李立，路征遠(yuǎn)，王立強(qiáng)，胡志垚

（1. 山東鐵路建設(shè)投資有限公司，山東 濟(jì)南 250098；2. 中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300251）

路網(wǎng)空車(chē)調(diào)配效率綜合評(píng)價(jià)模型研究

李立1，路征遠(yuǎn)1，王立強(qiáng)2，胡志垚2

（1. 山東鐵路建設(shè)投資有限公司，山東 濟(jì)南 250098；2. 中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300251）

充分考慮鐵路路網(wǎng)中空車(chē)調(diào)配的必要性，分析空車(chē)調(diào)配的影響因素，確定評(píng)價(jià)空車(chē)調(diào)配效率的指標(biāo)體系，建立空車(chē)調(diào)配效率模糊綜合評(píng)價(jià)模型。利用該模型對(duì)太原鐵路局管內(nèi)的空車(chē)調(diào)配效率進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，提出保證空車(chē)調(diào)配效率的措施，改善路網(wǎng)中空車(chē)的周轉(zhuǎn)效率，對(duì)提高鐵路貨物運(yùn)輸質(zhì)量有重要意義。

空車(chē)調(diào)配；效率；指標(biāo)體系；模糊綜合評(píng)價(jià)

0 引言

空車(chē)調(diào)配是鐵路貨物運(yùn)輸過(guò)程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，空車(chē)調(diào)配的優(yōu)劣直接影響路網(wǎng)中車(chē)輛的運(yùn)用效率、需求的滿(mǎn)足程度以及運(yùn)輸?shù)木夥€(wěn)定[1]。目前，一般通過(guò)簡(jiǎn)化運(yùn)輸問(wèn)題建立模型求解空車(chē)調(diào)配效率[2]，這種方法在編制空車(chē)調(diào)整計(jì)劃時(shí)很有參考價(jià)值，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中空車(chē)調(diào)配受很多因素影響，存在許多不確定約束條件。程學(xué)慶等將時(shí)間窗約束引入空車(chē)調(diào)配問(wèn)題，進(jìn)行了相關(guān)研究[3]；梁棟等將車(chē)種代用引入了空車(chē)調(diào)配問(wèn)題，并建立多階段優(yōu)化模型[4-5]。這些研究是在原運(yùn)輸問(wèn)題的基礎(chǔ)上引入一個(gè)或多個(gè)新的約束進(jìn)行分析研究，但對(duì)影響空車(chē)調(diào)配的因素分析較少，未對(duì)所有因素做出綜合評(píng)價(jià)?？哲?chē)調(diào)配過(guò)程應(yīng)在分析路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，綜合考慮運(yùn)輸能力、裝卸車(chē)條件、車(chē)種代用、機(jī)車(chē)車(chē)輛運(yùn)用等因素，滿(mǎn)足鐵路效益最大化、路網(wǎng)調(diào)配路徑最合理、貨主滿(mǎn)意度最優(yōu)化等目標(biāo)。而在實(shí)際過(guò)程中，由于鐵路運(yùn)輸?shù)木窒扌裕哲?chē)調(diào)配難以兼顧各類(lèi)影響因素、實(shí)現(xiàn)所有目標(biāo)，且已有研究并未形成一個(gè)系統(tǒng)的理論對(duì)空車(chē)調(diào)配過(guò)程進(jìn)行分析，無(wú)法判斷空車(chē)調(diào)配是否在總體上達(dá)到最優(yōu)，因此在建立合理模型的基礎(chǔ)上，對(duì)空車(chē)的調(diào)配效率進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)成為空車(chē)調(diào)配過(guò)程中必不可少的一部分。通過(guò)對(duì)空車(chē)調(diào)配的原則與目標(biāo)進(jìn)行深入分析，總結(jié)空車(chē)調(diào)配過(guò)程中的主要影響因素，提出一個(gè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，引入模糊理論，建立綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)路網(wǎng)空車(chē)調(diào)配的效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)一步完善空車(chē)調(diào)配環(huán)節(jié)。

1 空車(chē)調(diào)配效率指標(biāo)體系

在路網(wǎng)中，當(dāng)車(chē)站卸車(chē)數(shù)大于裝車(chē)數(shù)時(shí)，必然有一定的卸后空車(chē)向站外排出，而當(dāng)車(chē)站卸車(chē)數(shù)小于裝車(chē)數(shù)時(shí)，需從其他空車(chē)產(chǎn)生地調(diào)配。按照路網(wǎng)重空車(chē)平衡的原則對(duì)路網(wǎng)中的空車(chē)進(jìn)行調(diào)配，其過(guò)程見(jiàn)圖1[6]。

圖1 路網(wǎng)中空車(chē)調(diào)配過(guò)程

空車(chē)調(diào)配主要有以下原則：

（1）按照最短或最經(jīng)濟(jì)的徑路調(diào)配空車(chē)；

（2）盡量自大量空車(chē)產(chǎn)生地直接調(diào)配到裝車(chē)地，組織空車(chē)直達(dá)，減少不必要的中轉(zhuǎn)及改編作業(yè)，正確處理路網(wǎng)排空與地方空車(chē)調(diào)配的關(guān)系；

（3）充分采用車(chē)種代用，避免不必要的空車(chē)對(duì)流；

（4）照顧廠(chǎng)礦生產(chǎn)，保證排空，改善貨車(chē)運(yùn)用指標(biāo)，合理組織固定使用的循環(huán)車(chē)組；

（5）經(jīng)濟(jì)地利用機(jī)車(chē)車(chē)輛，合理使用線(xiàn)路、車(chē)站通過(guò)能力和改編作業(yè)能力，注意車(chē)輛集結(jié)條件；

（6）通過(guò)重空協(xié)同優(yōu)化方案選擇空車(chē)方向，在排空站利用本地貨源裝載成重車(chē)來(lái)替代空車(chē)走行，這些重車(chē)到達(dá)接空站卸空后再用于裝車(chē)，這種重空調(diào)配協(xié)同優(yōu)化可以稱(chēng)為“以重代空”。

對(duì)空車(chē)調(diào)配過(guò)程及調(diào)配原則進(jìn)行分析，總結(jié)空車(chē)調(diào)配的主要優(yōu)化目標(biāo)以及影響空車(chē)調(diào)配效率的主要因素，確定空車(chē)調(diào)配效率評(píng)價(jià)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，主要包括：

（1）路網(wǎng)空車(chē)調(diào)配供需平衡原則；

（2）路網(wǎng)以重代空的最大運(yùn)量；

（3）路網(wǎng)機(jī)車(chē)車(chē)輛的合理利用；

（4）空車(chē)產(chǎn)生地與裝車(chē)地的裝卸車(chē)能力利用率；

（5）路網(wǎng)各區(qū)段的運(yùn)輸能力；

（6）路網(wǎng)中產(chǎn)生空車(chē)對(duì)流的情況；

（7）路網(wǎng)技術(shù)作業(yè)站改編作業(yè)能力；

（8）路網(wǎng)車(chē)種代用產(chǎn)生的效益；

（9）空車(chē)調(diào)配過(guò)程的走行路徑。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分

路網(wǎng)中空車(chē)調(diào)配的優(yōu)化目標(biāo)主要包括：鐵路效益最大化、路網(wǎng)調(diào)配路徑合理化和貨主滿(mǎn)意度最優(yōu)化，根據(jù)各目標(biāo)的主次程度分配權(quán)重值，最后綜合確定空車(chē)調(diào)配評(píng)價(jià)等級(jí)。在空車(chē)調(diào)配過(guò)程中，如果優(yōu)先滿(mǎn)足貨主的裝車(chē)要求，需盡快調(diào)配空車(chē)到裝車(chē)地，組織裝車(chē)地直達(dá)列車(chē)或由摘掛列車(chē)送到技術(shù)作業(yè)站，但這種情況下的調(diào)配路徑并不一定是最合理的方案；如果為追求鐵路效益的最大化，期望空車(chē)走行費(fèi)用最小以節(jié)約成本，這將導(dǎo)致所有空車(chē)調(diào)配的路徑均按供需站之間的最短路徑進(jìn)行調(diào)配，從而造成路網(wǎng)流量的不均衡分配，部分區(qū)段的車(chē)流量極易超過(guò)線(xiàn)路允許的最大通過(guò)能力，使運(yùn)輸組織工作喪失機(jī)動(dòng)性；如果通過(guò)最合理的路網(wǎng)調(diào)配路徑對(duì)空車(chē)進(jìn)行調(diào)配，其方案可能造成空車(chē)裝車(chē)或運(yùn)輸時(shí)間不能滿(mǎn)足貨主要求，從而造成鐵路貨源流失。通過(guò)分析，對(duì)各優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行加權(quán)，確定最終的評(píng)價(jià)等級(jí)V。一般情況下，按照權(quán)重分析將評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為高、中、低3級(jí)：高級(jí)表示調(diào)配效率基本已達(dá)到最優(yōu)；中級(jí)表示調(diào)配過(guò)程還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間；低級(jí)表示綜合調(diào)配效率不高，需要進(jìn)一步完善。

3 模糊綜合評(píng)價(jià)模型

由于空車(chē)調(diào)配過(guò)程復(fù)雜，各鐵路局和鐵路運(yùn)輸公司在制定方案時(shí)側(cè)重點(diǎn)不同，所需優(yōu)化的目標(biāo)也存在差異，且在實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中，空車(chē)調(diào)配量存在波動(dòng)性，其過(guò)程難以通過(guò)明確的參數(shù)來(lái)表述，因此引入模糊數(shù)學(xué)理論對(duì)空車(chē)調(diào)配效率進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析[6]。

首先確定路網(wǎng)中空車(chē)調(diào)配效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系：U=｛u1，u2，…，um｝；然后綜合分析效率評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)：V=｛v1，v2，…，vn｝；最后采用分段交叉的模糊三角隸屬度函數(shù)表示評(píng)價(jià)指標(biāo)ui對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)vj的隸屬度ri=（ri1，ri2，…，rin），i=1，2，…，m，其中=1[7]。建立如下隸屬度函數(shù)[7]：

式中：x為效率指標(biāo)；a為三級(jí)效率指標(biāo)；b為二級(jí)效率指標(biāo)；c為一級(jí)效率指標(biāo)。

從而計(jì)算所有評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)矩陣：

引入權(quán)重向量A=（a1，a2，…，am），表示評(píng)價(jià)指標(biāo)U=｛u1，u2，…，um｝的權(quán)重，模糊變換可以表示為：C=A°°R=（b1，b2，…，bn），表示評(píng)價(jià)結(jié)果的優(yōu)劣程度。式中：C為綜合評(píng)價(jià)向量，反映評(píng)價(jià)結(jié)果的優(yōu)劣程度；°o為模糊算子，采用加權(quán)平均進(jìn)行計(jì)算。在決定各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度時(shí)，既考慮到單一評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)的影響，又考慮所有評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合影響[7]。該模型即為評(píng)價(jià)路網(wǎng)空車(chē)調(diào)配效率的綜合評(píng)價(jià)模型。

4 實(shí)例分析

選取太原鐵路局管內(nèi)的一段路網(wǎng)對(duì)所建模型進(jìn)行驗(yàn)證。太原鐵路局管內(nèi)各主要空車(chē)需求站和供應(yīng)站之間的路網(wǎng)關(guān)系見(jiàn)圖2，空車(chē)需求站和供應(yīng)站的空車(chē)需求量和供應(yīng)量分別見(jiàn)表1、表2。路網(wǎng)中空車(chē)總需求量為1 889輛，供應(yīng)量為2 142輛，空車(chē)供應(yīng)量大于需求量。

北河流和茶塢分別為石太線(xiàn)和大秦線(xiàn)上的中間站，每天會(huì)產(chǎn)生大量空車(chē)，向局管內(nèi)其他空車(chē)需求站排空；修文、曲沃、臨汾等站每天產(chǎn)生少量空車(chē)，需要排空；呂梁、古交、玉門(mén)溝、口泉等站為主要貨運(yùn)裝車(chē)站，每天需要大量空車(chē)，需要由其他空車(chē)供應(yīng)站調(diào)配空車(chē)到該站。整體來(lái)看，局管內(nèi)路網(wǎng)空車(chē)供應(yīng)量大于空車(chē)需求量。在空車(chē)調(diào)配的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)空車(chē)走行距離太長(zhǎng)、資源浪費(fèi)等情況，所以針對(duì)路網(wǎng)的實(shí)際情況建立空車(chē)調(diào)配效率的綜合評(píng)價(jià)模型，評(píng)價(jià)鐵路局管內(nèi)空車(chē)的調(diào)配效率，進(jìn)一步優(yōu)化空車(chē)調(diào)配計(jì)劃[7]。

圖2 太原鐵路局管內(nèi)空車(chē)需求站、供應(yīng)站路網(wǎng)關(guān)系

表1 太原鐵路局管內(nèi)空車(chē)需求站空車(chē)需求量 輛

表2 太原鐵路局管內(nèi)空車(chē)供應(yīng)站空車(chē)供應(yīng)量 輛

4.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

參照前文所述，對(duì)太原鐵路局管內(nèi)路網(wǎng)空車(chē)調(diào)配效率的影響因素進(jìn)行分析，按順序確定路網(wǎng)中空車(chē)調(diào)配效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系U。

4.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分

分析太原鐵路局管內(nèi)空車(chē)調(diào)配的主要優(yōu)化目標(biāo)：鐵路效益最大化、路網(wǎng)調(diào)配路徑最合理和貨主滿(mǎn)意度最優(yōu)化，按照加權(quán)分析法對(duì)各優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行處理?？紤]到太原鐵路局以煤炭貨運(yùn)為主，所以?xún)?yōu)先考慮貨主滿(mǎn)意度，然后考慮路網(wǎng)調(diào)配路徑最合理，最后考慮鐵路效益最大化。不同等級(jí)下對(duì)各目標(biāo)的加權(quán)分析見(jiàn)表3，綜合分析各優(yōu)化目標(biāo)，將評(píng)價(jià)等級(jí)劃分為V=｛v1，v2，v3｝=｛高，中，低｝[7]。

表3 不同等級(jí)下各目標(biāo)的加權(quán)分析 %

4.3 指標(biāo)權(quán)重的確定

根據(jù)上述分析，采用層次分析法和專(zhuān)家調(diào)查9標(biāo)度法來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重。首先根據(jù)各影響因素的重要程度對(duì)其主觀(guān)打分，之后加權(quán)取平均值，最后對(duì)其進(jìn)行歸一化計(jì)算[6]。

根據(jù)專(zhuān)家組經(jīng)驗(yàn)對(duì)太原鐵路局管內(nèi)影響空車(chē)調(diào)配過(guò)程的主要因素進(jìn)行打分，其結(jié)果見(jiàn)表4的關(guān)系比較矩陣B。

通過(guò)層次分析法對(duì)B計(jì)算，各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重為：（0.074，0.042，0.024，0.135，0.024，0.077，0.279，0.198，0.147）。

4.4 模糊綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)上述模糊理論對(duì)太原鐵路局管內(nèi)的空車(chē)調(diào)配效率進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。由于各指標(biāo)體系均采用3級(jí)評(píng)價(jià)等級(jí)，所以在分析過(guò)程中對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)均采用相同的隸屬度函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

首先按模糊理論將評(píng)價(jià)等級(jí)量化，標(biāo)準(zhǔn)化向量為α=（100，75，50），可按3個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)進(jìn)行劃分，其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。

然后建立不同等級(jí)下的隸屬度函數(shù)：

表4 空車(chē)調(diào)配指標(biāo)關(guān)系比較矩陣 B

表5 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1級(jí)隸屬度函數(shù)：

2級(jí)隸屬度函數(shù)：

3級(jí)隸屬度函數(shù)：

不同評(píng)價(jià)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的權(quán)重在一定程度上體現(xiàn)了該指標(biāo)在整個(gè)評(píng)價(jià)體系中所占的比重值，也反映了該因素在空車(chē)調(diào)整過(guò)程中的影響程度，所以評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值可以作為評(píng)價(jià)等級(jí)的效率指標(biāo)[7]。將該權(quán)重值放大5倍進(jìn)行處理：（0.370，0.210，0.120，0.675，0.120，0.385，1.395，0.990，0.735）。

根據(jù)所求出的隸屬度建立一個(gè)不同評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度矩陣：

將該隸屬度矩陣標(biāo)準(zhǔn)化：

根據(jù)前述計(jì)算得到的A，求得空車(chē)調(diào)配效率的綜合評(píng)價(jià)向量C=AR=（0.469，0.251，0.280）。

按標(biāo)準(zhǔn)化向量α=（100，75，50）進(jìn)行數(shù)值轉(zhuǎn)化，計(jì)算太原鐵路局管內(nèi)空車(chē)調(diào)配效率的綜合評(píng)分為72.298。根據(jù)R和α進(jìn)一步計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，其結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

對(duì)太原鐵路局管內(nèi)空車(chē)調(diào)配效率的結(jié)果進(jìn)行分析，空車(chē)調(diào)配效率綜合評(píng)分為72.298，按照等級(jí)劃分，46.9%屬于高級(jí)，25.1%屬于中級(jí)，28.0%屬于低級(jí)。根據(jù)最大隸屬度原則，太原鐵路局管內(nèi)空車(chē)調(diào)配效率屬于適中水平，還有進(jìn)一步提高的空間，可以通過(guò)提高路網(wǎng)中以重代空的運(yùn)量、減少空車(chē)對(duì)流、合理分配路網(wǎng)中的運(yùn)輸能力等措施進(jìn)一步優(yōu)化和完善。

5 結(jié)束語(yǔ)

空車(chē)調(diào)配是鐵路貨物運(yùn)輸組織過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，直接影響編組計(jì)劃的編制，同時(shí)對(duì)運(yùn)輸各環(huán)節(jié)都有一定影響。因此對(duì)空車(chē)調(diào)配效率進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)價(jià)，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)調(diào)配方案做出一定的修改和完善，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，對(duì)提高鐵路貨物運(yùn)輸效率有重要意義。

[1] 宋建業(yè)，謝金寶. 鐵路行車(chē)組織基礎(chǔ)[M]. 北京：中 國(guó)鐵道出版社，2003.

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責(zé)任編輯 李鳳玲

On Comprehensive Model for Evaluating the Efciency of Distribution of Empty Cars on Railway Network

LI Li1，LU Zhengyuan1，wANG Liqiang2，HU Zhiyao2
（1. Shandong Railway Construction Investment Co Ltd，Ji’nan Shandong 250098，China；2. China Railway Design Corporation，Tianjin 300251，China）

By fully considering the necessity of empty car distribution on railway network, this paper analyzes factors infuencing the efciency of empty car distribution, determines the index system to evaluate the efciency of empty car distribution, and establishes a fuzzy comprehensive evaluation model of empty car distribution efciency on railway network. The model is then adopted to evaluate the efciency of empty car distribution by Taiyuan Railway Administration within its operating area, and the measures to ensure the efciency of empty car distribution are put forward to increase the turnover efciency of empty car on the railway network. The paper enjoys an important practical signifcance in improving the quality of freight transport for railway.

empty car distribution；efciency；index system；fuzzy comprehensive evaluation

U292

：A

：1001-683X（2017）06-0048-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.06.048

2017-03-24

李立（1972—），男，山東鐵路建設(shè)投資有限公司副總經(jīng)理。

王立強(qiáng)（1972—），男，高級(jí)工程師。

E-mail：14917134@qq.com