集装箱多站组装班列最晚发车条件调配研究

梁力东，叶国庆

(1. 中国铁路广州局集团有限公司 货运处，广东 广州 510088；2. 中国铁路广州局集团有限公司 广州货运中心，广东 广州 510450)

0 引言

我国铁路集装箱运输始于20世纪50年代[1]，由于其具有管理标准化程度高、货物运输安全性好、装卸作业速度快等优势[2]，在20世纪90年代后便进入了发展的高峰期，2017年铁路集装箱运量同比增长达到37%，预计2020年集装箱运输比例将达到铁路总货运量的20%[3]。为了实现集装箱的增运上量，铁路部门不仅大量购置20 ft集装箱、40 ft集装箱、冷藏箱和中欧班列专用集装箱等[4]，同时还对自备箱上路运输、集装箱海铁联运、集装箱“公转铁”运输等给予很大的支持。当前，铁路部门提供的集装箱运输种类主要有“门到门”“门到站”“站到站”“站到门”。当前中国铁路广州局集团有限公司(以下简称“广铁集团”)始发的集装箱跨局快运班列大多采取“门到站”的运输方式。

在集装箱运输方面，铁路部门开行了多种适应市场需求的集装箱列车[5]。按运输速度分为120 km/h的集装箱班列、80 km/h的集装箱班列、80 km/h的集装箱其他列车；按运输形式分为国际联运集装箱班列、铁水联运集装箱班列、多式联运集装箱班列；按运输距离分为集装箱跨局班列、集装箱局管内班列[3]。目前，长三角、珠三角间开行集装箱跨局快运班列共计5列/d，还远远不能满足物流市场需求，经常临时加开80 km/h的集装箱班列往返于长三角和珠三角间。

集装箱跨局快运班列的开行，将长三角、珠三角间的铁路运输时间压缩到约30 h。但是，由于集装箱跨局快运班列严格受到开行时刻、跨局车底、装车站点作业线能力等多种因素的限制，导致集装箱跨局快运班列难以准点开出，从而在很多情况下需要重新规划临时性的运行径路和时间，对铁路正常的运输秩序有着一定的影响。集装箱装卸车站点由于存在跨局车底到发、调配不均衡等情况，导致客户异地调箱成本大，同时难以确保准时到达新的装车站点，容易出现等个别箱影响整趟班列晚点现象[6]。根据《关于2018年铁路第二阶段列车运行图调整的通知》中货物列车的开行方案可知，长三角、珠三角间开行的集装箱跨局快运班列装车数要求在30 ～ 50车之间，目前珠三角地区的各铁路车站单条作业线绝大多数都不能一次性装卸车达到30车以上。因此，最经济的方式为多站联合装车，不仅符合物流市场货源结构的分布规律，也可以减轻铁路站点的装卸能力。

综上分析，在保障班列满足开行条件、客户利益最大化的前提下，提出邻近铁路站点联合组织集装箱跨局班列开行的思路，并针对客户每天装箱站点不固定和装车数不固定的情况，结合跨局车底在各个站存留不一的现场实际，提出灵活的装车方案。

1 集装箱跨局快运班列多站点装车数配给参数分析

1.1 集卡短驳运输费用及运输时间

随着近年来集装箱运输的迅猛发展[7]，铁路接取送达服务也日益完善，推行发送集装箱“门到站”服务受到跨局快运班列客户的欢迎。目前，铁路通用集装箱主要以20 ft和40 ft通用集装箱为主。根据长三角和珠三角现有班列开行的实际情况，将以40 ft通用集装箱为例，分析集卡短驳运输费用及运输时间，集装箱和集卡的质量按50 t的标准进行牵引。由于集卡种类繁多，耗油量和折旧率等也不尽相同，考虑到集卡主要是各个站点辐射范围内进行短驳运输，影响因素主要是物流装箱站点与铁路装车站点的距离、油耗成本和高速公路耗费成本等。

1.2 铁路装车站点跨局车底存留及装车组织

集装箱跨局快运班列与其他货运班列不同之处在于，首先，跨局快运班列的车底主要是集装箱专用平板车和集装箱两用平板车，不得使用敞车装运集装箱；其次，跨局车底在使用前需要进行严格检查，除了到期扣修外，其他损伤也不得编入跨局快运班列；第三，跨局车底一般情况下仅限集装箱跨局快运班列使用，如需另作他用，必须取得铁路局集团公司调度所同意。因此，跨局车底一般在装卸车站点停留的时间较短，而且基本是按照循环组织班列套用跨局车底。

根据上述原则，跨局车底存留数的公式为

式中:Pi为跨局车底存留数；Pi-1为前一日跨局车底存留数；Ni为当日终到的跨局车底数量；Mi为外站调运的跨局车底数量；Di为本站跨局车底的需求数。

集装箱跨局快运班列为小编组运输组织，装车数保持在30 ～ 50车不等，一般物流淡季(珠三角地区为5—8月)装车数达到35车左右即可为“满编”状态，中欧班列要求装车数在41 ～ 50辆左右。根据既有铁路线路的设计，重量达到2 500 t或换长达到70即为“满编”。反之，到达班列执行同一标准。

由于集装箱跨局快运班列基本为双向对开，因而本站有到发的跨局车底，基本是优先满足本站的跨局班列装车数，如果数量不够再进行补充或多余的可以调配到外站装车。从跨局车底到达—跨局车底按集装箱货物线要求进行解体—集装箱集结—重新编组新的始发班列—新的集装箱跨局快运班列发车等简单的“到、解、集、编、发”的时间最短为3 h，即到达的跨局车底至少经过3 h才能重新投入使用。如果是调配过来的空车，一般完成一批装车作业的时间最短为2 h。

2 集装箱跨局快运班列多站点装车数配给模型

2.1 简化模型参数

由于现场实际情况比较复杂，导致模型难以找到合适的解法，因而需要对部分实际参数进行简化，得出一个较优的装车方案。

（1）目前珠三角地区江高镇、三眼桥等站点均有跨局车底到发，但根据客户需求，目前长三角、珠三角间的跨局班列主要在棠溪、石龙、常平等站点有装车。因此，将其他站点的跨局车底使用情况当作“黑箱系统”处理(即其他方向的集装箱跨局快运班列除跨局车底影响外，其他因素均不影响长三角、珠三角间集装箱跨局快运班列的开行)，指定站点所缺车底均由江村编组站提供。开行各个站点的小运转均为一站直达，中间不受到任何其他的运输组织干扰。

图1 多站点装车数分配模型示意图Fig.1 The diagram of a model of container loading allocation at multiple stations

（2）短驳运输的集装箱不受道路拥堵的限制，从物流节点到铁路站点的汽运距离全部按高速路段进行处理。集卡行驶速度不受道路环境的影响，运行时间固定，轮胎耗费和车辆折旧等费用在此忽略不计。

（3）铁路站点单箱卸装及调车的最短时间为1 h，而且不受装卸线和货场能力的限制，不存在卸不上、装不上的情况。

（4）对于出现到达本站的班列存在跨局车底不得新编的情况时，车站组织甩车的时间忽略不计，默认到达班列的跨局车底能用，但是到达和江村结余的跨局车底数要大于总装车数，即扣除跨局车底到期等情况的车底的补充。

（5）各货源站点允许装载多趟班列，货源充足，按客户现有的装车配额综合分配各个货源站点的重箱量，并且默认不存在站点装箱的情况，全部由物流园装箱站点完成，所装货物均满足适箱货物要求。

（6）班列接续时间和取送时间按定量予以折减，不受各个铁路站点编组和调机能力的限制。

根据上述简化的参数，多站点装车数分配模型示意图如图1所示。

2.2 构建基于各站点最晚发车最优装车数配给调配模型

0-1整数规划因其简单实用，在线路设计、工厂选址、生产计划安排、旅行购物、背包问题、人员安排等方面有较为广泛的应用。在所构建的多站点组装班列的模型中，针对单个集装箱只能去往一个铁路装车站点，并只能从该装车站点中选择其中一列跨局快运班列的问题，提出最优的0-1整数规划配给模型。

由于铁路站场实行的是24小时不间断的作业，班列一般按周开行，因此，模型选择的周期也为1周，其中0 ～ 24 h为第1天，24 ～ 48 h为第2天，后续依次类推，班列的每天到达时间也一次叠加24 h。

式中:Z为“门到站”条件下全程运输集装箱的费用；Ci(i = 1，2，…，n)为汽运接驳的每公里第i种费用；opkai为p装箱站点第k个集装箱到达a装车站点装第i趟班列；Lpkai为p装箱站点第k个集装箱到达a装车站点装第i趟班列的汽运接驳距离；Xai为a装车站点装i趟班列的单箱运费；Dai为a装车站点装i趟班列的集装箱数量；op为p装箱站点总的装箱数；Dmini和Dmaxi分别为满足i班列开行的限制装车最小值和最大值；tpkai为p装箱站点第k个集装箱到达a装车站点装上第i趟班列的最晚装箱完毕时间；tpa为p装箱站点到达a装车站点汽运时间；tai为a装车站点始发i班列最晚时间；t1为i站点必要作业时间；Hac-1为前一天a站点结存的跨局车底；Had为到达a站点跨局车底；Hd为调配到 a站点的跨局车底；Hy为a站点其他班列需要的跨局车底；tad为到达a站点跨局车底的时间；td为调配到a站点的跨局车底的时间；t2为使用到达跨局车底的装卸时间；t3为使用调配跨局车底的装车时间；N为非负整数。

其中，公式 ⑴ 表示客户按“门到站”组织托运时，全程运费最小为目标约束；公式 ⑵ 表示装箱站点发往各站点各方向的集装箱等于该站点总的装箱数；公式 ⑶ 表示所有装箱站点装某方向的装箱数总和等于各个装车站点装该方向的装车数总和；公式 ⑷ 表示某方向班列开行装车数的限制条件；公式 ⑸ 表示所有装箱站点最晚集卡接取时间加上到某站点的途中运输时间小于等于班列发车时间减去装车站点必要作业时间；公式 ⑹ 表示某装车站点的装车数小于等于该站存留的跨局车底数加上到达的跨局车底加上调配的跨局车底减去其他跨局班列占用的跨局车底；公式 ⑺ 表示到达的车底加上装卸时间小于等于班列发车时间减去装车站点必要的作业时间；公式 ⑻ 表示调配的车底加上装车时间小于等于班列发车时间减去装车站点必要的作业时间；公式 ⑼ 表示装车站点每组箱至多只能编入一趟班列；公式 ⑽ 表示装箱站点所装的每组箱至多只能到达一个铁路装车站点所对应的一趟班列。

3 实例分析

3.1 装箱点选择

随机选择已有集装箱跨局快运班列货源站点中的9个，并将直接进厂装箱的货源也划归到邻近的货源站点中，所装货物均满足快运班列适箱货物要求。选取的装箱站点至装车铁路站点距离及集卡运输时间如表1所示。

（1）根据50 t集卡每百公里的油耗为50 L，柴油价格按2018年7月2日广州市0号柴油价格6.91元/L进行计算，可得50 t集卡每公里油耗花费为3.455元，即取C1= 3.455。

（2）高速公路单位通行成本广东省暂定为C2=0.12 元 /(t·km)。

3.2 装车点的选择

当前铁路办理的品类主要有整车、集装箱、批量快运和零散快运。由于珠三角地区公路、航空网络发达，目前广铁集团主要以办理整车、集装箱和批量快运为主。

长三角、珠三角两地间的货物经贸往来频繁。长三角核心省市江苏、浙江、上海均开行往返珠三角核心城市广州、东莞、佛山等地的集装箱跨局快运班列。根据已经制定的集装箱班列开行方案，始发终到珠三角城市的集装箱跨局快运班列经停站均在2个站。较为稳定往返珠三角、长三角间的集装箱跨局快运班列有:棠溪、常平至闵行，三眼桥、常平至嘉兴。此外，还有长兴南至石龙、棠溪的单向集装箱跨局快运班列。

表1 选取的装箱站点至装车铁路站点距离及集卡运输时间Tab.1 The distances between the selected encasement stations and the loading railway stations and the time of truck transportation

由于每天始发到达的集装箱跨局快运班列数量略有不同，但基本维持在30 ～ 50车的小编组进行开行。棠溪、石龙、常平开行长三角、珠三角间的图定集装箱跨局快运班列如表2所示。

表2 棠溪、石龙、常平开行长三角、珠三角间的图定集装箱跨局快运班列Tab.2 The inter-bureau container express trains running between the yangtze and pearl river

江村编组站是珠三角地区惟一的路网性编组站，进出珠三角地区的上行班列都需要在江村进行中转，下行班列主要在龙川北区域性编组站进行列检。由于棠溪、石龙、常平铁路货运站点与江村编组站之间开行的小运转列车最多，一般情况下，各站所缺的跨局车底一般由江村统一调拨使用，上述站点所缺跨局车底将全部由江村编组站进行集结开行小运转送抵。时间将按正常的图定时间进行开行，装卸车数实行定量分配，而且全部为物流节点装箱送达铁路站点进行装车。

3.3 结果比较

根据选择的装箱站点城市货源结构及运量情况，选取珠三角发往长三角地区2列班列作为案例进行分析。物流园装箱站点一周内发往长三角地区的集装箱数量如表3所示。

根据上述现有的分配情况，使用Dijkatra算法和Floyd算法[8]求解比较复杂，因此，借助Lingo软件依次代入求得新解。模型求解的珠三角发往长三角班列装车数分配表如表4所示。

根据计算结果，以及长三角、珠三角间往返集装箱跨局快运班列的开行情况，采用跨局车底套用的模式基本满足长三角、珠三角间班列的正常运用。根据模型的计算结果可知，使用多站组的方式进行装车时，2列班列每周的总运输费用为1 457 844元，而2列班列仅在棠溪站装车时运输费用为1 461 928元，每周则节省运输费用4 084元，全年可以节省运输费用约22万元。尽管2列班列在石龙和常平站装车时运输费用较组合装车时有所节省，但由于2站跨局车底运用不足，需靠其他站调运跨局车底补充，但这样导致耗费的其他成本远超过运输成本。因此，采用多站组合的方式能够在跨局车底运用和运输成本等方面取得一个综合较优的解决办法。

表3 装箱站点一周内发往长三角地区的集装箱车数辆Tab.3 The number of containers transported to the yangtze river delta region within one week from encasement stations

表4 模型求解的珠三角发往长三角班列装车数分配表辆Tab.4 The allocation of express train containers from the pearl river delta to the yangtze river delta aquired from the model

4 结束语

集装箱跨局快运班列与煤炭、矿石等“黑货”班列最大的不同是货源不稳定，因而必须由多个站点共同组装，以保障集装箱跨局快运班列的常态化开行。在面临装箱站点每天装箱数和装车站点每天可运用的跨局车底存留数不固定的实际情况下，基于集装箱跨局快运班列在满足开行条件下制定装箱站点与装车站点的最佳匹配模型，旨在实现客户利益的最大化，同时解决站点之间有箱无车和有车无箱的不均衡问题。在0-1整数规划模型的控制下，根据装箱完毕时间与班列始发时间的间隙，在装车站点跨局车底存车数限制的条件下，实现整列班列多站装车数的最优分配，为跨局车底空车调配和重箱调运问题提供了一个解决思路。