基于目标最优化的大件运输路径选择研究＊

乔建刚 刘 轩 方 靖

（河北工业大学土木工程学院1） 天津 300401） （交通运输部公路科学研究院2） 北京 100088）

0 引 言

随着我国经济的发展和全球经济一体化的加快，越来越多的大型石化、电力、重工项目在国内开始建设，国内国际间大型器件设备的运输变得日益频繁.由于它们超标准的外形尺寸，在大件运输通道的选择上不同于普通货物运输线路的选择.目前国内外大件运输选线的主要研究成果有：意大利Paola，Modesti等［1］研究了运输系统起终点最短路径的求解问题；美国Athanasios等［2］提出了时间因素决定下的多式联运网络最佳路径算法；意大利Angelica Lozano［3］研究了标号修正技术在综合运输网络中求解起点到终点的最短可行路径.我国交通部科学研究院的杨雪英［4］总结了大件运输的特点，对顺利实现大件运输的手段进行了分析与展望；北京交通大学的乔国会［5］利用网络配流模型以线路障碍因素为约束获取可行线路方案，再根据模糊评价理论从中挑选较优的运输线路.这些成果均考虑到大件运输中的费用以及路程问题，但与大件生产厂商、销售地点联系不紧密.本文从可行性，经济性，时效性，扩展性等因素来全面分析，运用目标最优化方法，通过综合评价，进行路线选择优化，确定大件运输的最优路线，对今后大件运输具有重要的现实意义.

1 路线选择原则

1.1 可行性原则

大件运输线路的选择需要满足大件器件设备对超重、超限方面的要求一般公路等级越高，所能承载的荷载越大，因此，从超重角度考虑应选择等级较高的公路.超限包括超高、超宽和超长3个，目前关于我国公路净空的规定是：高速公路、一级公路的净空5m，其他等级公路净空4.5m；超宽方面，由于二级三级公路一般为双向双车道公路，不适合超宽车辆行驶；超长方面，高等级公路一般曲线半径较大.综合上述要求，确定在大件运输通道选择上优先考虑高速公路和一级公路这2种类型公路.

1.2 经济性原则

经济性因素即费用因素.大件货物运输费用是影响运输线路选择的重要因素，包括汽运费、措施费、道路补偿费、协调费、技术咨询费和其他相关费用.

1.3 时效性原则

大件设备运输要满足工程工期的要求，线路不同运输时间迥异，选线务必要根据工期要求考虑时效性.运输时间受线路里程、道路通行条件影响较大，可分为行驶时间、停留时间和装卸整修等其他作业时间.

1.4 扩展性原则

大件运输主要生产厂商 重工行业：哈尔滨锅炉厂、沈阳锅炉厂、大连锅炉厂、上海锅炉厂等；电机行业：上海电机厂、哈尔滨电机厂、德阳东方电机厂等；变压器行业：杭州正泰集团、青岛变压器集团、温州德力西电气有限公司等.生产厂商地理位置分布见图1.

大件运输主要需求厂商 电力：九江核电站、小墨山核电站、赤松核电站、西藏三大水电站等；石化：中国石化扬子石油化工有限公司、宜昌废矿物油综合利用推广示范工程项目等.需求厂商地理位置分布见图2.

图1 生产厂商地理位置分布

图2 需求厂商地理位置分布

大件运输主要运输公司 哈尔滨动力设备物流有限责任公司、一重集团中实运业有限公司、上海万登运输有限公司、武汉水运集团有限公司、德阳东方电气集团大件物流有限公司等.大件运输运输公司地理位置分布见图3.

图3 运输公司地理位置分布

对大件运输中的各生产厂家、需求厂家、运输公司的地理位置进行统计，可得出图4.

由饼状图及地图可知，生产、需求厂家、运输公司大多集中在东部地区以及长江流域.

图4 OD点地理位置统计

武汉是京珠、京广高速和长江的交汇处，连接徐州、天津、沈阳、哈尔滨、长沙等地.因此，将武汉作为运输线路的枢纽、中转站.

2 研究方法

通过阅读文献，从可行性、经济性、时效性、扩展性四方面分析大件运输中选线的原则.运用目标最优化方法，结合大件生产厂商、销售地点的分布，调整具体线路，确定最优路线.考虑到经济成本因素，在全国范围内，东西、南北方向分别形成大件运输的公路运输线路网.

此类方法首先把多目标函数以F（x）＝（f1（x1），f2（x1）…fn（x1））T的各分量f1（x）按相应的准则加权后再以某种方式进行求和，做出新评价函数.最后，在对此次新的评价函数进行单目标极小化.

设x＊为一个最优解，若λ＞0，则x为多目标极小化问题（VMP）的有效（或弱有效）解.变化λ＝（λ1，λ2，…，λn）T，求解相对应的）可以得到（VMP）的有效（或弱有效）解集的一个子集.即使取遍所有λ＞0时，通常也不能够得到（VMP）的所有有效解，即不存在λ＞0，对应）的最优解.

3 路线的确定

以经济、通达为原则，综合以上4大原则，选择南北、东西方向公路，结合目标最优化理论，优选出最佳运输路线［6］.

3.1 南北方向公路选线

最短时间路线 哈尔滨、长春、唐山、开封、岳阳、长沙、桂林、南宁、兴义，见图5.

图5 南北方向最短时间公路走势图

最短距离路线 哈尔滨、长春、天津、太原、西安、重庆、贵阳、曲靖、兴义，见图6.

图6 南北方向最短距离公路走势图

结合扩展性原则，选择路线 哈尔滨到天津，从天津到兴义路线为：经过德州、济南、漯河、信阳、武汉、岳阳、长沙、桂林，最后到达兴义，见图7.

图7 南北方向扩展路线走势图

运用目标最优化理论 在大件运输路线的选择中，将经济性、时效性、扩展性作为目标最优化方法的3个目标.即费用、时间、距离作为f1（x1），f2（x1），f3（x1）.

最短时间 路线 f1（x1）＝1 878.8 元，f2（x1）＝49h，f3（x1）＝4 031.4km.

最短距离 路线 f1（x2）＝1 819.5 元，f2（x2）＝54h，f3（x2）＝3 963.8km.

扩展路线：f1（x3）＝1 685.7元，f2（x3）＝55h，f3（x3）＝4 294.8km.

由调查可得，其相应权重分别为：λ1＝0.5，λ2＝0.3，λ3＝0.2

把fi（x）规范化，在3条路线中，minU（x）产生在扩展路线中，即1.053 42.因此，扩展路线为南北方向公路的优选路线.

该路线沿途可服务公司有：赤松核电站、哈尔滨锅炉厂、沈阳锅炉厂、哈尔滨动力设备物流有限责任公司、一重集团中实运业有限公司、大连锅炉厂、青岛变压器集团、湖南岳阳石化总厂、湘潭电机厂、武汉水运集团有限公司、小墨山核电站、正泰集团等.

3.2 东西方向公路选择

由南北方向公路优选同理可得东西方向优选路线 以天津为起点的东西方向的公路运输线路见图8.路线沿途经过天津、包头、银川、兰州、西宁，最后到达西藏.

图8 东西方向公路走势图

该路线沿途可服务公司有：特变电工股份有限公司、包头风电项目、西藏三大水电站（波密县波堆水电站、乌齐县岗色水电站、吉隆县口岸水电站）等.

4 结束语

以提高大件运输的快捷性、安全性为出发点，结合经济性、可行性、时效性、扩展性4大原则，应用多目标最优化方法，在全国范围内，优选南北、东西方向的公路运输路线各一条，初步形成全国的大件运输网络，为大件运输的顺利进行提供了理论依据.

［1］MODESTI P，SCIOMACHEN A.A utility measure for finding multi objective shortest paths in urban multimodal transportation networks［J］.European Jounal of Operational Research 1998，111：495－508.

［2］ZILIASKOPOULOS A，WARDELL W.An intermodal optimum path algorithm for multimodal networks with dynamic are travel times and switching delays［J］.European Journal of Operational Research，2000，125（3）：486－502.

［3］LOZANO A，STORCHI G.Shortest viable path algorithm in multimodal networks.Transportation Research PartA，2001，35：225－241.

［4］杨雪英.大件运输：盛开在运输领域中的奇葩［J］.交通世界，2006（8）：62－63.

［5］乔国会.大件货物公路运输线路选择方法研究［J］.物流技术，2010（7）：55－57.

［6］张 赫.公路货运动态配货优化模型研究［J］.武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2012，36（4）：680－682.