基于目標(biāo)最優(yōu)化的大件運輸路徑選擇研究＊

喬建剛 劉 軒 方 靖

（河北工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院1） 天津 300401） （交通運輸部公路科學(xué)研究院2） 北京 100088）

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和全球經(jīng)濟一體化的加快，越來越多的大型石化、電力、重工項目在國內(nèi)開始建設(shè)，國內(nèi)國際間大型器件設(shè)備的運輸變得日益頻繁.由于它們超標(biāo)準(zhǔn)的外形尺寸，在大件運輸通道的選擇上不同于普通貨物運輸線路的選擇.目前國內(nèi)外大件運輸選線的主要研究成果有：意大利Paola，Modesti等［1］研究了運輸系統(tǒng)起終點最短路徑的求解問題；美國Athanasios等［2］提出了時間因素決定下的多式聯(lián)運網(wǎng)絡(luò)最佳路徑算法；意大利Angelica Lozano［3］研究了標(biāo)號修正技術(shù)在綜合運輸網(wǎng)絡(luò)中求解起點到終點的最短可行路徑.我國交通部科學(xué)研究院的楊雪英［4］總結(jié)了大件運輸?shù)奶攸c，對順利實現(xiàn)大件運輸?shù)氖侄芜M行了分析與展望；北京交通大學(xué)的喬國會［5］利用網(wǎng)絡(luò)配流模型以線路障礙因素為約束獲取可行線路方案，再根據(jù)模糊評價理論從中挑選較優(yōu)的運輸線路.這些成果均考慮到大件運輸中的費用以及路程問題，但與大件生產(chǎn)廠商、銷售地點聯(lián)系不緊密.本文從可行性，經(jīng)濟性，時效性，擴展性等因素來全面分析，運用目標(biāo)最優(yōu)化方法，通過綜合評價，進行路線選擇優(yōu)化，確定大件運輸?shù)淖顑?yōu)路線，對今后大件運輸具有重要的現(xiàn)實意義.

1 路線選擇原則

1.1 可行性原則

大件運輸線路的選擇需要滿足大件器件設(shè)備對超重、超限方面的要求一般公路等級越高，所能承載的荷載越大，因此，從超重角度考慮應(yīng)選擇等級較高的公路.超限包括超高、超寬和超長3個，目前關(guān)于我國公路凈空的規(guī)定是：高速公路、一級公路的凈空5m，其他等級公路凈空4.5m；超寬方面，由于二級三級公路一般為雙向雙車道公路，不適合超寬車輛行駛；超長方面，高等級公路一般曲線半徑較大.綜合上述要求，確定在大件運輸通道選擇上優(yōu)先考慮高速公路和一級公路這2種類型公路.

1.2 經(jīng)濟性原則

經(jīng)濟性因素即費用因素.大件貨物運輸費用是影響運輸線路選擇的重要因素，包括汽運費、措施費、道路補償費、協(xié)調(diào)費、技術(shù)咨詢費和其他相關(guān)費用.

1.3 時效性原則

大件設(shè)備運輸要滿足工程工期的要求，線路不同運輸時間迥異，選線務(wù)必要根據(jù)工期要求考慮時效性.運輸時間受線路里程、道路通行條件影響較大，可分為行駛時間、停留時間和裝卸整修等其他作業(yè)時間.

1.4 擴展性原則

大件運輸主要生產(chǎn)廠商 重工行業(yè)：哈爾濱鍋爐廠、沈陽鍋爐廠、大連鍋爐廠、上海鍋爐廠等；電機行業(yè)：上海電機廠、哈爾濱電機廠、德陽東方電機廠等；變壓器行業(yè)：杭州正泰集團、青島變壓器集團、溫州德力西電氣有限公司等.生產(chǎn)廠商地理位置分布見圖1.

大件運輸主要需求廠商 電力：九江核電站、小墨山核電站、赤松核電站、西藏三大水電站等；石化：中國石化揚子石油化工有限公司、宜昌廢礦物油綜合利用推廣示范工程項目等.需求廠商地理位置分布見圖2.

圖1 生產(chǎn)廠商地理位置分布

圖2 需求廠商地理位置分布

大件運輸主要運輸公司 哈爾濱動力設(shè)備物流有限責(zé)任公司、一重集團中實運業(yè)有限公司、上海萬登運輸有限公司、武漢水運集團有限公司、德陽東方電氣集團大件物流有限公司等.大件運輸運輸公司地理位置分布見圖3.

圖3 運輸公司地理位置分布

對大件運輸中的各生產(chǎn)廠家、需求廠家、運輸公司的地理位置進行統(tǒng)計，可得出圖4.

由餅狀圖及地圖可知，生產(chǎn)、需求廠家、運輸公司大多集中在東部地區(qū)以及長江流域.

圖4 OD點地理位置統(tǒng)計

武漢是京珠、京廣高速和長江的交匯處，連接徐州、天津、沈陽、哈爾濱、長沙等地.因此，將武漢作為運輸線路的樞紐、中轉(zhuǎn)站.

2 研究方法

通過閱讀文獻，從可行性、經(jīng)濟性、時效性、擴展性四方面分析大件運輸中選線的原則.運用目標(biāo)最優(yōu)化方法，結(jié)合大件生產(chǎn)廠商、銷售地點的分布，調(diào)整具體線路，確定最優(yōu)路線.考慮到經(jīng)濟成本因素，在全國范圍內(nèi)，東西、南北方向分別形成大件運輸?shù)墓愤\輸線路網(wǎng).

此類方法首先把多目標(biāo)函數(shù)以F（x）＝（f1（x1），f2（x1）…fn（x1））T的各分量f1（x）按相應(yīng)的準(zhǔn)則加權(quán)后再以某種方式進行求和，做出新評價函數(shù).最后，在對此次新的評價函數(shù)進行單目標(biāo)極小化.

設(shè)x＊為一個最優(yōu)解，若λ＞0，則x為多目標(biāo)極小化問題（VMP）的有效（或弱有效）解.變化λ＝（λ1，λ2，…，λn）T，求解相對應(yīng)的）可以得到（VMP）的有效（或弱有效）解集的一個子集.即使取遍所有λ＞0時，通常也不能夠得到（VMP）的所有有效解，即不存在λ＞0，對應(yīng)）的最優(yōu)解.

3 路線的確定

以經(jīng)濟、通達為原則，綜合以上4大原則，選擇南北、東西方向公路，結(jié)合目標(biāo)最優(yōu)化理論，優(yōu)選出最佳運輸路線［6］.

3.1 南北方向公路選線

最短時間路線 哈爾濱、長春、唐山、開封、岳陽、長沙、桂林、南寧、興義，見圖5.

圖5 南北方向最短時間公路走勢圖

最短距離路線 哈爾濱、長春、天津、太原、西安、重慶、貴陽、曲靖、興義，見圖6.

圖6 南北方向最短距離公路走勢圖

結(jié)合擴展性原則，選擇路線 哈爾濱到天津，從天津到興義路線為：經(jīng)過德州、濟南、漯河、信陽、武漢、岳陽、長沙、桂林，最后到達興義，見圖7.

圖7 南北方向擴展路線走勢圖

運用目標(biāo)最優(yōu)化理論 在大件運輸路線的選擇中，將經(jīng)濟性、時效性、擴展性作為目標(biāo)最優(yōu)化方法的3個目標(biāo).即費用、時間、距離作為f1（x1），f2（x1），f3（x1）.

最短時間 路線 f1（x1）＝1 878.8 元，f2（x1）＝49h，f3（x1）＝4 031.4km.

最短距離 路線 f1（x2）＝1 819.5 元，f2（x2）＝54h，f3（x2）＝3 963.8km.

擴展路線：f1（x3）＝1 685.7元，f2（x3）＝55h，f3（x3）＝4 294.8km.

由調(diào)查可得，其相應(yīng)權(quán)重分別為：λ1＝0.5，λ2＝0.3，λ3＝0.2

把fi（x）規(guī)范化，在3條路線中，minU（x）產(chǎn)生在擴展路線中，即1.053 42.因此，擴展路線為南北方向公路的優(yōu)選路線.

該路線沿途可服務(wù)公司有：赤松核電站、哈爾濱鍋爐廠、沈陽鍋爐廠、哈爾濱動力設(shè)備物流有限責(zé)任公司、一重集團中實運業(yè)有限公司、大連鍋爐廠、青島變壓器集團、湖南岳陽石化總廠、湘潭電機廠、武漢水運集團有限公司、小墨山核電站、正泰集團等.

3.2 東西方向公路選擇

由南北方向公路優(yōu)選同理可得東西方向優(yōu)選路線 以天津為起點的東西方向的公路運輸線路見圖8.路線沿途經(jīng)過天津、包頭、銀川、蘭州、西寧，最后到達西藏.

圖8 東西方向公路走勢圖

該路線沿途可服務(wù)公司有：特變電工股份有限公司、包頭風(fēng)電項目、西藏三大水電站（波密縣波堆水電站、烏齊縣崗色水電站、吉隆縣口岸水電站）等.

4 結(jié)束語

以提高大件運輸?shù)目旖菪浴踩詾槌霭l(fā)點，結(jié)合經(jīng)濟性、可行性、時效性、擴展性4大原則，應(yīng)用多目標(biāo)最優(yōu)化方法，在全國范圍內(nèi)，優(yōu)選南北、東西方向的公路運輸路線各一條，初步形成全國的大件運輸網(wǎng)絡(luò)，為大件運輸?shù)捻樌M行提供了理論依據(jù).

［1］MODESTI P，SCIOMACHEN A.A utility measure for finding multi objective shortest paths in urban multimodal transportation networks［J］.European Jounal of Operational Research 1998，111：495－508.

［2］ZILIASKOPOULOS A，WARDELL W.An intermodal optimum path algorithm for multimodal networks with dynamic are travel times and switching delays［J］.European Journal of Operational Research，2000，125（3）：486－502.

［3］LOZANO A，STORCHI G.Shortest viable path algorithm in multimodal networks.Transportation Research PartA，2001，35：225－241.

［4］楊雪英.大件運輸：盛開在運輸領(lǐng)域中的奇葩［J］.交通世界，2006（8）：62－63.

［5］喬國會.大件貨物公路運輸線路選擇方法研究［J］.物流技術(shù)，2010（7）：55－57.

［6］張 赫.公路貨運動態(tài)配貨優(yōu)化模型研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報：交通科學(xué)與工程版，2012，36（4）：680－682.