（交通运输规划与管理专业论文）加速货车循环相关运输组织优化模型与方法研究.pdf

摘要 摘要 近年来，我国铁路有了长足的进步和发展，铁路营业里程和运输能力都有不 同程度的增长，但总体上与日益增长的运输需求不相适应的矛盾还没有从根本上 解决，限制型运输的状况也还没有从根本上改变，因此，运输能力的快速扩充仍 然是当前我国铁路改革与发展中亟需解决的问题。而作为铁路实施内涵扩大再生 产的关键环节，压缩货车周转时间、加快货车循环，是快速、经济扩充运输能力 的有效方法之一，对有效缓解当前铁路运输“瓶颈”制约具有重要的现实意义。 论文在国内外相关研究成果基础上，紧密结合我国铁路运输组织管理的特点， 从影响货车快速周转的关键因素分析入手。以货车循环过程中周时( 停时、中时、 旅时) 生成变化为主线，将车流径路优化、始发及技术直达列车开行方案优化、 空车调配方案优化、车站作业技术计划优化等纳入统一的加速货车循环问题的研 究范畴，系统地提出了一系列与加速货车循环密切相关，且具有实际应用价值的 运输组织优化模型和可行方法。 论文重点研究：大量开行直达列车对停时、中时的影响，构建装车地和技术 站车流编组去向方案优化模型，构建铁路货场车辆取送优化模型，研究通过减少 货车中转次数及延长中转距离进而压缩中时的运输组织理论和方法，构建总体上 有助于压缩空车走行公里的空车调配优化模型，以及有利于减少重车绕道的重空 车流径路和流量分配同时优化模型。论文以理论分析为基础，采用比较分析和数 学规划相结合的方法进行量化研究，注重货车周时变化机理和成因分析，采用0 - 1 整数规划原理、网络流等方法构建相关优化模型 论文的主要研究工作和创新点包括： ( 1 ) 首次充分考虑到我国铁路网存在多处瓶颈限制的现状，构建了具有重要 实际应用背景，总体上有利于减少重空车流绕道的多品类多车种铁路网空重车流 径路及流量分配同时优化数学模型。该模型克服了现有车流径路优化空重车流相 分离、流量分配不考虑车种等不足。算例以我国东北铁路网为例，在区段能力限 制条件下，对区域内9 7 5 支分品类0 d 流进行了径路和流量分配优化试验。通过 模型求解，获得了总体上有助于压缩空重车走行公里的空重车流径路和流量分配 优化方案及区段负荷分布此外，作为对该模型的扩展，构建了车种代用情况下 的空重车流径路分配优化模型扩展后的模型更加接近我国铁路运输的实际，其 实用性也大大提高。 ( 2 ) 针对我国铁路空车运用的实际状况，首次依据已知分品类0 d 流量，构 北京交通大学博士学位论文 建了供需平衡条件下，总体上有助于压缩空车走行公里，且考虑车种代用情况的 空车调配优化模型，以及大客户战略下，满足重点物质运输的空车调配优化模型。 算例将全路以各铁路局为单位划分1 8 个区域，每个局为一个模拟点，对全路空车 进行了分配优化结果显示，所构模型满足了车种代用要求，所获得的局间空车 分配方案能够满足全路局间空车交换的要求，以及客户不同品类货物的装车需求， 有利于减少空车走行公里和加速车辆周转。 ( 3 ) 深入研究了车流改编方案优化对加速货车循环的影响。构建了考虑车流 在装车地的各种组合方案，以物流系统成本最优为目标的装车地直达列车开行方 案0 - 1 规划模型。该模型首次在解决始发直达运输问题时，将运输与库存成本纳入 同一目标函数，这为当前我国铁路大客户战略下开行直达列车提供了现实的理论 依据，进一步开拓了我国车流组织研究的领域。而且考虑用户场库容量和装卸条 件，可有效避免因直达运输比重增加，但用户接卸能力限制所造成的大量待卸保 留列车产生和停时延长情况的发生。 ( 4 ) 深入研究了车站技术作业计划优化对货车停时的影响。创造性的以货运 站本站作业车和可使用的调车机车为研究对象，构建了多台机车担当取送作业任 务，以货车作业停留时间最短和机车走行消耗最少为目标的车辆取送和机车分配 优化模型。该模型弥补了目前我国铁路货运站车辆取送作业优化研究时，事先人 为划分作业区，每区固定某台机车担当取送任务，且取送作业仅考虑调车机车效 率和成本问题的缺陷所获得的优化结果不仅有助于优化调车机车的使用，而且 有助于压缩车辆在站等待停留时间。 ( 5 ) 在分析直达列车开行对货车停时和中时影响的基础上，深入探讨了当前 我国铁路运输生产力调整背景下，增加直达列车开行比重，延长货车中转距离， 减少中转次数，进而压缩货车中时的方法。给出了集中化改编作业下开行远程技 术直达列车的有利性条件，揭示了集中化改编下货车中转时间的分布特征，即呈 现出一般技术站货车中转时间压缩，并向大型编组站集中的趋势。通过对直达车 流在重载区段以补轴的形式输送时的车小时消耗分析，获得车流以该组织方式输 送的合理性条件。估算了机车交路延长及列检布局稀疏化对压缩货车周时的贡献。 总之，论文基于我国现有铁路网结构及车流结构，首次深入系统地研究了与 加速货车循环相关的运输组织优化模型和方法，为获得压缩货车停留时间可行方 案奠定了基础理论，为当前我国铁路运输能力的快速扩充提供理论依据和现实方 法。 关键词：铁路货车周时运输组织理论取送车作业顺序编组去向方案 空车调整车流径路优化模型 a st h ek e yf a c t o ro fi m p l e m e n t i n gr a i l w a yc o n n o t a t i o ne x t e n d e d r e p r o d u c t i o n , r e d u c i n gr a l l c a r sc y c l ee m e o t c r ) 啪e f f e c t i v e l ye x p a n dt h et r a n s p o r t a t i o nc a p a c i t ya n d a l l e v i a t et h eb o t t l e n e c kr e s t r i c t i o no fr a i l w a yu a a s p o r t a f i o n s t a t i s t i c ss h o wt h a t , i nc h i n a , c u t t i n gd o w nt h ea v e r a g ec y c l et i m eo f r a i l c u r sf o ro n eh o u rt h e r ew i l lb eb i m o n so f m o n e y s a v e d a st h er c t p r o b l e mi n v o l v e sa l m o s te v e r ya s p e c to fr a i l w a yo p e r a t i o n , m o d e l sa n d m e t h o d s o f r e d u c i n g r c t n e e d t o b es t u d i e d l u t h e r i n t h e o r y a n d p r a c t i c es y s t e m a t i c a l l y ni so b v i o u st h a tr e d u c i n gr c t 锄m a k es i g n i f i c a n ts e l 3 s a h o w e v e r , s y s t e m a t i c a l l y s t u d y i n gt h et h e o r ya n df e a s i b l em e t h o d so fr e d u c i n gr c t i ss t i l lr a r ei nh o m ea n da b m a d 1 1 l i ss t u d y 缸i 髂t os t u d yt h eo p t h 蛐gm o d e l sa n dm e t h o d so fc u t t i n gd o w nr c t 丘锄t h e a s p e c to fc a rf l o wo r g a n i z a t i o n , e q u i p m e n ta n df a c i l i t yc o n f i g u r a t i o n , v e h i c l em a n a g e m e n t , s t a t i o n so p e r a t i n gp l a n , a n dt r a i n ss c h e d u l e g e n e r a l l y ，w h e n ar a i l c a rf i n i s h i n go n er o u n d o f t t l _ r l l o v e r , i tw i l lh a v et os p e n dt i m eo n i o a d i n ga n du n l o a d i n gp r o c e s s , m a i nl i n eu n n s p o r t , a n dy a r dt r a n s f e r t h e s et h r e ep a r t so f t i m ed e l a yc o m p o s et h ew h o l ec y c l et i m e b a s e do nd e e pa n a l y z i n gt h ef o r m i n ga n d c h a n g i n g m e c h a n i s m o f r c t , t h e 咖由f o c u s e s ：a n a l y z i n g t h e i m p a c t o f p r o v i d i n g m o r e d i r e c tf r e i g h tt r a i n so nl o a d i n gt i m ea n dt r a n s f e rd e l a ya ty a r d s ；d e a l i n gw i t ho p 商m z a t i o n o ft h ee m p t yc a rd i s t r i b u t i o na i m i n ga tr e d u c i n ge m p t yc a rl r a v e ld i s t a n c e ，a n dt h er o u t i n g p r o b l e mo fl o a d e df r e i g h tc a r sf o rt h es a k eo fs h o r t e n i n gt r a v e ld i s t a n c e ；i n v e s t i g a t i n gt h e i m p a c to fc u t t i n gd o w nr a l l c a rt r a n s f e rt i m e sa n de x t e n d i n gb l o c k i n gd i s t a n c eo nc a rc y c l e t h n e ；d e v e l o p i n go p t i m a lp i c k l n g - u pa n dd e h v e r ym o d e l a tl o a d i n gs t a t i o n i n t h i ss t u d y , m e t h o d sa n dt e c h n i q u e so fc o m p a r a t i v ea n a l y s i sc o m b i n e dw i t h m a t h e m a t i cl 贸o s r a m m i n ga r cu s e dt oq u a n t i t a t i v e l ys t u d yt h ef o r m i n gm e c h a n i s ma n dm a i n i n f l u e n t i a lf a c t o r so fr 既i n t e g e r0 - 1p r o g r a m m i n ga n dn e t w o r kf l o wt e c h n i q u e sa r ea l s o u s e dt od e v e l o pt r a i nm u t i n ga n dc a rt r a n s f e rm o d e l s 1 1 他m a i n n n o v a t i o n so ft h es t u d yi n c l u d e ： 1 f r o mt h em i c r o c o s m i cp o i n to fv e h i c l em a n a g e m e n t , t h i sd i s s e r t a t i o ns t u d i e se m p t y c a rd i s t r i b u t i o na n dr a i l c a l 葛m u t i n gp r o b l e m a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fc h i n a r a i l w a yt r a n s p o r t a t i o nc a p a c i t yr e s t r i c t i o n , m u l t i - c o m m o d i t ya n dm u l t i p l e rt y p e so f l o a d e da n de m p t yr a i l c a rf l o wm u t i n ga n dd i s t n l d u t i n nm o d e li sp r o p o s e d b a s e do n n o r t h e a s tc h i n ar a i l w a yn e t w o r k , d i s t r i b u t i o np l a no f 矿7 5d e m a n d si st a k e na sa ne x a m p l e t od e m o n s t r a t et h ev a l i d i t ya n dr a t i o n a l i t yo ft h ep r o p o s e dm o d e l c o m p u t a t i o n a lr e s u l t s s h o w t h a t t h e m o d e l 啪g e n e r a t e s h i g h q u a l i t y p l a n s o f c a r r o u t i n ga n d d i s t r i b u t i o n 2 弛s t u d yd e s c r i b e sa n da n a l y z e st h ec u r r e n te m p t yc a rd i s t r i b u t i o np r o c e s s i d e n t i f i e st h es h o r t c o m i n g s a n ds t r e s s e st h ei m p o r t a n c e0 fr e f i a b l ed i s t r i b u t i o np r o c e s sf o r s a t i s f y i n gc u k s t o m e l p 8 d e m a n da n dr e d u c i n gc 缸c y c l et i m e a ni n t e g e rp r o g r a m m i n gm o d e l f o rd i s t r i b u t i o no fe m p t yc a 塔w l t hc o n s i d e r i n gc o s to fc a rt y p es u b s t t u t i o ni sf o r m u l a t e d b a s e do nt h ed e m a n d so f1 8c h i n ar a i l w a yb u r e a u s , t h ed i s t r i b u t i o np l a ng e n e r a t e db yt h e 北京交通大学博士学位论文 m o d e lc a ns a t i s f yc l i e n t s d e m a n d sf o re m p t yc a r sb yf i n d i n ga l t e r n a t i v et y p e sa n d0 r i g i n s o fc a r s c o m p u t a t i o n a le x p e r i m e n t sw i t ht h em o d e li n d i c a t et h a tt h em o d e lg e n e r a t e s d i s t r i b u t i o np l a n st h a tc a ni m p r o v et h eq u a l i t yo ft h ed i s t r i b u t i o np r o c e s s 3 o nt h eb a s i so fd e t a i l e da n a l y s i so ft h ec o s to fc a rf l o wi nt h ep r o c e s so fl o a d i n ga n d u n l o a d i n g , rm o v e m e n t , a n dt h e c o s to fc a ri n v e n t o r ya tc l i e n t sw a r e h o u s e , a m a t h e m a t i c a lm o d e l , w h i c hd e t e r m i n e so p t i m a ld i r e c tt r a i nc o n n e c t i o n sf o ra l l0 d d e m a n d si nl o a d i n ga r e ab ym i n i m i z i n gt h et o t a lc o s to fl o g i s t i c ss y s t e m w a sf o r m u l a t e da s an o n l i n e a r0 - 1p r o g r a m m i n gp r o b l e m n ep r o p o s e dm o d e lc a nc o m p r e h e n s i v e l yd e s c r i b e t h eb l o c k i n gs t r a t e g ya n dv a r i o u sc o m b i n a t i o n so fo - dd e m a n d si nl o a d i n ga r e a i ti sv e r y i m p o r t a n tf o rt h er a i l r o a dt oc o n s i d e rc l i e n t si n v e n t o r yc o s tb e c a u s et h el o a d e dc a r sh a v et o w a i tf o ru n l o a m 雌i fm o r ed i r e c tt r a i n sa r r i v ea tt h ed e s t i n a t i o ni nas h o r tt i m ei n t e r v a l 1 硫 w i l li n e v i t a b l yp r o l o n gc a r sc y c l et i m e 4 n cs t u d yd e e p l ya n a l y st h ei m p a c to fs t a t i o no p e r a t i n gp l a no nm i l c a r sl o a d i n g a n d 珈1 l o a d i n gt i m e , a n dd e v e l o p e sar a i l c a rp i c k i n g - u pa n dd e l i v e r yo p t i m i z i n gm o d e l a i m i n ga tm i n i m i z i n gr a l l c a rl o a d i n gt i m ec o s ta n dl o c o m o t i v e 缸a n s p o r tc o s t 乃e cp r o p o s e d m o d e lc o n s i d e r sm o r et h a no n el o c o m o t i v ea n dr a i l e a rl o a d i n gs i t e ，a n di ta l s oo v e r c o m m t h es h o r t c o m i n g so fc u r r e n to p t i m i z i n gm e t h o d st h a to n l yc o n s i d e rt h ec o s to fl o c o m o t i v e s i nl o a d i n gs t a t i o n s t h i sm o d e lc a ne f f e c t i v e l yi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fl o c o m o t i v e o p e r a t i o na n ds h o r t e nt h ep i c k i n g - u pa n dd e l i v e r yt i m eo f m i l c a r s 5 f i n a l l y ，i nt h eb a c k g r o u n do f c u r r e n tc h i n ar a i l w a yr e f o r m i n ga n da d j u s t m e n t , i ta l s o s t u d i e st h ei m p a c to fp r o v i d i n gm o r ed i r e c tt r a i n so nr e d u c i n gc a r sb l o c k i n gt i m e ，e x t e n d i n g t r a n s f e rd i s t a n c e , a n dt h u sc u t t i n gd o w nc a 璐u a n s f c rd e l a yt i m ei nc a s eo fi m p l e m e n t i n g e x t e n d e dl o c o m o t i v er o u t i n ga n dt r a i n sc h e c k i n gd i s t a n c e ，a n du n i f y i n gt r a i n sh a u l i n g w e i g h ti nm a i nl i n e sa n ds i d i n g s i nl i t e r a t u r e 。t h i ss t u d yf i r s ts y s t e m a t i c a l l yr e s e a r c h e sm o d e l sa n dm e t h o d sf o rr c t p r o b l e mi nc i i c 哪田吲国n c c so fc u r r e n tc h i n ar a i l w a yn e t w o r k , c a rf l o ws t r u c t u r e a n d m o v e a b l ee q u i p m e n ta n df a c i l i t y mc o m p l e t i o no ft h i ss t u d yi sn s e f a lf o re s t a b l i s h i n g t h e o r e t i c a lf o u n d a t i o no fo b t a i n i n gf e a s i b l es t r a t e g y ，a n dp r o v i d i n gs h o r t t e r me f f e c t i v e m e a s m e sa n dl o n g - t e r mi n d u s t r i a lp o l i c yo fr e d u c i n gr c tf o rd e c i s i o nm a k e r s h c k i n g - u pa n dd e l i v e r ys e q u e n c e f r e i g h tt r a i nb l o c k i n gp l a ne m p t y c a rd i s t r i b u t i o n p a i l c a rf l o wr o u d n g 0 p t i 玎也嗑n gm o d e l 北京交通大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交 通大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同 志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名嗜糊 日期冲年, q 杉日 北京交通大学学位论文使用授权声明 本人完全同意北京交通大学有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有 关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文， 允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名带窖瑁 特狮群；邢幸埤 日期：堋年 日期：泓阿7 年 i 1 月髟日 ，7 月”日 1 绪论 1 1 研究背景和意义 1 1 1 研究的背景 1 绪论 近年来，我国铁路营业里程有所增长，运输能力也有一定程度的增加，但仍 然不能满足社会经济发展对铁路货物运输在质和量方面的要求。由于铁路新线建 设资金投入大、建设周期长，因此，挖潜扩能就成为缓解当前运输紧张状况的有 效方法。正是在此背景下，铁道部提出了实施内涵扩大再生产的战略决策。实施 内涵扩大再生产，是缓解当前铁路“瓶颈”制约的迫切需要，是短期内有效缓解 运输能力和需求矛盾最现实的选择，也是实现铁路跨越式发展的必然要求。深入 推进铁路内涵扩大再生产，无论是对经济社会发展还是对铁路自身发展，都具有 十分重大的意义。 内涵式扩大再生产有多个方面，其中压缩货车周转时间，加速货车循环是实 施内涵扩大再生产的关键环节，是牵一发而动全身的有效手段。在既有线上改进 和完善运输组织方式，全面优化影响路网运输能力和运营效益的车流组织方式， 对加速货车循环，扩大运输能力起着决定性的作用。 近几年我国铁路货车运用效率有所提高，2 0 0 5 年全路货车中转停留时间完成 4 3 h ，较2 0 0 4 年压缩0 1 h ；货车作业停留时间完成1 5 2 h ，较2 0 0 4 年压缩2 h 。 2 0 0 5 年全路货车周转时间实现4 9 2 天，较2 0 0 4 年压缩0 0 2 天，相当于每天节省 运用车2 3 0 0 多辆，日均装车完成1 0 4 8 0 9 车，比2 0 0 4 年增加5 4 9 2 车，增幅5 5 1 1 1 。此外，2 0 0 6 年开行直达货物列车3 ：3 3 条，比2 0 0 0 年增加了近：3 0 0 条。这些变 化和发展起到了明显的扩能效果，为确保国民经济持续快速发展起到了良好的保 障作用。 尽管如此，我国铁路运能紧张的问题仍然十分突出，与日益增长的运输需求 不相适应的矛盾还没有从根本上解决，限制型运输的状况也还没有从根本上改变。 因此，运输能力的快速扩充是当前我国铁路改革与发展中最亟需解决的问题，而 加速货车循环便是快速、经济地扩充运输能力的有效方法之一。 北京交通大学博士学位论文 1 1 2 加速货车循环相关运输组织优化问题的提出 货车周转时间( 货车周时) 是指货车从第一次装车完了时起，至下一次装车 完了时止所平均消耗的时间。一辆货车每完成一次周转，在其循环过程中完成了 一个工作量，所以货车周转时间也可定义为货车每完成一个工作量平均消耗的时 间。也就是说，货车周转时间是运用货车在一次循环过程中平均消耗的时间，是 从货车装载货物运到指定地点，卸车后再装上货物为止的一个完整作业过程中消 耗的总的平均时间 2 1 1 3 1 。车辆每完成一次周转，需要经过运行图的铺画、运行计划 的实施、机车车辆的配置、线路的安全运行、车站的技术作业、货物的装卸作业、 卸空车的排空等过程，涵盖了铁路运输系统的车、机、工、电、辆、调度、装卸、 计划等各个环节，所有与运输有关部门的工作效率和组织水平高低均能够影响货 车周转时间的变化。 从货车周转时间的生成过程来看，货车周时是由货车在技术站中转停留时间 ( 中时) 、货车货物作业停留时间( e 时) 、货车区间旅行时间( 旅时) 三部分组 成。货车的旅时取决于货车的全周距和货车旅行速度，货车的中时取决于货车中 转距离( 次数) 和每次中转时间，以及有调作业和无调作业的比例，而货车的停 时则取决于一次货物作业停留时间和双重作业系数。 影响货车周转时间的因素很多，大体上可以分为所谓的主观因素( 停时、中 时、有调中时、无调中时、旅速、技速等) 和客观因素( 全周距、重周距、空率、 中距、有调中距、无调中距、装卸率等) 这些指标因素中任何一项发生变化都会 影响货车周时的变化。 货车在一次循环过程中几乎涉及到运输生产的所有环节和方面，通过对货车 周转时间影响因素分析，加快货车循环一般涉及宏观车流组织优化问题、车流径 路合理优化问题、车辆运用优化问题、车站技术作业计划优化问题等运输组织优 化问题。本文就是要解决与加速货车循环密切相关的运输组织理论模型与方法问 题。 从全路系统来看，优化全路车流组织，合理组织始发和技术直达列车，延长货 车中转距离，减少中转次数，特别是有调中转( 改编) 次数，可以有效地减少货 车中转时间，从而压缩全路货车周转时间。需要解决的技术问题是如何协调减少 有调车与增加直达列车开行数量的制约关系，以及集结车小时消耗与车辆改编消 耗的制约关系。需要研究直达列车开行数量与货车中时停时变化的机理，研究集 中化改编条件下，大量开行远程及超远程技术直达列车对压缩中时效果，以及研 究装车地和技术站车流改编优化方案等，为获得压缩中时停时可行方案奠定理论 基础。 2 1 绪论 运力资源的优化配置与运用对运力的扩充、运输效率的提高等有直接的作用。 一般情况下，当货物列车跨越一个或数个技术站，中途不进行解编作业，在沿途 部分技术站无改编通过时，对货车中转时间压缩的效果非常明显。机车长交路轮 乘制的实施和列检作业布局的调整，减少了机车换挂次数和直达( 直通) 列车技 术检查时间，减少了无调中转次数，延长了货车中转距离，在加速机车车辆周转、 提高运输生产效率等方面具有显著的效果此外，统一路网干支线牵引定数，有 利于提高直达列车的数量和质量。 我国生产力布局和社会经济发展区域不均衡，导致铁路运输车流结构呈现明 显的特征。重车车流结构表现为由北而南，由西而东，而空车车流与重车流相反， 由北而南、由东而西是主要的车种捧空方向。正是由于空车时空分布的不均衡性 产生了空车调配的需要。合理的车辆运用，不但能够满足更多更大的运输需求， 而且有助于减少空车的走行公里，直接起到加快货车循环的作用。不产生空车走 行公里( 即重来重去) 当然是最优的，但很多情况下存在空车调整优化问题。 由于某些区段能力的限制，并非所有列车均按照最短径路运行，因而出现迂 回运输的现象。因此，合理优化重车流径路，统筹调整各线车流，是在现有设备 条件下，实现运输能力和效益最大化的主要技术手段。我们知道，空重车辆的运 用紧密相联，尤其是在路网能力不富裕的情况下，空重车流径路相互干扰和影响 因此，在有能力限制条件下，研究空重车流同时分配的车流径路问题，对于减少 重车绕道，实现能力效用的最大化有重要意义 在货物作业车技术作业过程中，取送车作业是最重要的环节，它对货运工作 效率的提高，货车停时和中时的压缩有重要影响。只有及时送车，才能及时完成 货物装卸作业；只有及时取车，货车才能及时编入列车正点出发因此，深入研 究各装卸作业点取送车优化顺序问题，可有效地使用机车，压缩车辆站内等待停 留时间 1 1 3 研究的意义 通过研究货车周时的车辆相关计算方法发现，在运用车数不变的情况下，若 要增加日均工作量，唯一的途径就是大力压缩货车周转时间。可见，压缩货车周 转时阎一方面可以节省运用车数，另一方面，在现有运用车条件下可以完成更多 的运输量。当前通过完善和优化运输组织方式，进而加速货车周转的重要意义主 要表现在以下两个方面。 ( 1 ) 压缩货车周转时间是最经济有效的铁路运力扩充方式 北京交通大学博士学位论文 从一般理论上来讲，运输能力的大小与运输组织方式、运输装备配置水平和 劳动者素质成正相关作用，当三项要素中其它要素保持不变，其中任何一项产生 正向变化时，都会使运输能力得到增加。假如在运输装备配置水平和劳动者素质 不变的情况下，在一定范围内通过改进、完善和优化运输组织方式，在同样的线 路上，运输能力将得到一定的扩充。因此，根据我国铁路实际情况，研究制约铁 路运输能力提高的核心要素，并对这个核心要素与其他要素之间的相关关系进行 科学界定、统筹优化，就会使铁路运输能力得到较大的提高。货车周转时间就是 其中的核心要素之一，是众多要素优化指标中的核心效率指标。 在一定的运用车保有量情况下，压缩货车周转时间，可以完成更多的货物运 输量，从而有效缓解运输紧张状况。近年来，铁路货运量大幅度增长，铁路营业 里程虽有所增加，但货车数量却没能实现同步增长，货车总数不足已成为当前制 约全路运输能力进一步增加的主要因素之一，压缩货车周转时间成为迫切需要。 与1 9 9 8 年相比，2 0 0 4 年全路货运量增长了2 9 9 4 ，年均递增3 8 1 ，日均装车数 增长2 8 5 ，年均递增3 6 4 ，而铁路货车拥有量仅增长1 4 6 9 ，年均递增1 9 【1 1 】。 目前，全路日均装突破1 0 万车，而日均请求车近3 0 万辆，满足率仅有3 5 左右 p 2 1 。不断下降的日均请求车满足率，造成铁路运输服务水平下降，也是必须压缩 货车周转时间的主要原因。 总体上来讲，铁路建设速度远远落后于国民经济发展速度，铁路运输能力增 长跟不上产业关联度极高的煤炭和钢铁行业的发展速度，导致大量煤炭和矿石等 货物长期积压待运。因此，通过加速货车循环实现铁路软提速，仍是当前我国铁 路投入少见效快的扩能方式。 ( 2 ) 压缩货车周转时间可创造出可观的经济效益 压缩货车周转时间所带来的经济效益十分明显和巨大。按照车辆相关法推算， 2 0 0 5 年全路货车周转时间实现4 9 2 天，比2 0 0 4 年压缩0 0 2 天，按全路日均使用 车数1 1 5 0 0 0 车计算，相当于每天节省运用车1 1 5 0 0 0 x 0 0 2 = 2 3 0 0 辆。粗略计算， 节省的2 3 0 0 辆车可以产生如下效益 一是增加铁路运量和收入。2 3 0 0 辆运用车按4 9 4 天的周转时间，每天可多装货 物4 6 5 车；按平均静载重6 0 t 计算，每天可多运货物4 6 5 x 6 0 = 2 7 9 0 0 t ；按平均吨收入 率4 0 元计算，每天增加收人1 1 1 6 万元，每年可增运1 0 1 8 3 5 万t ，增收4 0 7 亿元。 二是增收建设基金。按2 0 0 4 年的平均运距和吨公里3 3 分计算 4 1 ，可增加铁路 建设基金2 8 1 亿元。 三是节省车辆购置费及相关折旧成本。按每辆3 0 万元计算，2 3 0 0 辆车可节省 6 9 亿元 4 1 绪论 可见，货车每完成一次循环压缩了仅o 。0 2 天，也即加快了0 4 8 h ( 不足3 0 分钟) ， 却可获得1 3 7 8 亿元的收益。 当然，这仅仅是从节省运用车方面产生的效益。压缩货车周转时间还能够减 少运输相关环节的运营支出、节省在途货物占用流动资金、推迟其他扩能的建设 投资等 总之，压缩货车周转时间不仅可以释放出大量的运输能力，而且可以获得很 好的社会和经济效益，特别是在铁路运力仍然紧张的今天，此举无论是对经济社 会发展还是对铁路自身发展，都具有十分重大的意义。 1 2 国内外铁路运输组织理论研究现状 1 2 1 国外货车运用效率状况 2 5 年，美国铁路共有货车12 8 79 2 0 辆，其中7 个i 级铁路公司拥有货车4 7 3 7 7 3 辆，占货车总数的3 6 8 ，其它铁路公司货车占9 3 ，货车租赁公司和货主自 备的货车占5 3 9 各铁路公司一般使用本公司的货车，也可以代货主租用货车租 赁公司的货车( 一般是特种车) ，货主也可以直接向货车租赁公司租车，货车平均周 转时间约为1 2 7 5 天阁问。 美国铁路线路长，运输能力富裕，货车保有量充足，各i 级铁路公司一般不对 货车周转时间进行统计，因此货车运用效率不高美国企业自备车和租赁公司货 车所占比重大，铁路专用车多，长距离配空及卸后长距离排空，货车空率较高， 通常达7 0 以上【聊。 俄罗斯铁路是世界上最强大的运输体系之一，俄罗斯铁路运输组织工作的主 要特点是私营运输公司和机车车辆公司参与运输过程。2 0 0 1 年，俄罗斯全路货车 平均周转时间为8 6 3 天阴 加拿大有两大主要铁路公司。在过去的2 0 年，面对美国同行的强大竞争，加 拿大铁路出现了萎缩，全国路网里程减少了3 6 ，货车总数减少了1 3 。2 0 0 3 年， 西加拿大铁路运输公司粮食运输平均周转时间为2 0 4 天。 印度铁路共有货车2 6 万辆由于印度公路不发达，所以铁路客货运量在全社 会运量中所占比重较大，其中货运量占4 5 左右。 澳大利亚铁路主要用于煤炭大宗货物运输，组织方式以直达运输为主，货车 周转时间较长 纵观世界铁路，采用压缩货车周转时间来提高运输能力和效率的国家很少。 无论是欧美发达国家，还是俄罗斯、印度，都仅仅把货车周转时间作为般性数 5 北京交通大学博士学位论文 据，并未加以特别重视，更未纳入考核体系。究其原因，是由于这些国家铁路运 输能力富裕，货车数量多，无须通过加快货车周转实现扩能提效，有的国家甚至 以车代库。 1 2 2 国内外货车周时问题及相关运输组织理论研究现状 铁路货车是铁路运输的活动设备，是决定铁路输送能力的重要因素。随着货 运量的增长，必然涉及到如何合理使用货车，从而确定所需最佳货车数量的问题。 俄罗斯工程师最早创立了计算机车和车辆数量基本指标理论，并提出了一系 列有助于加速货车运行，缩短空车走行公里，以及减少货车在站停留时间的措施。 货车周转时间是从时间上考核货车运用效率的指标，这一指标早在1 8 8 7 年就 开始在俄国各铁路局采用。上世纪五十年代，前苏联学者坡沃罗仁阔结合当时苏 联铁路运输的实际，比较系统地研究了合理组织车站、专用线、机务、车辆和工 务等部门工作，提出了适合当时前苏联铁路运输实际的加速车辆周转的方法和措 施，特别是加强车站作业方面的具体措施【8 l 。这是目前见到的最早的关于货车运用 的系统化研究工作，它为以后货车运用问题的深入研究奠定了基础。然而，系统 研究与加速货车周转相关的运输组织理论模型与方法在国内外仍不多见。 通过运输组织优化，特别是整个路网车流组织优化，进而压缩车辆周转时间， 一直是国内外铁路运营规划 研究的热点之一a s s a d ( 1 9 8 0 a ) 将铁路运营规划分成战略规划( s t r a t e g i cd e c i s i o n s ) 、战术规划( t a c t i c a ld e c i s i o n s ) 和日常运营计划( 0 邮t i o n a ld e c i s m n s ) 三个层次，其中战术规划为运营规划的核 心，大体包括车流径路和列车径路选择、编组去向方案、车站集结策略、车站解 编负荷分配、列车服务( 频率) 方案等几部分【堋。上世纪八、九十年代是铁路运 营规划研究的高峰期，a s s a d ( 1 9 8 0 b ) 、c o r d e a n ( 1 9 9 8 ) 等对此进行了较为详细的 综述【1 1 l 【l 习 有关车流组织优化研究中，b o d i n ( 1 9 8 0 ) 最早建立了铁路车流编组问题的非 线性混合整数规划模型，用来确定所有编组站最优编组去向策略【玎】a s s a d ( 1 9 8 0 a ) 利用网络组合优化技术对车流径路和列车编组计划进行了同时优化【1 1 】a s s a d ( 1 9 8 3 ) 在含有n 个支点的直线型网络上，利用动态规划方法对铁路车流中转方 案进行了研究旧。c r a i n i c ( 1 9 8 4 ) 建立了基于直达列车去向网络的非线性整数规 划模型，并设计了相应的启发式算法，确定最优的直达列车去向分布和频度i 州。 v a nd y k e0 9 8 6 ，1 9 8 8 ) 利用最短路启发式方法改进现有的列车直达方案，并根据 成本最小原则来分配径路流量，其主要是在现有改编方案基础上增加新的编组去 向【”l 【坷。h u