基于Anylogic的高鐵快運(yùn)物流基地運(yùn)營仿真評價(jià)優(yōu)化研究

許植深，唐 力，于雪嶠，徐 妍

(中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081)

我國電商快遞物流市場的持續(xù)快速增長及高速鐵路路網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，為我國高鐵快運(yùn)業(yè)務(wù)發(fā)展提供了先決條件和重要支撐。為滿足大批量高鐵快運(yùn)需求，我國多個城市均在積極謀劃高鐵快運(yùn)物流基地建設(shè)[1]，并開展了前期設(shè)計(jì)工作，但缺乏對運(yùn)營階段作業(yè)效率及設(shè)施設(shè)備配置的相關(guān)研究。針對典型的高鐵快運(yùn)物流基地布局方案，在確定評價(jià)指標(biāo)及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Anylogic仿真軟件，對不同場景下高鐵快運(yùn)物流基地物流資源運(yùn)用水平及運(yùn)營服務(wù)水平進(jìn)行仿真評價(jià)，通過評價(jià)指標(biāo)值與評價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的比較，不斷優(yōu)化物流資源配置參數(shù)，直到評價(jià)指標(biāo)值處于合理范圍，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的目的，對高鐵快運(yùn)物流基地優(yōu)化科學(xué)評價(jià)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制訂具有重要意義。

1 高鐵快運(yùn)物流基地運(yùn)營評價(jià)

為最大化利用高鐵快運(yùn)專用動車組載運(yùn)空間，參照航空貨運(yùn)專用集裝器(以下簡稱“集裝器”)，以高鐵快運(yùn)專用集裝器作為基本載運(yùn)單元，主要對高鐵快運(yùn)物流基地集裝器作業(yè)進(jìn)行仿真評價(jià)優(yōu)化。

1.1 高鐵快運(yùn)物流基地作業(yè)流程

對標(biāo)高端快遞物流服務(wù)商及航空貨運(yùn)作業(yè)現(xiàn)狀，結(jié)合鐵路貨場包裝成件功能區(qū)作業(yè)流程，在高鐵快運(yùn)專用動車組直達(dá)運(yùn)輸模式下[2-3]，設(shè)計(jì)高鐵快運(yùn)物流基地間的高鐵快運(yùn)物流基地作業(yè)流程。高鐵快運(yùn)物流基地作業(yè)流程圖如圖1所示。

圖1?高鐵快運(yùn)物流基地作業(yè)流程圖Fig.1 Operation flow chart of high-speed railway express logistics center

發(fā)送作業(yè)流程：汽車將集裝器送達(dá)高鐵快運(yùn)物流基地，在汽車裝卸區(qū)進(jìn)行卸車作業(yè)，在集裝器安檢區(qū)進(jìn)行安檢、稱重、掃碼、貼標(biāo)作業(yè)，進(jìn)入集裝器轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)按照集裝器發(fā)送方向進(jìn)行分揀并暫存，暫存后按作業(yè)計(jì)劃進(jìn)行站臺搬運(yùn)作業(yè)，待高鐵快運(yùn)動車組到達(dá)后進(jìn)行裝車作業(yè)，列車按圖運(yùn)行出發(fā)。

到達(dá)作業(yè)流程：高鐵快運(yùn)動車組到達(dá)卸車站臺后，在高鐵快運(yùn)裝卸站臺進(jìn)行卸車作業(yè)，并搬運(yùn)至?xí)捍鎱^(qū)進(jìn)行集結(jié)和暫存，待汽車到達(dá)后，將集裝器進(jìn)行裝車作業(yè)，由汽車裝載出發(fā)。

1.2 高鐵快運(yùn)物流基地功能布局

根據(jù)高鐵快運(yùn)物流基地作業(yè)流程及規(guī)劃中高鐵快運(yùn)物流基地設(shè)計(jì)方案[4-7]，提出標(biāo)準(zhǔn)化高鐵快運(yùn)物流基地功能布局方案。高鐵快運(yùn)物流基地由高鐵快運(yùn)裝卸站臺、高鐵快運(yùn)裝卸線及站臺末端作業(yè)區(qū)組成，高鐵快運(yùn)裝卸站臺承擔(dān)集裝器的站臺搬運(yùn)及高鐵快運(yùn)專用動車組裝卸作業(yè)，在高鐵快運(yùn)裝卸站臺末端分別設(shè)置到達(dá)發(fā)送汽車停靠區(qū)、汽車裝卸區(qū)、集裝器安檢區(qū)和集裝器轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)，承擔(dān)汽車裝卸、安檢、分撥等作業(yè)。高鐵快運(yùn)物流基地功能布局及作業(yè)流程對應(yīng)示意圖如圖2所示。

高鐵快運(yùn)裝卸線：高鐵快運(yùn)裝卸線線路標(biāo)準(zhǔn)與動車段所相同，可以滿足高鐵快運(yùn)專用動車組停靠及接發(fā)車需求，多條裝卸線平行布置。

高鐵快運(yùn)裝卸站臺：高鐵快運(yùn)裝卸站臺采用低站臺布置形式，確保集裝器搬運(yùn)裝備高度與高鐵快運(yùn)動車組內(nèi)地板高度相同，站臺可以根據(jù)需求選擇島式或側(cè)式形式，對標(biāo)航空作業(yè)，采用智能拖車進(jìn)行集裝器站臺搬運(yùn)裝卸作業(yè)[8]。

發(fā)送汽車停靠區(qū)及到達(dá)汽車停靠區(qū)：供作業(yè)車輛停靠進(jìn)行汽車裝卸作業(yè)，汽車停車位尺寸滿足快遞企業(yè)常用作業(yè)車輛停靠需求。

圖2?高鐵快運(yùn)物流基地功能布局及作業(yè)流程對應(yīng)示意圖Fig.2 Functional layout and operation process of high-speed railway express logistics center

發(fā)送汽車裝卸區(qū)及到達(dá)汽車裝卸區(qū)：供智能電動叉車進(jìn)行集裝器汽車裝卸作業(yè)。

集裝器安檢區(qū)：進(jìn)行發(fā)送集裝器安檢作業(yè)，配置有集安檢、稱重、掃碼等功能于一體的安檢集成裝備。

發(fā)送集裝器轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)及到達(dá)集裝器轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)：提供集裝器分揀、暫存作業(yè)區(qū)域。

1.3 高鐵快運(yùn)物流基地運(yùn)營評價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

高鐵快運(yùn)業(yè)務(wù)主要產(chǎn)品為當(dāng)日達(dá)、次晨達(dá)、次日達(dá)等高端快運(yùn)產(chǎn)品，其核心競爭力在于高運(yùn)輸時(shí)效，因此高效場站是產(chǎn)品競爭優(yōu)勢的重要支撐，也是建設(shè)專業(yè)化高鐵快運(yùn)物流基地的主要原因。為確保高鐵快運(yùn)物流基地設(shè)備配置能夠支撐其高效運(yùn)營，同時(shí)保證作業(yè)資源不過度浪費(fèi)，參考鐵路物流基地評價(jià)指標(biāo)[9-10]和快遞企業(yè)作業(yè)需求確定高鐵快運(yùn)物流基地設(shè)計(jì)方案仿真評價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)值。高鐵快運(yùn)物流基地設(shè)計(jì)方案評價(jià)對象為各作業(yè)端設(shè)施設(shè)備和人員利用情況，以此確定不同作業(yè)量下的資源匹配度情況。高鐵快運(yùn)物流基地設(shè)計(jì)方案仿真評價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1?高鐵快運(yùn)物流基地設(shè)計(jì)方案仿真評價(jià)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Simulation evaluation index and standard of high-speed railway express logistics center design program

2 基于Anylogic的高鐵快運(yùn)物流基地運(yùn)營仿真模型

2.1 高鐵快運(yùn)物流基地運(yùn)營仿真邏輯

根據(jù)高鐵快運(yùn)物流基地作業(yè)流程與仿真流程，高鐵快運(yùn)物流基地仿真系統(tǒng)包括高鐵快運(yùn)動車組到發(fā)子系統(tǒng)、汽車到發(fā)子系統(tǒng)和集裝器作業(yè)子系統(tǒng)。

（1）高鐵快運(yùn)動車組到發(fā)子系統(tǒng)。高鐵快運(yùn)動車組到發(fā)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)列車在高鐵快運(yùn)裝卸站臺的到發(fā)、裝卸車作業(yè)，高鐵快運(yùn)動車組分為空車和重車到達(dá)，高鐵快運(yùn)動車組選擇到達(dá)股道、到達(dá)站臺后，執(zhí)行裝車或卸車作業(yè)，裝卸車作業(yè)完畢后，根據(jù)不同去向分為離開動車所和前往存車場。高鐵快運(yùn)動車組到發(fā)子系統(tǒng)邏輯流程圖如圖3所示。

（2）汽車到發(fā)子系統(tǒng)。汽車到發(fā)子系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)汽車的到發(fā)、裝卸作業(yè)，根據(jù)是否裝載貨物可以將汽車分為空車和重車，根據(jù)汽車型號可以分為9.6 m廂式貨車和13.6 m半掛車，重車進(jìn)入汽車卸車區(qū)進(jìn)行卸車，作業(yè)完畢后離開基地，空車進(jìn)入汽車裝車區(qū)進(jìn)行裝車，作業(yè)完畢后離開基地。汽車到發(fā)子系統(tǒng)邏輯流程圖如圖4所示。

（3）集裝器作業(yè)子系統(tǒng)。集裝器作業(yè)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)集裝器在基地內(nèi)的安檢、暫存、搬運(yùn)等作業(yè)，集裝器作業(yè)包括汽車裝卸區(qū)作業(yè)、安檢區(qū)作業(yè)、轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)作業(yè)、拖車站臺搬運(yùn)作業(yè)等，整個仿真系統(tǒng)圍繞集裝器的各類作業(yè)流程進(jìn)行運(yùn)作。集裝器作業(yè)子系統(tǒng)邏輯流程圖如圖5所示。

2.2 高鐵快運(yùn)物流基地運(yùn)營智能體

圖3?高鐵快運(yùn)動車組到發(fā)子系統(tǒng)邏輯流程圖Fig.3 Logical flow chart of train arrival and departure subsystem

圖4?汽車到發(fā)子系統(tǒng)邏輯流程圖Fig.4 Logical flow chart of automobile arrival and departure subsystem

圖5?集裝器作業(yè)子系統(tǒng)邏輯流程圖Fig.5 Logical flow chart of container operation subsystem

智能體是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真的基本對象，是進(jìn)行各類作業(yè)的主體，各智能體具備不同的參數(shù)，基于上述高鐵快運(yùn)物流基地各功能區(qū)及設(shè)施設(shè)備配置，確定智能體主要包括：汽車卸貨人員、卸貨汽車、安檢儀人員、安檢儀、搬運(yùn)人員、暫存區(qū)、拖車、高鐵快運(yùn)動車組、汽車裝貨人員、裝貨汽車以及集裝器等。智能體之間通過各類事件相互關(guān)聯(lián)，主要事件包括：汽車卸車、汽車裝車、安檢作業(yè)、拖車站臺裝卸車、集裝器裝卸列車、轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)搬運(yùn)等。集裝器智能體是仿真系統(tǒng)的核心仿真對象，整個仿真流程圍繞集裝器的各類作業(yè)執(zhí)行，分別經(jīng)歷了汽車卸貨、安檢、暫存、高鐵快運(yùn)動車組裝卸車、汽車裝貨等環(huán)節(jié)。仿真智能體設(shè)置如圖6所示。

2.3 高鐵快運(yùn)物流基地運(yùn)營仿真參數(shù)設(shè)置

仿真參數(shù)可以分為固定參數(shù)和可變參數(shù)，仿真參數(shù)的設(shè)置對仿真結(jié)果影響極大。固定參數(shù)包括集裝器容量、人員走行速度等不可變動的參數(shù)，可變參數(shù)包括人員數(shù)量、汽車到發(fā)頻率、安檢儀數(shù)量等可以變動的參數(shù)，通過可變參數(shù)的調(diào)整可以達(dá)到優(yōu)化方案的效果。通過理論分析和對實(shí)際情況的調(diào)研，確定仿真實(shí)驗(yàn)中各主要輸入?yún)?shù)的初始輸入值。高鐵快運(yùn)物流基地設(shè)計(jì)方案參數(shù)取值如表2所示。

圖6?仿真智能體設(shè)置Fig.6 Setting of simulation agents

表2?高鐵快運(yùn)物流基地設(shè)計(jì)方案參數(shù)取值Tab.2 Parameter setting of design scheme for high-speed railway express logistics center

3 高鐵快運(yùn)物流基地運(yùn)營案例分析

參照國內(nèi)某規(guī)劃中高鐵快運(yùn)物流基地布局方案、需求預(yù)測及開行方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行高鐵快運(yùn)物流基地仿真實(shí)驗(yàn)。其中高鐵快運(yùn)物流基地功能布局方案見圖2，基地中設(shè)置2座側(cè)式裝卸站臺及2條裝卸線，并在裝卸站臺尾端設(shè)置各功能區(qū)。考慮高鐵快運(yùn)動車組開行需要避讓旅客列車和天窗維修時(shí)間，高鐵快運(yùn)動車組開行時(shí)間通常設(shè)置在4 : 00以后及19 : 00以后，因此單次仿真時(shí)長選擇4 h為1個周期。

3.1 高鐵快運(yùn)物流基地運(yùn)營仿真過程

對高鐵快運(yùn)物流基地快件到發(fā)量分別為35萬t/a、61萬t/a、123萬t/a進(jìn)行多次仿真模擬，并調(diào)整相關(guān)參數(shù)進(jìn)行方案優(yōu)化，得到仿真優(yōu)化前、優(yōu)化后的結(jié)果。評價(jià)指標(biāo)仿真優(yōu)化前、優(yōu)化后比較如表3所示。從表3可以看出，當(dāng)快件到發(fā)量為35萬t/a時(shí)，汽車卸車人員利用率、安檢人員利用率、安檢儀平均利用率、轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)人員利用率評價(jià)指標(biāo)仿真值過小，通過調(diào)整汽車裝車人員數(shù)量為3人、安檢人員數(shù)量為2人和安檢儀數(shù)量為2臺、暫存區(qū)人員數(shù)量為5人進(jìn)行方案改善，優(yōu)化后的方案評價(jià)指標(biāo)仿真值符合標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)快件到發(fā)量為61萬t/a時(shí)，各項(xiàng)主要指標(biāo)均在合理范圍內(nèi)，因此采用推薦參數(shù)取值；當(dāng)快件到發(fā)量為123萬t/a時(shí)，汽車裝車人員利用率、安檢人員利用率、安檢儀平均利用率、轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)人員利用率評價(jià)指標(biāo)過大，通過調(diào)整汽車裝車人員數(shù)量為6人、安檢人員數(shù)量為6人、安檢儀數(shù)量為6臺、轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)人員數(shù)量為9人進(jìn)行方案改善，優(yōu)化后的方案評價(jià)指標(biāo)仿真值符合標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)表3結(jié)果，改變年運(yùn)量，進(jìn)行多次仿真實(shí)驗(yàn)，得出不同運(yùn)量下滿足作業(yè)時(shí)間要求的合理人員設(shè)備配置情況。不同運(yùn)量下合理的人員設(shè)備配置如表4所示。

3.2 仿真結(jié)果分析

根據(jù)上述仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，繪制人員設(shè)備配置與運(yùn)量關(guān)系折線圖，可發(fā)現(xiàn)合理人員設(shè)備配置數(shù)量與年運(yùn)量基本呈線性關(guān)系，經(jīng)擬合得到汽車裝車人員/卸車人員的合理配置數(shù)量與年運(yùn)量的關(guān)系為：汽車裝/卸車人員數(shù)量= 0.032×年運(yùn)量+ 2.17；安檢人員/安檢儀的合理配置數(shù)量與年運(yùn)量的關(guān)系為：安檢人員/安檢儀數(shù)量= 0.045×年運(yùn)量+ 0.55；暫存區(qū)作業(yè)人員的合理配置數(shù)量與年運(yùn)量的關(guān)系為：暫存區(qū)作業(yè)人員數(shù)量= 0.044×年運(yùn)量+ 3.55。人員設(shè)備配置與運(yùn)量關(guān)系折線圖如圖7所示。

4 結(jié)束語

高鐵快運(yùn)物流基地作為高鐵快運(yùn)業(yè)務(wù)的承載體，合理的人員及設(shè)備配置是場站作業(yè)效率及產(chǎn)品時(shí)效的重要保障。基于仿真技術(shù)的高鐵快運(yùn)物流基地運(yùn)營評價(jià)優(yōu)化能夠?qū)ξ锪髻Y源運(yùn)用水平和物流服務(wù)水平進(jìn)行有效評價(jià)，為優(yōu)化改進(jìn)設(shè)施設(shè)備配置提供數(shù)據(jù)支撐，對提升高鐵快運(yùn)物流基地建設(shè)投資效益具有重要意義。由于該仿真的關(guān)鍵參數(shù)取值具有較強(qiáng)的主觀性，部分設(shè)施設(shè)備技術(shù)參數(shù)沒有最終確定，對仿真結(jié)果造成一定影響，因此，還應(yīng)進(jìn)一步明確評價(jià)指標(biāo)及仿真參數(shù)取值，以實(shí)現(xiàn)高鐵快運(yùn)物流基地仿真評價(jià)優(yōu)化工作的客觀性和準(zhǔn)確性。

表3?評價(jià)指標(biāo)仿真優(yōu)化前、優(yōu)化后比較Tab.3 Comparison of evaluation indexes before and after simulation optimization

表4?不同運(yùn)量下合理的人員設(shè)備配置Tab.4 Reasonable allocation of stuff and equipment under different freight volume

圖7?人員設(shè)備配置與運(yùn)量關(guān)系折線圖Fig.7 Line chart of relationship between stuff and equipment allocation and freight volume