铁路车流组织与编组站改编能力的耦合优化

铁路车流组织与编组站改编能力的耦合优化

蔡克明

哈尔滨铁路局调度所黑龙江哈尔滨150000

摘要：本文基于既有的研究成果，针对改编集中化的特征提出了3种不同的模拟方案，构建了改编集中化趋势下铁路车流组织与编组站改编能力的耦合优化模型，并根据计算试验归纳了相关结论。

关键词：铁路；车流组织；编组站；改编能力

本文所采用的数学软件对算例的优化计算结果表明其求解能力对于我国局部路网是适用的，然而扩展到全路网，由于计算规模的爆炸式增长，则需采用适当的区域划分和流量归并策略以简化路网结构。因此，如何结合模型特点，设计适应大规模案例优化求解的方法，是一个需要继续深入研究的问题。

1改编集中化趋势

所谓改编集中化，是指将路网上分散的车流改编作业集中在少量的核心站点进行，延长平均有调中转距离，压缩单位车辆的改编成本，便于管理维护。改编集中化大致包含两个层面：

1）将区段站或一般技术站的改编业务移交至编组站进行，缓解区段站和一般技术站的作业压力，丰富编组站的车流构成，为开行更多数量的远程直达去向创造条件；

2）在一定程度上缩减路网上的编组站数量，降低管理和维护成本，优化编组站布局，明确任务分工。

2铁路网车流径路优化模型构建思想

长期以来，铁路主要依据运输组织方法及货物性质对货物进行分类，其中按运输组织方法分为整车、零担和集装箱运输，这种分类方法忽略了市场及客户需求的变化，也不利于货运产品的设计。因此，对于正在并且将会大幅增加的高附加值零散白货，考虑到其对运输时效性要求较高，在一些运能相对紧张的运输方向上，应尽可能地安排其走行最短径路，以缩短其运到时限；而对于运输时效要求不高的大宗货物，可适当将其调整至非最短径路，从而使铁路货运整体效益最大化。

根据既有文献中对车流径路的研究，目前我国铁路车流径路大致的特点可总结为：

（1）径路唯一，即任意一股ＯＤ流在其自装车站至卸车站的整个运送过程中，一般不予拆分；

（2）满足树形径路约束，即不同发站的车流在路网某一支点汇合后，若其到站相同，则将此多股车流视为一股车流，不予拆散。综合相关研究，均将路网内所有车流视为“一盘棋”进行统一规划，并未考虑实际车流组织过程中每一类车流各自的运行特点，导致最终获取的车流径路方案与实际车流组织原则相违背，或者造成路网中各条线路的运输能力得不到均衡利用，部分线路能力紧张而另有部分线路能力虚糜。

根据ＯＤ车流的流量特点及其对于运输服务需求的特点，并考虑我国铁路车流组织形式对于车流径路规划的影响，可将铁路ＯＤ车流划归为3大类：

（1）装车地始发直达车流。对于ＯＤ点间流量较大、能够支撑始发直达列车稳定开行的车流，一般组织开行始发直达列车。此类车流在装车地即可编组成列，无需在沿途编组站进行改编作业，所以对其车流径路进行规划只需考虑常规的径路唯一性约束。

（2）时效要求较低的零散技术车流。此类车流日均流量较小，不足以组织开行始发直达列车，且对时效要求相对较低，在车流组织时需将其输送至前方相邻技术站，按照沿途相关技术站编组计划要求，经过若干次改编直至送达目的地。由于在车流组织过程中，若发站不同而到站相同的技术车流在路网某一技术站汇合后，则将此多股车流合并为一股车流，不再拆散，即遵循树形径路约束。

（3）运输服务要求较高的快运车流。不同于上述两种普速车流，此类车流对于运输服务、运到时限要求较为严格，一般通过组织快运班列送达目的地。

通常情况下，快运班列列车等级高于普通的始发直达和技术直达列车，在运输能力使用方面具有优先权，所以快运车流有特定的运行径路，并不与上述两种车流进行统一的径路规划。因此，在后续建模时并不考虑此类车流，仅优化前两种车流的运行径路，并预先扣除快运车流的能力占用。

3改编集中化模拟策略

铁路车流组织方案以及编组站的改编能力配置方案需要通过定量计算确定，因此必须把改编集中化的特征融入到数学模型中。从数学建模的角度出发，提出了3种不同的改编集中化模拟策略。

3.1压缩路网规模（策略1）策略1的实质是通过压缩路网规模来减少车流的改编地点选项，使改编作业集中在核心站点进行。具体的操作方法是将路网中一些次要的技术站屏蔽（可以释义为禁止在该站进行改编作业），仅保留重要的技术站和编组站，车流只能在这些核心站点进行改编作业，从而达到改编集中化的目的。站点的屏蔽机制分为两种：一是同时屏蔽站点及邻边；二是仅屏蔽站点，保留邻边。若一个站点及其邻边都被屏蔽了，从保持供需关系完整性的角度出发，其自身产生和消失的车流需要特殊处理。屏蔽机制的运用将导致路网结构发生变化。路网结构是一切的基石，因此必须严格确保屏蔽方案科学、合理。

3.2限制或削减部分非重要技术站的改编能力（策略2）策略2通过限制或削减部分非重要技术站的改编能力来引导车流的改编决策，迫使车流的改编决策从这些能力受限的站点向周围能力不受限的站点进行转移。首先将路网中的站点分为两类，一类属于集中改编站，具有正常的改编能力；另一类属于非集中改编站，能力受限。具体的操作方法是在数学模型中对非集中改编站的解编能力或调车线能力等设置不同的限制系数，如此一来这部分站点无法承担的改编业务就会移交给其他站点，从而促使改编作业集中化。策略2的短板在于不可行流。所谓不可行流是指由于车流所在站无多余的编发能力，同时前方沿途各站又无多余的改编能力，导致该股车流陷入了既无法与其他车流合并在前方进行改编作业、又无法单独编组直达列车的两难境地，最终致使模型无解。本策略对改编能力的限制较强，容易诱发产生不可行流。

2.3调整车流组织方案（策略3）策略3具有明显的人工干预痕迹，通过重新部署车流组织方案，指定车流在一些集中改编站进行改编作业。具体形式包括：

1）增加一系列去往集中改编站的编组去向。这种方式相当于直接建立了与集中改编站相连的快速通道，为车流在指定站点进行改编作业创造了条件。

2）减少一部分去往非集中改编站的编组去向。这种方式旨在减弱其他去向的分流作用，强化集中改编站的截流功能，促使车流集中在这些核心站点进行改编作业。

3）将上述2种方式相结合，在取消一部分去向的同时，增加去往集中改编站的编组去向，这样能够使得2种方式的效果相互叠加。

4）车流的改编作业地点也可由人工指定，强制车流在某些集中改编站进行改编作业。

3.4三种策略的对比分析。相比而言，策略1和策略2相对客观，但是二者的弊端也较为突出，且技术门槛略高，当前还难以逾越。而策略3在一定程度上会受到主观因素的影响，但它是目前可操作性最强的方案。

结束语

本文提出了3种改编集中化模拟策略并进行了利弊分析，构建了改编集中化趋势下铁路车流组织与编组站改编能力的耦合优化模型。实行改编集中化对编组站的编解能力提出了更高的要求，调车线的能力将得到释放。需要说明的是，本文仅从宏观费用的角度进行了思考，实际上这其中还涉及到诸多难以量化的社会因素，如管理维护、资源配置、编组计划的联动调整等等，需要进行大量的实际调研和回归分析，复杂程度较高，还有待今后继续深入研究。

参考文献

[1]黎浩东，何世伟，宋瑞，等.列车编组计划和技术站布局的综合优化[J].北京交通大学学报，2011，34（6）.

[2]耿令乾.货物列车编组计划与编组站负荷分工联合优化模型[J].铁道运输与经济，2011，33（6）.

[3]殷勇，彭其渊.铁路编组站布局的双层规划方法研究[J].铁道运输与经济，2011，33（8）.

[4]田亚明，杨进.铁路重载运输车流组织与编组站改编能力优化方法研究[J].铁道运输与经济，2013，34（9）.