公路大件運輸方案優選研究?

和豪濤，吳笑偉，李揚

（河南交通職業技術學院汽車學院，河南　鄭州　450005）

公路大件運輸方案優選研究?

和豪濤，吳笑偉，李揚

（河南交通職業技術學院汽車學院，河南鄭州450005）

為節約公路大件運輸成本，提高公路大件運輸方案決策的科學性，文中在分析公路大件運輸影響因素的基礎上，構建了公路運輸方案評價指標體系，并將數據包絡分析和層次分析法相結合，采用DEA-AHP算法對運輸方案進行優選，最后用實例驗證了方法的有效性。

公路運輸；大件運輸；數據包絡分析；層次分析法；方案優選

大件運輸設備具有超重、超長、超寬、超高的特征，運輸過程要有很高的安全性、可靠性和經濟性。大件運輸方式有公路、水路、鐵路、航空及以上方式組合的多式聯運，其中公路運輸具有便捷、安全、經濟等優點，也最容易實現，在重大件運輸中占有重要地位。隨著國家高速公路網的完善，公路運輸作為大件運輸的主要方式日趨重要。大件運輸因其特殊性和專業性而倍受重視，國內外學者對大件運輸系統進行了研究，并取得了一定成果，如F.Lamiraux等研究了汽車列車運送A380客機組件的實戰運輸，運籌得出裝車和運輸的最優方案；羅建研究了公路大件運輸線路的層次模型；孟琳研究了大件運輸組織方法及安全保障技術。但對公路大件運輸方案經濟性的研究還很少。

一般來說，工程項目中運輸費用占其總投資的10％～30％，選擇合理的運輸方案對節約工程造價非常重要。長期以來，大件運輸方式、運輸路線選擇都是靠承運人主觀判斷或憑借運輸經驗或從運輸過程障礙的多少來確定，缺少必要的理論支持。為提高公路大件運輸方案選擇的科學性和合理性，該文對公路大件運輸方案的經濟性進行研究，在分析公路大件運輸影響因素的基礎上，構建公路運輸方案評價指標體系，運用數據包絡分析和層次分析相結合的DEA-AHP方法進行優選，為公路大件運輸企業確定運輸方案提供科學依據。

1　公路大件運輸方案評價指標體系的構建

公路大件運輸技術條件要求嚴格，運輸方案是運輸組織的核心，涉及車輛裝備、路線選擇、道路排障、人員組織等，是一項系統工程。為了提高大件運輸績效，節約運輸成本，需對公路大件運輸方案進行評價。公路大件運輸屬多目標決策問題，影響公路大件運輸的因素很多，需權衡各方面因素。公路大件運輸評價指標要具有可比性，且受主觀因素影響小，即要選擇客觀性好、有代表性的評價指標。

文獻［4]、［5]分別提出了不同大件運輸方案評價指標體系，但這些指標偏重于道路排障費、運費、運輸時間等經濟性和時效性因素，對運輸實施過程中重要的液壓系統和貨物捆綁穩定性等安全性因素鮮有涉及，對運輸道路的通行能力等技術性因素也涉及較少。該文在參考相關資料、進行大量調查和研究的基礎上，從運輸安全的角度入手，以安全性、經濟性、技術可行性和時效性作為評價準則。

鑒于公路大件運輸方案評價是多指標評價，影響因素較多，這些因素之間有些是相互矛盾和排斥的，有些指標可能存在一定的關聯性，并非完全獨立。其中：可量化的有經濟性和時效性因素，如運費、道路橋梁補償費、道路排障費、路政手續辦理費、夾具設計費及行駛時間、辦證停留時間等；不易量化的有安全性和技術性因素，如牽引車組的可靠性（主要考慮牽引車有足夠的動力性和牽引車驅動輪有足夠的附著力）、捆綁的穩定性（即確保貨物與車體間捆扎的可靠性，主要考慮汽車列車在緊急制動時的慣性力可能造成貨物向前滑動或傾翻和車體在橫向傾斜時造成貨物側向下滑或傾倒）、液壓系統的穩定性（大件運輸車組均采用液壓獨立懸掛，靠液壓系統支承貨物重量，液壓系統要保持掛車平面的穩定及每個輪胎受力均勻，掛車液壓系統小于允許額定工作壓力的限制）、裝載的可靠性（指載荷重心的重力鉛垂線經過穩定三角形的位置，經過穩定三角形的中心時，裝載的穩定性最高）、環境保護的要求（是指運輸過程對周圍環境、道路交通安全的影響，影響愈小，級別越高）、道路橫縱坡通過性（由于大件貨物外形尺寸大且質量重，在通過道路橫縱坡時極易發生翻車事故，坡道坡度越大，車輛行駛可靠性越差）、彎道通過性（主要考慮運輸車組的轉彎半徑和貨物的空掃量）、橋梁通過性（主要考慮大件運輸車組通過相關橋梁的情況，若橋梁的承載能力大于運輸車組的總重，則運輸車組可以通過橋梁）、路面情況（主要體現在運輸路線的平整性和路面質量兩方面）、運輸管理限制（是指運輸車輛受經過區域運輸管理部門相關運輸條例的限制）。考慮到方案評價指標的復雜性、科學性及操作上的可行性，盡可能采用定量分析方法進行處理。如此構建的大件運輸方案評價指標如圖1所示。

2　DEA-AHP綜合模型

2.1DEA和AHP的基本原理

在相對效率概念基礎上發展起來的數據包絡分析DEA（Data Envelopment Analysis）是一種系統分析方法，是處理多目標決策問題的有效方法。在DEA方法中，可把多目標模型中的備選方案作為決策單元，指標權重是固定的，應用由輸入、輸出指標組成的多目標對備選方案排序。DEA采取二分法，只能區分決策單元是否有效，無法進行全排序。

圖1　公路大件運輸方案評價指標體系

層次分析法AHP（Analytic Hierarchy Process）是一種常用的多準則、多目標決策方法，是基于多目標的層次結構，依據主觀判斷備選方案的相對重要性，在滿足一致性檢驗后，得到各方案的排序。AHP作為一種綜合評價方法，其自身沒有指標量化方法。同時AHP方法受決策者自身偏好的影響，由其主觀設定的判斷矩陣的相對穩定性較差，且當評價指標數量過多時，對判斷矩陣的影響明顯，造成決策者判斷不準確甚至失誤。

國內也有一些關于AHP-DEA混合模型的應用，這些模型先使用AHP確定指標權重，然后應用DEA進行運算，沒有改善人為設定AHP判斷矩陣的主觀性，也沒有對DEA的局部最優性進行改善。

2.2DEA-AHP模型

DEA-AHP綜合模型充分利用DEA動態修正和非參數客觀評價特性，利用AHP實現所有決策單元的全排序值，可為大件運輸方案的選擇提供更合理、科學的選擇方法。該模型分兩個階段：第一階段，將所有決策單元兩兩任意組對，對每對決策單元運用DEA方法進行有效性分析。在進行DEA分析時，只考慮組對的決策單元，忽略其他決策單元。第二階段，根據第一階段決策單元進行DEA計算出的有效值構建判斷矩陣，利用AHP對判斷矩陣進行一致性檢驗，實現所有決策單元的排序。

2.2.1DEA有效性分析

假設存在n個決策單元，每個決策單元中輸入指標和輸出指標分別為m、s個。xij表示第j個單元的第i個輸入值，yrj表示第j個單元的第r個輸出值。任意一對決策單元（如決策單元A、B），兩個決策單元的有效值EAA、EBA，EBB、EAB可用DEA方法進行計算。目標函數LP1和LP2為線性規劃問題，其最優解分別為EAA、EBA，計算公式如下：

把式（1）、式（2）中A、B對換，可計算出最優解EBB、EAB。

ajk表示判斷矩陣中第j行第k列元素，其計算公式如下：

2.2.2AHP全排序

應用AHP的單一水平性對所有決策單元進行排序。判斷矩陣A=［ajk]n×n，求出最大特征值λmax和其對應的特征向量ω=（ω1，ω2，…，ωn）T，ωj反映第j個單元的相對重要程度。按決策單元對應特征向量ω的大小對所有決策單元進行排序。

3　案例分析

下面以陜西大唐彬長電廠項目為例，分析250 t定子（長×寬×高為9 620 m×3 510 m×3 800 m）從西安變壓器廠至陜西大唐彬長電廠施工現場的公路運輸方案。根據對目前公路網的實地考察，在滿足線路技術條件和安全的前提下，從西安變壓器廠至電廠施工現場有3種方案可選擇。第一種方案：西安變壓器廠—咸陽—寶雞—隴縣—彬長電廠，全程416 km；第二種方案：西安變壓器廠—咸陽—禮泉—彬縣—彬長電廠，全程245 km；第三種方案：西安變壓器廠—三原—旬邑—彬縣—彬長電廠，全程196 km。

3.1構造輸入、輸出系統

每個決策單元（DMUj，j=1，2，…，n）由待評價的大件運輸方案組成。技術性、安全性、經濟性和時間性是公路運輸方式下大件運輸方案的影響因素，故輸入、輸出系統由公路大件運輸方案評價指標體系中四大因素構造，越小越好的指標構成決策單元的輸入指標，越大越好的指標構成決策單元的輸出指標，其中輸入指標8個，輸出指標10個。待評價的3種大件運輸方案（DMUj，j=1，2，3）的原始評價數據如表1所示。

表1　公路大件運輸方案評價指標的原始數據

3.2指標的規范化處理

為了消除不同物理量綱和數量級對評價結果的影響，使指標具有可比性，對指標進行規范化處理，使指標值離散分布在［0，1]。設Xij、Yij分別為第j個待評價運輸方案（DMUj）的第i個輸入指標和第r個輸出指標，Xij和Yij規范化方法如下：

3.3評選結果

為了使判斷矩陣更加客觀、準確，將待選公路大件運輸方案（DMUj）進行兩兩對比，計算各自的有效性值，并代入式（3），得到判斷矩陣（如表2所示）。

表2　DEA方法構造的判斷矩陣

針對DEA方法構造的判斷矩陣，用特征多項式法計算最大特征根λmax及其對應的特征向量ω：

用層次分析法對判斷矩陣進行一致性檢驗：一致性指標CI=（λmax-n）/（n-1）=0.048，平均隨機一致性檢驗指標RI=0.58（n=3，如表3所示），隨機一致性指標CR=CI/RI=0.048/0.58= 0.083<0.1，判斷矩陣通過一致性檢驗。

表3　平均隨機一致性檢驗指標的取值

DEA-AHP的排序結果對比如表4所示。根據表4，優先選擇的順序為DMU2>DMU1> DMU3，即運輸方案二是最優選擇。

表4　DEA-AHP與DEA排序結果

4　結論

國家高速公路網的完善極大地改變了公路運輸的運行條件，公路運輸作為大件運輸的主要方式日益重要。為降低公路大件運輸費用，提高公路大件運輸方案決策的科學性，該文建立了由安全、技術、經濟和時效等因素構成的運輸方案評價指標體系，運用DEA-AHP方法對大件運輸方案進行優選，為運輸方案評價的多指標、多準則有效合成提供一種量化方法。實例計算表明DEA-AHP方法可操作性強，結果客觀、可信，研究結果可為運輸企業確定公路大件運輸方案提供科學依據。

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U492.3

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1671-2668（2016）01-0074-04

2015-09-30

河南省重點科技攻關計劃資助項目（122102210400）