貨運(yùn)車站物流效率多指標(biāo)優(yōu)化方法研究

吳志偉，孔垂云，鐘立民，黃永亮，高 達(dá)

（1. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081；2. 國(guó)家鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100081）

自2016年至2021年，全國(guó)鐵路貨運(yùn)總發(fā)送量由333 186萬t增長(zhǎng)至477 372萬t，全國(guó)鐵路貨運(yùn)總周轉(zhuǎn)量由23 792.26億t·km增長(zhǎng)至33 238.00億t·km[1]。鐵路物流在迅速發(fā)展的同時(shí)，對(duì)物流效率的追求也越來越迫切。鐵路貨運(yùn)票據(jù)電子化的實(shí)施，將紙質(zhì)單據(jù)替換為電子單據(jù)，顯著增強(qiáng)了鐵路貨運(yùn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互能力[2]。2021年實(shí)施的中國(guó)鐵路95306貨運(yùn)電子商務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)站升級(jí)項(xiàng)目，顯著增強(qiáng)了客戶服務(wù)能力，提高了貨物承運(yùn)效率。作為鐵路物流的起點(diǎn)和終點(diǎn)，貨運(yùn)車站（簡(jiǎn)稱：車站）擔(dān)負(fù)著貨物承運(yùn)、到達(dá)、交付等物流的核心環(huán)節(jié)，其物流效率得到了越來越多的關(guān)注。

影響鐵路貨運(yùn)效率的因素較多，主要包括：貨車?yán)眯省?chǎng)站規(guī)劃、技術(shù)設(shè)備條件、信息化水平、運(yùn)輸組織水平、運(yùn)輸模式及超限車的開行等[3-4]。對(duì)現(xiàn)有的3 000多個(gè)車站全部進(jìn)行改造來實(shí)現(xiàn)效率升級(jí)既不現(xiàn)實(shí)也無必要，且各車站限制物流效率的原因各不相同，改造后效率提升情況不同，能承受的升級(jí)代價(jià)也不同[5]。

針對(duì)車站物流效率優(yōu)化的研究主要包括兩個(gè)方面：（1）研究建立大型物流園或?qū)χ饕F路物流節(jié)點(diǎn)車站進(jìn)行完全改造升級(jí)，實(shí)現(xiàn)鐵路物流整體效率的提升，包括物流園選址研究、車站布局研究等[4-6]，但無法解決大多數(shù)現(xiàn)有貨運(yùn)站的效率優(yōu)化問題；（2）進(jìn)行包括裝卸設(shè)備在內(nèi)的設(shè)備自動(dòng)化升級(jí)，倉儲(chǔ)的自動(dòng)化、智能化升級(jí)，作業(yè)信息化改造和配套的業(yè)務(wù)流程優(yōu)化[7-8]。但上述優(yōu)化方法大都需要人工來分析確定是否需升級(jí)，或全部進(jìn)行升級(jí)改造，很難按照每個(gè)車站現(xiàn)有情況安排優(yōu)化方法[9-11]。本文基于車站物流作業(yè)流程，構(gòu)建了多指標(biāo)車站物流效率優(yōu)化模型，并通過實(shí)際數(shù)據(jù)展示優(yōu)化過程，為車站物流效率優(yōu)化提供技術(shù)支持。

1 一般貨運(yùn)車站物流作業(yè)流程

一般貨運(yùn)車站物流作業(yè)流程如圖1所示。車站主要作業(yè)流程是以車輛到達(dá)和貨物進(jìn)站開始，以車輛出發(fā)和貨物出門驗(yàn)放結(jié)束[2,7]。主要又可分為車輛進(jìn)站卸車過程和車輛裝車出站過程。（1）車輛進(jìn)站卸車過程為：車輛到站后，若是空車則不需進(jìn)行卸車操作，若為重車，則通過接車對(duì)位或路企交接執(zhí)行入線，待車輛卸前檢查等操作后開始卸車；貨物卸完后，即可通過通知取車和路企交接執(zhí)行出線；出線后，車輛即等待下一次裝貨；貨物則執(zhí)行交付作業(yè)，最后出門驗(yàn)放，貨物出站。（2）車輛裝車出站過程與車輛進(jìn)站卸貨過程相反，貨物在車站裝車后離開車站；專用線作業(yè)與貨場(chǎng)作業(yè)流程稍有不同，但主要是作業(yè)環(huán)節(jié)先后順序和作業(yè)地點(diǎn)區(qū)別。

圖1 車站物流作業(yè)流程

2 物流效率多指標(biāo)優(yōu)化方法

2.1 物流效率優(yōu)化分析

車站物流各作業(yè)環(huán)節(jié)的效率優(yōu)化有多種方式：（1）可通過增加足夠長(zhǎng)度和數(shù)量的作業(yè)線來提高貨場(chǎng)自動(dòng)化水平和存儲(chǔ)空間、優(yōu)化作業(yè)線布局、添加自動(dòng)化的裝卸設(shè)備來實(shí)現(xiàn)；（2）可通過調(diào)整作業(yè)人員、升級(jí)信息系統(tǒng)、提前編制計(jì)劃等方式來實(shí)現(xiàn)；（3）可通過添加高清貨檢設(shè)備，加快貨檢、車檢速度，減少排隊(duì)等待時(shí)間等方式來實(shí)現(xiàn)。

車站物流效率受限于基礎(chǔ)設(shè)施、車站組織作業(yè)能力和車站網(wǎng)絡(luò)調(diào)度能力。無論優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施，還是優(yōu)化組織作業(yè)或布局，都是具體實(shí)施方法。為了構(gòu)建更有效、更具有指導(dǎo)性的優(yōu)化方法，可通過構(gòu)建車站物流效率優(yōu)化指標(biāo)來分析和表述效率優(yōu)化，并通過指標(biāo)來比較、分析車站物流效率瓶頸，進(jìn)而通過現(xiàn)有的優(yōu)化方式來對(duì)車站進(jìn)行效率優(yōu)化。

2.2 物流效率優(yōu)化構(gòu)成及限制

為評(píng)估車站物流效率優(yōu)化效果，尋找可優(yōu)化的車站及其物流單元，可通過對(duì)車站物流效率優(yōu)化構(gòu)成及限制進(jìn)行分析，從而獲取多個(gè)優(yōu)化指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，綜合分析多個(gè)優(yōu)化指標(biāo)，構(gòu)建車站物流效率優(yōu)化方法。

設(shè)某車站C有m個(gè)物流單元，則其車站流程可表示為向量x=(x1,x2,···,xm)T，其中，xi表示該車站第i個(gè)物流單元。

設(shè)優(yōu)化前效率指標(biāo)為a，則a=(a1,a2,···,am)T，其中，ai表示物流單元xi優(yōu)化前的效率情況。設(shè)優(yōu)化后效率指標(biāo)為b，則b=(b1,b2,···,bm)T，其中，bi表示物流單元xi優(yōu)化后的效率情況。則可用bi-ai表示物流單元xi優(yōu)化前后效率的增益情況。

對(duì)車站C的m個(gè)物流單元，可將車站物流單元xi是否優(yōu)化表示為fi∈{0,1},i∈{1,2,···m} 。設(shè)車站平均作業(yè)量指標(biāo)為p，則有p=(p1,p2,···,pm)T，其中，pi表示物流單元xi平均作業(yè)量。由此可得到車站物流效率優(yōu)化效益增益Z=(Z1,Z2,···,Zm)T，其中

設(shè)效率優(yōu)化限制條件為d，則有d=(d1,d2,···,dm)T，其中di表示物流單元xi效率優(yōu)化限制。故有，在fi情況下，車站xi物流單元優(yōu)化限制為D=(D1,D2,···,Dm)T，其中

由此可得，車站xi物流單元在作業(yè)量pi條件下，物流效率優(yōu)化需滿足條件

車站C物流效率優(yōu)化需滿足條件為：對(duì)于M=(M1,M2,···,Mm)T，任意1≤i≤m， 存在Mi≥0。

對(duì)于車站優(yōu)化，其物流效率越低，優(yōu)化的需求就越高，故可得到在fi情況下，車站xi物流單元實(shí)際效率優(yōu)化情況

當(dāng)fi為1時(shí)，Xi越大，則越需要優(yōu)化。車站C實(shí)際效率優(yōu)化情況為X=(X1,X2,···,Xm)T。

2.3 物流效率多指標(biāo)優(yōu)化模型構(gòu)建

車站作業(yè)流程中劃分的多個(gè)順序連接的模塊對(duì)單個(gè)車輛整個(gè)作業(yè)流程效率的貢獻(xiàn)無法通過增加單位時(shí)間內(nèi)完成的物流單元作業(yè)次數(shù)來實(shí)現(xiàn)，而需要通過縮減物流單元的作業(yè)時(shí)長(zhǎng)來實(shí)現(xiàn)。因此，本文采用時(shí)間來表征物流效率。

車站平均作業(yè)量指標(biāo)可用單位時(shí)間內(nèi)總作業(yè)噸數(shù)或單位時(shí)間內(nèi)總作業(yè)車數(shù)來表示。由于兩指標(biāo)間有較強(qiáng)的相關(guān)性，本文采用單位時(shí)間內(nèi)總作業(yè)車數(shù)來表示。為分析各作業(yè)階段間效率的區(qū)別，本文采用平均作業(yè)時(shí)長(zhǎng)作為物流效率衡量指標(biāo)，不同車站相同作業(yè)階段，平均作業(yè)時(shí)間越長(zhǎng)則效率越低，平均作業(yè)時(shí)間越短則效率越高。車站在某物流單元優(yōu)化后的物流效率衡量指標(biāo)，采用全路該物流單元最優(yōu)時(shí)間來表示。

由于效率優(yōu)化限制條件暫時(shí)無法取得，本文采用設(shè)定參數(shù)d=0，并通過計(jì)算Zi較大值來評(píng)價(jià)是否可以優(yōu)化。將以上參數(shù)代入公式（3）可得指標(biāo)Mi為

其中，tc=(tc1,tc2,···,tci···,tcm)T為車站各物流單元平均作業(yè)時(shí)間，是全路各物流單元最優(yōu)時(shí)間，作業(yè)量ps表示平均每日作業(yè)車數(shù)。

將以上參數(shù)代入公式（4），可得指標(biāo)Xi為

為比較相同車站不同物流單元的作業(yè)效率，需要對(duì)物流效率衡量指標(biāo)進(jìn)行處理，以全路該物流單元平均作業(yè)時(shí)間作為參照，采用 （車站該物流單元平均作業(yè)時(shí)間–全路該物流單元平均作業(yè)時(shí)間）/全路該物流單元平均作業(yè)時(shí)間，作為效率衡量指標(biāo)，若小于0表示效率高于平均水平的程度，大于0表示效率低于平均水平的程度。如此，相同車站的不同模塊間可進(jìn)行比較。

由此，將以上參數(shù)與新的物流單元作業(yè)效率指標(biāo)代入公式（3）可得新的指標(biāo)為

其中，tli為該物流單元全路平均作業(yè)時(shí)間。

同理，將以上參數(shù)與新的物流單元作業(yè)效率指標(biāo)代入公式（4），可得指標(biāo)為

故可得多指標(biāo)車站物流優(yōu)化模型為

3 模型應(yīng)用

本文采用2021年1月至3月某些車站的物流數(shù)據(jù)，以a車站、b車站等代替實(shí)際車站名稱，根據(jù)多指標(biāo)車站物流效率優(yōu)化模型計(jì)算得到的各指標(biāo)結(jié)果如表1、表2、表3、表4所示。

表3 指標(biāo)Xi計(jì)算結(jié)果

表4 指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

表4 指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

?

由表1可知， f車站的Mi指標(biāo)計(jì)算結(jié)果均比較大，故最需要優(yōu)化物流效率，其次是a車站、b車站、c車站和d車站。

表1 指標(biāo)Mi計(jì)算結(jié)果

由表2可知， b車站“裝完到出線”物流單元、d車站“入線到開裝”物流單元、f車站“提報(bào)到受理”物流單元和“出線到出站”物流單元應(yīng)最需要優(yōu)化物流效率。

表2 指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

表2 指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

?

由表3可知， g車站和h車站Xi指標(biāo)計(jì)算結(jié)果數(shù)值較大，故最需要優(yōu)化物流效率。

由表4可知， d車站“入線到開裝”物流單元需要優(yōu)化，其次是g車站“出線到出站”物流單元。

綜合各指標(biāo)可知，如果要對(duì)車站整體物流效率進(jìn)行優(yōu)化，需要比較指標(biāo)Mi和指標(biāo)Xi，應(yīng)首先優(yōu)化f車站，其次是b車站。a車站雖然Mi指標(biāo)結(jié)果較高，但Xi指標(biāo)數(shù)據(jù)較低，排在b車站后優(yōu)化，e車站無優(yōu)化必要。如果只優(yōu)化車站某個(gè)流程，需要比較指標(biāo)和指標(biāo)應(yīng)首先優(yōu)化b車站“裝完到出線”物流單元和d車站“入線到開裝”物流單元。

4 結(jié)束語

本文通過分析鐵路物流作業(yè)流程，構(gòu)建了多指標(biāo)車站物流效率優(yōu)化模型，為車站優(yōu)化提供了更準(zhǔn)確的優(yōu)化目標(biāo)?；诙鄠€(gè)車站的實(shí)際作業(yè)數(shù)據(jù)，通過模型得到了各車站的優(yōu)化目標(biāo)，為車站物流效率優(yōu)化提供了一種新的思考方式。

下一步將更詳細(xì)地分析車站物流作業(yè)流程，包括集裝箱運(yùn)輸與整車運(yùn)輸作業(yè)流程、不同品類貨物裝卸和存儲(chǔ)、專用線和貨場(chǎng)作業(yè)區(qū)別等，以提供更加準(zhǔn)確有效的優(yōu)化方式。