基于排隊論的加油站高峰期運行優化研究

劉鞏 崔瑩 王振東

摘 要：我國機動車保有量逐年上升，加油站行業問題日益凸顯。文章以加油站現行的加油八步法為基礎，選取秦皇島市Q加油站進行數據采集，以此建立高峰期的排隊論模型，再運用現場管理理論對站內現狀進行分析，通過Anylogic軟件模擬仿真，分析改善方案的可行性，為車輛數量增長等原因導致的加油站堵塞等不良交通狀況提供了新的現場規劃及作業模式。

關鍵詞：加油站 排隊論 現場管理 Anylogic仿真

中圖分類號：F506 ?文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2021）01-283-02

一、引言

隨著我國工業化的進程持續推進，人民的生活質量明顯改善，我國機動車的保有量正逐年上升。機動車輛的增加意味著加油量的增加，加油站作為重要動力能源的傳輸節點，其粗放式管理和一些不合理的布局引起了許多不良現象，如在早晚加油高峰期的地段出現車多擁擠、車輛緩行和交通堵塞等。

排隊等待時間過長是顧客加油時經常遇到的問題，在加油高峰期時尤為明顯。但由于系統中顧客的到來以及顧客在加油站系統中接受服務的時間等變量是隨機的，因此加油時的排隊現象不可避免，針對加油站高峰期的運行情況還需要進行深入的分析研究。本文以改善加油方式和車輛排隊效率為核心，將工業工程的思想注入加油站的工作中，以提升加油站的經濟效益。

基于秦皇島市Q加油站的運行數據，不考慮車主的個人習慣對數據造成的影響，構建簡易的混合制排隊模型。筆者所在的小組在秦皇島市對一周內Q加油站高峰期運行情況進行統計，調研數據如表1、表2所示。

1.將一天內車倆到達的頻數情況繪制為折線圖并以0.1的顯著性水平經χ2擬合檢驗和統計學研究，加油站的車輛到達情況大概率符合泊松分布，其加油服務時間概率符合指數分布。

2.數據修正后查表得到每輛車的加油服務時間服從參數υ=0.33輛/min的負指數分布。通過加油站單位時間車輛到達數規律近似服從λ=1.8的泊松分布。

3.將A加油站的實際情況統計結果處理所得λ=1.8，μ= 0.33，C=6代入所建的M/M/C模型，得出空閑概率為0.135%，平均隊長為5.4輛，最大隊列為10.85輛，平均逗留時間為6.03min，平均服務時間為3min。

4.經現場統計，加油車輛在系統中的平均逗留時間要低于預估逗留的平均時間。詳見表3，但在進一步分析數據時發現加油站一天將會出現兩次大的車流量高峰，且車輛到達近似可看成均勻分布。經MATLAB建立的排隊模型運算發現在高峰期時期的平均等待時間要達到4.34min，最大等待時間甚至可到■達9.14min，由此看出加油站對待高峰時期時，缺少相應的應急措施以至于大幅延長了等待時間。

二、問題分析②④

經數據采集得知秦皇島市Q加油站油罐總容積小于60m3，根據《汽車加油加氣站設計與施工規范》GB50156，Q為三級加油站，且站內有卸油油氣回收系統，附近沒有民用及重要公共設施，按照國家標準此時的臨街距離至少應為5m，根據推導的最短安全距離公式計算后將加油車道的寬與平均排隊隊列所夾得：夾角β=76°，臨街距離為5.092m，符合國家標準，相比原來該加油站臨街距離9.22m，通過仿真運行發現5.092m的臨街距離可以達到相同的效果。綜合考慮建設占地及成本，因此應適當縮小臨街距離，在空地區配置新的服務商店方便在靠近外側加油的顧客購物、繳費，或者拓寬交通街道，增大秦皇西大街的瞬時可通過車輛數量，減輕該地區的交通堵塞情況。

建立排隊論模型：

1.以加油機數C為指標的評價與優化公式。

c*Ls-Ls（c*+1）≤c1/c2≤Ls（c*-1）-c*Ls（1）

公式（1）中c*為最優加油機數;c1為每臺加油機單位時間的費用;c2為顧客等待單位時間所消耗的費用。計算得出各自最優加油槍數，優化加油機的加油槍數，達到效率最大化。

2.以距離臨近道路距離為指標的評價與優化。①④加油站與一般公路的安全距離為5m～8m。隊伍過長將影響交通運行，且在加油高峰期時，車輛的車頭車位距離由于多數車主安全意識的淡薄及為防止間隙偏大后面車輛強行加塞的情況，每輛車的間距都較小，遠小于行車間的安全距離。因此，將排隊隊伍長度與加油站距離道路距離擬合入直角三角形，設定好合理的安全行車距離后計算加油站合理臨街距離，見圖1中，排隊長度L=LqS（S取每車平均占據長度為4.1m。H為臨街距離; D為加油站入口車道中點到第一加油機所處直線的距離。則有：β=arctan（H0，D0為建設距離）;H=Lcosβ（此隊長所需臨街距離）。

國家標準⑤對于進出口未制定相關明確標準，在出口位置設置閥門不會影響到現有的站內布局，因此建議在出口設置單向進出閥門，可有效避免外來社會車輛為規避某處堵塞從加油站出口借道行駛，這種行駛屬于逆向行駛，不僅會增加安全隱患還將在一定程度上影響到加油作業的效率，同時也可減少為圖近道從出口位置進入加油站進行插隊加油，在閥門出設置感應裝置也可方便加油站統計車流量，方便預測進貨量，合理減少對人工的負擔及庫存需要。關于油號的變更，只要保證加油管道的安全性及出油量速率即可，所以重新規劃各油號位置是切實可行的，只需將原有加油機接入的母加油管道調換位置即可實現。

根據“5w1h”及“ECRS”四原則，運用現場管理和防錯法理論，得到優化后的加油站布局方案③：

1.根據目視管理的原則，在加油站入口處設置提示語告知排隊車主提前做好準備工作，在前一輛車加油等待時服務人員可先收取好費用，在下輛車駛入加油區時可直接開始加油。在入口的指示牌上提醒加油車輛，如需使用手機支付或代金券支付則選擇靠近右側的加油車道，如可自助加油，則選擇靠近左側的加油車道。

2.根據防錯法的原理，在加油車道的入口處地面標明車道及該車道可提供的油號，在加油位畫出符合大多數車輛大小的停車線及車位，以減少一輛車占用兩個加油位及車輛所停處過遠、油槍不夠長的情況。設置單向車道或者在出口位置閥門，以減少站內出現不必要的交通堵塞。

3.根據ECRS方法，在加油站額外設置一個停車區，由加油員引導需要進入服務廳的車主，使其在完成加油作業后將車駛入該停車區后再進入服務廳，以減少車道的堵塞。

三、改善效果與仿真

1.Anylogic建模{4}。利用anylogic軟件分別對改善前和改善后的情況進行系統仿真模擬。自定義定義智能體“車”，并設置其出現速率為300米每分。并將加油站的入口簡化為一個長度為84米、速度為200米每分的傳送帶，智能體長度改為6米，并用限制區域功能限制此傳送帶上的車輛不可超過15輛。設置進入加油區及在加油區內行駛的移動功能速度為80米每分鐘，同時使用限制區域功能限制加油區的車輛總數不得超過85輛。對改善前的模型進行運行操作時可知，改善前各加油機位置會出現明顯的排隊情況，且車流量分布不均，加塞插隊等現象較多，改善前120分鐘內有116輛車完成了加油。改善后各加油機位置熱度有明顯下降，且整體流量圖分布較為均勻，插隊加塞等現象也得到抑制，120分鐘內有135輛車完成了加油。

2.排隊論模型的仿真運行。通過對作業流程程序分析圖的分析，發現目前加油站現場布置的加油機存在不合理處，根據不同車輛對幾種油號的需求不同及各種油號的消費情況。將車輛入站道路和各加油機位置通過模型構建進行重新規劃，并將提示語標牌樹立在更顯眼的位置，以便車主尋找自己需要的油號。并在高峰時期提示后續等待車主提前做的準備工作，避免員工需重復大量不必要的冗余操作。通過人機分析及上述新的規劃，初步估計對最大服務所需時間可有效減少44s。經過相關排隊論代碼運算后，結果如表4所示，可知等待時間大大降低。

四、結論

加油站現有的粗放式管理和加油步驟在未來將難以滿足需求，以現有規模和管理運行方式所能提供的服務能力，無法很好解決加油站高峰期涌入的大量車輛造成的問題?；贏nylogic的仿真分析與排隊論模型的驗證，本文對現有加油機布局的優化方案能夠使各加油機位置熱度有明顯下降，排隊時間得到有效改善，整體流量圖分布更為均勻，交通堵塞的現象也得到抑制，120min內有135輛車完成了加油，效率提高了11.45%，有益于改善道路交通狀況，提高高峰期加油站的運轉效率，創造更多的經濟收益。

注釋：

{1}李剛.加油站安全管理現狀及優化策略解析[J].化工管理，2015（26）：11-12

{2}曲巍.基于排隊論的超市收銀管理排隊服務系統應用研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學理學院，2012.130

{3}易樹平，郭伏.基礎工業工程.機械工業出版社

{4}GB 50156—2002，汽車加油加氣站設計與施工規范[S]

{5}何林儒，艾明巖，李振.城市公共加油站交通影響分析方法研究[J].山西建筑，2018，44（2）：1214

（作者單位：東北林業大學工程技術學院 黑龍江哈爾濱 ?150000）（責編：若佳）