（管理科学与工程专业论文）现代物流条件下铁路集装箱中心站设施布局优化.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着我国经济的快速发展，铁路货物运量急剧增长，集装箱运输作为新兴的铁路 运输形式，发展迅速。但是在集装箱运量飞速增长的同时，也突出显示了一些问题， 如铁路集装箱办理站业务量过多、集装箱货物装卸搬运时间过长，其服务质量远没有 达到现代物流的要求。我国铁路集装箱运输面临同其它运输方式的竞争，急需建设满 足需求的现代化集装箱办理站。为了满足急剧增长的集装箱物流服务需求，很多集装 箱办理站都在进行改扩建工程，集装箱办理站的作业规划布局是一个很重要的问题。 针对这种状况，本文结合国内外相关课题的研究现状，研究了一些适用于铁路集 装箱办理站物流设施布局的方式方法，主要包括以下几方面： 首先，根据现代物流对铁路集装箱运输的新要求，提出集装箱办理站新增的物流 功能，然后设计集装箱的作业流程；按功能对铁路集装箱办理站物流作业设施进行分 区，并简单介绍了各作业区区规模的确定原则和确定方法。 然后，应用系统布置设计( s l p ) 理论，对各作业区之间的关系进行分析，包括物流 关系分析，非物流关系分析，以及物流关系和作业关系综合分析。 接着，建立目标规划模型优化铁路集装箱办理站内部作业区布局问题。 再次，采用遗传算法分析模型的解法。 最后，以成都青白江铁路集装箱办理站为例，预测2 0 1 0 年集装箱货运吞吐量，并 以此为依据计算各个作业区所需的面积，建立目标规划模型对作业区规划布局问题进 行优化，最后采用遗传算法进行求解。 关键词铁路集装箱中心站；设施布局；系统布置设计；多目标规划；遗传算法 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t a st h ef a s td e v e l o p m e n to fe c o n o m yi no u rc o u n t r y ，t h en u m b e ro fr a i l w a yc a r g o i n c r e a s e ss h a r p l y , r a i l w a yc o n t a i n e ra san e wt r a n s p o r t a t i o nw a yd e v e l o p sv e r yf a s t b u ta s e r i e so fp r o b l e m sa r et a k e nt or a i l w a yc o n t a i n e rs t a t i o n ，s u c ha sr a i l w a yc o n t a i n e rs t a t i o n c r o w d e d ，c h a r g ea n dd i s c h a r g ed e l a yi n c r e a s e da n ds oo n ，t h es e r v i c eq u a l i t yi sn o ta sg o o d a sm o d e ml o g i s t i c sr e q u i r e m e n t r a i l w a yc o n t a i n e rt r a n s p o r t a t i o no f0 1 1 1 c o u n t r yi s c o n f r o n t e dw i 也v e r yb i gc o m p e t i n gs t r e s s ，s om o d e mr a i l w a yc o n t a i n e rs t a t i o n st h a tc a n s a t i s f yt r a n s p o r t a t i o nd e m a n da len e e d e du r g e n t l y i no r d e rt os a t i s f yl o g i s t i c sr e q u i r e m e n t s i n c r e a s i n gs h a r p l y ，m a n yr a i l w a yc o n t a i n e rs t a t i o n sa r eb u s yw i t hr e b u i l d i n gp r o j e c t s c o m b i n e dw i t ht h er e s e a r c ha c t u a l i t ya b o u ti n t e r r e l a t e dt h e s i s ，t h i st h e s i ss u m su pa w a y o fl o g i s t i c sf a c i l i t yl a y o u to fr a i l w a yc o n t a i n e rs t a t i o nt od e a lw i t ht h i sp r o b l e m ，a n di t m a i n l y i n c l u d e st h ef o l l o w i n gc o n t e n t s f i r s t ，i no r d e rt os a t i s f yt h em o d e r nl o g i s t i c sr e q u i r e m e n t ，i n t r o d u c et h en e wl o g i s t i c s f u n c t i o n , a n dt h ec o n t a i n e rc a r g ot r a n s p o r t a t i o np r o c e s s i ti sc o n s i s t e db ye i g h tf u n c t i o n a r e a sa n dt h et h e s i sa l s os i m p l yi n t r o d u c e st h ep r i n c i p l ea n dm e t h o do fe v e r ya r e as c a l e s e c o n d ，e s t a b l i s hat w o - f u n c t i o nm o d e lt oo p t i m i z et h el a y o u to ft h er m l w a yc o n t a i n e r s t a t i o n ；w i t ht w oo b j e c t i v e s ，o n ei st om i n i m i z et h et o t a ll o g i s t i c sf l o wc o s t ，a n dt h eo t h e ri s t om a x i m i z et h ea d j a c e n c y r e l a t i o n s h i pd e g r e ea m o n gf a c i l i t i e s t h e n ，t h eg e n e t i ca l g o r i t h mi san e wa p p r o a c ht os o l v i n gc o m p l e xp r o b l e m s a sa r e s u l to ft h ee n o r m o u si n c r e a s ei nt h ec a p a c i t yo fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , a p p l y i n gg ai n r e c e n ty e a r sh a sb e c o m em o r ea n dm o r ew i d e s p r e a d a tl a s t ，t h ei m p r o v e ds l pa n dt h em o d e la l ea p p l i e di nar e a lp r o j e c tt og e tab e s t s o l u t i o n , w h i c hi sq i n gb a i j i a n gr a i l w a yc o n t a i n e rs t a t i o n k e yw o r d s ：r m l w a yc o n t a i n e rs t a t i o n ；f a c i l i t yl a y o u t ；s l p ；m u l t io b j e c t i v e sm o d d ；g a 西南交通大学囱阐父遗大罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密d 使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 触莅 将刻醴各降一 日期：如f p ，石日期： 妒f 口6 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 建立目标规划模型来解决铁路集装箱中心站作业区布局优化问题； 根据具体的青白江集装箱中心站作业区布局优化案例，说明建立的目标规划模型 和遗传算法解决设施布局优化问题的可性行。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个入或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名：赵红霞 日期：2 0 1 0 6 1 0 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1研究背景 第1 章绪论 1 我国集装箱运输的发展 我国集装箱运输与欧美发达国家相比起步较晚，子2 0 世纪7 0 年代铁路运输中出 现了集装箱运输形式，然后在国际海洋运输中广泛使用，9 0 年代后进入了快速发展期。 我国铁路集装箱发展近些年来已经取得了很大的进步，由于集装箱运输具备长距 离运输可靠安全、运输成本低、贵重货物性价比高的优势，很多货物都适合集装箱运 输，2 0 0 0 年，我国铁路集装箱货运量较1 9 9 0 年增长2 4 7 ，2 0 0 7 年，全国铁路已有 集装箱办理站6 0 9 个，另有2 3 8 个可办理集装箱业务的但非集装箱办理专用站，完成 集装箱运量7 6 0 8 万吨，比上年增运7 1 7 万吨，同比增长1 3 4 。 2 我国集装箱运输存在的问题 相对欧美发达国家的集装箱运输发展水平，中国的铁路集装箱运输还只是刚刚起 步。集装箱保有量不足、箱况差、箱型不全，与海运集装箱规格不统一，使得铁路集 装箱运输无法与外贸所依赖的海运方式相协调；加上管理方式落后，周转时间长，更 加剧了铁路集装箱在数量和箱型上与运输需求的矛盾。 目前北美的大多数铁路公司，铁路集装箱业务基本上都达到了公司总体收入的2 0 以上，海铁联运货物是其主要的承载对象。就加拿大的温哥华港口而言，当前年吞吐 量大约为1 7 0 万t e u 左右，其中5 0 左右是通过铁路运输到北美内陆地区，而中国目 前还远远没有达到这个数字，铁路集装箱的现实情况则是，从港口卸下来的集装箱大 约只有2 3 左右的通过铁路运输。 导致这样的主要原因除了我国目前在铁路集装箱的基础设施、管理水平相对落后 外，其实背后更大的原因则与我国目前各地区的经济发展水平差异较大有关。 比如从上海港卸下来的货物很大部分是在上海当地进行消费，剩余的则更多是 利用了公路、水路运输运往上海周边及长江流域，这样通过公路、水路的稀释之后， 真正通过铁路集装箱运往内陆的货物数量已经非常之少；而我国由于西部地区经济相 对东部落后很多，因此地区的整体消费水平不高，这就导致了其本身对于货物的需求 量不是很大，因此从根本上就限制了铁路集装箱及多式联运的发展。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 目前在我国正在建设的1 8 个铁路集装箱中心站，未来就是要把它们打造成为与国 外同等功能，专业的只提供集装箱服务的枢纽中心。目前存在的一些铁路集装箱中转 站，首先规模比较小，其次并没有真正达到专业制作集装箱处理的程度，而是与一些 行包等其它物品混在起。 作为铁路集装箱运输必不可少的硬件资源之，除了铁路集装箱场站建设之外， 目前我国在集装箱列车及运输线路的改造上也取得了进展。中国整个铁路系统目前面 对的最严重问题，就是铁路运输能力不能适应日益增长的运量需求。由于双层集装箱 运输是一种运输速度快、技术先进的货运新产品，它的出现会推动铁路货运产品改革 的步伐。双层集装箱运输一旦投入运营，不仅可以成为铁路运输的经济增长点，也将 为我国铁路建成快速货运体系奠定良好的基础。 凡办理集装箱运输的铁路车站均称为集装箱办理站，是组织集装箱运输的基层生 产单位，主要办理集装箱的发送、到达和中转作业，组织集装箱f - i n 门运输，有条件 的还要组织集装箱直达列车。我国现有的铁路的集装箱办理站能力有限，不能满足现 代物流服务要求下的集装箱运输工作的需求，特别是由于作业设施布局不合理、设施 配备不完善，导致装卸搬运时间过长，成本增加，服务水平降低。 因此文本对扩建或新建的集装箱办理站的作业设施功能及布局问题进行理论研 究。 1 2国内外研究现状 1 2 1国外研究现状 铁路集装箱箱办理站建设是为铁路开展集装箱业务服务的，现代物流思想发展也 很迅速，为了推动我国铁路集装箱运输的发展，就有必要研究在现代物流条件下铁路 集装箱运输的发展方向，并以此为指导集装箱办理站设计作业设施功能及布局，才能 设计出满足未来需要，适应物流发展的现代集装箱办理站。 1 早期的研究 2 0 世纪5 0 年代，这时就有学者提出了设施布局规划问题，并对其规划优化方法进 行研究，发现设施规划问题涉及到了很多其它学科的知识，因此必须综合应用各方面 的专业知识，特别是系统工程的概念和系统分析的方法。此后的1 9 6 1 年，由美国的缪 瑟提出了解决设施规划布局问题的代表性的系统布置设计( s l p ) 理论。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 6 0 年代以来以jm 摩尔等为代表的设施规划设计方面的学者，研究如何应用计算 机技术进行平面布置及其优化的问题，又形成了许多借助计算机辅助施行平面布置程 序，如用于新建设施的c o r e l a p 、a l d e p 程序和用于改建布置的c o f a d 、c r a f t 程序， 形成了计算机辅助设施布置( c a l ) 方法 1 。 2 近期的研究 j c a g a n ( 1 9 9 8 ) 在论文“a s i m u l a t e d a n n e a l i n g b a s e da l g o r i t h mu s i n g h i e r a r c h i c a l m o d e l sf o rg e n e r a lt h r e e d i m e n s i o n a lc o m p o n e n tl a y o u t 中，研 究中说明了如何解决三维布局规划问题，建立了非线形设施规划布局模型，采用模拟 退火算法求解模型。 2 。 k y u y e u ll e e ( 2 0 0 5 ) 在论文“a ni m p r o v e dg e n e t i ca l g o r i t h mf o rm u l t i f l o o r f a c i l i t yl a y o u tp r o b l e m sh a v i n gi n n e rs t r u c t u r ew a l l sa n dp a s s a g e s ”中对多 层仓库的设施规划问题的解决提出了自己的新观点，当仓库有内墙和通道并且为多层 时，对其进行规划布局，可以采用一种改进的遗传算法来解决，步骤是选择、交叉、 倒置、变异等基因操作，其中设施、通道、电梯等相互关系被描述成邻接图，应用图 论理论中d i j k s t r a 算法对设施之间的路径和距离进行优化 4 。 g a i e l l o ( 2 0 0 6 ) 在论文“am u l t i o b j e c t i v ea p p r o a c ht of a c i l i t y l a y o u t p r o b l e mb yg e n e t i cs e a r c ha l g o r i t h ma n de l e c t r em e t h o d 中对设施规划布局问 题提出了自己的新见解，建立了多目标规划模型，认为设施规划问题要考虑物料流动 成本、设施关联度、设施距离等，然后使用遗传算法对多目标模型进行求解 5 。 m i n g 一3 a a nw a n g ( 2 0 0 5 ) 在论文“as o l u t i o nt ot h eu n e q u a la r e af a c i l i t i e s l a y o u tp r o b l e mb yg e n e t i ca l g o r i t h m 对不等面积的设施规划布局问题进行了详细 的研究，提出了总物料流动成本最小为目标建立模型法，并用遗传算法进行求解 6 。 k u s i a kaa n dh e r a g uss ( 1 9 8 7 ) 在论文“t h ef a c i l i t yl a y o u tp r o b l e m 介 绍了一般的设施规划布局问题的解法，一般是建立线性整数规划模型，采用分枝界定 法来对模型进行求解，得出了一般的设施规划布局问题解决的通用方法 7 。 r u s s e l ldma n dg a uky 在论文“t h ef a c i l i t yl a y o u tp r o b l e m ：r e c e n ta n d e m e r g i n gt r e n d sa n dp e r s p e c t i v e s 中详细阐述了设施规划布局问题现在新出现的 问题领域，新的发展趋势，以及今后发展的展望，对设施规划布局问题进行了全面系 统详细的总结归纳和提出今后的发展方向 8 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 s i r i n a o v a k u lba n dt h a j c h a y a p o n gp 在论文“ak n o w l e d g eb a s et oa s s i s ta h e u r i s t i cs e a r c ha p p r o a c ht of a c i l i t yl a y o u t 中阐述了计算机辅助解决设施规 划问题的应用情况，包括开始使用的软件如c o r e l a p 和c r a f ，r ，算法为新建法 ( c o n s t r u c t i o nm e t h o d s ) 和改进法( i m p r o v e m e n tm e t h o d s ) 等传统启发式算法。这些算 法能够解决布局规划问题，求出满意方案，但缺点是在达到满意方案前的选择过程中 未充分考虑其他的方案，最终布置未必最优。 9 设施布局优化问题逐渐发展，出现了很多大型复杂系统的优化问题，主要的模型 如表l - i 和表1 2 所示。 表i - i 设施规划布局模型分类表 7 、8 ( a ) 线性二次分派法 第一组 ( b ) 线性整数规划法 线性模型 4 ，5 ( d ) 图论法 ( a ) 动态布置 第二组 ( b ) 随机布置 非线性模型 5 ( c ) 目标规划、多目标规划 ( a ) 作业流程布置 第三组 ( b ) 设施设备布置 特殊布置模型 5 ( c ) 作业单位布置 表卜2复杂系统规划布局计算机辅助方法表 分支定界法 可以取最优解的算法 割平面法 新建法 传统改进算法混合法 图论法 可以取较优解的算法 模拟退火法 人工智能技术禁忌搜索法 遗传算法 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 1 2 2 国内研究现状 1 我国铁路集装箱运输业面临大发展 过去2 0 年来，沿海经济高速增长推动的外向型港口经济。一些新的国家经济鼓励 政策，开始向中西部东北等内陆地区倾斜。这样导致的结果：一是外向型出口贸易的 物流链向内陆的延伸，二是国内沿海经济和内陆经济的结构性差异所需要的物流通道。 在这种经济背景下，改善铁路公司多式联运能力对中国国内市场的进一步发展是 至关重要的。铁路具有全天候、运量大、运距长、运价低的优势，作为物流链的重要 环节，在现代物流和国际集装箱多式联运体系中地位重要，作用不可替代。 2 0 世纪9 0 年代以来，港口集装箱和集卡构成的沿海物流体系支撑了我国外向型沿 海经济的发展，但随着我国沿海经济向内陆的延伸，集装箱卡车的经济运输半径将逐 步难以支撑，铁路集装箱大发展的时代正在来临。 从经济学上来说，完善物流体系的构建和经济发展是相互加强的过程。因此，沿 海经济向内陆延伸，将促进铁路集装箱的发展；而铁路集装箱物流体系的构建也将推 动我国内陆经济发展。因此，铁路集装箱通道的建设已经在我国的”十一五计划”和”铁 路中长期发展规划”中提到了战略高度，铁路集装箱物流大通道的发展已经刻不容缓。 铁路集装箱已是我国铁路的优先发展部分。 2 行业将呈加速增长态势 目前我国铁路集装箱仍处于发展阶段的初期，其发展动力来自于两个方面： ( 1 ) 当前经济构架下，随着铁路基础设施的改善，铁路集装箱占当前物流体系的 比例将显著提高。 ( 2 ) 随着我国经济由沿海向内陆的延伸，铁路集装箱为主动脉的物流体系将进一 步推高铁路集装箱的发展速度。 2 0 0 3 年1 2 月，中国铁路将原先由1 4 个铁路局承担集装箱运输的模式重新整合， 组建了中铁集装箱运输有限责任公司，专门负责铁路集装箱运输，形成了覆盖全路的 集装箱运输网络和规范统一的集装箱运输市常根据中铁集的规划，将在2 0 0 8 年之前投 资2 0 亿建设完成1 8 个集装箱中心站。目前上海中心站己顺利建成投产，其它也陆续 开工建设，中心站的逐步建成将成为我国铁路集装箱的枢纽节点，大大扩大铁路集装 箱的经济辐射能力。是我国铁路集装箱发展的里程碑事件。我们预计在1 8 个集装箱中 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 心站逐步建成的过程中，中国铁路集装箱运输量的增长速度将呈现加速增长态势。未 来5 年的铁路集装箱行业复合增长将达到2 9 5 ，而特种箱复合增长率有望达到3 8 。 当前铁路集装箱市场是供不应求。在很多铁路集装箱站都出现货物等车的情况。 只要铁路系统运力的改善和铁路集装箱运输体系的建立( 中心站的建成) ，我国铁路集 装箱的货源不是问题。 3 文献的研究情况 工晓博在论文“火车站发展物流服务的探讨”中最初探讨了火车货运站发展现代 物流服务的可能性，认为铁路运输和物流服务相比，都包括运输和仓储两项最基本的 功能。铁路运输在现有运输网络、信息管理系统基础上，可以拓展现代物流服务。建 议铁路货运站逐步开展多种物流服务，通过货运代理业务、仓储业务、市内配送、信 息咨询等多种形式实现向集装箱物流中心的转变 1 0 。 何兴国、朱健梅在论文“基于铁路货运站的物流中心运营模式的探讨”中说明了 铁路货运站发展物流服务的可能性，分析比较了铁路货运站和一般物流中心的功能， 两者在功能、服务方面有很多相似的地方；但是我国的铁路货运站，相对于现代物流 中心的业务服务能力上还存在着一定的差距。经过分析得出铁路货运站属于公共型物 流中心，但是又不同于一般的物流中心，进而说明铁路集装箱办理站几种可行的运营 模式，对铁路集装箱办理站的物流中心实现运营模式的转变提出了建议 1 1 。 卢冬在论文“货场设计中参数选择的若干问题 中对铁路货场设计提出了新的观 点，主要是如何确定堆场和仓库需要面积的参数选择、如何计算装卸线长度。在新的 经济技术发展情况下铁路货场设计原有规范不适用现代货物运输要求，比如由于车辆 和货物种类的变化，车辆静载重也变化了，必须重新考虑车辆静载重的取值1 1 2 。 兰建华在论文“铁路物流园区规划研究中提出，大型铁路货运站及集装箱办理 站未来的发展趋势是成为铁路物流园区：但是铁路物流中心与一般物流中心功能不同， 他既有传统的功能，又要具备现代物流中心的功能；提出了铁路物流中心的规划流程、 作业功能区面积计算公式和中心管理方式。 季江民、徐宗元在论文“不等面积设施布局的收敛算法中提出“控制收敛”方 法解决设施规划问题，布局规划设施的面积是不等的情况，通过用放大设施倍数的包 络块来进行初始布置，通过循环优化使设施的大小逐渐缩小到实际大小，进而完成布 局优化 1 4 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 姚冠新、刘正刚在论文“设施布置问题的非线性目标规划模型及其遗传算法”中 对设施布置的建模问题进行了研究，以前多采用线性模型来解决设施布置问题，在这 里将其建模为非线性目标规划模型，并采用遗传算法进行求解 1 5 1 。 叶慕静，周根贵在论文“基于遗传算法的系统布置设计及初步应用 中提出了具 体的平面布置方案，采用遗传算法进行计算，以系统布置理论为基础，设施的综合相 互关系与实际综合相互关系进行分析，以其两者误差最小为目标建立设施规划设施模 型【1 6 。 张宇众，钟将在论文“基于遗传算法的厂区物流优化设计 阐述了工厂总平面布 置优化设计问题，根据一个实际的汽车配件厂的具体优化布局问题，采用遗传算法的 对车间布局优化 1 7 】。 张锦在物流系统规划一书中概述了我国物流中心发展的情况，借鉴了国外物 流中心的发展状况，阐述了物流中心的服务功能作业流程、物流中心设施设备布置、 物流中心经营管理模式等内容 1 8 。 汝宜红在配送中心规划一书中论述了配送中心的设立、选址、功能设计、流 程设计、设施与设备、信息规划、运作等理论与实际操作，并且提供了实际的配送中 心规划案例【1 9 。 刘昌棋主编的物流配送中心设计说明了一个现代化物流配送中心的建立方法、 步骤和评估标准。论述了物流配送中心的主要作业过程、物流配送中心的布置和规划、 物流作业流程设计，具体作业环节设计、物流配送中心的管理系统设计等方面的知识， 对于铁路集装箱办理站物流中心的规划设计具有很好的参考价值 2 0 】。 蔡临宁编著的物流系统规划建模及实例分析主要分析研究物流系统模型 如何建立，采用很多实际例子对不同的物流系统规划建模进行实际说日f j 2 1 。 总的来说铁路集装箱办理站向现代物流中心转型是一种必然的发展趋势，并且部 分学者还对集装箱办理站物流中心如何规划做了研究。但是目前国内对现代物流条件 下铁路集装箱办理站的规划布局并没有全面而系统的研究，对一般物流中心的规划布 局设计研究比较多，因此对适应现代物流发展的新型货集装箱办理站规划布局有必要 进行理论研究。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 1 3 论文研究的意义、主要内容及方法 1 3 1 研究的意义 1 市场竞争的需要 过去铁路运输一直以自身运营为主，但是现在由于其他运输方式发展迅速，运输市 场的竞争增强，铁路的竞争环境发生了巨大的变化。虽然铁路运输技术逐步发展，铁 路集装箱运输方式迅速发展，货物运输的速度加快、质量提高，但是铁路货运的市场 份额在不断下降，特别是集装箱运输的运量相对于全路的货物运量尽占3 ，而其它运 输方式的集装箱运量的比重要大得多。所以，铁路集装箱运输要争取市场份额，增加 集装箱运量，提高集装箱运输质量，使其竞争中处于优势。主要的方式是致力于为货 主服务，不断优化运输方式和方法，降低成本，提高质量。铁路集装箱运输的办理站 作为集装箱运输的枢纽，其规划和布局也有必要进行深入研究。 2 铁路发展的需要 中国铁路在技术装备方面已经有了较大改善，车辆的走行性能越来越好，装载技术 设备更加先进，现代物流仓储设备的引入使得中国铁路净载重、仓储能力等发生了较 大变化，铁路运输的方式方法也发生了很大变化，特别是集装箱运输形式的产生，这 些必然会对铁路货运站、集装箱办理站提出新的要求。研究新的环境下的铁路货运站、 集装箱办理站布局设计规范是符合实际需要的。 3 发展现代物流的需要 铁路货运站和集装箱办理站作为物流网络中的重要节点，是铁路与其他交通方式衔 接的平台。规划布局合理的铁路集装箱办理站不仅可以减少货物流通中间环节，加速 货物流动，还可以利用铁路的运营能力，方便各种运输方式的换装，对促进中国物流 事业的发展起到了积极的作用。 1 3 2主要内容 1 主要内容 本文对现代物流发展的背景下，我国大力发展铁路集装箱的形式下，新建和扩建的 铁路集装箱办理站内部的布局规划进行研究，主要从以下几个方面展开： ( 1 ) 明确现代物流条件下铁路集装箱办理站的主要服务内容，并在此基础上确定 铁路集装箱办理站的功能定位，并重新规划设计铁路集装箱办理站的集装箱作业流程， 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 对主要物流作业进行分区。 一 ( 2 ) 采用传统的设施布局规划s l p 方法分析铁路集装箱办理站物流作业区和非物 流作业区之间的物流关系和非物流关系，建立目标规划模型优化铁路集装箱办理站内 部作业区布局问题。 ( 3 ) 采用遗传算法分步骤求解目标规划问题； ( 4 ) 对具体的成都青白江铁路集装箱办理站布局规划，并对规划方案进行分析， 验证其适用性。 2 论文解决的关键问题 ( 1 ) 铁路集装箱办理站在现代物流条件下的功能定位 现代物流的发展对铁路集装箱办理站的服务提出了新的要求，传统的铁路集装箱货 运业务不能满足现代物流服务需要，本文提出了铁路集装箱办理站的新功能。 ( 2 ) 铁路集装箱办理站作业区之间的关系分析 铁路集装箱办理站作业区分为：物流功能区和非物流功能区，本文重点分析物流作 业区之间的物流关系，非物流作业区之间的关系，以及物流作业区与非物流作业区之 间的关系。 ( 3 ) 优化模型的确定 铁路集装箱箱办理站物流设施布局问题是个多目标问题，因此本文将作业区布置优 化问题建模成目标规划模型，以物流成本最小和邻接关联度最大( 总作业时间最小) 为目标，并利用遗传算法求解。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第10 页 1 3 3 研究方法和技术路线 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 第2 章集装箱中心站的作业流程及功能分区 早在上世纪8 0 年代，我国的铁路集装箱已经得到了发展，但相对欧美发达国家， 到目前为止中国的铁路集装箱运输也只能算刚刚起步。集装箱保有量不足、箱况差、 箱型不全，与海运集装箱规格不统一，使得铁路集装箱运输无法与外贸所依赖的海运 方式相协调；加上管理方式落后，周转时间长，更加剧了铁路集装箱在数量和箱型上 与运输需求的矛盾。 目前北美的大多数铁路公司，铁路集装箱业务基本上都达到了公司总体收入的2 0 以上，海铁联运货物是其主要的承载对象。就加拿大的温哥华港口而言，当前年吞吐 量大约为1 7 0 万t e u 左右，其中5 0 左右是通过铁路运输到北美内陆地区，而中国目 前还远远没有达到这个数字，铁路集装箱的现实情况则是，从港口卸下来的集装箱大 约只有2 3 左右的通过铁路运输。 铁道部副部长王兆成日前表示，为适应现代物流业发展的要求，加快发展我国铁 路双层集装箱运输，将依托既有线改造和新线、集装箱中心站的建设，规划在主要沿 海港口城市和内地主要城市建成1 8 个集装箱中心站，构建双层集装箱运输主通道。 这1 8 个集装箱中心站，位于西部地区的有西安、兰州、乌鲁木齐、成都、重庆、 昆明6 个集装箱中心站，以形成连云港至乌鲁木齐、沪汉蓉、上海至昆明三大双层集 装箱运输通道。同时，按照开行双层集装箱列车的要求，在既有线改造中将对部分跨 线建筑物、小跨度桥梁等同步进行改造，扩大线路限界，为开行双层集装箱列车创造 条件。 在全国经济技术发展迅速的大背景下，铁路集装箱运输的发展也非常迅速，铁路 集装箱中心站的功能要满足社会经济技术发展的要求，特别是现代物流的发展，对铁 路集装箱中心站的功能提出了更多更新的要求。 铁路集装箱中心站的功能发展要结合其它交通方式协调发展；要借鉴一般物流中 心的功能服务理念，又要和一般的物流中心有所区别。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 2 1铁路集装箱中心站的主要功能 2 1 1我国集装箱运输的发展 1 铁路运输管理体制改革取得新突破 铁道部对全路集装箱运输资源进行优化整合，组建了中铁集装箱运输有限责任公 司，按照现代企业制度要求构建专业运输市场主体。公司依托铁路网络优势，对集装 箱运输实行专业化规模经营，以集装箱运输、仓储和配送为核心的物流服务得到较大 发展。铁道部实行铁路局直接管理站段的新体制，大大释放了运输生产力，提高了运 输效率，有力地推进了集装箱运输的更大发展。 2 集装箱中心站建设和装备现代化步伐加快 集装箱中心站是以经营铁路集装箱运输及配套服务为主的物流中心。按照规划， 昆明、上海、西安、武汉、青岛、郑州、大连、重庆和深圳等集装箱中心站已经开始 建设：与既有线改造、新线建设和集装箱中心站修建相衔接，铁路双层集装箱运输通道 建设已经启动。同时不断加大集装箱装备投入，2 0 0 4 年新增了1 9 0 辆双层集装箱专 用车及一批大型箱和专用箱，对集装箱装卸机械和专用平车进行了更新改造，2 0 英尺 国际标准箱保有量达到1 3 3 万箱，4 0 英尺及以上集装箱83 0 0 箱。 3 集装箱班列开行成效显著 大力组织开行集装箱班列，在始发和终到站间直通运输，努力打造“送达速度快 捷、运到时限确定、途中信息可知、运输价格透明、服务承诺保证、违约赔付损失” 的铁路集装箱运输品牌。成功开发了牛奶、轿车集装箱班列，天津一乌兰巴托，连云 港、青岛、天津一阿拉木图，以及塘沽一芬兰跨越亚欧四国的国际集装箱专列：不断创 新班列组织，以第五次大面积提速调图为契机，组织开行了北京一上海双层集装箱班 列。2 0 0 4 年，铁路共发送集装箱3 1 1 2 万t e u 、59 5 2 万t ：开行集装箱班列67 5 8 列， 其中双层集装箱班列16 0 列：特种箱班列2 4 5 列：国际箱班列24 7 7 列。2 0 0 5 年上半年， 开行集装箱班列45 6 1 列，同比增开23 4 3 列，增长1 0 5 6 。 4 集装箱运输服务质量不断提高 集装箱调度和追踪系统日趋完善，中央查询系统开始试运行，推出了集装箱运行 动态的互联网和手机短信查询服务，开通了8 0 0 免费服务热线电话，极大地方便了客 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 户。并且不断丰富和完善服务项目，提供仓储、配送等物流服务，提高运价透明度， 努力满足市场需求。 2 1 2 铁路集装箱中心站的主要功能 要考虑铁路运输传统作业的需求，还要考虑物流发展的新功能，要体现现代运输 的理念，服务货主、提高运输质量。 1 办理集装箱运输业务货运站 集装箱中心站的基础业务也是最主要的业务，就是完成集装箱货物的中转换装， 从一种运输方式到另一种运输方式的转换，还需要集装箱在中心站临时储存，办理相 应的交接手续。 传统的铁路集装箱货运作业包括：集装箱换装装卸搬运，集装箱货车的集结、成 组、取送，货运列车的整列到发作业，专用线到发服务；集装箱运输的临时存储；货 运业务交接、单证交接等。 对于这些集装箱中心站的基本货运作业，要采用先进设施和设备提高作业效率， 提高货物流通的效率，增强为货主服务思想。 2 提供现代物流服务的物流中心 铁路集装箱中心站在传统的集装箱装卸换装和仓储服务的基础上，增加了现代物 流服务的功能，主要是现代物流的基本功能，包括：货物包装、分类、成组化功能； 仓储流通加工、增加货运标志功能；中心站服务城市配送功能；给货主提供及时货运 信息查询、咨询功能等。 铁路集装箱中心站站开展的现代物流服务，需要以物流基础设施设备为基础，因 此在新建或扩建集装箱中心站的时候要考虑到这个问题；比如设备设施要有较高的自 动化水平、要建立综合的计算机网络平台、较好的信息管理系统支持、专业的铁路运 输和现代物流管理人员等。 3 综合物流网络的枢纽 铁路集装箱中心站是铁路运输网络的一个节点，也是现代综合运输网络的一个节 点，他的位置作用非常重要，是发展铁路集装箱运输的枢纽，也是办理集装箱多式联 运的重要枢纽，特别是实现“门到门 运输时，不同的运输方式需要相互衔接，在中 心站枢纽进行不同运输方式的中转换装，这样才能实现集装箱货物流动的快速高效。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 4 物流信息服务中心 铁路集装箱中心站需要具有较完善的货运管理信息系统，在信息系统中要包括集 装箱作业、集装箱装卸搬运设备设施、集装箱货物、员工资料、货主资料等等；通过 计算机信息网络传输货运数据，实现数据共享。货主可以通过信息系统得到需要的运 输信患；中心站的管理人员可以通过信息系统对货运、设备设施和人员进行管理。 2 2 铁路集装箱中心站作业流程 铁路集装箱办理站的基本作业包括：集装箱到发作业、站内作业和装卸作业；集 装箱列车在装卸线进行集装箱装卸作业，卸到达集装箱，装发送集装箱，然后完成发 车作业。 2 2 1集装箱作业流程 集装箱到发作业包括：到达集装箱作业、发送集装箱作业和中转集装箱作业。 1 集装箱到达作业 装载装箱重载列车到达集装箱中心站的装卸区后，采用起重机将集装箱卸下列车。 然后，有的集装箱直接换装到站外集装箱托挂车上，在收取运费后，集卡就送集 装箱货物给货主；有的由站内集装箱托挂车拖至国际集装箱箱区堆存，国际箱区的集 装箱先堆存，通过“一关三检”的手续后，装集卡送往货主。 2 集装箱发送作业 整箱货物在货主自己的工厂完成装箱，办理集装箱托运手续，由集装箱托挂车运 到集装箱办理站入口处，经汽车衡称重、箱号自动识别系统和信息管理系统处理后， 编制入场单证。 集卡将集装箱送至发送箱区，起重机将集装箱从车上卸到指定箱位上或直接装到 发送班列上，然后起重机将存于发送箱区的集装箱按发送方向和车次装车，最后组织 集装箱班列运输或小运转列车发送。 3 集装箱中转作业 需要中转作业的集装箱，由办理站起重机将集装箱直接转运到待发的列车上。有 时集装箱卸到指定箱位存放，或者直接装上站内集卡转运至指定存箱位存放；然后起 重机再将箱位中的集装箱装到指定列车上，并与发送集装箱统一编组发送。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 2 2 2 站内作业流程 集装箱站内作业包括：中转箱的发送、重箱返回、备用箱、空箱门到门装箱的作 业，其主要流程如图2 1 所示。 图2 1 铁路集装箱站内作业流程 1 中转箱发送作业 需中转的集装箱从列车上卸下后，暂时在中转箱区堆存，然后装上发送列车发送。 2 重箱返回 门到门运输的集装箱，在货主的工厂仓库装箱，然后由站外集卡拖至集装箱办理 站，办理交接手续后，在发送箱区暂时存放，然后装集装箱列车发送。 3 备用箱 空箱经清洗、检修作业后成为备用箱，门到门装箱时，可由站外集卡拖备用箱到 货物工厂或仓库装箱，后接重箱返回作业。 4 空箱门到门装箱 门到门运输时，货主在集装箱办理站提取空箱，然后由站外集卡拖空箱到自己的 工厂或仓库装箱，后接重箱返回作业。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 2 2 3 装卸作业流程 集装箱办理站装卸作业包括：装卸线箱区( 发送、到达及中转箱区) 和辅助箱区 的作业。 1 装卸线箱区 集装箱班列或小运转上的集装箱装卸至堆场堆存或集卡上，集卡上的集装箱装卸 至堆场堆存或集装箱班列上，堆场中的集装箱装卸至集装箱班列或集卡上以及集装箱 班列上的集装箱直接中转至另一列集装箱班列上。 2 辅助箱区 国际箱区、冷藏箱区及特种箱区等重箱的装卸、堆存，空箱及备用箱的装卸搬运 和清洗、检修及待检箱的装卸搬运。 3 其他作业 装卸线箱区与辅助箱区之间集装箱的水平运输和装卸线箱区之间的转场集装箱的 水平运输。 集装箱办理站集装箱装卸作业流程如图2 2 所示。装卸流程是办理站重要业务流 程，合理的流程能减少集装箱在办理站的作业次数，提高作业效率，降低装卸作业成 本，满足集装箱暂时堆存的要求，并且减少作业区的基础建设投资。 图2 - 2 集装箱装卸作业流程图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 2 3 铁路集装箱中心站设施分区 铁路集装箱中心站按功能一般可划分为主箱区、辅助箱区、集卡走行区、生活及 其他功能区。其中，主箱区主要置在装卸线两侧，用于存放待装车列或从车列卸下的 集装箱，一般以重箱为主；辅助箱区，一般布置在主箱区外侧，包括空箱区、特种箱 区、清洗箱区、维修箱区、冷冻箱区等。集卡走行区是集装箱拖车在箱场内的通行道 路，集卡主通道可以布置成环形的，同站外公路相连，一般为双向四车道或更宽。因 此，集装箱箱区设置和道路布置是办理站平面布局的重点。 2 3 1箱区设置 根据集装箱货物的流向不同，中心站的箱区应该相应布置，分为到达箱区、发送 箱区、中转箱区、装卸作业区；根据集装箱货物性质的不同，又需要将中心站划分为 冷藏、特种、专用、空箱、备用、检修、清洗消毒等辅助箱区。 1 装卸线区 集中设施设备进行集装箱装车、卸车的具体区域。 2 发送箱区 待发送装车的集装箱临时存储的箱区。 3 到达箱区 卸车到达的集装箱临时存储的箱区。 4 中转箱区 卸下车后又需要装另一列车的中转作业的集装箱临时存储的箱区。 5 辅助箱区 集装箱按照其性质可以分为普通箱和冷藏箱、特种箱等。 普通箱可以储存在发送箱区、到达箱区和中转箱区，冷藏箱必须储存在有电源的 特殊区域，是冷藏箱区；特种箱也是有特殊要求的集装箱，所以也要有专门的区域存 放，这种储存冷藏箱或特种箱的区域称为辅助箱区。 2 3 2 物流功能区设置 1 海关商检区 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 海关商检区是海关、商检办公所在的办公室。如果是国际集装箱在集装箱中心站内 临时储存，商检部门根据国家规定查验货物；海关部门根据需要抽检货物。 2 流通加工区 未装箱发送的货物或者是到达拆箱的货物，