（交通运输规划与管理专业论文）基于物流成本的装车地车流组织优化方法研究.pdf

中文摘要 摘要：现代物流的发展使得铁路运输企业突破了运输服务以运力为中心的观 念，提出了以客户为主旨的思想，打破了运输环节独立于生产环节之外的分业界 限。在物流系统成本的思想下建立起运输与货物收、发全过程的计划和控制，实 现运输服务组织成本与相关成本的有机统一，实现物流系统中供应商、运输企业 和收货方皆赢的目的成为运输优化问题的研究方向。 货物采用铁路运输时，不同的车流组织形式，不但运输本身的费用不同，而 且相关联的库存费用也会发生相应的变化。从运输和库存两个环节的基础上，充 分考虑客户利益，以物流系统成本最优，来研究确定装车地货物列车最优组织方 案，这将进一步拓宽我国铁路车流组织研究的领域。 本文主要讨论了基于物流成本的装车地车流组织方案的优化问题。重点讨论 了在发货方生产过程均匀连续、收货方消耗过程均匀连续的确定性情况下，各种 车流组织形式所导致的发、收货方的物流库存成本的变化。同时，分析了车流在 装、运、卸各运输环节的费用消耗的。为实现库存成本在车流组织优化模型中的 加载，针对三种组合方案分别设置0 1 变量，在车流组织的唯一性和直达车站装卸 能力约束下构建了基于物流成本的装车地直达列车组织方案非线性0 1 规划模型。 模型中充分考虑了车流在装车地的各种组合方案，并将运输与物流库存成本纳入 同一目标函数，以物流系统成本最优来确定车流组织方案，更加全面的体现研究 问题的系统性。 关键词：装车地；直达列车；物流成本；库存成本；车流组织 分类号：u 2 9 2 3 2 a b s t r a c t a b s t r a c t ：w i t ht h ed e v e l o p m e n to fl o g i s t i c s ，t h et r a d i t i o n a lc o n c e p to fc o n s i d e r i n g r a i l w a yt r a n s p o r te n t e r p r i s eo n l ya sas u p p l i e ro f t r a n s p o r t a t i o ni sp r o v e dt ob ef a rf r o m e n o u g h a sp a r to ft h el o g i s t i c ss y s t e m ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h et r a n s p o r ts e c t i o n a n dt h ec u s t o m e r si ss t r e n g t h e n e d t h ed e c i s i o nm a k i n gp r o c e s so ff r e i g h t f l o w o r g a n i z a t i o ni sb a s e do nt h ec o n s i d e r a t i o no ft h ec o s t o ft h el o g i s t i c ss y s t e m ，f r o m w h i c hb o t ht h et r a n s p o r t e ra n dt h ec u s t o m e rc a l lb e n e f i t t h e r ea r em a n yf r e i g h tt r a i ns e r v i c es t y l e si nl o a d i n ga r e a ，a n dn o to n l yt h e t r a n s p o r tc o s ti sd i f f e r e n tf o re a c hs t y l e , b u ta l s o t h ei n v e n t o r yc o s ta f f o r db yt h e d e m a n d e r s c o n s i d e r i n gt h i sk i n do fr e l a t i o n s h i p ，t h i sp r o b l e ms h o u l db es o l v e du n d e r t h el o g i s t i c ss y s t e m i nw h i c ht h ei n v e n t o r yc o s ts t a n d sf 0 rt h eb e n e f i to ft h ed e m a n d e r s i sa d d e di n t ot h eo p t i m i z a t i o np r o c e s so ft h i sp r o b l e m t h i sp o i n to fv i e wo w n s al o tt o e x p a n d i n g t h es t u d yd o m a i no ff r e i g h tt r a i ns e r v i c ei nl o a d i n ga r e a t h i sp a p e ra d d r e s s e st h ei n v e n t o r yc o s to ft h el o g i s t i cs y s t e mi n d u c e db y c a rf l o w o r g a n i z a t i o nm e t h o dr e s p e c t i v e l y , o nt h ec o n d i t i o no ft h ep r o d u c i n gp r o c e s so ft h e s u p p l i e ra n d t h ec o n s u m i n gp r o c e s so ft h er e c e i v e ri sr e g u l a ra n ds u c c e s s i v e l y b a s e do n d e t e r m i n i n gt h ep r i n c i p l e sa n dc o n d i t i o n sr e q u i r e db yd i r e c tt r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o n ， t h ec o s to ft h ec a l f l o wi nl o a d i n ga r e a ，t r a v e l i n gc o u r s ea n du n l o a d i n ga r e ai sa n a l y z e d a sw h i l e i no r d e rt oa d dt h ei n v e n t o r yc o s tt ot h eo p t i m i z a t i o nm o d e l ，d i f f e r e n tf r o mt h e p r e v i o u sm o d e l t h r e e0 1 d e c i s i o nv a r i a b l e si sp u tf o r w a r dc o r r e s p o n d i n gt ot h r e e f r e i g h tc a rf l o wo r g a n i z a t i o ns t y l e s an o n l i n e a r0 - 1p r o g r a m m i n gm o d e lc o n s i d e r i n g t h ec l a s s i f i c a t i o ns t r a t e g yf o ra l lo dp a i r si nl o a d i n ga r e ai nd e t a i li sb u i l dw i t ht h e f l o wo r g a n i z a t i o ne x c l u s i v i t ya n dt h eb l o c kc a p a c i t ya tl o a d i n gs t a t i o n sc o n s t r a i n t s t h e m o d e lw i t ht h eo b j e c t i v eo fm i n i m i z i n gt h et o t a lc o s to ft h el o g i s t i c ss y s t e m ，i n c l u d i n g t 1 1 ec o s to fc a rf l o wo r g a n i z a t i o na n dt h ei n v e n t o r yc o s tg l v e sam o r ec o m p r e h e n s i v e d e s e r i p t i o no f t h ef r e i g h tf l o wo r g a n i z a t i o np r o b l e m k e y w o r d s ：l o a d i n ga r e a ；d i r e c tt r a i n ；l o g i s t i c sc o s t ；i n v e n t o r yc o s t ；c a rf l o w o r g a n i z a t i o n c l a s s n o ：u 2 9 2 3 2 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 兰乙确名 签字日期：2 叻a 年厂月土日 别磁较叫 签字日期：二降 g 只芏b 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特另t l t ) n 以标注和致谢之处外，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他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：乡乙锄忍 签字日期：乃。8 年，月上日 致谢 本论文是在我的导师林柏梁教授的精心指导下完成的，感谢导师在我两年的 研究生学习生活中所给予的各方面的关怀、指导和帮助。导师严谨务实、大胆探 索的治学精神和兢兢业业、一丝不苟的工作作风为我树立了榜样，激励我不断进 取，导师为人师表、襟怀坦荡的风范使我终生受益。两年来，我得到了导师严格 的教诲和精心的指导，使我不但顺利地完成毕业论文撰写任务，更培养了我开展 科研的能力。在此，我谨向我的导师表示衷心的感谢，并致以崇高的敬意。 我要感谢同师门的乔国会同学、叶晓龙同学等在学习和生活中给予我的帮助。 通过和大家的积极探讨，使我的理解更加深刻，思路更加开阔。 感谢北京交通大学研究生院、交通运输学院的领导和有关老师对我学习的支 持和帮助。 最后，我要感谢我的父母、家人在精神和生活上给予我的无私关心、支持和 鼓励，他们的理解和帮助，使我能够专心完成论文的研究工作。 1 1研究背景及问题的提出 1 绪论 随着中长期铁路网规划的实施，大批新建铁路将逐步投入使用，铁路运 能与运量的矛盾将逐渐得以缓解。为铁路客户提供个性化服务，增加他们的满意 度和忠诚度，是铁路营销工作的一个核心内容。铁路在运输组织工作中适当的考 虑客户的利益，与客户建立的良好合作关系，有利于在激烈的运输市场竞争中达 到双赢的效果。 1 1 1 研究背景 ( 1 ) 大宗货物运输的直达化现状及趋势 由于我国资源分布和工业布局不平衡，形成了由北向南、自西向东的大宗货 物流向带和以能源、冶炼、物资、粮食等大宗货物为主的运输格局，正是这些大 宗货物的地区间的交流，产生了对铁路运输车流的需求，增加了开行始发直达和 技术直达货物列车的可能性。铁路具有运能大、成本低、全天候、运输作业连续 性强、到发时间准确、便于统一调度指挥等技术经济优势，这些在大宗货物运输 和物流市场中体现得最为明显，因此铁路运输方式是大宗货物运输的首要选择。 铁路大宗货流的主要流向比较稳定，而且主要集中于哈大、京沈、京广、京 沪、京九、焦枝、宝成等几条南北方向铁路主要干线和大秦、丰沙大、石太、石 德、侯月一新月一新菏兖日、陇海、浙赣、湘黔等几条东西方向的铁路主要干线 上，这对开行始发直达和技术直达货物列车的组织提供了有利的货流保证。 铁路大宗货物是指煤炭、石油、粮食、木材、冶炼物资等物质。其中，煤炭 是我国铁路运输的重要物资，大多是由产煤区大批量向工业发达地区直达运输， 2 0 0 7 年全国铁路完成煤炭运量1 5 4 3 7 4 万吨，比上年增运1 6 5 1 0 万吨，增长1 2 ， 随着东部地区煤炭自给率的下降，“三西 能源基地煤炭外调量将进一步增多，供 应面扩大，流向将更广泛；石油是国家的战略物资，也是铁路运输的重点保障物 资，2 0 0 7 年完成石油运量1 5 3 1 9 万吨，与上年基本持平。由于能够完成石油运输 的车站受装卸条件和储藏条件的限制，石油运输的到发站比较集中，以始发直达 为主。 历年来铁路大宗货物的运输量占全社会货物运输总量的比重达6 0 以上，特 别是煤炭运输，铁路承担了全国8 0 左右的运输量，对保证大宗货物资在全国范 围内的有效供给发挥着关键性的作用。随着国民经济持续快速协调发展，大宗货 物的物流需求将持续增长。经过预测，未来2 0 年铁路主要品类特别是大宗货物运 输仍将保持增长，铁路大宗货物运输量的比重不会发生根本性的变化，煤炭运输 量占总运量的比重基本保持在4 3 ，煤炭、石油、冶炼、粮食运量占总运量的比 重保持在7 8 左右。据预测2 0 2 0 年，全国煤炭运输量的7 0 ，大宗货物运量的 6 0 还将由铁路完成。随着主要煤运通道的建成，大宗货物的始发直达车流的比重 将进一步提高。这样，未来铁路直达货运需求将大大增长。 ( 2 ) 铁路货运服务的规模化和集约化 自从实行货运集中化的发展以来，封闭了大量办理货运量小的营业站，不仅 将分散的货源集中起来，形成更加集中有效的货流，便于组织直达列车，而且货 运营业站的减少使得建设资金的投入更加集中，主要货运站的技术设备改善和管 理现代化程度得到保证。 目前，为了提高铁路货运服务水平，铁道部大力推进大客户战略。到2 0 0 5 年 底，铁道部与1 0 0 多家年货物发送量在1 0 0 万t 以上或运费在l 亿元以上的大客户 建立了战略合作关系，创造了铁路货运服务的新模式【l 】。同时，正在积极展开的战 略装车点建设，不仅为组织装车地直达列车提供了货源条件，而且装车点的设备 能力为开行装车地直达列车提供了硬件条件。 运输生产的规模化集约化促进了客货运输能力和线路利用率的有效提高。截 至2 0 0 7 年，我国铁路共建成战略装车点3 0 0 个，卸车点4 5 0 个，运输效率全面提 高，实现了效率效益双丰收。全国铁路日均装车完成1 3 9 3 6 2 车，比上年增加1 0 2 3 2 车，增长7 9 。货车平均静载重完成6 1 3 吨，比上年提高0 4 吨。货车周转时间 完成4 7 6 天，比上年缩短o 1 l 天，相当于节省货车近1 5 万辆。 ( 3 ) 我国铁路直达列车运行线的增加 铁路大宗货物直达列车自1 9 9 8 年开行以来，受到企业广泛好评，取得良好的 经济效益和社会效益。铁道部全面调整货物列车编组计划，以煤炭、石油、金矿、 木材、建材、粮食等大宗货源为主，大幅度增开始发直达列车，在考虑编组站分 工、点线能力、车辆周转、机车交路延长等变化的基础上，图定直达货物列车开 行率快速增长。 2 0 0 1 年开行的直达列车运行线为3 8 条；2 0 0 2 年增长4 3 ，达到5 4 条；2 0 0 3 年开行8 2 条，增长5 2 ；2 0 0 4 年增到1 8 1 条，增长1 2 1 ；2 0 0 5 年增加到2 7 2 条，增长5 0 ；2 0 0 6 年确定了3 3 3 条大宗货物直达列车运行线，增加6 l 条口1 ；2 0 0 7 年铁路第六次提速后，大宗直达及重来重去直达列车运行线达到4 0 6 条，其中， 煤炭直达运行线2 6 4 条，金属矿石8 9 条，石油2 6 条，钢铁1 1 条，焦炭、非金属 2 等其它直达线1 5 条。 随着直达列车运行线的增加，大宗货物直达列车开行数量增长很快，1 9 9 9 年 每天开行2 4 列，到2 0 0 5 年，每天增加到2 7 2 列，年递增5 0 以上。其中，2 0 0 4 年共开行大宗货物直达列车2 6 0 5 5 列，其中运输煤炭直达列车1 5 9 2 3 列，杂货直 达1 0 1 3 2 列。开行直达列车，尤其是大宗货物直达列车已成为铁路发展的趋势， 与此同时，适合大宗货物运输的始发直达列车的比重也会越来越大。 近年来国内高速公路、民航的迅猛发展，货物运输在铁路、民航、公路、水 运等运输方式中的分工逐渐合理化。传统的铁路运输组织中的“以装缓编 的组 织方法在市场化的大潮下，终将退出舞台。在各行各业都在寻求降低成本提高服 务水平的格局下，铁路运输企业如何发挥自身的优势，推出具有铁路特色的战略 产品从而提供更高水平的运输服务，已经逐渐引起关注，寻求铁路运输企业和运 输需求者的双赢必将成为铁路竞争战略的核心内容。 1 1 2 问题的提出 旺盛的社会需求、稳定而集中的货流以及日趋完善的铁路货运网络，为煤炭 乃至整个大宗货物的直达运输提供了有利的保证和支撑。同时，繁重的运输任务， 也对铁路运输的组织提出了更高的要求。 为了缓解日益增长的货运需求与铁路运能紧张的矛盾，在对铁路线站进行改 扩建的同时，只有进一步改善技术装备，改进现行的运输组织方式，调整货物车 流组织，合理组织装车地直达运输，使车流无改编通过这些能力紧张的编组站， 才是我国铁路现阶段大宗货物运输一个的重要出路。 另外，现代物流突破了运输服务以运力为中心的观念，提出了以客户为主旨 的思想，在决定运输服务的内容和方式时考虑客户的利益。打破了运输环节独立 于生产环节之外的分业界限，在物流系统成本的思想下建立起运输与货物收、发 全过程的计划和控制，从整体上完成最优化的生产体系设计和运营，实现运输服 务组织成本与相关成本的有机统一，降低生产总成本，实现物流系统中供应商、 运输企业和收货方皆赢的目的成为运输优化问题的研究方向。 1 2研究意义 从物流系统下研究装车地直达列车的组织优化问题就是通过成本的权衡，确 定直达车流元素，编制运输方案，组流上线，使装、运、卸各个运输环节紧密衔 接，保证整个运输工作的均衡稳定，同时使运输服务的成本与该运输服务导致的 3 发货人和收货人的间接成本得到平衡。对该问题的研究可以有效的发挥直达列车 的优势，并且将该问题至于物流系统的环境下可以使得优化的结果更加符合实际。 总之，可以将研究意义归结为如下几点： ( 1 ) 从装车地直达运输的有利性来看，它是铁路组织均衡运输、加快车辆周 转、提高运输效率和效益的有效途径。一方面可以减轻沿途技术站( 主要是编组 站) 的改编作业负荷。尤其是在当前编组站改编能力普遍不足的情况下，组织装 车地直达就更具有现实意义。直达列车在运行途中获得的车小时节省一般都超过 在装卸站作业时可能产生的损失，从而取得直接的经济效益。 ( 2 ) 对于大宗货物运输，组织装车地直达列车是最经济、最有效、最合理的 车流组织方式，开行运送煤炭、矿石、石油等大宗货物直达列车，是铁路适应社 。会需求、确保国家重点物资运输、促进国民经济平稳较快发展的具体体现。随着 国民经济的发展，我国的电力、煤炭、矿石、石油、农资需求将大幅增加，铁路 保证重点物资运输的压力会越来越大。直达列车配合厂矿企业生产，促进物资产、 供、运、销各部门的密切合作，使货流与车流组织紧密结合起来，对于促进国民 经济的发展具有重要作用。有利于为重点物资运输提供可靠的运力保障。 ( 3 ) 合理组织装车地直达列车有利于提高铁路货运的服务水平。直达列车是 铁路货运的核心组织形式，也是铁路货运服务水平的体现。通过优化得到更加合 理的车流组织方式，并指导实际工作，可以提高直达运输组织的质量，进而提高 铁路货运的服务水平。 ( 4 ) 在物流系统下研究装车地车流组织优化问题是在社会经济的飞跃发展与 物流化运输兴起环境下的必然选择。物流与运输有着天然的密切联系，从物流系 统的角度研究装车地直达运输，将使两者相得益彰。物流联系铁路，可更加密切 铁路与货主的联系，巩固铁路既有货物运输，还可以开拓铁路运输的新货源。所 以，我们不仅要在一般的意义上讨论铁路直达运输的组织，还必须更深入地讨论 如何发挥物流中铁路直达运输所具有的特殊作用。为此，应当开拓新的思路，在 物流成本下研究直达列车的优化问题。 综上所述，装车地车流组织优化不仅具有重要的理论价值，而且具有重要的 现实意义，对于国民经济持续快速协调健康发展以及铁路自身利益的提高具有重 要的战略意义。 1 3国内外研究现状 货物运输直达化一直得到各国铁路的普遍重视，已经成为各国铁路运输连续 生产过程中不可缺少的重要环节。因此，装车地货物运输直达化也一直是人们热 4 衷研究的课题。常用的装车地列车编组方案优化思想就是在装车地、运行途中、 卸车地效益分析的基础上构建模型，寻找消耗最小或效益最大的编组方案及时装 地最优编组方案。在研究直达车流组织问题中，文献【4 】是最早利用系统化思想， 提出“同时计算法来优化技术站车流开行方案的研究，建立了含有技术站车流 改编信息及装车地车流是否组织直达货物列车为决策变量的模型。文献 5 】采用直 达货物列车方案树方法，根据装车条件来判断是否形成直达货物列车方案。文献 6 】 依据列车到达站树来确定直达车流可能的组合方案，构造了始发直达列车开行方 案的0 - 1 线性规划模型，模型求解简单，但忽略了方案本身的组合优化，且前期工 作较为复杂。文献【8 】建立了使车流在途时间最少的编组计划o - 1 规划模型，并用 人工神经网络进行了快速求解。文献【9 】提出车流的不同组合方案，设置二重0 1 决策变量，构造了装车地编组方案的非线性0 1 规划模型，比较全面地描述了始发 车流的各种组合开行方案。文献【10 】结合现阶段实际车流组织特点对组织始发直达 列车的必要条件及参数选择进行深入分析，构建了装车地列车编组方案的非线性 o 1 模型，并在此基础上还分别构建了多个装车地直达列车方案的综合优化模型、 装车地和技术站列车编组计划的同时优化模型和车流径路优化方法，以及重载直 达列车开行方案多目标优化模型等，全面的解析了装车地列车编组计划的诸多方 面的理论问题。 在物流系统下研究装车地直达列车组织优化问题实际上是一个将运输与相关 企业库存组合优化的问题。国外的学者已在此领域作了许多的工作，而国内对物 流配送的运输调度与库存控制整合研究尚处于起步阶段。最早提出整合运输和库 存系统研究的是h a r r i s 1l 】，早在1 9 1 3 年就首次提出了整合运输和库存系统研究的 重要性，讨论了需求速度为常量、以连续速率发运单发点单收点并使库存与运输 总成本最小化的模型，并给出了经典的基本经济订货批量( e c o n o m i co r d e r q u a n t i t y ，e o q ) 公式。b u m s 1 2 ( 1 9 8 5 年) 等使用分析的方法研究了单发点多收点物 流网络的联合库存和运输最小费用问题，模型的特点是只有一种产品且服从确定 性需求。a n i l y 和f e d e r g r u e n 【1 3 ( 1 9 9 0 年) 假设每一零售商以恒定的速率吸收产品， 研究了单产品、确定性需求时间连续的库存及车辆线路优化问题。c h a n d r a 和 f i s h e r 1 4 ( 1 9 9 4 年) 讨论了单产品、一对多配送( 车队从单一原点运输产品到多个需 求点) 的联合运输和库存模型，笔者考察了库存控制和运输操作相互协作的优点， 并通过对实证的分析，结果表明两者之间协作可以导致较大的费用节约。 p r y o r 15 ( 19 9 9 年) 研究一个零件供应商到一个装配工厂( 点对点) 以满足给定生产计 划的供应问题。虽然将库存和运输作为一个系统进行了研究，但并没有考虑车辆 的行驶线路。国内对运输调度与库存控制整合优化研究尚处于介绍国外研究成果 或对该问题进行定性研究阶段，仅有少量的研究库存与运输整合优化具体算法的 5 成果出现。文献 1 6 1 建立了供应商管理库存( v m i ) 模式下供应商库存补充和配送整 合策略优化模型，通过对系统中库存和运输计划的整合讨论了供应商的最高库存 量和配送整合周期，以求达到最小化长期平均期望总成本的目的。文献【1 7 】讨论了 一类随机库存、运输联合优化问题，假设不需考虑中央库存的保管费及订货费， 零售商的最大订货量为常数而非决策变量，然后以期望最大需求代替随机需求从 而将问题转化为确定性问题。 上述文献在研究装车地直达列车开行方案时，多从车流组织的角度考虑，费 用参数的选择上，也只考虑了车辆在装卸站及运行途中的消耗。将运输与库存组 合优化的研究中，一般都在公路运输方面，将铁路直达车流组织问题置于物流系 统中，从系统优化的观点来研究该问题的则很少。虽然在文献 1 8 1 、【1 9 】中将运输 与库存成本纳入同一目标函数，以物流系统成本最小构建了装车地直达货物列车 开行方案非线性0 1 规划模型来确定装车地列车开行的最优方案，但是仅考虑了在 车流集结开行直达列车的情况下所产生的库存成本，这部分成本仍然属于车流在 装车地的消耗，而且并未考虑到收货方和发货方的库存量随车流组织方式的变化， 严格来说这种意义上的物流系统是有局限性的。 1 4 研究内容及方法 装车地直达列车组织优化实际是解决货物从开始集结到卸车完毕过程中，在 哪些o d 流间需要开行直达货物列车，开行什么形式的直达列车，在哪些技术站 需要进行改编等问题。本文研究的内容如下： ( 1 ) 在发展现代物流的大环境下，分析物流系统下的装车地直达列车开行优 化问题的特点。 从物流系统成本优化的角度出发，分析传统组织优化方法的不足之处，得到 装车地直达列车组织决策过程中所涉及的利益主体以及各自的费用体系构成。本 文中，在决定采用何种车流组织模式时，不仅要考虑装卸车能力、仓库容积、线 站能力，还要权衡不同的车流组织方式对运输服务需求方所带来的效益与产生的 成本，从库存与运输所构成的物流系统的成本的角度，比较不同车流组织模式的 消耗量加以确定。 ( 2 ) 分析货物在运输组织过程中的消耗，包括装车地、运行途中和卸车地的 作业过程及其消耗。 货物采用铁路运输时，不同的车流组织形式，相关联的装车地货物集结和装 卸作业费用也会发生相应的变化。在已有文献对各作业过程分析研究的基础上， 针对不同形式车流的特点，分析了车流的组合方法，并给出不同车流组织形式下 6 货物在装车地、运行途中和卸车地的车小时消耗计算式。 ( 3 ) 分析发、收货方的库存费用与车流组织方案的关系。 不同的车流组织形式下货物的运输批量是不同的，从而对企业的库存量产生 影响。本文在不同的车流的组织形式下，分别对发、收货方的库存成本进行了量 化分析。 ( 4 ) 构建基于物流成本的装车地车流组织优化模型。 将不同的运输组织形式下的库存成本加载到直达列车组织方案优化模型中， 构建基于物流成本的装车地车流组织优化模型，并对模型的复杂性进行简要分析。 最后，结合胶济线黄岛站的案例分析，验证模型的合理性及可行性。 本文主要以理论分析为基础，采用比较分析和数学规划相结合的方法进行量 化研究，注重装车地车流优化问题所涉及的利益主体及其费用构成的分析，采用 o 1 整数规划原理构建物流系统下装车地直达列车开行优化模型，并利用相关优化 软件对关键模型进行量化计算试验。 首次从物流系统的角度研究装车地车流的组织优化问题。以货物在从发货方 到收货方的流动过程中所产生的各项费用的综合优化为目标，从市场的角度来看， 这实际是追求物流系统利益最大化的过程，在考虑装车地始发车流组合方案的前 提下，以系统成本最优来确定装车地车流组织方案。 此外，在运输组织费用的分析中直接以货物的作业过程为研究对象，不仅简 化了在费用分析时需要计算机车以及空车等其它消耗的复杂性。在定性分析组织 方案对库存成本影响的基础上，将其量化后加载到模型目标函数中。该模型在物 流成本下充分考虑了装车地始发车流合并开行不同直达列车的形式，在一定程度 上丰富了装车地车流组织理论。 7 2 装车地车流组织基本原理 铁路运输生产过程中，车流主要采用两种基本组织方式。其一，在技术站上 用管内列车从附近装车站汇集来的车流和从其它技术站送来的中转车流编组成 列，即技术站车流组织；其二，在装车地区由一个或几个装车站( 包括与其联轨的 专用线) 利用自装车流编成列，这样的车流组织方法称为装车地车流组织方式，装 车地车流组织方式有直达列车组织与非直达列车组织之分。 从论文研究的主题出发，本章将重点阐述装车地车流组织相关理论，主要包 括装车地直达列车、非直达列车组织理论以及装车地车流组织方式的具体细化分 类，为后面章节提供理论依据。 2 1装车地直达列车组织的基本原理 在装车地组织直达列车是有效的车流组织方式，也是铁路提高服务质量，扩 大运输市场占有份额的主要技术组织措施之一，它不但能够加快货物送达、加速 车辆周转，而且可以减轻编组站作业负担、降低运输成本。 在装车地如何组织直达列车，组织哪些种类的直达列车，这与市场需求、车 流构成、设备条件等因素有关，从整体上也存在与其它车流组织方式相互配合的 问题，应在编制列车编组计划时统一考虑。 2 1 1装车地直达列车概念与分类 在装车区，由一个或几个装车站利用自装货车直接编组成至少无改编通过第 一技术站的列车组织方式称之为装车地直达运输组织。由装车站利用自装车辆组 织的直达列车，称之为装车地直达列车。在装车地组织的直达列车，根据组织条 件、到站、车辆编挂方法及运行条件的不同，可以有多种分类方式。 按货物品类分，始发直达列车包括：煤炭直达、矿石直达、石油直达、建材 直达、粮食直达、木材直达、钢铁直达、非金直达、集装箱直达等类别。不同的 品类之间可以混合组织，需要铁路货运部门和车站进行组织和协调。 ( 一) 按照组织条件装车地直达列车可以分为装车地始发直达列车、阶梯直 达列车和基地直达列车1 2 0 j 。 始发直达列车，是指在同一车站的一个或几个装车点，由一个或几个发货 单位所装车辆组成的直达列车； 8 阶梯直达列车，是指由同一区段( 包括衔接支线) 内或同一枢纽内的几个 车站所装车辆组成的直达列车； 基地直达列车，是指在基地站( 一般为装车区的技术站或干支线联轨站) 所组成的直达列车。 综上所述，按照组织条件划分的装车地三种直达列车车流组织方式示意图参 见图2 - 1 所示。 装车地 第一编组站途中技术站 卜+ 、 - 卜一 图2 - 1 装车地各种直达列车车流组织方式示意图 f i g 2 - 1t h eo r g a n i z i n gs c h e m e so f d i r e c tc a rf l o wi nt h el o a d i n ga r e a ( 二) 从列车内货车的到站来看，装车地直达列车可分为 到达同一卸车站的一个或几个卸车地点卸车，或到达国际过轨站过轨的直 达列车； 到达同一区段内几个邻近车站卸车的直达列车即反阶梯直达列车； 到达同一枢纽内几个车站卸车的直达列车； 到达卸车基地站，然后通过非直达列车送到各个卸车站的直达列车； 到达技术站解体，然后将车组并入其它列车( 直达或非直达列车) 送往卸 车站的直达列车。 ( 三) 按直达列车的运行条件，装车地直达列车可分为 固定车底的循环直达或不固定车底的循环直达； 变更重量或固定重量的直达列车； 每日定期开行的直达列车或不定期开行的直达列车。 此外，由同一站装车、不通过编组站、到达同一站卸车、固定彻底循环运用 或不固定车底的整列短途列车也是装车地直达运输的一种形式。 2 1 2组织装车地直达列车的作用和意义 不同结构特点的车流组织开行装车地直达列车的效果优劣有别，对大股车流 而言，组织开行装车地直达列车具有明显的优势，主要表现在节省作业时间、提 高经济效益、缓解改编能力、运价优势等方面。 9 ( 1 ) 节省作业时间。装车地组织始发直达列车的节省时间是与开行非始发直 达列车相比较而言的。如果一支车流不组织始发直达列车，一般要编入小运转列 车或区段列车，经过1 - 2 个小型技术站并进行作业，然后推送到前方技术站集结 并编入技术直达运送到目的地，在此过程中还至少需一次改编作业才能到达卸车 地。故此，组织始发直达一般可以获得通过三个技术站的作业时间节省。 ( 2 ) 提高经济效益。始发直达列车除了在沿途技术站节省改编时间以外，还 在技术站节省了调车作业带来的相关运营支出。对铁路运输企业，运营支出的节 省就意味着经济效益的提高，可把这部分费用作为经济效益进行估算。 ( 3 ) 缓解改编能力。始发直达列车无改编通过沿途技术站，可有效地缓解沿 途编组站的作业负担，提高货物送达速度，缩短运输期限，使机车和车辆的周转 时间大为减少，从而用同样数量的机车和车辆，运送更多的货物。从目前编组站 改编能力紧张程度来看，组织开行始发直达列车使编组站的改编压力相对得到缓 解，对于减缓编组站改造投资，确实是十分必要的。否则，目前编组站的解编能 力将无法满足运量增长需要。 ( 4 ) 具备运价优势。在全程运价上具备较强的市场竞争能力，为吸引运量， 实现门到门运输，提高铁路服务质量和水平创造了条件。 对于大股车流开行装车地直达列车具有上述优点，但并非所有条件下组织直 达列车都是有利的，其必须满足一定的开行条件，从经济的角度考虑组织直达列 车的存在下面两点不利因素： ( 1 ) 组织直达列车会在装车地产生等待，包括装车前货物等待和装车后车辆 集结等待两种状况。诚然，过长的等待时间对货主来说可能是不可接受的，因而 铁路就可能失去一部分市场。 ( 2 ) 对货主仓储设施的要求相对较高，库存量大。货物整列输出，整列到达， 虽然大批量的运输会由于规模经济效应带来运价的优势，但同时也对选择这种运 输方式企业的仓储能力提出了更高的要求，无论是使用铁路货场的仓库还是使用 企业自身的仓库，都会产生更多的平均库存量，库存成本提高。 由此可见，装车地直达列车的开行涉及到多方的利益，此优彼劣，所以，在 确定装车地车流组织方案时必须抓住核心利益，总体权衡。 2 1 3装车地直达列车的开行条件 由于装车地车流强度和技术设备等条件不尽相同，可以将装车地的列车组织 形式和卸车地的列车组织形式配合起来，形成各种直达列车的组织形式，有的车 站具有单独组织直达列车的能力，而有些车站车流只有跟其它车站车流合并才能 1 0 组织直达列车，关于车流的合并，既可以是横向的车流合并，即与某直达去向所 吸引的各支车流合并；也可以是纵向的车流合并，即装车地自装车流的集结。显 然，车流合并为开行更多的直达货物列车创造了有利条件： 扩大直达列车吸引的车流量，即增加开行直达列车的列数； 延长某些直达列车的运行距离，增加无改编通过的技术站数量和车数； 缩短装车地全部车流的总停留时间。 大宗货物优先组织点到点的始发直达，小宗货物或综合货物可以组织阶梯始 发直达或基地始发直达。显然，组织开行阶梯直达和基地直达，在装车地或卸车 地和基地站需进行一些必要的调车作业。 当然，组织装车地直达列车，并不是在任何条件下都是经济可行的。例如， 在企业仓储设备容量不足，每日生产量或消费量不大，装卸设备条件差，整列或 成批装卸需要时间很长的情况下，组织直达列车就有可能造成物资大量积压，货 车停留时间延长，甚至会给企业和装卸站造成极大的困难。同时，如果不考虑与 技术站列车编制计划相互配合，直达列车就有可能被提前解体而达不到预期的效 果，如此等等。所以，在确定装车地直达列车编组计划时必须考虑如下开行条件。 发货单位或发车站要保证有充足而稳定，流向集中的直达车流量。组织直 达列车时应当遵守车不等货的基本原则，即在空车到达前，装车所需的货源已经 集结完毕。 装车设备( 诸如货位、储仓、装车线等) 具有组织直达列车的能力，能保 证整列或成批装车。 收货单位或卸车站场库容量和卸车能力能保证整列或成批到卸的要求。 有足够的空车供应，能保证直达列车装车所需的空车，包括车种和数量方 面的要求。空车一般整列到达，减少因等待装车和调车工作而导致车小时消耗。 要与现有技术站编组计划相符合，如果组织到达技术站解体的直达列车， 其所吸引的车流和分组选编方法，必须符合前方各技术站列车编组计划的有关规 定，否则，列车在到达解体站之前势必被提前解体。 对于在途中需要变更重量标准的直达列车，在换重站应有相应的设备条件 和相应的补轴车流。 组织装车地直达列车，除了必须具备机车车辆、工务工程、轨道结构、通信 信号、操纵制动和行车组织管理等软硬件条件外，还存在站场的能力以及两端的 装、卸车及港口能力相互匹配问题，装、卸、运的良好的协调配套是开行装车地 直达列车的重要保障，否则，将严重制约装车地直达运输的发展。 组织装车地直达列车的需要具备必要开行条件，但是组织什么形式的直达列 车以及编组内容确定等还需要对不同的车流组合方案进行综合效益比较。 2 2装车地非直达列车的组织 铁路运输直达组织中，非直达列车的形式有区段列车、小运转和摘挂列车。 其中，区段列车是在两相邻技术站的区段间服务的一种非直达列车形式，在区段 内不进行摘挂作业；摘挂列车是在技术站编组，服务于相邻区段内几个中间站的 一种非直达列车形式。小运转列车则是在技术站及相邻区段内的几个中间站之间 开行的一种非直达列车形式。不同的非直达列车形式服务的车流以及费用消耗不 同，具体采用哪种形式，则根据非直达车流量大小以及到达站等因素决定。 装车地自身装车产生的小股车流不适合组织直达运输，通常以小运转或摘挂 列车的形式推送至前方技术站进行改编，作为技术车流按照该站的列车编组计划 并入相应的技术直达去向，途经其它技术站可能进行改编作业。另外，若车流不 是以直达列车的形式到达卸车地，则需要在终到技术站组织非直达列车，同样以 小运转或摘挂列车的形式送往卸车站。由此可见，在整个装卸区的车流组织工作 中，非直达列车担当起了桥梁和纽带的作用，对于不满足开行直达列车的小股零 散车流，采用非直达列车的形式送往前方第一技术站或卸车站，确保整个装车地 车流组织的完整性和接续性。 装卸地与技术站连接，可组织发往不同方向的直达和非直达列车或从不同方 向到达的直达和非直达列车。这里所谓不同的运行方向，是以前方第一编组站来 划分的，即从某一个始点编组站发出的所有列车都纳入同一运行方向之内。同一 运行方向的各种车流组合，在装车地的消耗可能不同，但是在合理的作业组织方 法下，不同方向的始发车流并不会受此影响。因此，可以单独对某一运行方向的 装车地直达列车编组方案进行优化。当装车地组织直达列车后，直达列车所吸引 的车流将被直接送往卸车站，或者送往途中技术站解体，因而，这些车流将在沿 途全部或部分技术站无改编通过。反之，当装车地不组织直达列车时，始发车流 将利用非直达列车挂运至前方第一技术站进行改编，并按照改编车站的编组计划 编入对应的编组去向。由此可见，开行非直达列车是装车地不可或缺的车流组织 方式之一。 2 3装车地直达与非直达列车组织的关系 通过上面对装车地直达列车组织理论和非直达列车组织理论的综合比较分析 可知，装车地直达列车开行方式和非直达列车的开行方式是装车地车流组织的左 膀右臂，两者相依共存，缺一不可，而且相互影响，共同作用装车地车流组织系 统过程。 1 2 在装车地存在诸多不同特点的车流，并非所有车流都适合作为直达车流编入 直达列车，也不能将全部车流视为技术车流采用非直达的方式推送到前方技术站， 必须因流编车。这样一来，装车地组织编发的列车既有直达列车也有非直达列车， 所以说，装车地直达列车开行方式和非直达列车的开行方式同时存在。 根据铁路运输车流组织特点，同一股车流原则上只采用一种组织方式运输， 要么采用直达运输，要么采用非直达运输，也就是说，直达列车和非直达列车不 应该同时负担同一股车流的运送。从这个角度分析直达列车开行方式与非直达列 车的开行方式是对立相克的，有此无彼。 由上可知，直达列车的开行显然会影响非直达车流的组织，增加直达运输比 重势必会减少非直达车流的比重，使非直达列车到达站数及每车平均集结时间发 生变化，不同的直达列车开行方案下非直达列车车辆的集结消耗波动很大；反过 来，非直达列车的开行频数也会干预到直达列车的开行状态和比重。两者相互影 响，互相作用。 虽然，装车地直达列车和非直达列车分别有属于各自的组织条件和特点，但 是，从系统的角度来看彼此联系、相互影响，并非是独立存在的。因此，在装车 地车流组织的过程中，应该根据车流的具体特点选择合理的列车开行方式，使直 达列车开行方式和与非直达列车开行方式各尽其责。只有两者有机的结合在一起， 相互协调配套，才能获得合理的装车地车流组织方案。 2 4装车地车流组织形式划分 2 4 1装车区与卸车区范围划分 装车地区是指有大宗直达车流产生或有条件组织阶梯直达的一个或若干车站 的组成的运输组织区域。为了便于本文理论的研究，在此将装、卸地与相邻技术 站之间的区域范围统一规定为装、卸区，如图2 2 所示。其中，装、卸区内的装、 卸车站可以是中间站也可以是区段站，可根据车流实际组织情况而定。 1 3 ! 图2 - 2 装、卸区范围划分示意图 f i g 2 - 2t h ed e f i n i t i o no fl o a d i n ga n du n l o a d i n ga r e a 装车区与卸车区范围的划分对于装车地车流组织过程的划分以及相关费用消 耗的归属具有重要意义。 2 4 2装车地车流组织形式划分 根据装车地车流组织特点准确划分其车流组织形式是装车地车流组织方案优 化问题的理论基础，全部车流的不同组织形式就构成了装车地车流组织的可行方 案。也就是说，优化装