集裝箱多站組裝班列最晚發(fā)車條件調(diào)配研究

梁力東，葉國(guó)慶

(1. 中國(guó)鐵路廣州局集團(tuán)有限公司 貨運(yùn)處，廣東 廣州 510088；2. 中國(guó)鐵路廣州局集團(tuán)有限公司 廣州貨運(yùn)中心，廣東 廣州 510450)

0 引言

我國(guó)鐵路集裝箱運(yùn)輸始于20世紀(jì)50年代[1]，由于其具有管理標(biāo)準(zhǔn)化程度高、貨物運(yùn)輸安全性好、裝卸作業(yè)速度快等優(yōu)勢(shì)[2]，在20世紀(jì)90年代后便進(jìn)入了發(fā)展的高峰期，2017年鐵路集裝箱運(yùn)量同比增長(zhǎng)達(dá)到37%，預(yù)計(jì)2020年集裝箱運(yùn)輸比例將達(dá)到鐵路總貨運(yùn)量的20%[3]。為了實(shí)現(xiàn)集裝箱的增運(yùn)上量，鐵路部門(mén)不僅大量購(gòu)置20 ft集裝箱、40 ft集裝箱、冷藏箱和中歐班列專用集裝箱等[4]，同時(shí)還對(duì)自備箱上路運(yùn)輸、集裝箱海鐵聯(lián)運(yùn)、集裝箱“公轉(zhuǎn)鐵”運(yùn)輸?shù)冉o予很大的支持。當(dāng)前，鐵路部門(mén)提供的集裝箱運(yùn)輸種類主要有“門(mén)到門(mén)”“門(mén)到站”“站到站”“站到門(mén)”。當(dāng)前中國(guó)鐵路廣州局集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“廣鐵集團(tuán)”)始發(fā)的集裝箱跨局快運(yùn)班列大多采取“門(mén)到站”的運(yùn)輸方式。

在集裝箱運(yùn)輸方面，鐵路部門(mén)開(kāi)行了多種適應(yīng)市場(chǎng)需求的集裝箱列車[5]。按運(yùn)輸速度分為120 km/h的集裝箱班列、80 km/h的集裝箱班列、80 km/h的集裝箱其他列車；按運(yùn)輸形式分為國(guó)際聯(lián)運(yùn)集裝箱班列、鐵水聯(lián)運(yùn)集裝箱班列、多式聯(lián)運(yùn)集裝箱班列；按運(yùn)輸距離分為集裝箱跨局班列、集裝箱局管內(nèi)班列[3]。目前，長(zhǎng)三角、珠三角間開(kāi)行集裝箱跨局快運(yùn)班列共計(jì)5列/d，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足物流市場(chǎng)需求，經(jīng)常臨時(shí)加開(kāi)80 km/h的集裝箱班列往返于長(zhǎng)三角和珠三角間。

集裝箱跨局快運(yùn)班列的開(kāi)行，將長(zhǎng)三角、珠三角間的鐵路運(yùn)輸時(shí)間壓縮到約30 h。但是，由于集裝箱跨局快運(yùn)班列嚴(yán)格受到開(kāi)行時(shí)刻、跨局車底、裝車站點(diǎn)作業(yè)線能力等多種因素的限制，導(dǎo)致集裝箱跨局快運(yùn)班列難以準(zhǔn)點(diǎn)開(kāi)出，從而在很多情況下需要重新規(guī)劃臨時(shí)性的運(yùn)行徑路和時(shí)間，對(duì)鐵路正常的運(yùn)輸秩序有著一定的影響。集裝箱裝卸車站點(diǎn)由于存在跨局車底到發(fā)、調(diào)配不均衡等情況，導(dǎo)致客戶異地調(diào)箱成本大，同時(shí)難以確保準(zhǔn)時(shí)到達(dá)新的裝車站點(diǎn)，容易出現(xiàn)等個(gè)別箱影響整趟班列晚點(diǎn)現(xiàn)象[6]。根據(jù)《關(guān)于2018年鐵路第二階段列車運(yùn)行圖調(diào)整的通知》中貨物列車的開(kāi)行方案可知，長(zhǎng)三角、珠三角間開(kāi)行的集裝箱跨局快運(yùn)班列裝車數(shù)要求在30 ～ 50車之間，目前珠三角地區(qū)的各鐵路車站單條作業(yè)線絕大多數(shù)都不能一次性裝卸車達(dá)到30車以上。因此，最經(jīng)濟(jì)的方式為多站聯(lián)合裝車，不僅符合物流市場(chǎng)貨源結(jié)構(gòu)的分布規(guī)律，也可以減輕鐵路站點(diǎn)的裝卸能力。

綜上分析，在保障班列滿足開(kāi)行條件、客戶利益最大化的前提下，提出鄰近鐵路站點(diǎn)聯(lián)合組織集裝箱跨局班列開(kāi)行的思路，并針對(duì)客戶每天裝箱站點(diǎn)不固定和裝車數(shù)不固定的情況，結(jié)合跨局車底在各個(gè)站存留不一的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，提出靈活的裝車方案。

1 集裝箱跨局快運(yùn)班列多站點(diǎn)裝車數(shù)配給參數(shù)分析

1.1 集卡短駁運(yùn)輸費(fèi)用及運(yùn)輸時(shí)間

隨著近年來(lái)集裝箱運(yùn)輸?shù)难该桶l(fā)展[7]，鐵路接取送達(dá)服務(wù)也日益完善，推行發(fā)送集裝箱“門(mén)到站”服務(wù)受到跨局快運(yùn)班列客戶的歡迎。目前，鐵路通用集裝箱主要以20 ft和40 ft通用集裝箱為主。根據(jù)長(zhǎng)三角和珠三角現(xiàn)有班列開(kāi)行的實(shí)際情況，將以40 ft通用集裝箱為例，分析集卡短駁運(yùn)輸費(fèi)用及運(yùn)輸時(shí)間，集裝箱和集卡的質(zhì)量按50 t的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行牽引。由于集卡種類繁多，耗油量和折舊率等也不盡相同，考慮到集卡主要是各個(gè)站點(diǎn)輻射范圍內(nèi)進(jìn)行短駁運(yùn)輸，影響因素主要是物流裝箱站點(diǎn)與鐵路裝車站點(diǎn)的距離、油耗成本和高速公路耗費(fèi)成本等。

1.2 鐵路裝車站點(diǎn)跨局車底存留及裝車組織

集裝箱跨局快運(yùn)班列與其他貨運(yùn)班列不同之處在于，首先，跨局快運(yùn)班列的車底主要是集裝箱專用平板車和集裝箱兩用平板車，不得使用敞車裝運(yùn)集裝箱；其次，跨局車底在使用前需要進(jìn)行嚴(yán)格檢查，除了到期扣修外，其他損傷也不得編入跨局快運(yùn)班列；第三，跨局車底一般情況下僅限集裝箱跨局快運(yùn)班列使用，如需另作他用，必須取得鐵路局集團(tuán)公司調(diào)度所同意。因此，跨局車底一般在裝卸車站點(diǎn)停留的時(shí)間較短，而且基本是按照循環(huán)組織班列套用跨局車底。

根據(jù)上述原則，跨局車底存留數(shù)的公式為

式中:Pi為跨局車底存留數(shù)；Pi-1為前一日跨局車底存留數(shù)；Ni為當(dāng)日終到的跨局車底數(shù)量；Mi為外站調(diào)運(yùn)的跨局車底數(shù)量；Di為本站跨局車底的需求數(shù)。

集裝箱跨局快運(yùn)班列為小編組運(yùn)輸組織，裝車數(shù)保持在30 ～ 50車不等，一般物流淡季(珠三角地區(qū)為5—8月)裝車數(shù)達(dá)到35車左右即可為“滿編”狀態(tài)，中歐班列要求裝車數(shù)在41 ～ 50輛左右。根據(jù)既有鐵路線路的設(shè)計(jì)，重量達(dá)到2 500 t或換長(zhǎng)達(dá)到70即為“滿編”。反之，到達(dá)班列執(zhí)行同一標(biāo)準(zhǔn)。

由于集裝箱跨局快運(yùn)班列基本為雙向?qū)﹂_(kāi)，因而本站有到發(fā)的跨局車底，基本是優(yōu)先滿足本站的跨局班列裝車數(shù)，如果數(shù)量不夠再進(jìn)行補(bǔ)充或多余的可以調(diào)配到外站裝車。從跨局車底到達(dá)—跨局車底按集裝箱貨物線要求進(jìn)行解體—集裝箱集結(jié)—重新編組新的始發(fā)班列—新的集裝箱跨局快運(yùn)班列發(fā)車等簡(jiǎn)單的“到、解、集、編、發(fā)”的時(shí)間最短為3 h，即到達(dá)的跨局車底至少經(jīng)過(guò)3 h才能重新投入使用。如果是調(diào)配過(guò)來(lái)的空車，一般完成一批裝車作業(yè)的時(shí)間最短為2 h。

2 集裝箱跨局快運(yùn)班列多站點(diǎn)裝車數(shù)配給模型

2.1 簡(jiǎn)化模型參數(shù)

由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況比較復(fù)雜，導(dǎo)致模型難以找到合適的解法，因而需要對(duì)部分實(shí)際參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化，得出一個(gè)較優(yōu)的裝車方案。

（1）目前珠三角地區(qū)江高鎮(zhèn)、三眼橋等站點(diǎn)均有跨局車底到發(fā)，但根據(jù)客戶需求，目前長(zhǎng)三角、珠三角間的跨局班列主要在棠溪、石龍、常平等站點(diǎn)有裝車。因此，將其他站點(diǎn)的跨局車底使用情況當(dāng)作“黑箱系統(tǒng)”處理(即其他方向的集裝箱跨局快運(yùn)班列除跨局車底影響外，其他因素均不影響長(zhǎng)三角、珠三角間集裝箱跨局快運(yùn)班列的開(kāi)行)，指定站點(diǎn)所缺車底均由江村編組站提供。開(kāi)行各個(gè)站點(diǎn)的小運(yùn)轉(zhuǎn)均為一站直達(dá)，中間不受到任何其他的運(yùn)輸組織干擾。

圖1 多站點(diǎn)裝車數(shù)分配模型示意圖Fig.1 The diagram of a model of container loading allocation at multiple stations

（2）短駁運(yùn)輸?shù)募b箱不受道路擁堵的限制，從物流節(jié)點(diǎn)到鐵路站點(diǎn)的汽運(yùn)距離全部按高速路段進(jìn)行處理。集卡行駛速度不受道路環(huán)境的影響，運(yùn)行時(shí)間固定，輪胎耗費(fèi)和車輛折舊等費(fèi)用在此忽略不計(jì)。

（3）鐵路站點(diǎn)單箱卸裝及調(diào)車的最短時(shí)間為1 h，而且不受裝卸線和貨場(chǎng)能力的限制，不存在卸不上、裝不上的情況。

（4）對(duì)于出現(xiàn)到達(dá)本站的班列存在跨局車底不得新編的情況時(shí)，車站組織甩車的時(shí)間忽略不計(jì)，默認(rèn)到達(dá)班列的跨局車底能用，但是到達(dá)和江村結(jié)余的跨局車底數(shù)要大于總裝車數(shù)，即扣除跨局車底到期等情況的車底的補(bǔ)充。

（5）各貨源站點(diǎn)允許裝載多趟班列，貨源充足，按客戶現(xiàn)有的裝車配額綜合分配各個(gè)貨源站點(diǎn)的重箱量，并且默認(rèn)不存在站點(diǎn)裝箱的情況，全部由物流園裝箱站點(diǎn)完成，所裝貨物均滿足適箱貨物要求。

（6）班列接續(xù)時(shí)間和取送時(shí)間按定量予以折減，不受各個(gè)鐵路站點(diǎn)編組和調(diào)機(jī)能力的限制。

根據(jù)上述簡(jiǎn)化的參數(shù)，多站點(diǎn)裝車數(shù)分配模型示意圖如圖1所示。

2.2 構(gòu)建基于各站點(diǎn)最晚發(fā)車最優(yōu)裝車數(shù)配給調(diào)配模型

0-1整數(shù)規(guī)劃因其簡(jiǎn)單實(shí)用，在線路設(shè)計(jì)、工廠選址、生產(chǎn)計(jì)劃安排、旅行購(gòu)物、背包問(wèn)題、人員安排等方面有較為廣泛的應(yīng)用。在所構(gòu)建的多站點(diǎn)組裝班列的模型中，針對(duì)單個(gè)集裝箱只能去往一個(gè)鐵路裝車站點(diǎn)，并只能從該裝車站點(diǎn)中選擇其中一列跨局快運(yùn)班列的問(wèn)題，提出最優(yōu)的0-1整數(shù)規(guī)劃配給模型。

由于鐵路站場(chǎng)實(shí)行的是24小時(shí)不間斷的作業(yè)，班列一般按周開(kāi)行，因此，模型選擇的周期也為1周，其中0 ～ 24 h為第1天，24 ～ 48 h為第2天，后續(xù)依次類推，班列的每天到達(dá)時(shí)間也一次疊加24 h。

式中:Z為“門(mén)到站”條件下全程運(yùn)輸集裝箱的費(fèi)用；Ci(i = 1，2，…，n)為汽運(yùn)接駁的每公里第i種費(fèi)用；opkai為p裝箱站點(diǎn)第k個(gè)集裝箱到達(dá)a裝車站點(diǎn)裝第i趟班列；Lpkai為p裝箱站點(diǎn)第k個(gè)集裝箱到達(dá)a裝車站點(diǎn)裝第i趟班列的汽運(yùn)接駁距離；Xai為a裝車站點(diǎn)裝i趟班列的單箱運(yùn)費(fèi)；Dai為a裝車站點(diǎn)裝i趟班列的集裝箱數(shù)量；op為p裝箱站點(diǎn)總的裝箱數(shù)；Dmini和Dmaxi分別為滿足i班列開(kāi)行的限制裝車最小值和最大值；tpkai為p裝箱站點(diǎn)第k個(gè)集裝箱到達(dá)a裝車站點(diǎn)裝上第i趟班列的最晚裝箱完畢時(shí)間；tpa為p裝箱站點(diǎn)到達(dá)a裝車站點(diǎn)汽運(yùn)時(shí)間；tai為a裝車站點(diǎn)始發(fā)i班列最晚時(shí)間；t1為i站點(diǎn)必要作業(yè)時(shí)間；Hac-1為前一天a站點(diǎn)結(jié)存的跨局車底；Had為到達(dá)a站點(diǎn)跨局車底；Hd為調(diào)配到 a站點(diǎn)的跨局車底；Hy為a站點(diǎn)其他班列需要的跨局車底；tad為到達(dá)a站點(diǎn)跨局車底的時(shí)間；td為調(diào)配到a站點(diǎn)的跨局車底的時(shí)間；t2為使用到達(dá)跨局車底的裝卸時(shí)間；t3為使用調(diào)配跨局車底的裝車時(shí)間；N為非負(fù)整數(shù)。

其中，公式 ⑴ 表示客戶按“門(mén)到站”組織托運(yùn)時(shí)，全程運(yùn)費(fèi)最小為目標(biāo)約束；公式 ⑵ 表示裝箱站點(diǎn)發(fā)往各站點(diǎn)各方向的集裝箱等于該站點(diǎn)總的裝箱數(shù)；公式 ⑶ 表示所有裝箱站點(diǎn)裝某方向的裝箱數(shù)總和等于各個(gè)裝車站點(diǎn)裝該方向的裝車數(shù)總和；公式 ⑷ 表示某方向班列開(kāi)行裝車數(shù)的限制條件；公式 ⑸ 表示所有裝箱站點(diǎn)最晚集卡接取時(shí)間加上到某站點(diǎn)的途中運(yùn)輸時(shí)間小于等于班列發(fā)車時(shí)間減去裝車站點(diǎn)必要作業(yè)時(shí)間；公式 ⑹ 表示某裝車站點(diǎn)的裝車數(shù)小于等于該站存留的跨局車底數(shù)加上到達(dá)的跨局車底加上調(diào)配的跨局車底減去其他跨局班列占用的跨局車底；公式 ⑺ 表示到達(dá)的車底加上裝卸時(shí)間小于等于班列發(fā)車時(shí)間減去裝車站點(diǎn)必要的作業(yè)時(shí)間；公式 ⑻ 表示調(diào)配的車底加上裝車時(shí)間小于等于班列發(fā)車時(shí)間減去裝車站點(diǎn)必要的作業(yè)時(shí)間；公式 ⑼ 表示裝車站點(diǎn)每組箱至多只能編入一趟班列；公式 ⑽ 表示裝箱站點(diǎn)所裝的每組箱至多只能到達(dá)一個(gè)鐵路裝車站點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的一趟班列。

3 實(shí)例分析

3.1 裝箱點(diǎn)選擇

隨機(jī)選擇已有集裝箱跨局快運(yùn)班列貨源站點(diǎn)中的9個(gè)，并將直接進(jìn)廠裝箱的貨源也劃歸到鄰近的貨源站點(diǎn)中，所裝貨物均滿足快運(yùn)班列適箱貨物要求。選取的裝箱站點(diǎn)至裝車鐵路站點(diǎn)距離及集卡運(yùn)輸時(shí)間如表1所示。

（1）根據(jù)50 t集卡每百公里的油耗為50 L，柴油價(jià)格按2018年7月2日廣州市0號(hào)柴油價(jià)格6.91元/L進(jìn)行計(jì)算，可得50 t集卡每公里油耗花費(fèi)為3.455元，即取C1= 3.455。

（2）高速公路單位通行成本廣東省暫定為C2=0.12 元 /(t·km)。

3.2 裝車點(diǎn)的選擇

當(dāng)前鐵路辦理的品類主要有整車、集裝箱、批量快運(yùn)和零散快運(yùn)。由于珠三角地區(qū)公路、航空網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)，目前廣鐵集團(tuán)主要以辦理整車、集裝箱和批量快運(yùn)為主。

長(zhǎng)三角、珠三角兩地間的貨物經(jīng)貿(mào)往來(lái)頻繁。長(zhǎng)三角核心省市江蘇、浙江、上海均開(kāi)行往返珠三角核心城市廣州、東莞、佛山等地的集裝箱跨局快運(yùn)班列。根據(jù)已經(jīng)制定的集裝箱班列開(kāi)行方案，始發(fā)終到珠三角城市的集裝箱跨局快運(yùn)班列經(jīng)停站均在2個(gè)站。較為穩(wěn)定往返珠三角、長(zhǎng)三角間的集裝箱跨局快運(yùn)班列有:棠溪、常平至閔行，三眼橋、常平至嘉興。此外，還有長(zhǎng)興南至石龍、棠溪的單向集裝箱跨局快運(yùn)班列。

表1 選取的裝箱站點(diǎn)至裝車鐵路站點(diǎn)距離及集卡運(yùn)輸時(shí)間Tab.1 The distances between the selected encasement stations and the loading railway stations and the time of truck transportation

由于每天始發(fā)到達(dá)的集裝箱跨局快運(yùn)班列數(shù)量略有不同，但基本維持在30 ～ 50車的小編組進(jìn)行開(kāi)行。棠溪、石龍、常平開(kāi)行長(zhǎng)三角、珠三角間的圖定集裝箱跨局快運(yùn)班列如表2所示。

表2 棠溪、石龍、常平開(kāi)行長(zhǎng)三角、珠三角間的圖定集裝箱跨局快運(yùn)班列Tab.2 The inter-bureau container express trains running between the yangtze and pearl river

江村編組站是珠三角地區(qū)惟一的路網(wǎng)性編組站，進(jìn)出珠三角地區(qū)的上行班列都需要在江村進(jìn)行中轉(zhuǎn)，下行班列主要在龍川北區(qū)域性編組站進(jìn)行列檢。由于棠溪、石龍、常平鐵路貨運(yùn)站點(diǎn)與江村編組站之間開(kāi)行的小運(yùn)轉(zhuǎn)列車最多，一般情況下，各站所缺的跨局車底一般由江村統(tǒng)一調(diào)撥使用，上述站點(diǎn)所缺跨局車底將全部由江村編組站進(jìn)行集結(jié)開(kāi)行小運(yùn)轉(zhuǎn)送抵。時(shí)間將按正常的圖定時(shí)間進(jìn)行開(kāi)行，裝卸車數(shù)實(shí)行定量分配，而且全部為物流節(jié)點(diǎn)裝箱送達(dá)鐵路站點(diǎn)進(jìn)行裝車。

3.3 結(jié)果比較

根據(jù)選擇的裝箱站點(diǎn)城市貨源結(jié)構(gòu)及運(yùn)量情況，選取珠三角發(fā)往長(zhǎng)三角地區(qū)2列班列作為案例進(jìn)行分析。物流園裝箱站點(diǎn)一周內(nèi)發(fā)往長(zhǎng)三角地區(qū)的集裝箱數(shù)量如表3所示。

根據(jù)上述現(xiàn)有的分配情況，使用Dijkatra算法和Floyd算法[8]求解比較復(fù)雜，因此，借助Lingo軟件依次代入求得新解。模型求解的珠三角發(fā)往長(zhǎng)三角班列裝車數(shù)分配表如表4所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，以及長(zhǎng)三角、珠三角間往返集裝箱跨局快運(yùn)班列的開(kāi)行情況，采用跨局車底套用的模式基本滿足長(zhǎng)三角、珠三角間班列的正常運(yùn)用。根據(jù)模型的計(jì)算結(jié)果可知，使用多站組的方式進(jìn)行裝車時(shí)，2列班列每周的總運(yùn)輸費(fèi)用為1 457 844元，而2列班列僅在棠溪站裝車時(shí)運(yùn)輸費(fèi)用為1 461 928元，每周則節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用4 084元，全年可以節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用約22萬(wàn)元。盡管2列班列在石龍和常平站裝車時(shí)運(yùn)輸費(fèi)用較組合裝車時(shí)有所節(jié)省，但由于2站跨局車底運(yùn)用不足，需靠其他站調(diào)運(yùn)跨局車底補(bǔ)充，但這樣導(dǎo)致耗費(fèi)的其他成本遠(yuǎn)超過(guò)運(yùn)輸成本。因此，采用多站組合的方式能夠在跨局車底運(yùn)用和運(yùn)輸成本等方面取得一個(gè)綜合較優(yōu)的解決辦法。

表3 裝箱站點(diǎn)一周內(nèi)發(fā)往長(zhǎng)三角地區(qū)的集裝箱車數(shù)輛Tab.3 The number of containers transported to the yangtze river delta region within one week from encasement stations

表4 模型求解的珠三角發(fā)往長(zhǎng)三角班列裝車數(shù)分配表輛Tab.4 The allocation of express train containers from the pearl river delta to the yangtze river delta aquired from the model

4 結(jié)束語(yǔ)

集裝箱跨局快運(yùn)班列與煤炭、礦石等“黑貨”班列最大的不同是貨源不穩(wěn)定，因而必須由多個(gè)站點(diǎn)共同組裝，以保障集裝箱跨局快運(yùn)班列的常態(tài)化開(kāi)行。在面臨裝箱站點(diǎn)每天裝箱數(shù)和裝車站點(diǎn)每天可運(yùn)用的跨局車底存留數(shù)不固定的實(shí)際情況下，基于集裝箱跨局快運(yùn)班列在滿足開(kāi)行條件下制定裝箱站點(diǎn)與裝車站點(diǎn)的最佳匹配模型，旨在實(shí)現(xiàn)客戶利益的最大化，同時(shí)解決站點(diǎn)之間有箱無(wú)車和有車無(wú)箱的不均衡問(wèn)題。在0-1整數(shù)規(guī)劃模型的控制下，根據(jù)裝箱完畢時(shí)間與班列始發(fā)時(shí)間的間隙，在裝車站點(diǎn)跨局車底存車數(shù)限制的條件下，實(shí)現(xiàn)整列班列多站裝車數(shù)的最優(yōu)分配，為跨局車底空車調(diào)配和重箱調(diào)運(yùn)問(wèn)題提供了一個(gè)解決思路。