貨運車站物流效率多指標優化方法研究

吳志偉，孔垂云，鐘立民，黃永亮，高 達

（1. 中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081；2. 國家鐵路智能運輸系統工程技術研究中心，北京 100081）

自2016年至2021年，全國鐵路貨運總發送量由333 186萬t增長至477 372萬t，全國鐵路貨運總周轉量由23 792.26億t·km增長至33 238.00億t·km[1]。鐵路物流在迅速發展的同時，對物流效率的追求也越來越迫切。鐵路貨運票據電子化的實施，將紙質單據替換為電子單據，顯著增強了鐵路貨運系統間的數據交互能力[2]。2021年實施的中國鐵路95306貨運電子商務系統網站升級項目，顯著增強了客戶服務能力，提高了貨物承運效率。作為鐵路物流的起點和終點，貨運車站（簡稱：車站）擔負著貨物承運、到達、交付等物流的核心環節，其物流效率得到了越來越多的關注。

影響鐵路貨運效率的因素較多，主要包括：貨車利用效率、場站規劃、技術設備條件、信息化水平、運輸組織水平、運輸模式及超限車的開行等[3-4]。對現有的3 000多個車站全部進行改造來實現效率升級既不現實也無必要，且各車站限制物流效率的原因各不相同，改造后效率提升情況不同，能承受的升級代價也不同[5]。

針對車站物流效率優化的研究主要包括兩個方面：（1）研究建立大型物流園或對主要鐵路物流節點車站進行完全改造升級，實現鐵路物流整體效率的提升，包括物流園選址研究、車站布局研究等[4-6]，但無法解決大多數現有貨運站的效率優化問題；（2）進行包括裝卸設備在內的設備自動化升級，倉儲的自動化、智能化升級，作業信息化改造和配套的業務流程優化[7-8]。但上述優化方法大都需要人工來分析確定是否需升級，或全部進行升級改造，很難按照每個車站現有情況安排優化方法[9-11]。本文基于車站物流作業流程，構建了多指標車站物流效率優化模型，并通過實際數據展示優化過程，為車站物流效率優化提供技術支持。

1 一般貨運車站物流作業流程

一般貨運車站物流作業流程如圖1所示。車站主要作業流程是以車輛到達和貨物進站開始，以車輛出發和貨物出門驗放結束[2,7]。主要又可分為車輛進站卸車過程和車輛裝車出站過程。（1）車輛進站卸車過程為：車輛到站后，若是空車則不需進行卸車操作，若為重車，則通過接車對位或路企交接執行入線，待車輛卸前檢查等操作后開始卸車；貨物卸完后，即可通過通知取車和路企交接執行出線；出線后，車輛即等待下一次裝貨；貨物則執行交付作業，最后出門驗放，貨物出站。（2）車輛裝車出站過程與車輛進站卸貨過程相反，貨物在車站裝車后離開車站；專用線作業與貨場作業流程稍有不同，但主要是作業環節先后順序和作業地點區別。

圖1 車站物流作業流程

2 物流效率多指標優化方法

2.1 物流效率優化分析

車站物流各作業環節的效率優化有多種方式：（1）可通過增加足夠長度和數量的作業線來提高貨場自動化水平和存儲空間、優化作業線布局、添加自動化的裝卸設備來實現；（2）可通過調整作業人員、升級信息系統、提前編制計劃等方式來實現；（3）可通過添加高清貨檢設備，加快貨檢、車檢速度，減少排隊等待時間等方式來實現。

車站物流效率受限于基礎設施、車站組織作業能力和車站網絡調度能力。無論優化基礎設施，還是優化組織作業或布局，都是具體實施方法。為了構建更有效、更具有指導性的優化方法，可通過構建車站物流效率優化指標來分析和表述效率優化，并通過指標來比較、分析車站物流效率瓶頸，進而通過現有的優化方式來對車站進行效率優化。

2.2 物流效率優化構成及限制

為評估車站物流效率優化效果，尋找可優化的車站及其物流單元，可通過對車站物流效率優化構成及限制進行分析，從而獲取多個優化指標。在此基礎上，綜合分析多個優化指標，構建車站物流效率優化方法。

設某車站C有m個物流單元，則其車站流程可表示為向量x=(x1,x2,···,xm)T，其中，xi表示該車站第i個物流單元。

設優化前效率指標為a，則a=(a1,a2,···,am)T，其中，ai表示物流單元xi優化前的效率情況。設優化后效率指標為b，則b=(b1,b2,···,bm)T，其中，bi表示物流單元xi優化后的效率情況。則可用bi-ai表示物流單元xi優化前后效率的增益情況。

對車站C的m個物流單元，可將車站物流單元xi是否優化表示為fi∈{0,1},i∈{1,2,···m} 。設車站平均作業量指標為p，則有p=(p1,p2,···,pm)T，其中，pi表示物流單元xi平均作業量。由此可得到車站物流效率優化效益增益Z=(Z1,Z2,···,Zm)T，其中

設效率優化限制條件為d，則有d=(d1,d2,···,dm)T，其中di表示物流單元xi效率優化限制。故有，在fi情況下，車站xi物流單元優化限制為D=(D1,D2,···,Dm)T，其中

由此可得，車站xi物流單元在作業量pi條件下，物流效率優化需滿足條件

車站C物流效率優化需滿足條件為：對于M=(M1,M2,···,Mm)T，任意1≤i≤m， 存在Mi≥0。

對于車站優化，其物流效率越低，優化的需求就越高，故可得到在fi情況下，車站xi物流單元實際效率優化情況

當fi為1時，Xi越大，則越需要優化。車站C實際效率優化情況為X=(X1,X2,···,Xm)T。

2.3 物流效率多指標優化模型構建

車站作業流程中劃分的多個順序連接的模塊對單個車輛整個作業流程效率的貢獻無法通過增加單位時間內完成的物流單元作業次數來實現，而需要通過縮減物流單元的作業時長來實現。因此，本文采用時間來表征物流效率。

車站平均作業量指標可用單位時間內總作業噸數或單位時間內總作業車數來表示。由于兩指標間有較強的相關性，本文采用單位時間內總作業車數來表示。為分析各作業階段間效率的區別，本文采用平均作業時長作為物流效率衡量指標，不同車站相同作業階段，平均作業時間越長則效率越低，平均作業時間越短則效率越高。車站在某物流單元優化后的物流效率衡量指標，采用全路該物流單元最優時間來表示。

由于效率優化限制條件暫時無法取得，本文采用設定參數d=0，并通過計算Zi較大值來評價是否可以優化。將以上參數代入公式（3）可得指標Mi為

其中，tc=(tc1,tc2,···,tci···,tcm)T為車站各物流單元平均作業時間，是全路各物流單元最優時間，作業量ps表示平均每日作業車數。

將以上參數代入公式（4），可得指標Xi為

為比較相同車站不同物流單元的作業效率，需要對物流效率衡量指標進行處理，以全路該物流單元平均作業時間作為參照，采用 （車站該物流單元平均作業時間–全路該物流單元平均作業時間）/全路該物流單元平均作業時間，作為效率衡量指標，若小于0表示效率高于平均水平的程度，大于0表示效率低于平均水平的程度。如此，相同車站的不同模塊間可進行比較。

由此，將以上參數與新的物流單元作業效率指標代入公式（3）可得新的指標為

其中，tli為該物流單元全路平均作業時間。

同理，將以上參數與新的物流單元作業效率指標代入公式（4），可得指標為

故可得多指標車站物流優化模型為

3 模型應用

本文采用2021年1月至3月某些車站的物流數據，以a車站、b車站等代替實際車站名稱，根據多指標車站物流效率優化模型計算得到的各指標結果如表1、表2、表3、表4所示。

表3 指標Xi計算結果

表4 指標計算結果

表4 指標計算結果

?

由表1可知， f車站的Mi指標計算結果均比較大，故最需要優化物流效率，其次是a車站、b車站、c車站和d車站。

表1 指標Mi計算結果

由表2可知， b車站“裝完到出線”物流單元、d車站“入線到開裝”物流單元、f車站“提報到受理”物流單元和“出線到出站”物流單元應最需要優化物流效率。

表2 指標計算結果

表2 指標計算結果

?

由表3可知， g車站和h車站Xi指標計算結果數值較大，故最需要優化物流效率。

由表4可知， d車站“入線到開裝”物流單元需要優化，其次是g車站“出線到出站”物流單元。

綜合各指標可知，如果要對車站整體物流效率進行優化，需要比較指標Mi和指標Xi，應首先優化f車站，其次是b車站。a車站雖然Mi指標結果較高，但Xi指標數據較低，排在b車站后優化，e車站無優化必要。如果只優化車站某個流程，需要比較指標和指標應首先優化b車站“裝完到出線”物流單元和d車站“入線到開裝”物流單元。

4 結束語

本文通過分析鐵路物流作業流程，構建了多指標車站物流效率優化模型，為車站優化提供了更準確的優化目標?；诙鄠€車站的實際作業數據，通過模型得到了各車站的優化目標，為車站物流效率優化提供了一種新的思考方式。

下一步將更詳細地分析車站物流作業流程，包括集裝箱運輸與整車運輸作業流程、不同品類貨物裝卸和存儲、專用線和貨場作業區別等，以提供更加準確有效的優化方式。