鐵路貨物差異化運到期限計算研究

張 凱，徐 能，黎浩東，彭忞淵

（1.中國鐵路總公司 調(diào)度部，北京 100844；2.北京交通大學 交通運輸學院，北京 100044；3.中國鐵路武漢局集團有限公司 武漢北站，湖北 武漢 430301）

0 引言

我國鐵路貨物運輸采用組織型運輸模式，注重運輸能力利用和內(nèi)部組織效率，運輸規(guī)模化、集約化效應明顯，但沒有充分考慮運輸過程中的流線結(jié)合和全程銜接，貨物運輸快速性和準時性存在不足，運到期限保障率較低，不能很好地適應日益激烈的貨運市場競爭環(huán)境。直接表現(xiàn)為社會總貨運量保持了穩(wěn)定的增長，特別是“十八大”以來快遞業(yè)務量年均增長50%以上，而鐵路貨運量增速與經(jīng)濟社會發(fā)展增速不相符。現(xiàn)代物流對運輸送達時間要求己經(jīng)精確到“時”，鐵路以“日”承諾的貨物運到期限顯然己經(jīng)很難適應市場需求。優(yōu)化鐵路運輸產(chǎn)品設計，強化運輸產(chǎn)品的時效性，是提升鐵路物流服務效率與質(zhì)量的重要舉措[1]。因此，對鐵路貨物運到時限及運輸組織保障技術(shù)開展研究，對于提高鐵路貨物運輸?shù)姆账剑M而提升其競爭力等具有重要現(xiàn)實意義。

鐵路貨物運到期限的研究主要包含影響因素分析、運到期限計算與保障2個方面。關(guān)于貨物運到期限研究，趙闖等[2]分析貨物運到期限的構(gòu)成要素以及各構(gòu)成要素的影響因素；李夏苗等[3]基于主成分分析方法的原理，提出了一種分析貨物送達時間影響因素的方法；朱昌鋒[4]研究生產(chǎn)力布局調(diào)整對運到時限計算的影響；耿曉磊[5]分析了春運特點下列車在站內(nèi)的停留時間的計算方法；李夏苗等[6]從多因素角度對鐵路貨物運輸時效性進行評價分析；謝建光等[7]對承諾運到期限與實際貨物送達時間之間誤差的概率分布進行分析；朱昌鋒等[8]研究提速條件下運到期限的計算方法；劉殿興[9]提出了基于貨流起訖點（以下簡稱OD）的差異化鐵路貨物運到期限思想；程文毅[10]對考慮貨物運到時限條件下的貨運方式選擇進行了探討。在此基礎上，仍然需要針對現(xiàn)有運到期限計算方法的不足，提出差異化鐵路貨物運到期限的計算方法，包括不同OD間最短運到期限與平均運到期限值，可以為貨物承運時運到時限的承諾、行車組織時列車監(jiān)測與調(diào)控提供參考。

1 鐵路貨物差異化運到期限計算分析

1.1 鐵路貨物運到期限計算規(guī)定

為加強鐵路貨物運到期限管理，《鐵路貨物運輸規(guī)程》（鐵運[1991] 40號）對貨物運到期限具體時間進行了明確規(guī)定：一是貨物發(fā)送期間為1 d；二是貨物運輸期間每250運價公里或其未滿為1 d，按快運辦理的整車貨物每500運價公里或其未滿為1 d；三是特殊作業(yè)時間包括需要中途加冰的貨物，每加冰1次，另加1 d；運價里程超過250 km的零擔貨物和1噸、5噸型集裝箱貨物，另加2 d，超過1 000 km加3 d；質(zhì)量超過2 t、體積超過3 m3或長度超過9 m的零擔貨物及零擔危險貨物另加2 d；整車分卸貨物，每增加1個分卸站，另加1 d；準軌、米軌間直通運輸?shù)恼囏浳铮砑? d。近30年來，我國鐵路的設施設備、組織方式與手段、信息技術(shù)支撐等都發(fā)生了巨大的變化，鐵運[1991] 40號對運到期限的規(guī)定已經(jīng)完全不能滿足新形勢下貨物運輸對于服務水平的基本要求，主要存在以下方面的問題。

（1）與現(xiàn)有運輸條件不匹配。列車運行條件已經(jīng)發(fā)生巨大變化，大功率機車、大軸重貨車、更高效的裝卸作業(yè)設備、更先進的通控技術(shù)、數(shù)字化調(diào)度平臺等的運用，能夠有效支撐貨物送達速度的提升。

（2）現(xiàn)有規(guī)則核算出的運到期限對貨運組織、行車調(diào)度的參考價值較小。鐵運[1991]40號對于運到期限的計算，沒有考慮貨物全程運輸過程，如貨物裝卸條件、列車中轉(zhuǎn)次數(shù)與中轉(zhuǎn)過程等，所得計算結(jié)果不能反映作業(yè)過程，很難反饋與指導貨運組織與行車調(diào)度。

（3）現(xiàn)代物流服務時效性越來越突出，以“日”為核算單位已不能滿足現(xiàn)代物流發(fā)展的需要，需進一步細化至以“小時”為核算單位。

1.2 鐵路貨物差異化運到期限計算思路

提高貨物運到期限保障率是提升鐵路運輸服務水平、樹立鐵路服務形象的必經(jīng)之路。在借鑒北美、德國等地區(qū)與國家管理經(jīng)驗的基礎下，針對不同貨物對于運到期限的差異化需求，考慮貨物運輸全過程，應計算差異化運到期限值，為貨物承運、行車組織與調(diào)度提供研究依據(jù)。差異化運到期限計算的基本思路為：對于不同的OD，基于已有運行圖，通過選擇合適的運行線形成滿足該OD運輸需求的完整徑路，此時計算其全程作業(yè)時間則可得到不同OD可能的運到時限。受運輸組織條件、行車調(diào)度指揮等的影響，如不能嚴格按圖行車，對于同一OD在不同環(huán)境下、不同日期選擇的運行線存在差異性。因此，可以根據(jù)運行圖信息計算最快運輸時間、平均運輸時間、最長運輸時間等不同參考值，作為貨物承運時運到時限承諾、運到期限監(jiān)測預警、行車調(diào)度指揮的參考。其具體作用體現(xiàn)在以下方面。

（1）適應差異化的貨物運輸需求。在承運貨物階段，可根據(jù)貨物運輸起訖點對運到期限進行計算，進而可對托運人做出運到時間的承諾；在貨物運輸階段，按照計算的運到期限和對托運人承諾的運到時間，行車調(diào)度部門以此為依據(jù)進行科學調(diào)度。

（2）可對貨物運輸?shù)娜踢M行監(jiān)測與預警。將運到期限在貨物全過程進行分配，可得到各環(huán)節(jié)作業(yè)的關(guān)鍵時間點。基于此可實時監(jiān)測貨物在途作業(yè)過程，并在作業(yè)時間難以滿足承諾運到期限時進行預警，以及將信息反饋至調(diào)度部門，支撐各級行車調(diào)度作業(yè)，提升運到期限的保障率。

（3）支撐落實按圖行車。以運到期限保障為依據(jù)進行行車調(diào)度，理順貨流、車流、列流的關(guān)系，實現(xiàn)貨運需求、車站作業(yè)計劃、行車調(diào)度指揮與運行圖的無縫銜接，支撐落實按圖行車，逐步實現(xiàn)規(guī)劃型行車組織。

1.3 鐵路貨物差異化運到期限計算

貨物送達過程分可為裝車站裝車及等待作業(yè)過程、卸車站卸車及等待作業(yè)過程、中轉(zhuǎn)作業(yè)（有調(diào)和無調(diào)）過程以及區(qū)段旅行的過程。由于全過程中部分環(huán)節(jié)時間的不確定性，基于OD的貨物送達時間也具有一定的不確定性。這里提出基于運行圖計算運到期限最小值和計算具體OD間運到期限的平均值2種計算思路。

1.3.1 基于運行圖計算運到期限最小值

基于基本圖計算最快貨物送達運輸鏈（運輸鏈由各區(qū)段運行線連接而成），計算思路如下。

步驟1：建立網(wǎng)絡。基于運行圖定義一個有向無圈網(wǎng)絡G = （V，A）。V為節(jié)點集合，表示網(wǎng)絡中的點（運行線表示的列車始發(fā)終到點、中轉(zhuǎn)作業(yè)的到發(fā)點）。A為聯(lián)弧集合，包含運輸聯(lián)弧（運行線）、作業(yè)聯(lián)弧（包含裝卸作業(yè)聯(lián)弧、等待聯(lián)弧、中轉(zhuǎn)聯(lián)弧），聯(lián)弧權(quán)值表示裝卸車、列車運行或中轉(zhuǎn)作業(yè)耗費的時間。

步驟2：在運行圖上虛擬出O，D 2點，即可形成一個基礎的網(wǎng)絡。模擬運行圖如圖1所示。設定t1，t2，t3為3個發(fā)車時間，貨物可根據(jù)不同的中轉(zhuǎn)作業(yè)方案經(jīng)由不同路徑完成運輸。如在技術(shù)站滿足中轉(zhuǎn)接續(xù)時間標準，則建立中轉(zhuǎn)作業(yè)連接線。

圖1 模擬運行圖Fig.1 Simulated timetable

步驟3：形成網(wǎng)絡拓撲圖。將時間權(quán)值賦予在聯(lián)弧上，技術(shù)站內(nèi)直通的路徑權(quán)值賦予0，進行中轉(zhuǎn)作業(yè)則賦予中轉(zhuǎn)作業(yè)時間，路徑的總時間則是具體路徑上各聯(lián)弧權(quán)值的總和，最后可得到拓撲網(wǎng)絡圖如圖2所示。

圖2 拓撲網(wǎng)絡圖Fig.2 Network topology

搜索OD之間的最短路徑，則可得到具體OD間可實現(xiàn)運到期限的最小值。

1.3.2 OD間運到期限的平均值計算

全程運輸時間可表示為T總= T發(fā)+ T到+ T中+ T途，其中T發(fā)，T到表示裝卸及發(fā)到作業(yè)時間，T中為中轉(zhuǎn)作業(yè)時間，T途為途中運輸時間。由于裝卸及發(fā)到作業(yè)時間可根據(jù)具體裝卸作業(yè)站的時間標準進行界定，途中運輸時間為各區(qū)段運輸時間的總和，中轉(zhuǎn)作業(yè)時間由中轉(zhuǎn)作業(yè)次數(shù)、中轉(zhuǎn)作業(yè)時間、技術(shù)站某去向的發(fā)車間隔等決定，全程運輸時間的細化計算公式為

式中：fi為在i站貨物出發(fā)方向運輸服務的發(fā)車間隔時間；ti為i站中轉(zhuǎn)作業(yè)平均停留時間；tij為區(qū)段（i，j）的運行時間。

2 算例分析

2.1 運到期限計算

以京廣線（北京—廣州）為例，基于豐臺到鄭州的實績運行圖，從圖中獲取豐臺開往鄭州的列車運行數(shù)據(jù)。基于實績運行圖，按照中轉(zhuǎn)作業(yè)時間規(guī)律，選出可實現(xiàn)的中轉(zhuǎn)方案，構(gòu)建拓撲網(wǎng)絡，進行時間最短路的搜索，以及計算運到期限的均值，并對計算結(jié)果進行分析。參考基本運行圖，虛擬O，D 2點，構(gòu)建OD間運行路徑網(wǎng)絡拓撲。假定各技術(shù)站的平均中轉(zhuǎn)時間為6 h，始發(fā)和終到貨運作業(yè)整體服從正態(tài)分布。剔除修正數(shù)據(jù)后的貨物作業(yè)時間服從正態(tài)分布，正態(tài)分布的均值為62.81 min，標準差為9.893，取送車的中斷時間偏量參數(shù)取值2.5 h[9]。

（1）基于最短路的OD間運到期限計算。利用Dijkstra算法，可計算得出各區(qū)段貨物運輸運到期限的最小值，豐臺—鄭州方向各區(qū)段間最短運到期限如表1所示。需要說明的是，由于只考慮了單條線路，運行圖上部分列車運行線接續(xù)自其他線路，在技術(shù)站內(nèi)不一定會有中轉(zhuǎn)技術(shù)作業(yè)，這在網(wǎng)絡拓撲圖中難以體現(xiàn)，導致部分區(qū)段的運到時限計算值與實際會有偏差。

表1 豐臺—鄭州方向各區(qū)段間最短運到期限 hTab.1 The shortest transit timebetween each section of Fengtai—Zhengzhou

（2）OD間運到期限的平均值計算。按照公式⑴計算豐臺到鄭州的運輸時間平均值，豐臺—鄭州方向運到期限的平均值如表2所示。

表2 豐臺—鄭州方向運到期限的平均值 hTab.2 The average transit time of Fengtai—Zhengzhou

（3）按照《鐵路貨物運輸規(guī)程》計算貨物運到期限。豐臺至鄭州的里程為679 km，按照《鐵路貨物運輸規(guī)程》中貨物運到期限有關(guān)標準計算，在本算例中，若貨物以整車快運貨物辦理，每500運價公里或者未滿加1 d，發(fā)送作業(yè)加1 d，則豐臺—鄭州中各區(qū)段的貨物運到期限為3 d，區(qū)段內(nèi)按原運到期限計算（500運價公里）如表3所示。若貨物為普通整車貨物，按照250運價公里計算，則豐臺—鄭州中各區(qū)段的貨物運到期限為3 d或者4 d，區(qū)段內(nèi)按原運到期限計算（250運價公里）如表4所示。

表3 區(qū)段內(nèi)按原運到期限計算（500運價公里） hTab.3 Result calculated by the original transit timeofeach section （500 freight kilometers）

表4 區(qū)段內(nèi)按原運到期限計算（250運價公里） hTab.4 Result calculated by the original transit timeofeach section （250 freight kilometers）

2.2 計算結(jié)果分析

以豐臺—鄭州、石家莊—鄭州2個區(qū)段為例，將設計運達時間計算方法的計算結(jié)果與在《鐵路貨物運輸規(guī)程》規(guī)定的整車運輸2種計算方式下的運到期限計算結(jié)果進行對比，不同計算方式運到期限對比（豐臺—鄭州）和不同計算方式運到期限對比（石家莊—鄭州）分別如圖3、圖4所示。

通過對比4種計算方式下的運到期限，可以得到以下結(jié)論。

（1）運到期限計算值與按《鐵路貨物運輸規(guī)程》計算值有較大偏差，偏差值隨著運輸距離的增加而減小。在圖3與圖4所示的區(qū)段上，計算值都比《鐵路貨物運輸規(guī)程》計算值小，北京—石家莊區(qū)段的運到期限均值為16.54 h，《鐵路貨物運輸規(guī)程》計算值為72 h，差值為55.46 h；而北京—鄭州區(qū)段的運到期限均值計算的差值為45.54 h，差值壓縮9.92 h，與《鐵路貨物運輸規(guī)程》計算值的差異隨著運輸距離的增加逐步減小。

圖3 不同計算方式運到期限對比（豐臺—鄭州）Fig.3 Comparison on transit timeresulted from different calculation methods（Fengtai—Zhengzhou）

圖4 不同計算方式運到期限對比（石家莊—鄭州）Fig.4 Comparison on transit timeresulted from different calculation methods（Shijiazhuang—Zhengzhou）

（2）對于不同OD，其運到期限值與運輸產(chǎn)品設計相關(guān)。例如，石家莊—鄭州區(qū)段站到站最短運到期限可壓縮至不到8 h，而石家莊—新鄉(xiāng)區(qū)段最短運到期限為11.16 h。主要原因在于石家莊—鄭州區(qū)段鋪畫了X103這一服務水平較高的貨物列車運行線。

（3）改進運輸組織水平，可提升與現(xiàn)代物流行業(yè)的競爭力。德邦快遞與順豐速運等物流企業(yè)針對不同OD提供了“門到門”運到期限的參考。例如，德邦快遞汽車零擔貨物運輸，從豐臺發(fā)貨，送至鄭州二七區(qū)，選用標準快遞時，從發(fā)貨次日起算，運到時間在42 h左右；選用精準卡航運輸方式，運到時間從次日0點起算，運到時間在18 h以內(nèi)。又如順豐物流，從豐臺發(fā)貨，送至鄭州二七區(qū)，選用順豐標準快遞時，運到時間為36 h以內(nèi)。選用鐵路運輸時，從計算結(jié)果得出可實現(xiàn)時間最短路為34 h，運到期限計算平均值為50 h，可實現(xiàn)“站到站”運輸。如果接取送達環(huán)節(jié)組織得當，優(yōu)化裝卸作業(yè)以及“門到站”與“站到門”的組織，鐵路運輸服務在現(xiàn)代物流行業(yè)具有一定的競爭力。

（4）差異化OD可為貨物承運和運輸生產(chǎn)調(diào)度提供運到期限參考值。在現(xiàn)行鐵路貨物運輸組織方式下，差異化OD運到期限計算的作用主要體現(xiàn)在以下2個方面。一是在貨物承運時，可為運到期限的承諾提供參考。通過不同維度運到期限的計算，可以知道某一支OD最快的服務時間以及平均的服務時間，在這區(qū)間內(nèi)，貨物承運時可根據(jù)不同品類運輸需求、貨主不同的運輸要求、運輸費用等，給出服務承諾的參考值。二是在運輸生產(chǎn)調(diào)度過程中，計算值可作為行車調(diào)度的重要參考因素，根據(jù)列車所在位置、承運貨物的運到期限參考值、距離目的地的時間等參數(shù)，對貨物運到期限進行監(jiān)控與預警，進而制定合理的行車調(diào)度指揮措施，以最大限度地提高貨物運到期限的保障率。

3 結(jié)束語

我國鐵路貨物運輸?shù)倪\到期限保障率偏低，與貨運需求對運輸服務水平的期望存在一定差距，究其原因在于目前對貨物運到期限的計算規(guī)定的精細化程度不夠。針對該問題，結(jié)合實績運行圖采用拓撲網(wǎng)絡建模的方法，運用最短路的求解方法，求得時間準確性較高的運到期限計算值，并設計了OD間貨物運輸全程時間的均值計算公式，為實際鐵路貨物運到期限設定提供參考，并可在運輸組織過程中反饋指導行車調(diào)度。后續(xù)研究將以差異化鐵路貨物運到期限的計算值為基礎，根據(jù)列車運行狀態(tài)，研究貨物運到期限的在線監(jiān)測與預警，為提升貨物運到期限的保障率提供支撐。