（交通运输规划与管理专业论文）装车地直达列车编组计划近似优化研究.pdf

北京交通大学颈士学位论文 中文摘要 我国铁路大宗货物运输具有货流流向和流量明显而稳定的特征。随着社会经 济的发展，日益旺盛的货运需求与我国铁路阶段能力不足的现状产生了矛盾。由 于装车地直达运输是大宗货物运输的一种最合理、最基本的形式，而且装车地组 织直达运输具有缓和铁路运输能力紧张、加速物资周转、降低运输成本等优势， 因此，进行装车地列车编组计划优化是我国铁路货运的一种必然选择，对于国民 经济持续快速协调健康发展具有重要的战略意义 本文主要讨论了装车地直达列车编组计划的优化问题。首先从确定直达运输 效益的标准入手，分析了车流在装车区、途中和卸车区的费用消耗，以货物从开 始集结到卸车结束过程中总换算车小时最小为优化目标，并以车流组织的唯一性 条件和直达列车开行的必要条件等为约束，充分考虑了装车地直达列车的各种形 式，构建了装车地直达运输非线性m l 综合优化模型，该模型还结合重载运输的特 点，将重载运输作为装车地直达运输的一种特殊形式进行研究。在此基础上，针 对阶梯直达列车和基地直达列车各自的组织特点，初步探讨了阶梯直达列车和基 地直达列车开行方案优化方法，并建立阶梯直达列车开行方案优化模型。最后本 文结合模拟算例，对装车地直达列车开行方案进行了具体的分析，验证了模型的 有效性。另外，本文还专门分析了重载列车组织特点及其效益。文章最后提出应 将装车地列车编组计划与技术站列车编组计划进行匹配调整，以取得系统效益最 优。 本文探讨了装车地车流组织优化，是在前人对始发直达列车开行方案优化研 究的基础上，从货运市场的角度出发，以货物在装车地开始集结至到达卸车站卸 车完毕整个过程中的换算车小时最小为优化目标，结合了装车地始发直达、阶梯 直达和基地直达列车以及重载运输的组织特点，构建了相关模型。模型能够全面 地描述装车地始发车流的各种组合，避免丢失更好的宣达列车开行方案。本文的 研究进一步丰富了装车地列车编组计划优化的理论，从而使得本文的研究具有一 定的理论价值和现实意义。 关键词：装车地；直达列车：列车编组计划；优化 分类号： 北京交通大学硬士学位论文 t h c 鼬o f t h cs t 印l c 缸i g h t n o w 缸o u r 咖n i l l o a d sa t b a t t h c d i r c 枷叩a n d t h cn l a o b v i o 惦缸ds t a b k a st h c d a l o m yd e v e l o p s ，t h ed e m 锄do n 岫 h e i g h t 仃柚s p ，删鲫i sb i 讲瑚i n gi n c r e 嬲i l l g i y h o w a v l r t h ei n c r c 弱i n g d e m a n d c 0 札n i c i sw i n lt h ca c i l l a l 时o ft h e p a d t yd e 6 c i c n c yi o u r u n t f ym i l r o a d s t 1 i ed i r o c 胁s p 0 删i o ni nl o a d i n g 蝴i s 彻co ft h cm o s tr a t i o 咀l 雅db a s i cw a yt ot h es t a p l c 白e i g 眦协m s p o n a t i 蛐，w h i c hh 弱a d 、r 锄答塔o fa b a t i n gt h c a r c i t yo ft h c r a i l 仃；m s p 唧诅吐咖姐p a c i t y ，b 0 0 s t i n g t h ct i l m o v c fo ft h c m 删a l s ，d c c r c 弱i n gt h c 岫邮p c i n 砒i 姐s t 柚ds oo n i t san e c c s 翰r yc h o i t oo l 腼i 缒t h e h a i nf 0 衄a t i o n p l 姐f 研l o a d i n ga r e a w 蛐i sat a d i cs i 班6 啪c c 姐s 岫t a j n i n g ，h 锄o n i o 憾题df a s t d e v c l o p m to fn a t i 彻i a l 舢o m y t h i sp a p e ra d d r e s s 髂t h cd i r e c t 仃a i nf o 咖a t i o np l a np r o b l 锄f 舛枷i n ga 乱n b 嚼，吣w i md c t e l m i i i i n gt h cb 锄c 丘ts 咖删o fd 讯斌t 棚l s i 眦a t i o n a n dt h 锄姐a i y z 龉 t h ec o s to ft h cf i o wi nl o a d i n ga r c a t r a v c l i n gc o u f 辩卸du n l o a d i n ga 托a t h ed i 亿c tt r a i n 细a t i 蚰p i 柚p b i c mf o i 。i o a d i l i ga f e ah 弱b c 姐f o 咖u l a t c d 豳an o n l i 鹏缸m 1 凹培锄瑚缸gb 鹋c d d i s 叫s s i n gt h cc o 惦蛐t so ff i o w 讲嘞t i o ne x d u s i v i t ya n d b l o c kc a p a c i 垮a ll o a d i 珏gs 组t i o n s t h co 巧e c t i v co ft h i sm o d e ii st om i n i i n i z ct h e 幻t a l c o s t 蕾b rt h e 丘e i g h t 丘岫n c e n t m t 缸g 缸1 0 a d j n ga at 0u n l o a d 妯ga tu n i o a d i n ga r e 如 皿i s m o d c lc o m i d 粥m c d 螂i f i c a t i o s 呲g y f o ra l io - d p a i r s i n l o 锄d i n g 勰a i ng r c 缸 d c t a i l ，坞g a r d st h eh 髓v yh a u lt f a n s p o m t i a 咀舔as p e c i a lf o 】0 ：fd i r 鳅c f 觚s 邮a “o n ， m b i n c dw i t l it h cs n a j 协o ft h ch e 孙了b a u l t 随i n f u n h c r t h i sp a p 盯p f i m a f i l yd i w 鸺。鼯 t h co p t i m a ls t r a t c g yf o rt h ci a d d e rd 胁蛔【i nf o m 扭t i 咖锄dt h ed j 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咖c t so o 玎c i a t i v c 北京交通大学硕士学位论文 m o d e l s t h e m o d e l sa 坤咖p f e h e i v c 柚di n 期p o m t j n gt h ce s s 蛐t i a l 缸i t l l | 伪o ft h c p r o b l 锄a n da v o i d sl o s i n gt h c0 p 妇a l 劬姗雠t i o 璐觚db l o c k i n gs 胁e g y 砸坞 s m d yi n t h i sp a p c rf i l r i b 盯髓i i c h 髂t h eo p t i m i z a t i 伽t h f yo ft f a i nf o 咖a t i p l 柚蚤叫 l o a d i n g 姗，p o 辐e s s 髂栅d c m i cv a l u ca n dp f a c t i c a is i g n j 矗锄t oa i t a i nd c 伊e c k e yw b r d s ：1 0 a d i n g 撒a ；d 翮仃a i n ；缸a j nf 咖a t i 蚰p l 柚；o p t i m i z 砒i c h 辐n 饥： 致谢 本论文是在我的导师林柏梁教授的悉心指导下完成的。在论文选题、数据资 料收集整理和论文撰写过程中，导师都给予了许多指导和帮助。 在攻读硕士学位的近三年时间里，导师严谨的治学态度、扎实的理论功底、 渊博的学术知识都使我获益匪浅。也使我获得了许多做人和治学的宝贵经验。在 此，我谨向我的导师致以衷心的感谢和诚挚的敬意。 论文的完成还要感谢梁栋、曹学明、李俊卫、范振平、张运河、张天伟、李 爽、赵海静、乔国会、车小英等同门兄弟姐妹对我的帮助。 在这近三年时间里，我的进步离不开许多关心和帮助过我的家人、同学、朋 友、领导和其他老师。 在此再次向大家表示我最诚挚的谢意! 北京交通大学硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 1 绪论 1 1 f 我国铁路大宗货物运输特点 目前我国现代化的运输业主要有铁路、水运、公路、航空和管道等五种运输 方式，虽然它们的产品( 客、货在空间的位移) 是相同的，但它们的送达速度、 输送重量、运输的连续性、保证货物的完整性等各项技术性能是不同的，并且它 们对地理环境的适应程度和经济指针( 例如运费等) 也是不同的。因此，不周的 要求对运输方式的选择也应有所不同。铁路运输具有运量大、运输成本低，且受 自然条件、季节和昼夜的影响小，运输作业连续性强，到发时间准确，便于统一 指挥调度等优点。大宗货物是指煤炭、原油、粮食、木材、冶炼物资等物质。这 些物资的铁路运量2 0 0 1 年占总运量的8 5 以上，并且逐年还在以较高的速度增长 铁路这些技术经济特征决定了铁路是以大宗货物为主的货运特征，是大宗货物内 陆运输的主要运输方式。对于大宗货物运输而言，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。 我国资源分布及区域经济发展主要特点是资源分布北多南少、西多东少，东 中部经济发达地区却资源匮乏，正是由于这种不平衡性使得铁路货流流向、流量 比较明显而稳定。铁路也由于有稳定的货源货流，提高了整体运输效率和服务质 量。 其中，最具有代表性的是煤炭运输。我国有丰富的煤炭储量资源，占能源产 量和消耗量的7 0 以上，近两年，随着国民经济的快速发展，社会对煤炭的需求 越来越旺盛。1 9 9 9 2 0 0 4 年间，煤炭的铁路运量不断上升，至2 0 0 4 年煤炭运输比 重己近5 0 。另外，随着铁路煤炭货运通道的继续建设，煤炭运输在大宗货物运 输中所占的比重逐年增加。目前所建成的十大煤运基地大同、神府、太原、晋东 南、陕西( 韩城、黄陵、铜川) 、兖州、两淮( 淮南、淮北) 、贵州( 纳雍、金 沙、习水、黔西、安顺) 和黑龙江，预计到2 0 1 0 年，总煤产量超过1 1 亿吨，到 2 0 2 0 年达到1 6 亿吨。到2 0 2 0 年由十大煤运基地运出的煤炭运量，经大秦线达到 2 亿吨，神木一黄骅港、石太、石德线也将超过1 亿吨，京包线到北京枢纽、月山 一荷泽一日照、陇海线、西宁线、大湛线( 宝丰一湛江) 、京广通道、京沪通道、 京昆通道、合肥一芜湖一杭州等线也将分别超过5 0 0 0 万吨。( 以上2 0 1 0 年、2 0 加 北京交通大学硕士学位论文 年预测运量数据来源于中长期铁路网规划) 由上述数据分析可知，随着经济的加速发展，煤炭运输的流量、流向更趋于 集中化，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、侯月一新月一新荷兖、陇海、 浙赣、湘黔等几条东西方向的铁路主要干线上。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。 大宗货物多采用直达运输的方式运送，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，也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。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。2 0 0 6 年我国铁路运行图上共铺画了3 3 3 条大宗 货物直达列车运行线。货物直达列车以其运输成本低、运到时间短、安全有保障 等诸多优点受到企业广泛好评，取得良好的经济效益和社会效益。 1 1 2 我国铁路阶段能力不足 近年来，我国铁路通过采用先进的技术设备和铁路线路的铺设，运输能力有 了较大的提高，但是，随着国民经济高速发展，相对于货运需求的不断增长趋势， 铁路运能仍然十分紧张，2 0 0 3 年全路请求车目均2 2 万辆，而日均装车数为9 3 万 车，满足率仅为4 2 3 ，缺口非常大。中国铁路有7 万多公里的营业里程，只占 世界铁路营业里程的6 ，但却完成了世界铁路2 4 的工作量，工作负荷是世界 平均水平的4 倍。 而这其中铁路编组站能力不足是一个极其重要的因素。铁路编组站是在铁路 网中办理货物列车解体，编组作业。它是铁路运输的基本生产单位，是路网中大 宗车流的集散点，因此被形象地称作“货物列车的工厂”。目前，我国部控编组 站共4 9 个，其中路网性编组站1 5 个，区域性编组站、地方性编组站共3 4 个。目 前通过全路增加开行各种直达列车，无改编通过相关技术站的次数相应增多，加 大了无改编作业的比重。但是，随着全路日均装车数增加，部分编组站的能力仍 然还是相对紧张，其主要是京广、京沪、京哈以及京九线等主要干线的编组站在 高峰阶段接发车能力、解编能力处于超饱和运用状态。另外，干支线牵引定数的 不统一，使得从支线发往干线以及由干线发往支线的直达列车需要在干支线衔接 点( 主要为编组站) 解体或补轴减轴，这样也增加了相应编组站的作业量，加重 了编组站负荷，导致其能力进一步紧张。 2 北京交通大学硕士学位论文 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。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。而且为 了提高铁路的市场竞争力，高附加值的货物运输也是铁路货运的一个重要发展方 向。 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。 1 1 3 装车地直达列车编组计划优化的战略意义 装车地直达运输是大宗货物运输的一种最合理、最基本的形式。直达列车配 合厂矿企业生产，促进物资产、供、运、销备部门的密切合作，使货流与车流组 织紧密结合起来，减少了中间作业环节。组织好大宗货物的装车地宣达运输，对 于促进国民经济的发展具有重要作用。货物运输直达化也是铁路运输物流化的重 要保证。其中，快运货物直达列车、集装箱运输直达列车在这方砸的作用尤为突 出。装车地直达运输的诸多优势，主要表现在以下方面： 1 减轻沿途技术站( 主要是编组站) 的改编作业负荷由于直达车流在沿途 技术站无改编通过，变有调作业为无调作业，减少了有关技术站的改编作业量， 从而缓和了沿途技术站( 主要是编组站) 的改编能力紧张程度。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。 2 加速车辆周转和货物送达。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。 由于直达列车在沿途有关技术站可以不改编通过，这就减轻了技术站的作业 负荷，缓和了运输能力的紧张程度。组织装车地直达运输还可以加速物资运送和 机车车辆周转，从而获得扩大运输能力、降低运输成本、延长铁路基建投资期限 等多方面的技术经济效果。因此，货物运输直达化一直得到各国铁路的普遍重视。 装车地直达列车编组计划优化就是通过确定直达车流元素，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， 使得总的运营成本或物流成本最小。 另外，对于货运需求方面，社会经济的飞跃发展与物流化运输的兴起给铁路 货物运输发展提出了直达化、重载化、快捷化等方面的挑战与机遇。市场对铁路 3 北京交通大学硕士学位论文 货物运输提出了更高的要求，铁路货运必须通过优化组织，减少铁路自身的运行 成本和货物的物流成本。对于我国铁路货运的现实状况而言，一个良好的装车地 编组计划能大幅度提高运输效率，降低运输成本，保持铁路在大宗、散装低值货 物运输市场的竞争优势；提高货物送达速度、缩短送达时间、加速车辆周转，稳 固铁路在大宗货物市场的份额的基础上，增强铁路在中、高附加值货物运输市场 上的竞争力；大重量、快速度、高密度的重载运输也是我国加速提高铁路运输能 力的主要途径。 综上所述，装车地直达列车编组计划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 2 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熟 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即是 装车地最优编组方案。 文献【1 】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【2 】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【3 】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m 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【3 】建立装车地直达与技 术站直达货物列车编组计划同时优化的m 1 规划模型和二次m l 规划模型。文献【5 】 建立了使车流在途时间最少的编组计划m l 规划模型，并用人工神经网络进行了快 速求解。文献【6 1 提出车流的不同组合方案，设置二重m 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。文献吲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0 - l 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。 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 4 北京交通大学顼士学位论文 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，面文献【8 1 则将运 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m 1 规划模型来确定装车地列车开行的最优方案。 从现有的研究成果来看，装车地直达列车编组方案优化实际是将不同的装车 站和以及同一装车站的不同装车点统一为不同的装车点分析，即忽略了装车地不 同装车点始发车流合并形成不同组织形式直达列车如阶梯直达和基地直达的特 点，以及它们各自的优化方法研究。但实际中装车地不同的列车组织形式，其费 用消耗及优化方法是不同的，有必要对它们进行单独研究。 1 3 主要研究内容及方法 1 3 1 主要研究内容 将车流全部组织成直达列车的形式输送虽然能够使得货物快速送达以及由大 批量货物运输带来收益，但这必然造成货物在装车地车流组织和到站卸车难度系 数等增加。大宗货物采用铁路运输时，运输成本是可变的，它与车流的组织形式 有关。采取何种车流组织模式，要在综合考虑装卸车能力、仓库容积、线站能力 的基础上，比较不同车流组织模式的消耗量来加以确定【8 l 。 装车地直达列车开行方案实际解决货物从开始集结到卸车完毕过程中，在哪 些0 d 流闻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。本文进行装车地直达列车编组计划优化的目标是使车流以直 达货物列车和非直达货物列车两种组织方式输送，在装车地、途中技术站、卸车 地及仓库中总的换算车小时成本最小。 本文在现有的理论研究和装车地直达运输实践的基础上，对装车地直达运输 的车流组织方法进行较为深入的探讨，研究内容与方法如下： ( 1 ) 分析装车地、运行途中和卸车她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，不但运输本身的费用不同，而 且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。本文在已有文 献对各作业过程分析研究的基础上，以货物从开始集结到卸车完毕整个过程中的 物流系统成本最小为研究目标，综合考虑了货物运输的各个环节，将货物在装车 地的集结消耗纳入目标函数，针对不同形式车流的特点，分析了车流的组合方法， 并确定其消耗。 ( 2 ) 构建装车地直达列车编组计划优化模型。 当装车基地有大量车流存在时，组织基地直达货物列车显然是有利的。若装 5 北京交通大学硕士学位论文 车她日均车流量小于列车平均编成时，是否组织直达货物列车需要综合考虑直达 车流组合、总成本等因素本文在甄别模型的约束条件和参数选择的基础上，以 车流是否直达卸车地以及车流第一改编站或换重是否为k 站设置m l 决策变量，并 构建以货物在整个装卸运过程中车小时消耗最小为优化目标的装车地列车编组方 案非线性m 1 规划模型。在此基础上，初步探讨了阶梯直达列车和基地直达列车的 组织优化方法，并结合模拟算例，对装车地直达列车开行方案优化的模型进行分 析，验证了模型的有效性。 ( 3 ) 重载运输的效益分析。 重载运输作为直达运输的一种特殊形式，有其自身的特点。本文重点分析了 重载运输的主要模式、换重作业以及重载运输所取得的效益。 ( 4 ) 装车地与技术站列车编组计划的匹配调整。 装车地与技术站列车编组计划是相互联系和影响的，本文提出应将装车地与 技术站列车编组计划进行匹配调整和综合优化。 1 3 2 研究方法 本文在前人研究工作的基础上，系统分析了由装车地各种车流组合方案，充 分考虑了装车地始发车流合并开行不同的直达列车形式，还结合重载运输中普遍 存在的换重作业特点，将重载运输作为真达运输的一种特殊形式，纳入了方案中 进行综合优化，构建装车地直达列车开行方案优化模型，并在此基础上，分析了 阶梯直达列车和基地直达列车的组织特点，初步探讨了装车地阶梯直达列车和基 地直达列车开行方案优化方法。 另外，本文以货物在整个装卸运过程中车小时消耗为优化目标，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，而且从市场的角度来看，这实际是追求货主利益最大化的过程， 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。 6 北京交通大学硕士学位论文装车地列车组织基本理论 2 装车地列车组织基本理论 一 图l 装卸区及运行途中的范围划分 f i g 1r a n g eo ft h el o a d i n ga 耻a ，u n i o a d i n ga 坤aa n d 哪e l i n gc 叫r 在铁路运输工作中，采用两种基本的组织车流的方法。其中第一种方法是在 技术站上，用管内列车从附近装车站汇集来的车辆和从其它技术站送来的中转车 辆编成列车。第二种方法是在装车地区由一个或几个装车站( 包括与其联轨的专用 线) 利用自装车流编成直达货物列车，这种列车至少可以无改编的通过第一技术 站，而按照编组计划规定，该支车流在这些技术站上是需要进行改编作业的，由 此获得相应的节省。这样的车流组织方法称为装车地直达运输。装车地直达货物 运输是一种现代和高效的车流组织方式。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。 根据装车地车流大小，可以组织不同形式的列车。当装车地有大量车流存在 时，组织由装车地至卸车地的直达列车显然是有利的，但对于装车地日均车流量 较小时，是否组织装车地直达货物列车或者组织什么形式的直达列车则需要进行 综合比较分析。 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， 7 北京交通大学硕士学位论文 装车地列车组织基本理论 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，并且按照该站的列车编组计划编入相 应的列车向卸车地方向运送，在沿途技术站还可能进行改编作业。直达和非直达 列车有各自的组织特点，但从系统的角度来看，它们又是相互联系和影响的，因 此应根据车流的特点，在分析全部车流组合方案及其消耗的基础上，对装车地车 流组织方案进行综合优化。 2 1 装车地直达列车组织基本理论 直达比重往往作为装车地车流组织水平和质量的重要衡量之一。从装车地组 织直达列车是有效的车流组织方式之一，也是铁路提高运输服务质量，扩大运输 市场份额的主要技术组织措施之一。装车地直达运输的组织是一个整体性很强的 基础计划，如何组织直达车流，采用何种直达列车形式等与市场需求，车流构成 以及设备条件等密切相关。因而，分析装车地组织直达车流的特点有利于更好的 进行装车地直达列车编组计划的编制。 2 1 1 装车地直达列车的定义及分类 由装车站( 一个或几个装车点) 利用自装车辆编组成列车至少无改编的通过 第一技术站的组织列车的方法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。 从组织条件看，直达列车可以分为1 9 j ； ( 1 ) 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； ( 2 ) 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： ( 3 ) 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。 以上三种直达列车形式可用图2 表示。 8 北京交通大学硕b 学位论文装车地列车组织基本理论 p 殍p 誉坠2 掣 ( i ) l _ h ，) l + 图2装车地各种直达列车组织示意图 f 喀2t h c o i g 粕i z a i i 0 fa l l k i n d so f t h e d 慨l 妇i 璐i n t h e l o a d i n g a r 从到站看，直达列车可分为： ( 1 ) 直接到达指定卸车站卸车的直达列车： ( 2 ) 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； ( 3 ) 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； ( 4 ) 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。 由于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：也可以是级向的车流合并，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： ( 1 ) 扩大直达列车吸引的车流量，即增加开行直达列车的列数； ( 2 ) 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； ( 3 ) 缩短装车地全部车流的总停留时间。 保温列车、集装箱快运直达列车和五定班列属于特殊形式的装车地直达运输。 2 1 2 组织装车地直达列车的必要条件 装车地并不是在任何情况下组织直达列车都是有利的。一般说来，为了保证 直达列车能获得较好的经济效益，组织直达列车的车站( 包括装卸站和途中技术 站) 应具备以下条件【l o 】： ( 1 ) 发货单位或发车站要保证有一定货流充足而稳定，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； ( 2 ) 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 9 北京交通大学硕士学位论文 装车地列车组织基本理论 保证整列或成批装车： ( 3 ) 收货单位或卸车站的场库容量和卸车能力能保证整列或成批到卸的要 求。 ( 4 ) 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。 ( 5 ) 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。 ( 6 ) 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。 以上是组织装车地直达列车的必要条件，但是要组织什么形式的直达列车， 以及直达列车的编组内容等则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 铁路上有很多中间站，由于装卸量不大，或者未编入直达列车的非直达车流， 挂运至第一编组站进行改编，并且按照该站的列车编组计划并入相应的列车向卸 车地方向运送，在沿途技术站还可能进行改编作业。另外，若车流不是以直达列 车的形式到达卸车地，则需要在最后终编组站组织非直达列车，将这部分车流送 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车流，采用非直达列车的形式送往 第一技术站或卸车站，保证了整个装车地车流组织的完整性和接续性，确保装车 地直达列车的准点正常发出，从而保证了全局优化。装车地非直达列车的开行是 装车地必不可少的一种车流组织方式。 非直达列车的形式有区段列车、小运转和摘挂列车。区段列车是在两相邻技 术站的区段问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问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决定。 显然，直达列车的开行影响了非直达车流的组织，增加直达运输比重将减少 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，而且 相对于直达列车，非直达列车的整体消耗，尤其是途中的改编集结消耗远大于直 达列车。不同直达列车开行方案下的非直达列车车辆集结消耗波动很大。另外， 北京交通大学硬士学位论文 装车地列车组织基本理论 非直达车流的组织也影响了整个装车地的车流组织效益，非直达车流是整个装车 地车流的重要组成部分。因此，装车地直达列车编组计划的合理性需要与非直达 列车的编组一起进行研究。 2 3 装车地重载运输与直达运输的联系 所谓重载运输指在一定的铁路技术装备条件下，采用大功率机车( 一台或几 台) 牵引重载列车的运输方式。根据目前国际上对开行重载列车重量标准的规定， 列车重量至少要达到5 咖吨的水平，大大超过通常的普通货物列车的重量。重载 运输的主要好处：一是能提高运输能力，因为运输同样的货物，需要的列车数量 少了；二是能降低运营成本，因为列车数量的减少，就可以节省与列车运行有关 的设备和人员，从而减少相应的支出。重载铁路运输能力大，技术经济效益显著。 发展铁路重载运输，已成为世界各国铁路运输发展的共同趋向，也是我国加速提 高铁路运输能力的主要途径，而且我国的能源分布和产业结构集中化、规模化的 特点，为重载运输提供了必要条件。 重载列车与非重载列车的主要区别之处在于由于重载列车的平均编成辆数一 般远大于非重载列车，从而导致重载列车在装车地、途中技术站以及卸车地的费 用消耗不同，相对于非重载运输，可能延长直达列车运行距离，使车流无改编通 过途中技术站数更多，从而获得更多的节省，但同时，也会引起重载列车在装卸 地的作业费用及在换重站的车辆等待时间的增加。 另外，由于重载列车较非重载列车具有运能大、运距长的特点，重载运输对 货物组织、列车重量、牵引种类、坡度选择、车站的站线长度等方面有特殊的要 求，可以在结合直达运输的组织方法的基础上，将重载运输的这些特殊要求作为 约束条件考虑进来。本文将重载列车作为直达列车的一种特殊形式进行研究 1 1 北京交通大学硕士学位论文装车地列车车流组织费用体系分析 3 装车地车流组织费用体系分析 3 1 费用体系的确定及特点 在衡量直达运输效果时，首先要确定费用体系的衡量标准。一般而言，有以 下三种标准：一是保证重要货物的优先、快速、及时运输；二是最大限度地减轻 有关技术站的改编作业负荷，着眼于解决某些技术站改编作业能力不足问题，而 对于组织直达运输所增加的费用则不予考虑；三是车小时节省最多，主要着眼于 加速车辆周转。以上几种衡量标准都是暂时性的，分别侧重于某一种特定的情况， 丽以货物从集结开始到卸车结束的整个物流系统总成本最小作为衡量直达运输效 果的标准则更为全面和合理。 随着货物快捷运输需求的增加、综合运输网络的发展和物流化运输业的兴起， 通过区域性综合运输网络，可以吸引更大范围的货流，加快货流的集结，实现快 速组织列车。这种意义的货流集结，不再是单纯的货物储存堆积的意义，而是货 物从更深更广的范围内，实现货物的集中汇集过程( 货运集中化) ，因此，以货 物的物流成本最小为优化目标是物流化运输业自身的要求。另外，采用货物的物 流车流成本最小为衡量标准，不需要将车小时划分为重车和空车小时( 当空车成 组到达时，这样划分就很复杂) ，避免了在多种装卸车情况下计算装卸车消耗以 及调车工作消耗的复杂性。因此，本文采用货物从开始集结至到达卸车地卸车完 毕过程中的换算车小时消耗作为衡量直达运输效果的标准。 在确定运输方案时，采取何种车流组织模式，需要根据车流流量流向等特点 以及编入不同列车形式及其消耗来加以确定。不同车流组织模式，货物在装车地、 运行途中、卸车地的消耗均有所不同，取决于装卸站以及途中技术站的设备条件 和组织措施。设备条件不尽相同，组织措施也有多种，因此，难以用统的几个 公式进行计算。合理的作法是针对不同的车流组合方案分别计算，且无论组织直 达或非直达列车，是重载还是非重载列车，其费用分析方法是一致的。 以下对车流在装车地、运行途中、卸车地的作业过程进行具体的分析，并计 算车流在不同组织方式下的费用消耗。 北京交通大学碗士学位论文装车地列车车流组织费用体系分析 3 2 费用分析 3 2 1 装车地作业过程及消耗 列车在装车地的组织形式是多样的，根据文献【1 】，在空车整列到达装车地的 前提下，有以日常生产的货物组织装车，也有以场库贮存的货物组织装车，有以 同种货物组织装车，也有以不同品类货物装车。装车地列车或车组的组织过程主 要包括几个部分： ( 1 ) 集结货物或组织货流； ( 2 ) 空车供应，为了保证组织好装车地直达列车，本文设定空车整列到达装 车地； ( 3 ) 装车，包括等待装车以及装车、集结成列； ( 4 ) 调车，包括取送车及对货位； ( 5 ) 其它 在计算装车地消耗时，由于装车地直达列车的组织情况比较复杂，因而，本 文采取直接计算在直达列车和非直达列车组织形式下的始发车流的绝对消耗，对 于卸车地费用分析也是采用同样的方法。另外，定义货物在装车地的滞留时问是 指从货物开始集结到发车所经过的时间，主要包括货物集结时间和装车作业延续 时间、车列集结时间。 对于组织装车的货物或货流，其集结和组织，一般分为两种情况：以装运当 前生产的货物组织装车和以场库贮存的货物或以经常保持足够数量的货物组织装 车1 1 1 。两者的区别与联系可近似用下图3 、4 表示： 北京交通大学硕士学位论文装车地列车车流组织费用体系分析 图3 | ! ；i 当前生产货物组织装车 f i 蛋3b 甜i n g 谢山伽栅t 五心i g h t 圈4 以场库贮存的货物组织装车 h 昌4l o a d i n g 埘m t h c 缸i 曲t 啉e c d 以当前生产货物组织装车时，时刻。开始集结，时刻a 货物集结结束，最理 想的装车时刻为时刻c ，如图3 ，即从c 开始装车经过装车作业时间t 。，装车结 束时刻正好是货物集结完毕时刻a 而实际中，开始装车时刻并不一定是c ，当然 装车完毕的时刻也可能在a 之前或者之后，若在a 之前则会产生车辆等待货物集 结的消耗，若在a 之后，则货物在装车地的滞留时间也增加，因此在货物集结和 1 4 北京交通大学硕士学位论文装车地列车车流组织费用体系分析 装车同时结束的时刻a 会使得货物和车辆的滞留时间最小。 以场库贮存的货物组织装车时，在货物集结结束的时刻a ，可能还会由于货 物等待装车产生等待消耗为了减少消耗，最理想的装车时刻c ，如图4 ，即在货 物集结完毕时刻a 立即开始装车，经过装车作业时间t 。；，于f 装车完毕 这样，货物从开始集结到装车完毕总的换算车小时消耗可近似表示为： ( 1 ) 以当前生产货物组织装车时( 如图3 ) 货物滞留时间实际等于货物集结 时间f 毳，三角形o j a d 面积表示仓库中集结吨小时消耗，三角形c a b 面积代表 装车过程中车内货物停留吨小时消耗，其中也包括c a e 集结吨小时在内。这样， 货物装车过程中的滞留吨小时消耗值就等于三角形q a d 和c a b 面积之和( 阴影 部分的面积) 。另外，三角形。墟和a b d 等底等高，它们的面积相等，由此可得 出，三角形c a e 和b d e 的面积也是相等的。因此，货物装车完毕的换算车小时 消耗值可用三角形o a b 的面积表示： r 勘一妻胁苏一旗 ( 1 ) ( 2 ) 以场库贮存的货物组织装车时( 如图4 ) 货物总的滞留时间为苏+ 车， 其中装车是货物作业的延续时间。同理，可得到货物装车完毕的换算车小时消耗值 等于三角形o f d 和a f b 之和表示，也可用梯形o f b d 的面积来表示： r 靴。去埘。毳+ 丑收车) 一堍+ 2 车 ( 2 ) 厶 其中，货物的集结实际是一个库存问题，涉及到了库存成本和订货策略等复 杂的运筹学问题，有专门的文献对此进行研究。本文仅将库存成本简化为一个仅 与装车数相关的变量，具体体现就是上文中的货物集结换算车小时丁磊。另外，强车 表示整个装车作业过程消耗的换算车小时。 可以看出，在上述过程中，最重要的是准确确定红；。货物作业延续时间是从 货物开始装车到装车结束所经历的时间，考虑了装车过程中由于在作业线调移车 辆而产生的中断及取送车辆时阉。因此。货物装车作业延续时间车，包括装车延 续时间、调移车辆而产生的中断时间、车辆的取送