基于系統動力學的鐵路貨運產品設計方法研究

曹 可，李 林，張 舵

（1.河北軌道運輸職業技術學院，河北 石家莊 050051；2.中國鐵路上海局集團有限公司 金華車務段，浙江 金華 321000；3.西南交通大學 交通運輸與物流學院，四川 成都 610031）

0 引 言

由于長期受運輸能力的限制，我國鐵路貨運產品結構一直以來相對比較簡單。在目前的市場背景下，國內諸多專家學者對貨運產品的設計開發問題提出了自己的研究思路。有些文獻[1-5]以當前客貨分線、整體路網逐步形成為背景，對鐵路貨運產品開發問題進行研究，并提出以客戶需求為導向的鐵路貨運產品設計理論。有些文獻[6-8]以當前物流產業快速發展為背景，探討了在靈活快捷的物流產業沖擊下應如何設計鐵路貨運產品以滿足市場要求。還有些文獻[9-12]在對貨運市場進行SWOT 分析的基礎上，提出了鐵路貨運產品的設計策略與產品定位。

然而已有研究成果在對貨運產品結構進行設計的時候，忽略了市場對于提高運輸效益和服務質量的迫切要求。這也導致了設計出的貨運產品無法在多樣化運輸需求的新形勢下滿足市場的要求。因此，本文摒棄了以往開放式的產品設計思路，綜合考慮運輸能力、運輸需求、服務質量以及運輸效益四個方面的因素對于貨運產品結構的影響情況，建立貨運產品結構設計的系統動力學模型流圖，通過對模型流圖結構的分析，得出貨運產品結構的設計方法。

1 鐵路貨運產品體系

目前鐵路貨運產品根據其產品特性及運輸時效性，可主要分為：高速鐵路快運產品、普通貨物列車貨運產品、貨運班列貨運產品、特種貨物定制產品及多式聯運貨運產品。

（1） 高速鐵路快運產品。高速鐵路快運產品是鐵路適應物流市場多元化運輸需求，滿足網絡經濟崛起帶來的電商快遞需求增長的積極嘗試，依托現有高速鐵路線路及動車資源，滿足經濟快遞、同城快遞服務需求，提供當日達、次晨達、次日達快遞服務。目前我國高速鐵路快運主要包括預留車廂運輸、確認車運輸、隨車運輸等運輸形式，具有產品服務網絡覆蓋我國500多個城市，時效性媲美航空運輸，安全性強于公路運輸等特點。

（2） 普通貨物列車貨運產品。普通貨物列車貨運產品是為滿足鐵路貨運需求的傳統貨運產品，需要與公路運輸、航空運輸資源整合，主要提供三至四日達的標準快運或限時運輸服務等。主要包括：滿足大宗貨物直達運輸需求的直達貨物列車及直通貨物列車等；以及滿足零散貨運需求，開行區段貨物列車或摘掛貨物列車等運輸形式。普通貨物列車貨運產品大宗貨物直達貨運產品需要建立大客戶關系，具備對運力資源要求較高的特點；而零散貨運服務產品因其貨源分散，具備時效性要求較弱等特點。

（3） 貨運班列貨運產品。貨運班列貨運產品是滿足高附加值貨運，以開行鐵路貨運班列的運輸方式滿足“站到站”、“站到門”、“門到門”的物流需求。主要包括：使用專用貨車的快速貨物班列、客運化開行模式的五定班列、用于生鮮品運輸的冷藏班列、集裝箱班列及滿足跨境電商物流服務的國際貨運班列等運輸形式。貨運班列貨運產品開行列車按客車要求編制列車運行圖，優化路徑，正點率高，具備高效、快捷、客車化等特點。

（4） 特種貨物定制產品。我國鐵路特種貨物主要包括：危險品貨物、冷藏貨物、超長超重貨物、汽車、出口貨物以及過境貨物等，其運輸要求必修嚴格遵守《鐵路危險貨物運輸管理規則》的有關規定。特種貨物定制產品是滿足我國特殊貨物物流需求，為客戶（網絡電商、快遞企業、貨運代理、生產制造企業等） 量身定制的鐵路高等級貨運產品，需要根據貨物不同的性能，采取不同的運輸措施，目前主要包括：用于冷鏈運輸服務的冷藏貨物列車、超限貨物列車及小汽車班列等運輸形式。特種貨物定制產品單獨托運，重點看管，穩固包裝，標志鮮明，全程做到監裝監卸，具備定制化等特點。

（5） 多式聯運貨運產品。多式聯運貨運產品是適應滿足貨運便捷高效穩定要求，從而實現最大化提高貨運效率，整合鐵路、航空、公路運輸能力，實現多樣化市場需求與多元化運輸資源的無縫銜接。目前我國鐵路依靠電子商務平臺積極提供兩端延伸貨運服務，力爭實現電子運單一站式全程服務。

五類貨運產品的特點各不相同，具有不同的適用條件。在進行貨運產品結構設計時，不能單純以貨物品類為依據對每類貨運產品的開行數量進行判斷，需要在決策時綜合考慮多種影響因素，在合理分配運力資源的條件下充分滿足運輸需求。

2 鐵路貨運產品結構影響因素

進行鐵路貨運產品結構優化主要工作是分析貨運產品結構與外部影響因素間的相互關系，實現產品體系內各類貨運產品的數量優化及品質提升。鐵路貨運產品結構四個主要影響因素分別為：運輸需求、運力資源、服務質量和運輸效益。

（1） 運輸需求。目前，鐵路貨運市場大宗貨物需求不斷遞增，同時網絡電商快遞需求加大，為適應物流市場發展，鐵路貨運產品需要發揮中長途運輸優勢，滿足穩定大客戶的重點運輸需求，優化鐵路大宗貨物運輸這類成熟的貨運產品。同時，需要進一步開發適應快運需求變化的創新型貨運產品。

（2） 運力資源

①鐵路路網能力。隨著高速鐵路路網發展、既有線路站場技術改造和綜合交通樞紐建設推進，我國高速鐵路骨干運輸網基本形成，高鐵路網能力提升，為高速鐵路快運產品提供了更多可能性。同時，既有路網能力一定程度上也得到加強與釋放，貨運通道運輸格局發生變化，貨運產品的開行比例有所增加，尤其是貨運班列貨運產品增加，對貨運產品結構有了一定程度的優化和改善。

②機車車輛能力。機車為列車動能來源，牽引力、速度等技術指標直接影響貨物運輸效率及能力。車輛為裝載貨物設備，其性能變化會嚴重影響貨運產品結構。機車車輛設備效能提升不僅加大了特種貨物定制產品開行數量，也會進一步完善貨運產品結構。

（3） 服務質量。服務質量是企業發展的核心競爭力，貨主選擇具體運輸產品時需要綜合考量經濟、時效、便捷、安全、過程透明等因素。鐵路需要不斷優化貨運產品結構，提升服務質量，促進鐵路貨運的競爭力與吸引力。開辟、穩定貨運市場，設計延伸性較強的增值服務及多式聯運產品，全面提升鐵路貨運產品的服務質量。

（4） 運輸效益。構建鐵路運輸效益評價體系包含貨物發送量、貨運收入、貨主滿意度、貨運設備資源優化配置、服務國家戰略社會影響、促進區域經濟發展程度、減少道路擁堵及事故損失等指標，分別從經濟效益和社會效益兩大方面反映鐵路運輸效益。鐵路作為企業需要經濟效益保障，同時也要最大程度追求社會效益。鐵路貨運服務需要為企業大客戶服務，確保運力運量，穩定企業生產，同時需要合理降低成本、增加收益。貨運產品還需要考量服務國家戰略及區域經濟、綠色環保、減少道路擁堵及事故等社會效益。

運力資源、運輸需求、服務質量和運輸效益這四個方面的因素不僅相互影響，其內部也有著復雜的邏輯關系，處理起來十分復雜。因此，本文引入系統動力學的理論對貨運產品結構的影響因素進行梳理。

3 系統動力學模型

系統動力學（System Dynamics, SD） 是由Forrester提出的一種以反饋控制理論為基礎的系統分析方法，可對社會經濟問題進行定性和定量的分析。從原理上看，系統動力學的模型模擬是一種結構——功能模擬，通過模擬外部因素變化對內部結構所產生的影響分析系統功能，主要用于研究信息反饋結構中各變量隨時間演變的規律，在處理具有多重反饋的復雜時變系統問題時可以在計算機輔助下抓住結構變化的因和果，有效解決問題。由于鐵路貨運產品結構影響因素眾多，反饋信息復雜，因此本文引用系統動力學理論對鐵路貨運產品結構設計進行模擬。由于各變量間的定量關系過于復雜，本文在構建系統動力學模型時僅展現出各變量之間的邏輯關系，借助Vensim 軟件的分析功能，提出貨運產品結構的設計方法。

3.1 因果關系分析。因果關系分析旨在理解整個系統的結構機制，借助因果關系可以對系統進行定性的分析，也是為構建系統動力學模型打下堅實的基礎。

某種鐵路貨運產品的開行數量與該種貨運產品對應的運輸需求、運力資源、貨運產品體系的服務質量以及運輸效益這四個影響因素息息相關。為了方便表述，本模型用路網能力和機車車輛運輸能力這兩個水平變量來表示運力資源水平，用經濟效益和社會效益這兩個水平變量來表示運輸效益水平，各水平變量之間的相互關系如圖1 所示。在本模型中，認為某種貨運產品的開行數量是由機車車輛運輸能力、路網能力、該貨運產品的運輸需求及其經濟效益所直接決定的，該貨運產品開行數量的多少會帶來不同的社會效益，而貨運產品體系的服務質量將影響運輸需求。

3.2 模型流圖設計。通過對貨運產品結構的影響因素進行分析，基于圖1，運用系統動力學原理，將各影響因素之間的邏輯關系利用模型流圖表示出來，如圖2 所示。

圖1 貨運產品結構設計因果關系圖

圖2 鐵路貨運產品設計系統動力學模型流圖

4 鐵路貨運產品設計方法

在貨運產品結構設計系統動力學流圖（圖2） 中，各影響因素間關系復雜，也正是由于這個原因，在以往對貨運產品進行設計時考慮的因素往往比較片面。而借助Vensim 軟件，可對圖2 中各影響因素的關系進行梳理，進而對貨運產品的設計提供理論依據。例如，當考慮貨運產品開行數量時，利用Vensim 軟件分析出所有包含貨運產品開行數量的反饋回路。

當設計貨運產品時，可根據回路所涉及到的影響因素的變化趨勢來判斷需要增多還是減少該類貨運產品。如當考慮“鐵路所占市場份額”影響時，可在所有回路中找出包含“鐵路所占市場份額”的反饋回路，如圖3、圖4 所示。

圖3 反饋回路（1）

圖4 反饋回路（2）

可以發現，這兩條反饋回路均為正反饋回路。也就是說，當鐵路所占市場份額增長時，應提高該類貨運產品的開行數量。同理，可以通過類似的循環回路分析針對提高服務質量、加強社會效益等目標進行設計。

5 結 論

鐵路貨運產品設計是一個非常復雜的問題，目前尚缺乏有效的設計方法。本文對眾多影響因素進行了梳理，建立了鐵路貨運產品設計系統動力學模型流圖，通過分析流圖中的反饋回路對貨運產品進行設計。本文所提出的基于系統動力學的貨運產品設計方法直觀有效，具有較好地推廣性和實用性。但是，由于數據過于龐大，影響因素間關系過于復雜，此方法仍然不能實現對設計目標的定量求解，在接下來的工作中需要進一步完善。