基于层次分析法的铁路运输组织模式效益评价

王丽薇

摘要 目前我国铁路发展方向是旅客列车高速化，货物列车重载化。为了适应铁路发展新趋势，不断优化运输组织模式，提高铁路运输社会效益和经济效益，文章以东乌铁路运营发展为例，利用层析分析法，建立效益/代价层次结构模型，对三种运输组织模式进行效益/代价评价，确定最优的运输组织模式。

关键词 东乌铁路;评价效益;层次分析;SWOT分析

中图分类号 U293.1 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）01-0044-03

0 引言

东乌铁路是国家路网规划中的一条重要铁路，也是内蒙古自治区和鄂尔多斯市重点建设的地方铁路项目。目前东乌铁路现有列车运输组织模式为开行4 026 t列车，在现有铁路技术设备的情况下企业拟定开行5 000 t列车或开行6 000 t列车，两种运输组织模式都满足东乌铁路运输组织的要求，但不同的运输组织模式下的社会、经济、技术效益不同，相应的投资改造、技术升级和设备闲置等一系列成本问题不同，确定最优的运输组织模式，最大程度上提高运输能力、增加经济效益，对企业的快速发展至关重要[1]，同时对进一步促进鄂尔多斯市能源、化工、建材等相关产业的发展也起着重要战略意义。

1 层次分析法的基本原理

层次分析法（Analytical Hierarchy Process，简称AHP）是美国匹兹堡大学教授A.L.Satty在20世纪70年代初首创的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法，它是一种能将定性分析与定量分析相结合的、系统化、层次化的分析方法[2]。

1.1 构造层次分析模型

利用层次分析法研究分析各领域问题时，要根据具体情况选定影响因素，构建层次分析模型。一般包含：目标层、准则层、指标层等。

目标层（最高层）：表示解决问题的目的，即层次分析要达到的总目标。

准则层（中间层）：表示采取某种措施、政策、方案等来实现预定总目标所涉及的中间环节。

指标层（最低层）：表示要选用的解决问题的各种措施、政策、方案等。

1.2 建立判断矩阵和一致性检验

层次分析法的基础是每一层各因素相对重要性的判断，这些判断可以通过引入合适的标度，用数值表示出来，写成判断矩阵。此判断矩阵表示针對上一层的某个因素，本层次与其有关的各个因素之间相对重要性的比较。

在层次分析法中引入判断矩阵最大特征根以外的其余特征根的负平均值，作为度量判断矩阵偏离一致性指标，检查决策者判断思维的一致性。

（1）

为了度量不同阶判断矩阵是否具有满意的一致性，还需引入判断矩阵的平均随机一致性指标RI值，对于1～9阶判断矩阵，RI值分别为0.00;0.00;0.58;0.90;1.12;1.24;1.32;1.41;1.45。判断矩阵的一致性指标CI与同阶平均一致性指标RI之比称为随机一致性比率，记为CR。当时，认为此判断矩阵具有满意的一致性，否则就需要调整判断矩阵，并使之具有满意的一致性。

2 东乌铁路运输组织模式的SWOT分析

2.1 内部优势分析

（1）企业带动社会效益提升（A1）：东乌铁路是鄂尔多斯市乃至整个西北地区一条便捷的出海大通道，其运输经营模式的进一步扩大、优化，对于促进沿线资源优势向经济优势转化、完善路网布局、改善投资环境具有非常重要的作用。

（2）企业经济效益显著提高（A2）：在充分考虑企业发展现状的情况下，确定最优的运输模式将会使企业运输资源最大化利用。目前企业年运量1 000万左右，预计“十四五”期间，东乌铁路年运量可达到1 500万t，最优的运输模式可以满足企业不断增长的运输需求，提高运输产能，节约运输成本，提高运输效益。

（3）企业技术效果不断优化（A3）：新的运输组织模式将一定程度上带动企业技术、技能的不断提升，增强人才队伍知识储备，提高企业整体技术管理效能。

2.2 内部劣势分析

（1）企业投资尚需扩大（C1）：企业现有关键铁路运输设备虽能满足几种运输方案的技术要求，但在实际运营中还需投入资本用于部分设备（如供电线路、铁路钢轨、铁路信号等）升级改造和现有技术手段的优化提升。

（2）企业运输成本增大（C2）：运输组织模式的优化升级，一定程度上会增加机车、车辆租用费用，装卸费用等运输成本。

（3）企业设备可能闲置（C3）：由于企业尚处于运营发展的初期，运量受市场、货源、政策等因素影响，每年波动幅度都较大，改变现有运输模式，增加（升级）的技术设备设施，可能受运量波动造成闲置。

3 东乌铁路效益层次分析模型

3.1 建立效益/代价层次结构模型

在SWOT分析的基础上，利用层次分析法对东乌铁路内部优势因素及劣势因素建立效益/代价评价模型。效益层次结构模型主要分三层，最高目标层：效益，准则层：社会效益、经济收入、技术效果、指标层：方案1（开行4 026 t列车的运输组织模式），方案2（开行5 000 t的列车的运输组织模式），方案3（开行6 000 t的列车的运输组织模式）。代价层次结构模型主要分三层，最高目标层（代价），准则层：（投资、运输成本、设备闲置），指标层（方案1、方案2、方案3）。

3.2 构造判断矩阵及一致性检验

3.2.1 构造东乌铁路的效益层次结构模型的判断矩阵及一致性检验

（1）相对于东乌铁路的效益这个总目标，各选择准则重要性相对比较建立判断矩阵U-A，相对于社会效益准则（A1），经济收入准则（A2），技术效果准则（A3）各选择指标的相对重要性比较建立判断矩阵A1-M，A2-M，A3-M，如表1。

以判断矩阵U-A为例，用和积法计算此判断矩阵的最大特征根及相应的特征向量：

① 将判断矩阵每一列正规化：

如：

（2）

（3）

②正规化后的判断矩阵按行相加得向量，再正规化，则所求特征向量为：

（4）

③计算判断矩阵的最大特征根：

（5）

判断矩阵的最大特征根：

（6）

判断矩阵为3阶矩阵，平均随机一致性指标，随机一致性比率，此判断矩阵具有满意的一致性。

（2）并利用计算机编程（C语言）来实现整个计算过程（以判断矩阵A1-M计算为例）[3]如图1，经计算得到各运输组织方案相对于东乌铁路效益总目标的层次总排序计算如表2。

经计算 CR=0.024<0.10，各运输组织方案相对于效益总目标的层次总排序一致性检验通过。所以，对于采用合理的运输组织模式，提高经济效益这个总目标，所考虑的三种方案的相对优先排序为M3，即方案3;M2，即方案2;M1，即方案1。因此，从几种方案的经济、社会效益来看，开行6 000 t列车比其他两个方案具有优势。

3.2.2 构造东乌铁路的代价层次结构模型的判断矩阵及一致性检验

相对于代价（P）这个总目标，各选择准则重要性相对比较建立判断矩阵， 相对于投资（C1）、运输成本准则（C2）、设备闲置准则（C3）各有关选择指标的相对重要性比较建立判断矩阵如表3。

经计算，东乌铁路代价总目标的层次总排序为M3=0.460;M2=0.325;M1=0.214，CR=0.028<0.01，各运输组织方案相对于代价总目标的层次总排序一致性检验通过。所以，对于各运输组织模式相对于代价层次总目标所考虑的三种方案的相对高低排序为：M3，M2，M1。三种运输组织方案中，开行6 000 t列车的运输代价最高。

3.3 东乌铁路运输组织方案选择

东乌铁路三种运输组织方案的效益权值为，三种运输组织方案的代价权值为，则三种运输组织模式的效益/代价为，即为，规一化后为。则东乌铁路三种运输组织方案中方案3（开行6 000 t列车的运输组织模式）的效益/代价权值最高，即此方案最优。

通过层次分析法，对三种运输组织模式进行效益/代价分析，拟定其最经济，最合理，最有利于发展的运输组织模式为开行6 000 t列车的运输组织模式。此种模式可由现有SS3B型机车牵引列车总重为6 000 t的车列。现有6台SS3B型机车，可以暂时满足运输对机车台數的需求，车辆近期使用C64型车辆，远景发展东乌铁路应购置C80型车辆及机车，以满足运输需求。

4 总结

东乌铁路开行6 000 t重载列车，不仅可以减少运营费用，节约支出，提高经济效益，还可以减轻职工的作业强度，提高工作效率。但还应该进一步确定东乌铁路运营的效益和费用支出，以精确其效益/代价模型，更好地确定东乌铁路的重载运输组织模式。

参考文献

[1]帅斌，霍娅敏.交通运输经济[M].成都：西南交通大学出版社，2007.

[2]赵焕臣，许树柏，和金生.层次分析法[M].北京：科学出版社，1986.

[3]郑丽英，李玉龙，李万祥，等.C语言程序设计[M].北京：中国铁道出版社，2005.