铁路零担货物运输方案优化原理研究
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作者: 王在华
摘要：探讨铁路零担货物运输方案优化原理具有重要的学术意义和实践价值，针对铁路零担货物运输方案优化方法进行了系统研究，对路局管内零担货流（始发流和中转流）组织提出了多层次表格优化法并建立了数学模型，对全路跨局零担货流组织提出了定向定到站的分割法和小整体优化法，同时，对优化方法的具体应用作了进一步说明，明确了方案优化的原则、程序等。
关键词：零担货物；运输方案；优化方法
中图分类号：F12文献标志码：A文章编号：1673-291X（2011）10-0222-06
零担货物是铁路承运货物中的较难组织者，这类货物流量小、件数多、流向分散、性质复杂、包装不一、作业要求严、政策性强而且车辆载重量利用率低，周转缓缦。这就首先在运输组织上提出了严格要求，如何安全、迅速而经济合理地运送零担货物？零担车组织计划是零担货流合理组织的保证，是车站组织零担车的依据。由此可见，对中国铁路零担货物运输方案的优化方法进行研究具有现实性、紧迫性。
一、路局管内零担货流多层次表格优化法
（一）零担货流优化组织的概念
零担货物运输的原则就是多装直达，合理中转，组织快运，保证安全。那么，怎样才能多装直达？怎么才能合理中转？这很明显，多装直达是合理中转的前提，如果可以直达的让其中转，那是不合理的，在实际组织过程中，相当一部分零流可以在经济上走直达而实际上去中转了，这不仅使中转站的压力增大，而且使零担货流组织水平下降，这种情况还随着路网的发展和零流量流向的变化而加剧。因此，零担货流优化组织就是执行一个利用铁路现有设备，实现零流多层次优化的始发组织和中转组织方案。
（二）局管内零担始发流的多层次表格优化法
1.第一层次表格优化法
假定某局管内有零担货物主要始发站m个，设Xij为由i→j的零担货物（日均），则可有下列数学模型：
Ⅰ.普零数学模型
max ：Xij Yij
满足：
Qi≥Xij
Qj≥Xij
Xij≥3.5+（Yij-1）M
Xij＜3.5+YijM
Xij≥0，0≤Yij≤1，为整数
其中，M为一大常数
式中：Yij―（0，1）变量，当Xij≥3.5T（日均量）时，Yij=1；当Xij＜3.5 T（日均量）时，Yij=0
Qj――管内各个站到达i站的总流量。
Qi――i站发往各个j站的总流量。
Xij――i站可一站直达的总流量。
Xij――m个组织站中，可对j开口的总流量。
Ⅱ.笨零数学模型
Max：Xij Yij
满足：
Qi≥Xij
Qj≥Xij
Xij≥4.3+（Yij-1）M
Xij＜4.3+（Yij）M
Xij≥0，0≤Yij≤1，Yij为整数
其中，M为一大常数
Ⅲ.第一层次表格优化法
建立该局管内m个零担始发站的零货流量流向表，此称1号表，具体（如表1所示）。
表1 局管内零担货物流量流向表
第一层次表格优化法：
建立1号表2张，一为普零表，一为笨零表；然后，再制两张结构同1号表的普零、笨零空白表；最后，将1号表格凡是大于3.5T（普零1号表）、大于等于4.3T（笨零1号表）的流量。
填入两张空白表作为第一层次的表格优化法方案；并且将1号表的余部填入另外两张空白表中，以作为第二层表格优化法的2号表，即表2―1普、2―2笨。
2.第二层次表格优化法
如果i→j的零流与k→j的零流符合直达条件，且 i→k与i→j的零流也符合直达条件，且i与k为同一径路时有：
Ⅰ.普零数学模型
max： （Xij+Xkj）Yij+ （Xik+Xij）Zij
满足：
Qi≥Xij
Qj≥Xij
Qik+Qij≥Xij+Xik
Xij+Xkj≥3.5+（Yij-1）MXij+Xkj＜3.5+YijM
Xik+Xij≥3.5+（Zij-1）MXik+Xij＜3.5+（Zij-1）M
Xij、Xik、Xkj≥0；
0≤Yij≤10≤Zij≤1，均为整数
其中，M为一大常整
Ⅱ.笨零数学模型
max： （Xij+Xkj）Yij+（Xik+Xij）Zij
满足：
Qi≥Xij
Qj≥Xij
Qik+Qij≥Xij+Xik
Xij+Xkj≥4.3+（Yij-1）MXij+Xkj＜4.3+YijM
Xik+Xij≥4.3+（Zij-1）MXik+Xij＜4.3+ZijM
Xij、Xik、Xkj≥0；
0≤Yij≤1、0≤Zij≤1，均为整数
其中，M为一大常数
Ⅲ.第二层次表格优化法
用同样的结构制四张空白2号表，两张为普零、两张为笨零，后从2―1普、2―2笨表上分别找出Xij+Xkj≥3.5（4.3）的始发组织站，再除掉不是同一径路的后分别填入表2―3普和表2―4笨；并将2―1普、2―2笨的残余流相应填入表3―1普、3―2笨作为第三层次优化的表。
3.第三层次表格优化法
如果i→j，i→r的零流符合直达要求，且如i不为中转站时Sjr≯250km或Xir≥40%P时有：
Ⅰ.普零数学模型
max：（Xij+Xir）Yjr
满足：
Qi≥Xij
Qj≥Xij
Qr≥Xir
Xij+Xir≥3.5+（Yir-1）MXij+Xir＜3.5+YjrM
Xij、Xir≥0
0≤Yir≤1，为整数
Xir≥3.5T或Sjr＜250km或j为中转站
其中，M为一大常数
Ⅱ.笨零数学模型
max： （ Xij+Xir）Yjr
满足：
Qi≥Xij
Qj≥Xij
Qr≥Xir
Xij+Xir≥4.3+（Yir-1）MXij+Xir＜4.3+YirM
Xij、Xir≥0，0≤Yij≤1，为整数
Xir≥2.9T或Sjr＜250km或j为中转站
其中，M为一大常数
Ⅲ.第三层次表格优化法
制3号表四张，将3―1普，3―2笨中凡满足Xij+Xir≥3.5T（4.3T）的发到站选出，先看是否满足Xir≥2.9T，是的填入表3―2普，3―3笨中，再看Sjr＜250km，把符合的填入；对剩下的再看j是否为中转站；最后把虽Xij+Xir≥3.5T（4.3T）的流但不满足上述三者之一者，均返回表3―1，3―2将这些残余部分制成4―1普，4―2笨，以供第四层次优化表格用。
4.第四层次表格优化法
如果i→j的零流亏吨△q，此时若至少与一次中转费用相当，则可在t集内对满足Xij≥q-△q者组织一站直达。
Ⅰ.普零数学模型
满足：
Qi≥Xij
Qj≥Xij
Xij≥3.5+（Yij-1）M-△qXij＜3.5-△q+YijM△q=
Xij≥0，0≤Yij≤1，为整数
其中，M为一大常数
Ⅱ.笨零数学模型：
Max：∑Xij Yij
满足：
Qi≥Xij
Qj≥Xij
Xij≥4.3-△q +（Yij-1）MXij＜4.3-△q+YijM△q=
Xij≥0，0 ≤Yij≤1，为整数
其中，M为一大常数
Ⅲ.第四层次表格优化法
制两张空白表，从表4―1普，4―2笨中分别挑出满足Xij≥3.5-△q或（4.3-△q）的流，填入两张空白表，并将残余流填入零外两张表，作为5―1普，5―2笨。
5.第五层次表格优化法
过去一般认为远距离流不能组织直达时，可考虑在发站延长集结时间，以组织直达，其实，这种原理对管内流也适应，因管内流不能直达时还得在本区中转站至少中转一次，因此，延长集结时间的方法对整个零流组织都是适合的。
Ⅰ.普零数学模型
Max：∑Xij Yij
满足：
Qi≥Xij
Qj≥Xij
Xij≥3.5+（Yij-1）MXij＜3.5-（Yij）MXij≥0，0≤Yij≤1，为整数
其中，M为一大常数
Ⅱ.笨零数学模型
只用日均量4.3T代替上式3.5T即可建成笨零数学模型，此略。
Ⅲ.第五层次表格优化法
将满足Xij≥3.5（4.3）T的流填入对应的表格中，残余流制成两张表6―1普、6―2笨。
6.第六层次表格优化法
分流原理的基本思想是将一个远程流分开成小支流，将其分别与别的较远程流合并，以扩大直达范围的一种方法。这个方法从理论上讲可以获得最优方案，但当始发站、中转站很大时，方案数成指数增加，再分流也是有一定限度的，最小也不能将一批折开、而零流本来量就小，这确实给实际应用带来了不便，但是，经过我们前面的五个层次优化，已经使流的量大大减少，这就为分流创造了方便，特别是表格优化法。
假设，i→j的流为Xik -Qik，
（Xik-Qik）为i→j的流的分支；
则有：
Ⅰ.普零数学模型
Max：∑（Xik-Qik+Xkj）Zij+∑（Xik）Yik
满足：
Qij≥Xik-Qik
Qj≥ （Xik-Qik）+Xkj
∑Xij≥3.5+（Yik-1）M∑Xij＜3.5+YikM∑（Xik-Qik+Xkj）≥3.5+（Zij-1）M∑（Xik-Qik+Xkj）＜3.5+ZijMXik Xkj≥0
0≤ （Yik Zij）≤1，均为整数
Ⅱ.笨零数学模型
只用日均量4.3T替代上式3.5T即可建成笨零数学模型，此略。
其中，M为一大常数
Ⅲ.第六层次表格优化法
在表6―1普，6―2笨中选出Xij+Xik≥3.5（4.3），且Xij+Xkj≥3.5（4.3）的流，填入方案表格中。
此时，残余流即可汇总成以本局中转站为组织站的局管内零流表以供中转流多层次优化用，结构（如表2所示）：
表2 局管内中转流表
K、r、j为某局的中转站，Xkj为K中转站已经汇总后去j组织站的流。
由上面分析可见，零担货流在局管内始发组织并不是一次优化，而是在不同标准下的多层次优化，但无论怎样的标准，始发直达都要优于中转，在经济上要合算，经过这样多层次优化，剩下的零流就必须中转了。
这里还应该指出，在现场使用中，可根据不同层次的优化流绘制成多种货流图，这对掌握、调整货流的变化，了解本局管内零担货流的优化组织方式是非常有益的，可以随时调整部分优化组织，以适应变化，零外，局管内表格优化法，只要各局根据本局的具体情况，制成固定格式，就可以非常方便地在表上进行优化了，由于局管内直接从一站直达开始优化，最后进行分流优化时，范围已经缩小到始发优化的最低程度，故，无论哪种方法，都能保证表上作业的优化程度。
（三）局管内中转流的多层次表格优化法
1.零担中转流的特点
零担中转流是零担始发流中不能组织直达的那部分分流的集合，它使汇集来的零流重新组合成能够直达的新的始发流，由此可见，零担中转流是在更低标准之下进行的直达组织，这就是中转流与始发流的区别。
2.中转流优化组织的概念
中转流的特点决定了它可以被当做以该中转为新的始发站的零担货流优化组织，因此，始发站的零流多层次优化组织法也适应中转流，不同处在于中转流在汇集前要在始发站进行一次中转整零与到站的优化，因这是在始发组织，故应属于始发流的范围。
3.中转流的优化组织法
（1）在始发站组织中转站整零的优化法。假设，r为某局管内的中转站，其余各站均可以组织中转整零车到r，为了使中转整零车可继续在r站加装到某站的货物而直达，必须进行配优。
Ⅰ.普零数学模型
Max：（∑Xij）yi+（∑Xkj）Ykj+∑（Xij+Xkj）
yik+……
满足：
Qi≥Xij
Qj≥Xij
∑Xij≥3.5+（Yij-1）M∑Xij＜3.5+YijM
∑Xkj≥3.5+（Ykj-1）M∑Xkj＜3.5+YkjM
Xij+Xkj≥3.5+（Yjk-1）MXij+Xkj＜3.5+YikM
Xij、Xkj≥0、Yik、Yij、Ykj均 ∈[0，1]，为整数
Ⅱ.笨零数学模型
只用日均量（4.3T）代替上式（3.5T）即可建立普零数学模型，此略。
Ⅲ.表格作业法
将始发货流六次优化后剩余的货流制成表7―1普，7―2笨，将表7―1普，7―2笨的每一行加总，若Xij≥3.5（4.3），则可组织中转整零，再看可组织中转整零的货流中，将 Xij+Xkj+…+≥3.5（4.3）的始发站选出，这些站可能是二，也可能是三、四，在r中转站可配合直达去y站，将剩下的流填如表格制成表8―1普，8―2笨，以供中转流的优化用，8表同“局管内中转流表”表2的形式。
（2）中转流的多层次优化组织。方法同始发流，共进行八次，最后剩余的流只好用沿零运送了。这样，经过始发流与中转流的优化组织方案，零担车照此方案组织，就可取得最佳效果，并可作为局管内零担车组织计划予以实施。
以上优化方法均已完成电算编程设计和模拟运行，此略。
二、全路零担货流的分割法和小整体优化法
（一）全路零担车组织计划的控制范围
要研究全路零担车组织计划，必须首先确定全路零担车组织计划的控制范围即主要零流的控制范围。我们知道，由于零担货物本身特性使得其运输组织很复杂，如果全路零担车组织计划要想全部控制零流的组织并将其纳入，这就意味着将所有办理零担货物的车站纳入计划之内，这不仅造成了优化面太大，计算上难以完成，也使得计划复杂，不易制定、修改和执行，从辩证角度看待这个问题，我们就会发现：要使全路零担车组织计划易于执行，修改、制定，又不失全路零担运输在主要方面能较优地组织，这就必须抓住决定这个计划的主要矛盾。这个矛盾就是如何利用现有的中转设备，使全路路局性中转范围之内的主要零担始发站的流能得到合理的优化组织。因此，我们说，全路零担车组织计划控制的范围应该是：各路局主要零担始发站，路局性中转站和全路性中转站。
在实际统计中往往将全路零担车组织计划限制在以路局性中转站，路网性中转站为到站的范围内，这样统计数字本身就使零流量不能较准确地反映它们的主要到达站。因此，现在应把零流流量流向的统计表重新调整一下，使其更能为全路零担车组织计划控制主要范围服务，即规定各路局主要零担始发站将零流到达方向以主要到站分开统计即可。其格式如下：
M―××中转站方向的总普零量。
M―××中转站方向的总笨零量。
Mij―i主要始发站到j主要到达站的普零流量。
Mij―i主要始发站到j主要到达站的笨零流量，具体格式（如下页表3所示）。
表3全路零担货物流量流向（普/笨）表
（二）用定向定到站的分割法确定全路零担货流的优化方案
1.全路零流优化目标的特性
确定了全路零流优化的控制范围后，问题就转到了如何优化的方面。但是，以主要组织站，路局性中转站，全路性中转站为控制范围的优化，仍是一个计算量很大，人工难以完成的优化方案的确定问题，我们的目的既要求得优化方案、又要使计算量小，这个可以进一步从分析整体目标优化的特性来找到解决问题的办法。
从表面上看，跨局货流的整体流量，似乎难以从整体优化，但分析一下这个整体便知：许多互相联系又在一定范围内相互独立的小整体共同组成这个大整体，因此，大整体的优化可以通过划分大整体为许多小整体，后使小整体优化从而达到大整体优化的目的，这就是全路零流优化目标的特性。此如，兰局兰西去丰台的零流组织、就与上局北郊去株州的流的组织没有直接联系，那么这两个流的优化组织就不必要在一起优化，而上局北郊本区内，如果苏州去西宁，无锡去成都的流就没有直接组织联系；而如果南星桥去兰西的流，苏州去兰西的流单独可开口或两站能合装一个直达车，那么，从全路角度讲，这个全路性问题已可在上局管内得到解决，这就不必要写入全路组织计划，而让上局作为管内跨局流组织的计划附在管内零担车组织计划中。因此，全路零流优化这个整体目标可分成很多小整体目标而加以分别优化，并将即可在各局管内解决的优化方案作为管内跨局流组织计划中，而将不能在各局内解决，而要相互配合的全路零流优化方案才应纳入全路零担车组织计划，这部分流才是需要跨局配合组织的全路零担组织计划的重点控制对象，并且要编制成文件下达各局执行。另外，主要跨局流虽然是全路零担车组织计划的控制范围，但它有相当一部分已经有条件借助本局解决，故最后经过优化，全路零担车组织计划只要控制好局间配合的跨局流即可，如经优化确定：苏州去西宁的流和济南去西宁的流需随中转整零到郑州东，并在此两流成一站直达去西宁，那么，这两支流就属于全路零担车组织计划的真正控制对象。
2.用定向定到站的分割法确定全路跨局流的优化方案
经过上面分析，优化方案一部分属于局管内解决的方案，一部分才是全路范围内要解决的。因此，应先确定所有跨局流的优化方案，再把后者集中起来，便成全路零担车组织计划的执行方案。
那么，什么是定向定到站的分割法呢？其实，这就是为了化大整体目标为小整体目标，以便经过较简单的计算得出全路零流优化方案的方法，即在全路零流优化中，为了减少计算量，将互不相关的流分割开来，分别加以优化的方法。也即，“定向”就是确定某个地区性中转站或全路性中转站为小整体的过程；“定到站”就是定向范围内，确定某个主要零流到站为小整体优化目标对象的过程；“分割法”就是定向站确定后，将本局各主要零流始发站发往定向范围之内各主要到站的零流全部从统计表上分割下来的过程。如下面这个表便是上海局接到铁道部编制以兰西定向的优化方案命令后，从本局跨局流统计表上分出的表。具体（如表4所示）。同样，每个局可分出一张此表，这样，下面就可进行全路以兰西为定向站的零流优化过程了。
表4全路定向定到站零担货物流量流向表
（三）全路零流定向定到站分割后的小整体优化法
下面以上海局北郊为定向站，说明全路以北郊为定向站的小整体优化原理的实施步骤：（1）各局将以北郊为定向的零流从统计表上分出。（2）各局在本局范围内首先对去北郊的跨局流进行多层次始发优化组织，方法同局管内零流的始发组织。（3）各局将（2）中能在始发站组织到无锡、嘉兴、常州等北郊地区中转范围之内的各到站的直达流分出。（4）各局确定本局各组织站的残余流以北郊为中转站的始发中转整零方案。（5）各局在本局范围内将能在北郊站后合装成到苏州或无锡等的直达车的中转整零车流从残余流表上分出。这个方案是不利用本局中转站进行组织的始发组织。（3）、（4）、（5）形成的两个方案，不应纳入全路零担车组织计划。（6）各局将不能在本局范围组织残余中转整零流上报铁道部，铁道部在全路范围内将能在北郊配合的中转整零流分出，并制定执行方案，作为全路零担车组织计划的第一个部分，并将残余下给各局。由此可见，（5）、（6）为利用定向站中转设备的零流优化方案。（7）各局将残余流汇制成以本局地区性中转站为组织站的新流表。（8）重复（2）、（3）、（4）、（5），这样确定的是利用本局中转站设备的直达优化方案或中转整零方案。（7）、（8）形成的方案，归于各局管内跨局流组织计划，不纳入全路。（9）重复（6），这样形成的方案是各局中转站之间的北郊中转整零配合方案，应纳入全路计划，作为第二部分。（10）铁道部将各局中转站以北郊为定向的残余流表统计在一起，按全路中转站的分工，分别汇集起来。（11）铁道部将各路网性中转站的汇集流进行直达优化组织和中转优化组织，这样形成的方案是全路计划的第三部分；而将剩下的残余流全部向北郊中转，不再优化。
这样，全路以北郊为定向的优化方案已经出来了，其他如郑东、丰台、哈尔滨、成都东、西安等均可照此分别求出优化方案，最后，可完成全路零担货物运输方案优化，并完成全路零担车计划的科学编制。
参考文献：
[1]董福忠.现代管理技术经济大辞典[K].北京：中国经济出版社，1995.
[2]王在华.技术经济研究论文集[C]，甘新出001字总819(92)129号.
[3]中国技术经济研究会.王在华文集[M].兰州：甘肃科学技术出版社，1996.
[4]王在华.工业企业技术管理[M].北京：中国科学技术出版社，1992.
[5]王在华.资源技术经济学[M].北京：中国科学技术出版社，1993.
[6]王在华.中国铁路零担货物运输方案优化探讨[D].兰州：兰州铁道学院，1985.
[7]王在华.中国铁路零担货物运输方案优化方法研究[J].西南交通大学学报：社科版(综合研究卷).
[责任编辑 王晓燕]
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