子系統(tǒng)的能力；但總體而言，系統(tǒng)的協(xié)同度介于0.44～0.46。

因此可以得到如下結(jié)論：

（1）黃大鐵路集疏運系統(tǒng)總體協(xié)同度與開行萬t列車的比例有關(guān)，但影響不大。

（2）系統(tǒng)協(xié)同度不高的主要原因是運輸子系統(tǒng)的能力與其他子系統(tǒng)的能力相差較大，子系統(tǒng)之間的協(xié)同度不高。

（3）黃大鐵路集疏運系統(tǒng)總體協(xié)同度有待提高。

5 結(jié)論

通過對開行方案以不同比例開行萬t與普列條件下的黃大鐵路集疏運系統(tǒng)評價可知，雖然黃大鐵路的運輸能力能夠滿足運量需求，但是黃大線路集疏運系統(tǒng)整體的協(xié)同度均不高，且主要是由運輸子系統(tǒng)的能力無法與集運子系統(tǒng)及疏運子系統(tǒng)的能力相匹配造成的。因此要實現(xiàn)更高的運量目標(biāo)，首先應(yīng)在保證協(xié)同度的同時提高運輸子系統(tǒng)的能力。要通過設(shè)施設(shè)備改造及運輸組織優(yōu)化等措施提高運輸系統(tǒng)能力，加強運輸系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)同，保證運輸系統(tǒng)能力的協(xié)同增長。而運輸子系統(tǒng)的能力相較于其他子系統(tǒng)的能力較低，是由于利津車站至東營西車站的區(qū)間通過能力小造成的。因此提升該區(qū)間的通過能力是將來提高黃大鐵路集疏運系統(tǒng)協(xié)同性的關(guān)鍵。針對黃大鐵路的具體措施有：

（1）增加開行萬t列車的比例，充分考慮大宗物資的運量，依據(jù)盡可能開行重載列車的原則，增開萬t列車，加大萬t列車比例，進一步提升黃大鐵路運輸能力。

（2）現(xiàn)階段的黃大鐵路線路的閉塞方式為自動站間閉塞，無法以追蹤方式開行列車，對線路的區(qū)間通過能力是很大的限制，因而可以考慮采用自動閉塞方式提高運輸子系統(tǒng)的能力。

（3）壓縮列車追蹤間隔，增加行車密度：為適應(yīng)運量需求增加及提高集疏運系統(tǒng)協(xié)同度，應(yīng)對線路閉塞系統(tǒng)進行升級改造，在保證列車安全運行，不影響列車正常運行的前提下，充分壓縮追蹤列車的間隔時間，增加行車密度，充分利用區(qū)間通過能力。

（4）在目前不考慮建設(shè)復(fù)線的情況下，適當(dāng)在限制區(qū)間及困難區(qū)間增加線路所或者新建車站，壓縮運行圖周期，提升線路通過能力。