路网空车调配效率综合评价模型研究

李立，路征远，王立强，胡志垚

（1. 山东铁路建设投资有限公司，山东 济南 250098；2. 中国铁路设计集团有限公司，天津 300251）

路网空车调配效率综合评价模型研究

李立1，路征远1，王立强2，胡志垚2

（1. 山东铁路建设投资有限公司，山东 济南 250098；2. 中国铁路设计集团有限公司，天津 300251）

充分考虑铁路路网中空车调配的必要性，分析空车调配的影响因素，确定评价空车调配效率的指标体系，建立空车调配效率模糊综合评价模型。利用该模型对太原铁路局管内的空车调配效率进行综合评价，提出保证空车调配效率的措施，改善路网中空车的周转效率，对提高铁路货物运输质量有重要意义。

空车调配；效率；指标体系；模糊综合评价

0 引言

空车调配是铁路货物运输过程中非常重要的一个环节，空车调配的优劣直接影响路网中车辆的运用效率、需求的满足程度以及运输的均衡稳定[1]。目前，一般通过简化运输问题建立模型求解空车调配效率[2]，这种方法在编制空车调整计划时很有参考价值，但在实际生产过程中空车调配受很多因素影响，存在许多不确定约束条件。程学庆等将时间窗约束引入空车调配问题，进行了相关研究[3]；梁栋等将车种代用引入了空车调配问题，并建立多阶段优化模型[4-5]。这些研究是在原运输问题的基础上引入一个或多个新的约束进行分析研究，但对影响空车调配的因素分析较少，未对所有因素做出综合评价。空车调配过程应在分析路网结构的基础上，综合考虑运输能力、装卸车条件、车种代用、机车车辆运用等因素，满足铁路效益最大化、路网调配路径最合理、货主满意度最优化等目标。而在实际过程中，由于铁路运输的局限性，空车调配难以兼顾各类影响因素、实现所有目标，且已有研究并未形成一个系统的理论对空车调配过程进行分析，无法判断空车调配是否在总体上达到最优，因此在建立合理模型的基础上，对空车的调配效率进行综合评价成为空车调配过程中必不可少的一部分。通过对空车调配的原则与目标进行深入分析，总结空车调配过程中的主要影响因素，提出一个综合评价指标体系，引入模糊理论，建立综合评价模型，对路网空车调配的效率进行评价，进一步完善空车调配环节。

1 空车调配效率指标体系

在路网中，当车站卸车数大于装车数时，必然有一定的卸后空车向站外排出，而当车站卸车数小于装车数时，需从其他空车产生地调配。按照路网重空车平衡的原则对路网中的空车进行调配，其过程见图1[6]。

图1 路网中空车调配过程

空车调配主要有以下原则：

（1）按照最短或最经济的径路调配空车；

（2）尽量自大量空车产生地直接调配到装车地，组织空车直达，减少不必要的中转及改编作业，正确处理路网排空与地方空车调配的关系；

（3）充分采用车种代用，避免不必要的空车对流；

（4）照顾厂矿生产，保证排空，改善货车运用指标，合理组织固定使用的循环车组；

（5）经济地利用机车车辆，合理使用线路、车站通过能力和改编作业能力，注意车辆集结条件；

（6）通过重空协同优化方案选择空车方向，在排空站利用本地货源装载成重车来替代空车走行，这些重车到达接空站卸空后再用于装车，这种重空调配协同优化可以称为“以重代空”。

对空车调配过程及调配原则进行分析，总结空车调配的主要优化目标以及影响空车调配效率的主要因素，确定空车调配效率评价的综合评价指标体系，主要包括：

（1）路网空车调配供需平衡原则；

（2）路网以重代空的最大运量；

（3）路网机车车辆的合理利用；

（4）空车产生地与装车地的装卸车能力利用率；

（5）路网各区段的运输能力；

（6）路网中产生空车对流的情况；

（7）路网技术作业站改编作业能力；

（8）路网车种代用产生的效益；

（9）空车调配过程的走行路径。

2 评价指标等级划分

路网中空车调配的优化目标主要包括：铁路效益最大化、路网调配路径合理化和货主满意度最优化，根据各目标的主次程度分配权重值，最后综合确定空车调配评价等级。在空车调配过程中，如果优先满足货主的装车要求，需尽快调配空车到装车地，组织装车地直达列车或由摘挂列车送到技术作业站，但这种情况下的调配路径并不一定是最合理的方案；如果为追求铁路效益的最大化，期望空车走行费用最小以节约成本，这将导致所有空车调配的路径均按供需站之间的最短路径进行调配，从而造成路网流量的不均衡分配，部分区段的车流量极易超过线路允许的最大通过能力，使运输组织工作丧失机动性；如果通过最合理的路网调配路径对空车进行调配，其方案可能造成空车装车或运输时间不能满足货主要求，从而造成铁路货源流失。通过分析，对各优化目标进行加权，确定最终的评价等级V。一般情况下，按照权重分析将评价等级划分为高、中、低3级：高级表示调配效率基本已达到最优；中级表示调配过程还有进一步优化的空间；低级表示综合调配效率不高，需要进一步完善。

3 模糊综合评价模型

由于空车调配过程复杂，各铁路局和铁路运输公司在制定方案时侧重点不同，所需优化的目标也存在差异，且在实际运输过程中，空车调配量存在波动性，其过程难以通过明确的参数来表述，因此引入模糊数学理论对空车调配效率进行综合评价分析[6]。

首先确定路网中空车调配效率的评价指标体系：U=｛u1，u2，…，um｝；然后综合分析效率评价指标等级：V=｛v1，v2，…，vn｝；最后采用分段交叉的模糊三角隶属度函数表示评价指标ui对评价等级vj的隶属度ri=（ri1，ri2，…，rin），i=1，2，…，m，其中=1[7]。建立如下隶属度函数[7]：

式中：x为效率指标；a为三级效率指标；b为二级效率指标；c为一级效率指标。

从而计算所有评价指标的综合评价矩阵：

引入权重向量A=（a1，a2，…，am），表示评价指标U=｛u1，u2，…，um｝的权重，模糊变换可以表示为：C=A°°R=（b1，b2，…，bn），表示评价结果的优劣程度。式中：C为综合评价向量，反映评价结果的优劣程度；°o为模糊算子，采用加权平均进行计算。在决定各评价指标对评价等级的隶属度时，既考虑到单一评价指标对评价等级的影响，又考虑所有评价指标的综合影响[7]。该模型即为评价路网空车调配效率的综合评价模型。

4 实例分析

选取太原铁路局管内的一段路网对所建模型进行验证。太原铁路局管内各主要空车需求站和供应站之间的路网关系见图2，空车需求站和供应站的空车需求量和供应量分别见表1、表2。路网中空车总需求量为1 889辆，供应量为2 142辆，空车供应量大于需求量。

北河流和茶坞分别为石太线和大秦线上的中间站，每天会产生大量空车，向局管内其他空车需求站排空；修文、曲沃、临汾等站每天产生少量空车，需要排空；吕梁、古交、玉门沟、口泉等站为主要货运装车站，每天需要大量空车，需要由其他空车供应站调配空车到该站。整体来看，局管内路网空车供应量大于空车需求量。在空车调配的过程中会出现空车走行距离太长、资源浪费等情况，所以针对路网的实际情况建立空车调配效率的综合评价模型，评价铁路局管内空车的调配效率，进一步优化空车调配计划[7]。

图2 太原铁路局管内空车需求站、供应站路网关系

表1 太原铁路局管内空车需求站空车需求量 辆

表2 太原铁路局管内空车供应站空车供应量 辆

4.1 评价指标的确定

参照前文所述，对太原铁路局管内路网空车调配效率的影响因素进行分析，按顺序确定路网中空车调配效率的评价指标体系U。

4.2 评价指标等级划分

分析太原铁路局管内空车调配的主要优化目标：铁路效益最大化、路网调配路径最合理和货主满意度最优化，按照加权分析法对各优化目标进行处理。考虑到太原铁路局以煤炭货运为主，所以优先考虑货主满意度，然后考虑路网调配路径最合理，最后考虑铁路效益最大化。不同等级下对各目标的加权分析见表3，综合分析各优化目标，将评价等级划分为V=｛v1，v2，v3｝=｛高，中，低｝[7]。

表3 不同等级下各目标的加权分析 %

4.3 指标权重的确定

根据上述分析，采用层次分析法和专家调查9标度法来确定指标权重。首先根据各影响因素的重要程度对其主观打分，之后加权取平均值，最后对其进行归一化计算[6]。

根据专家组经验对太原铁路局管内影响空车调配过程的主要因素进行打分，其结果见表4的关系比较矩阵B。

通过层次分析法对B计算，各评价指标权重为：（0.074，0.042，0.024，0.135，0.024，0.077，0.279，0.198，0.147）。

4.4 模糊综合评价

根据上述模糊理论对太原铁路局管内的空车调配效率进行综合评价。由于各指标体系均采用3级评价等级，所以在分析过程中对各评价指标均采用相同的隶属度函数进行计算。

首先按模糊理论将评价等级量化，标准化向量为α=（100，75，50），可按3个评价等级进行划分，其分级标准见表5。

然后建立不同等级下的隶属度函数：

表4 空车调配指标关系比较矩阵 B

表5 分级标准

1级隶属度函数：

2级隶属度函数：

3级隶属度函数：

不同评价指标所对应的权重在一定程度上体现了该指标在整个评价体系中所占的比重值，也反映了该因素在空车调整过程中的影响程度，所以评价指标的权重值可以作为评价等级的效率指标[7]。将该权重值放大5倍进行处理：（0.370，0.210，0.120，0.675，0.120，0.385，1.395，0.990，0.735）。

根据所求出的隶属度建立一个不同评价等级的隶属度矩阵：

将该隶属度矩阵标准化：

根据前述计算得到的A，求得空车调配效率的综合评价向量C=AR=（0.469，0.251，0.280）。

按标准化向量α=（100，75，50）进行数值转化，计算太原铁路局管内空车调配效率的综合评分为72.298。根据R和α进一步计算各评价指标的权重，其结果见表6。

表6 评价指标权重

对太原铁路局管内空车调配效率的结果进行分析，空车调配效率综合评分为72.298，按照等级划分，46.9%属于高级，25.1%属于中级，28.0%属于低级。根据最大隶属度原则，太原铁路局管内空车调配效率属于适中水平，还有进一步提高的空间，可以通过提高路网中以重代空的运量、减少空车对流、合理分配路网中的运输能力等措施进一步优化和完善。

5 结束语

空车调配是铁路货物运输组织过程中的一个重要环节，直接影响编组计划的编制，同时对运输各环节都有一定影响。因此对空车调配效率进行科学合理的评价，并根据评价结果对调配方案做出一定的修改和完善，提出相应的改进措施，对提高铁路货物运输效率有重要意义。

[1] 宋建业，谢金宝. 铁路行车组织基础[M]. 北京：中 国铁道出版社，2003.

[2] 熊红云，鲁五一，温红艳. 铁路空车调配问题的遗 传启发算法[J]. 中国铁道科学，2002(4)：120-123.

[3] 程学庆，陆一新，尹传忠，等. 基于时间窗的铁路空 车调配优化模型及求解[J]. 中国铁道科学，2007(6)： 113-116.

[4] 梁栋，林柏梁，严贺祥，等. 车种代用情况下的铁 路空车调配研究[J]. 铁道学报，2005(4)：1-5.

[5] 梁栋，林柏梁. 铁路空车调配的多阶段策略优化模 型研究[J]. 铁道学报，2007(1)：1-6.

[6] 肖小科，宋建业. 编组站空车解体效率的模糊综合 评价[J]. 铁道运输与经济，2007(7)：52-54.

[7] 胡志垚，朱海洋. 最优目标博弈下的空车调配效率 模糊综合评价[J]. 山东科学，2015(2)：71-77.

责任编辑 李凤玲

On Comprehensive Model for Evaluating the Efciency of Distribution of Empty Cars on Railway Network

LI Li1，LU Zhengyuan1，wANG Liqiang2，HU Zhiyao2
（1. Shandong Railway Construction Investment Co Ltd，Ji’nan Shandong 250098，China；2. China Railway Design Corporation，Tianjin 300251，China）

By fully considering the necessity of empty car distribution on railway network, this paper analyzes factors infuencing the efciency of empty car distribution, determines the index system to evaluate the efciency of empty car distribution, and establishes a fuzzy comprehensive evaluation model of empty car distribution efciency on railway network. The model is then adopted to evaluate the efciency of empty car distribution by Taiyuan Railway Administration within its operating area, and the measures to ensure the efciency of empty car distribution are put forward to increase the turnover efciency of empty car on the railway network. The paper enjoys an important practical signifcance in improving the quality of freight transport for railway.

empty car distribution；efciency；index system；fuzzy comprehensive evaluation

U292

：A

：1001-683X（2017）06-0048-05

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.06.048

2017-03-24

李立（1972—），男，山东铁路建设投资有限公司副总经理。

王立强（1972—），男，高级工程师。

E-mail：14917134@qq.com