基于多智能体的高铁快运确认车业务 设备技术改造优化仿真研究

许植深，李 鹤，陈 诚，唐 浩，魏 然

(中国铁道科学研究院集团有限公司 运输及经济研究所，北京 100081)

高铁快运是构建“全球123快货物流圈”，打造高时效现代流通体系的重要运输模式，目前已形成运用非乘客空间、高铁快运柜、高铁确认车、不售票车厢等多种运力资源的业务体系[1-3]。秦志鹏等[4]对高铁快运运营组织模式及发展策略进行了探讨，丁小东、高如虎等[5-6]对基于大批量的高铁快运物流基地布局及经营模式开展了研究，许植深等[7]对高铁快运基地运营效率开展了仿真研究，李玉民等[8]对高铁快运作业主体与快递企业的合作业务模式开展了研究，但针对既有高铁快运作业模式的优化研究较少。为此，基于能够有效运用高铁边际成本，满足快递企业作业时效要求的高铁快运确认车业务，分析既有作业条件、业务流程及限制瓶颈，提出基于电动牵引车及输送机的技术改造方案，以某车站为例，运用Anylogic仿真软件，对不同技术改造方案进行基于多智能体的仿真研究，以人员配置数量及作业时间为主要指标，比选技术改造方案，对高铁快运确认车业务减员增效，提升市场竞争力具有重要意义。

1 高铁快运确认车业务作业现状

高铁快运确认车业务运用高铁确认车运力资源，标准8辆编组动车组载重约为10 t，依托高速铁路车站综合物流通道、客运站等设施进行装卸作业。为尽可能缩短站台作业时间，减少对客运业务干扰，在出发端，作业人员应于确认车由动车段所到达作业站台前将货物放置于对应车门处，待确认车到达后尽快完成装车作业；在到达端，由于车辆需执行后续客运任务，一般通过增设作业人员的方式，加快卸车作业，避免对旅客登乘动车组列车造成干扰。在该作业节奏下，以设有综合物流通道及行包作业中心的高速铁路车站为案例，梳理确认车高铁快运作业设施设备条件、岗位配置、作业流程，并分析业务主要问题。

1.1 作业流程

随着新建高速铁路车站普遍配置综合物流通道及快件作业中心，中铁快运股份有限公司广泛利用高速铁路车站综合物流通道、配餐大厅、快件作业中心等物流设施开展确认车高铁快运业务，确认车高铁快运业务作业流程及时间节点如表1所示。

在发送端，卡车将货物运至快件作业中心后，由工作人员卸卡车并安检，安检后工作人员将货物通过综合物流通道搬运至作业站台，并将货物码放在待装确认车车门处，待确认车到达后完成装车发送作业。

在到达端，确认车到达后作业人员于对应车门处完成卸车作业，随后工作人员将货物通过综合物流通道搬运至快件作业中心进行卡车装车，完成到达作业。

由于发送端需要在快递卡车到达至确认车发车时间段内完成作业，实际作业中人员、设备配置均以保证发送端作业时效要求为标准，因此以下主要对高铁快运确认车发送端展开研究。

1.2 场站条件

在2015年后，新建高速铁路客运场站配备综合物流通道、快件作业中心比例逐渐提高，确认车高铁快运依托综合物流通道、快件作业中心开展作业。其中快件作业中心衔接外部道路，设有卡车站台供快递公司卡车进行装卸作业，快件作业中心与站台由综合物流通道相连，由于轨道限制，综合物流通道与站台处于不同水平面，因而多以坡道形式连接站台，坡道口位于站台两端。综合物流通道、快件作业中心及站台示意图如图1所示。

1.3 人员配置

不同车站由于天窗时间、确认车开行时间、快递卡车到达时间不同，导致车站作业时效要求不同。根据时效要求高低，8辆编组动车组的作业人员配置一般为15 ~ 20人。确认车高铁快运业务人员配置如表2所示。

根据作业流程，确认车高铁快运业务在先行完成卡车卸车、安检、搬运等作业后进行确认车装卸作业，因而为最大化人员利用率，卡车装卸员与搬运员同时承担确认车装卸任务。

图1 综合物流通道、快件作业中心及站台示意图Fig.1 Integrated logistics channel, luggage operation center, and platform

表1 确认车高铁快运业务作业流程及时间节点Tab.1 Operation process and schedule of confirmation train set for high speed rail express

表2 确认车高铁快运业务人员配置Tab.2 Personnel of confirmation train set for high speed rail express

1.4 设备配置

目前受场站条件限制，配置简易设备开展作业。货物一般以集包袋为基本单元，集包袋内装载约 10 kg快递货物。在卡车装卸环节，使用登车板辅助卸车人员上卡车装卸货物；在货物安检环节，使用行李安检仪安检成包货物；在货物搬运环节，使用人工推车搬运成包货物。确认车高铁快运业务设备配置如表3所示。

表3 确认车高铁快运业务设备配置Tab.3 Equipment of confirmation train set for high speed rail express

1.5 主要问题

目前以人工搬运为主的业务模式制约了确认车运输资源的有效利用，限制了高铁快运业务发展，主要问题是作业准确性、安全性、效率较低，具体体现在以下方面。

（1）既有人工搬运作业模式制约了业务量提升。人工搬运模式作业效率低，作业时间长，而确认车发车时间固定，以确认车开行时间倒推，场站作业时间限制了快递企业卡车到达的最晚时间，进而限制了货源辐射范围。例如，某车站确认车发车时间为4 : 30，场站作业时间为1 h，则卡车最晚需在3 : 30到达车站，假设卡车于0 : 30由分拨中心出发，卡车旅行速度为60 km/h，则该车站可辐射180 km范围内的分拨中心，若场站作业时间缩短0.5 h，则可辐射210 km范围内的分拨中心，可扩大货物来源。

（2）人工搬运模式不适用于大型高速铁路车站。我国主要高速铁路车站规模普遍较大，导致人工搬运距离长，大大提升了人工搬运强度及单次搬运往返作业时间，进而大幅度提升了劳动强度及用人需求，增加了用工成本。

（3）人工搬运模式易发生坡道滑行等安全事故。大部分高速铁路车站的站台高于快件作业中心，人工推车上下坡道过程中，易发生推车脱离作业人员控制，在坡道滑行，撞击其他人员、墙体，造成人员伤害及货物损坏事故。

2 高铁快运确认车设备技术改造方案

针对人工搬运模式导致高铁快运确认车业务瓶颈问题，以优化搬运作业方式为目标，结合当前成熟技术，提出基于电动牵引车或输送机的技术改造方案。

2.1 基于电动牵引车的技术改造方案

运用电动牵引车代替人工推车搬运货物，根据车站安全管理规程，电动牵引车于快件作业中心装车后，将货物搬运至坡道尽头站台入口处，换装人工推车运输至待装确认车车门处，基于电动牵引车的高铁快运确认车作业流程与人工作业流程对比如表4所示。

经调研，应用于高铁快运确认车业务的电动牵引车参数如表5所示。

该方案无需对站台设施进行改造，电动牵引车应用灵活，可根据需求服务于站内各个站台，人员配置少，仅需要配备作业司机即可，具备实施可行性。

2.2 基于输送机的技术改造方案

由于输送机需要进行供电改造并进行设备铺设，为方便配置并平衡成本，仅运用输送机代替人工完成作业难度较大的坡道搬运环节，基于输送机的高铁快运确认车作业流程与人工作业流程对比如表6所示。

经调研，应用于高铁快运确认车业务的输送机参数如表7所示。

该方案需布设输送机固定设施并配套进行供电改造，相较于电动牵引车，输送机单位时间输送能力大，无需车辆空跑返回，但设施改造成本高、无法同时服务于多个站台，需配备专业化维护检修人员。

表4 基于电动牵引车的高铁快运确认车作业流程与人工作业流程对比Tab.4 Comparison between operation process of confirmation train set for high speed rail express based on electric tractor and manual operation process

表5 应用于高铁快运确认车业务的电动牵引车参数Tab.5 Parameters of electric tractor supporting confirmation train set for high speed rail express

表7 应用于高铁快运确认车业务的输送机参数Tab.7 Parameters of conveyor supporting confirmation train set for high speed rail express

3 基于多智能体的仿真模型构建

运用Anylogic仿真软件，将卡车、装卸人员、安检仪、电动牵引车等作业单元规定为仿真智能体，以某车站安检仪配置、站场通道宽度坡度等为基础条件，并根据作业方案设计确定的作业流程，导入相关参数，使智能体按作业现场的规则进行作业，以各作业单元最高利用率不超过100%为目标，对人工搬运模式、电动牵引车搬运模式及输送机搬运模式3种方案进行仿真试验，得出合理的人员及设备配置方案，计算作业效率并进行对比。

3.1 基于人工搬运的方案仿真

以表4中人工搬运模式的人工卸卡车—安检—装人工推车—人工推车上站台为主要流程，构建基于智能体的离散事件仿真模型，基于人工搬运的方案仿真模型逻辑架构如图2所示。

经仿真试验，在安检作业人员2人，装卸搬运人员23人，合计25人时，装卸搬运人员最大利用率95.4%，平均利用率66.9%，配置合理。基于人工搬运的方案主要作业人员及设施设备配置利用率变化图如图3所示。

经仿真试验，由卡车到达开始计算，人工作业完成整列确认车货物装车的作业时间为11 740 s，约3.26 h，基于人工搬运的方案作业量随时间变化堆积图如图4 所示。

3.2 基于电动牵引车的技术改造方案仿真

以表4中基于电动牵引车搬运模式的人工卸卡车—安检—装电动牵引车—电动牵引车上站台—电动牵引车人工推车对装卸—人工推车站台搬运为主要流程，构建基于智能体的离散事件仿真模型。基于电动牵引车的技术改造方案仿真模型逻辑架构如图5 所示。

图2 基于人工搬运的方案仿真模型逻辑架构Fig.2 Simulation logic of manual handling scheme

图3 基于人工搬运的方案主要作业人员及设施设备配置利用率变化图Fig.3 Utilization variation of main operators and facilities under manual handling scheme

图4 基于人工搬运的方案作业量随时间变化堆积图Fig.4 Workload change over time under manual handling scheme

经仿真试验，在安检作业人员2人，电动牵引车司机2人，卡车装卸搬运人员5人，站台装卸搬运人员6人，合计15人时，卡车卸车员最大利用率93.6%，平均利用率33.5%；站台装卸搬运人员最大利用率81.3%，平均利用率56.1%，电动牵引车最大利用率84%，平均利用率51.8%，配置合理。基于电动牵引车的技术改造方案主要作业人员及设施设备配置利用率变化图如图6所示。

经仿真试验，电动牵引车方案完成整列确认车货物装车作业时间为9 020 s，约2.55 h，较人工搬运方案节约作业时间0.76 h。基于电动牵引车的技术改造方案作业量随时间变化堆积图如图7所示。

3.3 基于输送机的技术改造方案仿真

以表5中基于输送机搬运模式的人工卸卡车—安检—装人工推车—人工推车至坡道底端—卸人工推车与输送机对装—输送机爬坡—站台装人工推车—人工推车站台搬运为主要流程，构建基于智能体的离散事件仿真模型。基于输送机的技术改造方案仿真模型逻辑架构如图8所示。

经仿真试验，在安检作业人员2人，装卸搬运人员16人，输送机维护人员1人，合计18人时，装卸搬运人员最大利用率92%，平均利用率52.8%，配置合理。基于输送机的技术改造方案主要作业人员及设施设备配置利用率变化图如图9所示。

经仿真试验，输送机方案完成整列确认车货物装车作业时间为10 100 s，约2.8 h，较人工搬运方案节约作业时间0.46 h。 基于输送机的技术改造方案作业量随时间变化堆积图如图10所示。

图5 基于电动牵引车的技术改造方案仿真模型逻辑架构Fig.5 Simulation logic of technical transformation scheme based on electric tractor

图6 基于电动牵引车的技术改造方案主要作业人员及设施设备配置利用率变化图Fig.6 Utilization variation of main operators and facilities under technical transformation scheme based on electric tractor

3.4 仿真结果分析

不同方案高铁快运确认车作业仿真结果对比如表8所示，经对比，基于电动牵引车的技术改造方案作业时间最短，人员配置数量最少，可在兼顾成本及可行性的基础上实现高铁快运确认车业务的减员增效。同时高铁快运业务以“公路+高速铁路”为主要联运模式，面向高时效快运物流市场，压缩场站装车时长，可优化发车前作业时间分配，将时间倾斜至公路货源集运作业，延长公路运输半径，扩大场站业务辐射范围，提升高铁快运产品竞争力。

图7 基于电动牵引车的技术改造方案作业量随时间变化堆积图Fig.7 Workload change over time under technical transformation scheme based on electric tractor

4 结束语

我国电商快递产业持续高速发展，要求高铁快运业务进一步创新作业模式、提升作业时效。针对高铁快运确认车业务既有作业模式无法满足业务发展需要的问题，通过引入电动牵引车、输送机等自动化设备，在面向既有场站、需要控制场站基础设施改造及投入成本的条件下，基于电动牵引车的技术改造方案可节约场站作业时间23%、减少作业人员40%，可有效提升场站作业效率，降低人工成本，同时扩大货源吸引区，增强产品竞争力。随着高速铁路的建设及投入运营、高铁快运确认车业务规模的逐步扩大，下一步研究可探讨面向新建客运场站的高铁快运作业设施设备一体化配置优化方案。

图8 基于输送机的技术改造方案仿真模型逻辑架构Fig.8 Simulation logic of technical transformation scheme based on conveyor

图9 基于输送机的技术改造方案主要作业人员及设施设备配置利用率变化图Fig.9 Utilization variation of main operators and facilities under technical transformation scheme based on conveyor

图10 基于输送机的技术改造方案作业量随时间变化堆积图Fig.10 Workload change over time under technical transformation scheme based on conveyor

表8 不同方案高铁快运确认车作业仿真结果对比Tab.8 Comparison of simulation results among different operation schemes of confirmation train set for high speed rail express