集裝箱多站組裝班列最晚發車條件調配研究

梁力東，葉國慶

(1. 中國鐵路廣州局集團有限公司 貨運處，廣東 廣州 510088；2. 中國鐵路廣州局集團有限公司 廣州貨運中心，廣東 廣州 510450)

0 引言

我國鐵路集裝箱運輸始于20世紀50年代[1]，由于其具有管理標準化程度高、貨物運輸安全性好、裝卸作業速度快等優勢[2]，在20世紀90年代后便進入了發展的高峰期，2017年鐵路集裝箱運量同比增長達到37%，預計2020年集裝箱運輸比例將達到鐵路總貨運量的20%[3]。為了實現集裝箱的增運上量，鐵路部門不僅大量購置20 ft集裝箱、40 ft集裝箱、冷藏箱和中歐班列專用集裝箱等[4]，同時還對自備箱上路運輸、集裝箱海鐵聯運、集裝箱“公轉鐵”運輸等給予很大的支持。當前，鐵路部門提供的集裝箱運輸種類主要有“門到門”“門到站”“站到站”“站到門”。當前中國鐵路廣州局集團有限公司(以下簡稱“廣鐵集團”)始發的集裝箱跨局快運班列大多采取“門到站”的運輸方式。

在集裝箱運輸方面，鐵路部門開行了多種適應市場需求的集裝箱列車[5]。按運輸速度分為120 km/h的集裝箱班列、80 km/h的集裝箱班列、80 km/h的集裝箱其他列車；按運輸形式分為國際聯運集裝箱班列、鐵水聯運集裝箱班列、多式聯運集裝箱班列；按運輸距離分為集裝箱跨局班列、集裝箱局管內班列[3]。目前，長三角、珠三角間開行集裝箱跨局快運班列共計5列/d，還遠遠不能滿足物流市場需求，經常臨時加開80 km/h的集裝箱班列往返于長三角和珠三角間。

集裝箱跨局快運班列的開行，將長三角、珠三角間的鐵路運輸時間壓縮到約30 h。但是，由于集裝箱跨局快運班列嚴格受到開行時刻、跨局車底、裝車站點作業線能力等多種因素的限制，導致集裝箱跨局快運班列難以準點開出，從而在很多情況下需要重新規劃臨時性的運行徑路和時間，對鐵路正常的運輸秩序有著一定的影響。集裝箱裝卸車站點由于存在跨局車底到發、調配不均衡等情況，導致客戶異地調箱成本大，同時難以確保準時到達新的裝車站點，容易出現等個別箱影響整趟班列晚點現象[6]。根據《關于2018年鐵路第二階段列車運行圖調整的通知》中貨物列車的開行方案可知，長三角、珠三角間開行的集裝箱跨局快運班列裝車數要求在30 ～ 50車之間，目前珠三角地區的各鐵路車站單條作業線絕大多數都不能一次性裝卸車達到30車以上。因此，最經濟的方式為多站聯合裝車，不僅符合物流市場貨源結構的分布規律，也可以減輕鐵路站點的裝卸能力。

綜上分析，在保障班列滿足開行條件、客戶利益最大化的前提下，提出鄰近鐵路站點聯合組織集裝箱跨局班列開行的思路，并針對客戶每天裝箱站點不固定和裝車數不固定的情況，結合跨局車底在各個站存留不一的現場實際，提出靈活的裝車方案。

1 集裝箱跨局快運班列多站點裝車數配給參數分析

1.1 集卡短駁運輸費用及運輸時間

隨著近年來集裝箱運輸的迅猛發展[7]，鐵路接取送達服務也日益完善，推行發送集裝箱“門到站”服務受到跨局快運班列客戶的歡迎。目前，鐵路通用集裝箱主要以20 ft和40 ft通用集裝箱為主。根據長三角和珠三角現有班列開行的實際情況，將以40 ft通用集裝箱為例，分析集卡短駁運輸費用及運輸時間，集裝箱和集卡的質量按50 t的標準進行牽引。由于集卡種類繁多，耗油量和折舊率等也不盡相同，考慮到集卡主要是各個站點輻射范圍內進行短駁運輸，影響因素主要是物流裝箱站點與鐵路裝車站點的距離、油耗成本和高速公路耗費成本等。

1.2 鐵路裝車站點跨局車底存留及裝車組織

集裝箱跨局快運班列與其他貨運班列不同之處在于，首先，跨局快運班列的車底主要是集裝箱專用平板車和集裝箱兩用平板車，不得使用敞車裝運集裝箱；其次，跨局車底在使用前需要進行嚴格檢查，除了到期扣修外，其他損傷也不得編入跨局快運班列；第三，跨局車底一般情況下僅限集裝箱跨局快運班列使用，如需另作他用，必須取得鐵路局集團公司調度所同意。因此，跨局車底一般在裝卸車站點停留的時間較短，而且基本是按照循環組織班列套用跨局車底。

根據上述原則，跨局車底存留數的公式為

式中:Pi為跨局車底存留數；Pi-1為前一日跨局車底存留數；Ni為當日終到的跨局車底數量；Mi為外站調運的跨局車底數量；Di為本站跨局車底的需求數。

集裝箱跨局快運班列為小編組運輸組織，裝車數保持在30 ～ 50車不等，一般物流淡季(珠三角地區為5—8月)裝車數達到35車左右即可為“滿編”狀態，中歐班列要求裝車數在41 ～ 50輛左右。根據既有鐵路線路的設計，重量達到2 500 t或換長達到70即為“滿編”。反之，到達班列執行同一標準。

由于集裝箱跨局快運班列基本為雙向對開，因而本站有到發的跨局車底，基本是優先滿足本站的跨局班列裝車數，如果數量不夠再進行補充或多余的可以調配到外站裝車。從跨局車底到達—跨局車底按集裝箱貨物線要求進行解體—集裝箱集結—重新編組新的始發班列—新的集裝箱跨局快運班列發車等簡單的“到、解、集、編、發”的時間最短為3 h，即到達的跨局車底至少經過3 h才能重新投入使用。如果是調配過來的空車，一般完成一批裝車作業的時間最短為2 h。

2 集裝箱跨局快運班列多站點裝車數配給模型

2.1 簡化模型參數

由于現場實際情況比較復雜，導致模型難以找到合適的解法，因而需要對部分實際參數進行簡化，得出一個較優的裝車方案。

（1）目前珠三角地區江高鎮、三眼橋等站點均有跨局車底到發，但根據客戶需求，目前長三角、珠三角間的跨局班列主要在棠溪、石龍、常平等站點有裝車。因此，將其他站點的跨局車底使用情況當作“黑箱系統”處理(即其他方向的集裝箱跨局快運班列除跨局車底影響外，其他因素均不影響長三角、珠三角間集裝箱跨局快運班列的開行)，指定站點所缺車底均由江村編組站提供。開行各個站點的小運轉均為一站直達，中間不受到任何其他的運輸組織干擾。

圖1 多站點裝車數分配模型示意圖Fig.1 The diagram of a model of container loading allocation at multiple stations

（2）短駁運輸的集裝箱不受道路擁堵的限制，從物流節點到鐵路站點的汽運距離全部按高速路段進行處理。集卡行駛速度不受道路環境的影響，運行時間固定，輪胎耗費和車輛折舊等費用在此忽略不計。

（3）鐵路站點單箱卸裝及調車的最短時間為1 h，而且不受裝卸線和貨場能力的限制，不存在卸不上、裝不上的情況。

（4）對于出現到達本站的班列存在跨局車底不得新編的情況時，車站組織甩車的時間忽略不計，默認到達班列的跨局車底能用，但是到達和江村結余的跨局車底數要大于總裝車數，即扣除跨局車底到期等情況的車底的補充。

（5）各貨源站點允許裝載多趟班列，貨源充足，按客戶現有的裝車配額綜合分配各個貨源站點的重箱量，并且默認不存在站點裝箱的情況，全部由物流園裝箱站點完成，所裝貨物均滿足適箱貨物要求。

（6）班列接續時間和取送時間按定量予以折減，不受各個鐵路站點編組和調機能力的限制。

根據上述簡化的參數，多站點裝車數分配模型示意圖如圖1所示。

2.2 構建基于各站點最晚發車最優裝車數配給調配模型

0-1整數規劃因其簡單實用，在線路設計、工廠選址、生產計劃安排、旅行購物、背包問題、人員安排等方面有較為廣泛的應用。在所構建的多站點組裝班列的模型中，針對單個集裝箱只能去往一個鐵路裝車站點，并只能從該裝車站點中選擇其中一列跨局快運班列的問題，提出最優的0-1整數規劃配給模型。

由于鐵路站場實行的是24小時不間斷的作業，班列一般按周開行，因此，模型選擇的周期也為1周，其中0 ～ 24 h為第1天，24 ～ 48 h為第2天，后續依次類推，班列的每天到達時間也一次疊加24 h。

式中:Z為“門到站”條件下全程運輸集裝箱的費用；Ci(i = 1，2，…，n)為汽運接駁的每公里第i種費用；opkai為p裝箱站點第k個集裝箱到達a裝車站點裝第i趟班列；Lpkai為p裝箱站點第k個集裝箱到達a裝車站點裝第i趟班列的汽運接駁距離；Xai為a裝車站點裝i趟班列的單箱運費；Dai為a裝車站點裝i趟班列的集裝箱數量；op為p裝箱站點總的裝箱數；Dmini和Dmaxi分別為滿足i班列開行的限制裝車最小值和最大值；tpkai為p裝箱站點第k個集裝箱到達a裝車站點裝上第i趟班列的最晚裝箱完畢時間；tpa為p裝箱站點到達a裝車站點汽運時間；tai為a裝車站點始發i班列最晚時間；t1為i站點必要作業時間；Hac-1為前一天a站點結存的跨局車底；Had為到達a站點跨局車底；Hd為調配到 a站點的跨局車底；Hy為a站點其他班列需要的跨局車底；tad為到達a站點跨局車底的時間；td為調配到a站點的跨局車底的時間；t2為使用到達跨局車底的裝卸時間；t3為使用調配跨局車底的裝車時間；N為非負整數。

其中，公式 ⑴ 表示客戶按“門到站”組織托運時，全程運費最小為目標約束；公式 ⑵ 表示裝箱站點發往各站點各方向的集裝箱等于該站點總的裝箱數；公式 ⑶ 表示所有裝箱站點裝某方向的裝箱數總和等于各個裝車站點裝該方向的裝車數總和；公式 ⑷ 表示某方向班列開行裝車數的限制條件；公式 ⑸ 表示所有裝箱站點最晚集卡接取時間加上到某站點的途中運輸時間小于等于班列發車時間減去裝車站點必要作業時間；公式 ⑹ 表示某裝車站點的裝車數小于等于該站存留的跨局車底數加上到達的跨局車底加上調配的跨局車底減去其他跨局班列占用的跨局車底；公式 ⑺ 表示到達的車底加上裝卸時間小于等于班列發車時間減去裝車站點必要的作業時間；公式 ⑻ 表示調配的車底加上裝車時間小于等于班列發車時間減去裝車站點必要的作業時間；公式 ⑼ 表示裝車站點每組箱至多只能編入一趟班列；公式 ⑽ 表示裝箱站點所裝的每組箱至多只能到達一個鐵路裝車站點所對應的一趟班列。

3 實例分析

3.1 裝箱點選擇

隨機選擇已有集裝箱跨局快運班列貨源站點中的9個，并將直接進廠裝箱的貨源也劃歸到鄰近的貨源站點中，所裝貨物均滿足快運班列適箱貨物要求。選取的裝箱站點至裝車鐵路站點距離及集卡運輸時間如表1所示。

（1）根據50 t集卡每百公里的油耗為50 L，柴油價格按2018年7月2日廣州市0號柴油價格6.91元/L進行計算，可得50 t集卡每公里油耗花費為3.455元，即取C1= 3.455。

（2）高速公路單位通行成本廣東省暫定為C2=0.12 元 /(t·km)。

3.2 裝車點的選擇

當前鐵路辦理的品類主要有整車、集裝箱、批量快運和零散快運。由于珠三角地區公路、航空網絡發達，目前廣鐵集團主要以辦理整車、集裝箱和批量快運為主。

長三角、珠三角兩地間的貨物經貿往來頻繁。長三角核心省市江蘇、浙江、上海均開行往返珠三角核心城市廣州、東莞、佛山等地的集裝箱跨局快運班列。根據已經制定的集裝箱班列開行方案，始發終到珠三角城市的集裝箱跨局快運班列經停站均在2個站。較為穩定往返珠三角、長三角間的集裝箱跨局快運班列有:棠溪、常平至閔行，三眼橋、常平至嘉興。此外，還有長興南至石龍、棠溪的單向集裝箱跨局快運班列。

表1 選取的裝箱站點至裝車鐵路站點距離及集卡運輸時間Tab.1 The distances between the selected encasement stations and the loading railway stations and the time of truck transportation

由于每天始發到達的集裝箱跨局快運班列數量略有不同，但基本維持在30 ～ 50車的小編組進行開行。棠溪、石龍、常平開行長三角、珠三角間的圖定集裝箱跨局快運班列如表2所示。

表2 棠溪、石龍、常平開行長三角、珠三角間的圖定集裝箱跨局快運班列Tab.2 The inter-bureau container express trains running between the yangtze and pearl river

江村編組站是珠三角地區惟一的路網性編組站，進出珠三角地區的上行班列都需要在江村進行中轉，下行班列主要在龍川北區域性編組站進行列檢。由于棠溪、石龍、常平鐵路貨運站點與江村編組站之間開行的小運轉列車最多，一般情況下，各站所缺的跨局車底一般由江村統一調撥使用，上述站點所缺跨局車底將全部由江村編組站進行集結開行小運轉送抵。時間將按正常的圖定時間進行開行，裝卸車數實行定量分配，而且全部為物流節點裝箱送達鐵路站點進行裝車。

3.3 結果比較

根據選擇的裝箱站點城市貨源結構及運量情況，選取珠三角發往長三角地區2列班列作為案例進行分析。物流園裝箱站點一周內發往長三角地區的集裝箱數量如表3所示。

根據上述現有的分配情況，使用Dijkatra算法和Floyd算法[8]求解比較復雜，因此，借助Lingo軟件依次代入求得新解。模型求解的珠三角發往長三角班列裝車數分配表如表4所示。

根據計算結果，以及長三角、珠三角間往返集裝箱跨局快運班列的開行情況，采用跨局車底套用的模式基本滿足長三角、珠三角間班列的正常運用。根據模型的計算結果可知，使用多站組的方式進行裝車時，2列班列每周的總運輸費用為1 457 844元，而2列班列僅在棠溪站裝車時運輸費用為1 461 928元，每周則節省運輸費用4 084元，全年可以節省運輸費用約22萬元。盡管2列班列在石龍和常平站裝車時運輸費用較組合裝車時有所節省，但由于2站跨局車底運用不足，需靠其他站調運跨局車底補充，但這樣導致耗費的其他成本遠超過運輸成本。因此，采用多站組合的方式能夠在跨局車底運用和運輸成本等方面取得一個綜合較優的解決辦法。

表3 裝箱站點一周內發往長三角地區的集裝箱車數輛Tab.3 The number of containers transported to the yangtze river delta region within one week from encasement stations

表4 模型求解的珠三角發往長三角班列裝車數分配表輛Tab.4 The allocation of express train containers from the pearl river delta to the yangtze river delta aquired from the model

4 結束語

集裝箱跨局快運班列與煤炭、礦石等“黑貨”班列最大的不同是貨源不穩定，因而必須由多個站點共同組裝，以保障集裝箱跨局快運班列的常態化開行。在面臨裝箱站點每天裝箱數和裝車站點每天可運用的跨局車底存留數不固定的實際情況下，基于集裝箱跨局快運班列在滿足開行條件下制定裝箱站點與裝車站點的最佳匹配模型，旨在實現客戶利益的最大化，同時解決站點之間有箱無車和有車無箱的不均衡問題。在0-1整數規劃模型的控制下，根據裝箱完畢時間與班列始發時間的間隙，在裝車站點跨局車底存車數限制的條件下，實現整列班列多站裝車數的最優分配，為跨局車底空車調配和重箱調運問題提供了一個解決思路。