铁路物流基地网络化运营组织优化研究

曾祥坤

ZENG Xiangkun

（中国铁道科学研究院集团有限公司 科信部，北京 100081)

0 引言

近年来，国家高度重视物流枢纽建设，印发了《国家物流枢纽布局和建设规划》，公布了23 个国家物流枢纽建设名单[1]。为了支撑国家物流枢纽建设，中国国家铁路集团有限公司(以下简称“国铁集团”)积极发展铁路物流基地，在2020 年正式出台《铁路物流基地发展规划及2020—2022 年建设计划》[2]。截至2018 年底，全路已经建成一级铁路物流基地27 个，二级铁路物流基地106 个。在铁路物流基地大规模建设的背景下，铁路物流基地逐步实现了成网运行。但总体来看，目前铁路物流基地网络化班列开行质量有待提高，整体运营成本有待降低，影响了铁路物流基地的市场竞争力。

目前，学者们关于铁路物流基地研究主要集中在网络选址和单点运营管理方面，关于成网条件下铁路物流基地运营组织的研究较少。张智勇[3]以中鼎铁路物流基地为例，研究铁路物流基地内部智能化运营技术；黄殿辉[4]结合铁路物流基地载体城市，采用综合指标法研究铁路物流基地布局方法；丁小东等[5]重点从投入产出视角研究单个节点铁路物流基地运营情况；谢如鹤等[6]采用灰色关联度方法，构建铁路物流基地运营服务质量评价体系；其他学者[7-8]对国内外铁路物流基地运营模式进行系统研究。

然而，这些研究还缺乏统筹考虑铁路物流基地规划、建设、运营等环节。因此，综合考虑铁路物流基地两端公路集疏运、铁路物流基地间干线运输、铁路物流基地建设等因素，通过采用铁路物流基地网络化运营组织优化方法，构建成网条件下铁路物流基地运营组织优化模型，以实例验证铁路物流基地网络化运营组织优化方法的合理性。

1 铁路物流基地网络化运营组织优化模型构建

1.1 运营组织现状

随着铁路物流基地大规模建设，铁路物流基地运营质量得到极大提升。2015—2018 年，铁路物流基地(所在车站)累计发到量21.7 亿t，年均增长7%。2018 年，全国铁路物流基地总发到量2.3 亿t，同比增长24.2%，铁路物流基地在铁路货运场站的作用得到进一步提升。在货源结构方面，主要品类为金矿5 350 万t (占比24.2%)、煤3 700 万t (占比16.8%)、钢铁和木材3 840 万t (占比17.4%)、集装箱3 600 万t (占比16.3%)。目前，铁路物流基地之间主要开行金属矿石班列、煤炭班列等大宗货物班列，开行产品以“站到站”货物班列为主，全程物流服务产品不足。2018 年铁路物流基地主要办理品类如图1 所示。

随着铁路物流基地网络逐步建成和完善，铁路物流基地之间开行班列条件逐渐成熟，但是受到传统货运组织模式的限制，铁路物流基地间班列开行质量有待提升，尚存在以下问题。

（1）铁路物流基地办理货源以大宗货物为主，家电、食品、医药等零散快运货源较少。

（2）目前客户的物流需求为“门到门”全程服务，而铁路物流基地目前以“站到站”干线运输服务为主，不仅延长了全程物流时间，还增加了物流作业环节和成本。

（3）目前铁路物流基地间跨局班列方案设计主要考虑铁路物流基地间货源情况、线路能力、场站装卸组织等因素，以人工和经验设计为主。

1.2 优化方法

针对铁路物流基地缺乏全程服务方案设计的问题，统筹考虑铁路物流基地规划、建设、运营等环节，研究提出铁路物流基地网络化运营组织优化方法。

（1）综合考虑车站作业条件、交通区位条件、地理支撑条件、环境支撑条件等因素。其中，车站作业条件包括货运作业水平、货运基础设施条件、运输作业条件等；交通区位条件包括与铁路、水运、公路联通情况；地区支撑条件包括城市区位条件和周边土地条件；环境支撑条件包括周边货源条件、政策环境条件、市场竞争条件。研究确定铁路物流基地网络规划初始方案。

（2）综合考虑各铁路物流基地供需量、物流基地设施能力、全程物流成本，构建铁路物流基地运营组织模型。其中，物流供需量包括铁路物流基地货物发送量、铁路物流基地货物到达量；铁路物流基地设施能力包括物流基地设计能力和物流基地作业能力；全程物流成本包括基地间运输成本和基地内部运营成本。以全程物流成本最优为目标，构建铁路物流基地网络化运营组织优化模型[8]。

（3）结合铁路物流基地运营组织方案，加强对区域集疏量大、干线运输班列办理密集的铁路物流基地建设力度，进一步优化铁路物流基地网络布局方案。

铁路物流基地网络化运营组织优化思路如图2所示。

2 铁路物流基地网络化运营组织优化模型

2.1 组织结构

网络化运营背景下，铁路物流基地运营组织涉及供应地、铁路物流基地、需求地3 类作业场站，使用公路运输、铁路运输2 种运输方式。铁路物流基地网络化运营组织需要考虑供应地至铁路物流基地之间的公路集运成本、铁路物流基地之间的干线运输成本、铁路物流基地与需求地之间的公路疏运成本，同时需要考虑铁路物流基地建设成本等。综合考虑以上因素，得出基于全程物流的铁路物流基地网络化运营组织结构如图3 所示。

图2 铁路物流基地网络化运营组织优化思路Fig.2 Optimization idea of railway logistics base network operation organization

2.2 优化模型

基于铁路物流基地网络化运营组织结构，构建铁路物流基地网络化运营组织优化模型。铁路物流基地网络化运营组织优化以全程物流成本最低为目标，主要包括铁路物流基地两端公路集疏运成本、铁路物流基地间铁路干线运输成本、铁路物流基地建设成本。铁路物流基地网络化运营组织优化模型可以表示为

图3 铁路物流基地网络化运营组织结构Fig.3 Structure of railway logistics base network operation organization

式中：k表示货物供应地变量标示；l表示货物供应地总量；i表示备选铁路物流基地变量标示；m表示备选铁路物流基地总量；j表示货物需求点变量标示；n表示货物需求点总量；cki表示从货物供应点k到备选铁路物流基地i单位货物运价；wki表示从货物供应点k到备选铁路物流基地i运输量；hij表示从备选铁路物流基地i到货物需求点j单位货物运价；xij表示从备选铁路物流基地i到货物需求点j运输量；skj表示从货物供应点k到货物需求地j单位货物运价；ykj从货物供应点k到货物需求地j运输量；pk表示货物供应地k的供应能力；ai表示备选存储地的仓储能力；dj表示货物需求地j的最低需求；gi表示货物在备选存储基地i中单位存储费用；fi表示备选存储基地i的固定基建成本；zi为0-1变量，当备选存储基地i被选中zi取1，否则zi取0；c表示总费用。

公式 ⑵ 表示从供应地k向铁路物流基地提供的货物总量不能超过自身的生产能力；公式 ⑶ 表示铁路物流基地的进货量等于出货量；公式 ⑷ 表示每个地区的需求均能得到满足；公式 ⑸ 表示铁路物流基地的供货量不能超过其仓储能力；公式 ⑹表示规定铁路物流基地建设数量上限。

3 案例分析

考虑到未来铁路物流基地网络运营班列重点在大型铁路物流基地之间开行，以已建成的一级铁路物流基地为例，采用铁路物流基地网络化运营组织优化模型，对物流基地间班列既有运营组织进行优化，提出主要物流基地间网络化开行需求。

3.1 物流基地分析

假设各铁路物流基地建设成本仅与建设规模相关，而与基地所在载体城市土地成本无关，因而影响铁路物流基地全程物流成本的主要因素为全程直达成本和转运成本。目前，全路已经建成一级铁路物流基地27 个，以该27 个铁路物流基地2018 年实际运营数据为样本进行计算。总体来看，目前有26 个一级物流基地办理发送作业，累计发送量为1 856 万t，因而可以将该26 个基地作为供应点；有26 个一级铁路物流基地办理到达作业，累计到达量为5 370 万t，因而可以将该26 个基地作为需求点。2018 年一级铁路物流基地货物发送量如图4 所示，2018 年一级铁路物流基地货物到达量如图5 所示。

图4 2018 年一级铁路物流基地货物发送量Fig.4 Traffic volume originated from level 1 railway logistics base in 2018

图5 2018 年一级铁路物流基地货物到达量Fig.5 Traffic volume arrived at level 1 railway logistics base in 2018

3.2 优化计算分析

运用铁路物流基地网络化运营组织优化模型，基于LINGO 优化软件编写求解程序，计算结果显示乌鲁木齐三坪、呼和浩特沙良等16 个铁路物流基地发送量大于到达量，净输出量大于0；成都城厢、重庆团结村等11 个铁路物流基地到达量大于发送量，净输入量大于0。结合发到平衡原理，以全网运营成本最低为目标，研究得到沙良至团结村、三坪至城厢等26 个优化OD 流量，铁路物流基地OD 流量分配方案如图6 所示。

图6 铁路物流基地OD 流量分配方案Fig.6 OD flow distribution scheme of railway logistics base

图7 铁路物流基地网络化办理开行线路Fig.7 Network operation line of railway logistics base

由图6 可知，目前铁路物流基地发货地主要集中在华北、西北、华东地区，到达地主要集中在东北和西南地区。考虑铁路物流基地运输量、铁路物流基地运营条件、社会市场需求等因素，建议在货运量较大的铁路物流基地之间开行网络化运营班列，初步梳理出沙良至团结村、三坪至城厢、新港北至改貌等13 条线路开行网络化班列。铁路物流基地网络化办理开行线路如图7 所示。

运用铁路物流基地网络化运营组织优化模型计算可知，提出的13 个跨局班列开行量占主要物流基地间26 个班列总需求量的81%，表明我国铁路物流基地存在严重的到发不平衡现象，跨局运输需求旺盛，铁路物流基地运营组织优化模型能够有效解决成网条件下铁路物流基地班列开行问题，方法科学合理。此外，该模型还充分考虑了物流基地班列开行的规模效应，其应用有助于进一步提升班列利用效率，优化全程运输成本。

4 结束语

随着铁路物流基地大规模建设，铁路物流基地网络化运营格局基本形成，与传统“点对点”运营模式相比，成网条件下物流基地运营组织变得十分复杂，需要综合考虑两端公路集疏、干线铁路运输组织、全程时效控制等因素，从全程物流的视角研究物流基地网络化运营组织优化问题，有效提升铁路物流基地运营质量，降低铁路物流综合成本。综合考虑铁路路网、枢纽、车站能力，深入研究成网条件下铁路物流基地开行方案优化方法，为铁路物流基地网络班列开行方案编制提供依据。