黄大铁路集疏运系统协同性评价研究

武轶杰

（国能运输技术研究院有限责任公司，北京 100080）

1 引言

随着铁路货运工作“重载化”改革深入，重载铁路集疏运系统协同性评价受到广泛关注。铁路集疏运系统协同评价揭示铁路集疏运系统协同规律的根本。因此必须对重载铁路的集疏运系统评价展开研究。

目前，学者从多个方面对重载铁路集疏运系统协同性评价展开了研究。凌景文[1]从铁路与企业协同的角度，基于一体化协同的理论，构建了路企一体化作业区建设模式，分析一体化协同各个子系统的作业效率演化过程，运用绝热近似法、微积分理论和协同学理论构建衡量路企一体化作业区协同评价模型。亢美卉[2]从合理配置集疏运系统的设施设备角度，建立了铁路集疏运系统设施设备协调配置评价指标体系和改进的DEA评价模型。程碧荣[3]从重载铁路集疏运系统角度，构建了集运子系统、运输子系统和疏运子系统的能力求解模型与能力协调度计算模型。叶俊青[4]将重载铁路集、疏、运三个子系统协同指标集、疏、运子系统的协同指标按固定设施、移动设备、人力资源和组织技术四类又分为数量指标和质量指标，确定功效系数评价法和隶属函数协调度判断法适用于重载铁路集疏运系统协同程度评价。伍柳伊[5]对曹妃甸港口集疏运系统进行评价，采用云模型对曹妃甸港区铁路集疏运系统进行协调性评价。耿静娟[6]针对天津港集疏运系统，利用层次分析法（AHP）确定各指标的权重。杨威[7]运用层次分析法和德尔菲法的结合对评价指标进行权重的赋值，再通过模糊综合评价法对岳阳港集疏运系统现状进行综合评价。张戎和陶学宗[8]在分析港口集疏运方式碳排放结构的基础上，运用随机效用理论，构建了港口集疏运体系碳排放评估模型。许博等[9]考虑不同集疏运方式特征，利用BPR函数提出适用于铁路和水路的时间阻抗函数，构建广义成本阻抗函数对传统的可达性测度方法进行改进。孔亮和和平[10]从集运、运输、疏运3个子系统能力方面，探讨神华重载煤运专线集疏运系统能力协调因素，构建重载煤运专线集疏运系统能力协调度模型。

上述文献分别从集疏运系统的集运端和疏运端的运输组织以及协同性评价两个方面为本研究的开展奠定了良好的基础。而黄大铁路集疏运系统的集运端有区别于其他重载铁路的特殊性，即其集运子系统的能力取决于黄骅南站的列车分解能力与发车能力，运用传统的评价指标体系不能实现对其协同性的评价，因此本研究主要针对黄大铁路集疏运系统协同评价指标体系与评价方法展开研究。

2 黄大铁路集疏运系统协同性评价方法

黄大铁路集疏运系统以集团自营煤电一体化运营思路为核心，与各条接轨地方铁路深度联动，形成“西增接入，东拓疏解，多线融合，一体运营”的集疏运经营模式，区别于一般的集疏运系统，黄大铁路的集疏运系统有其特殊性。一方面在集运端，有稳定的货源，其运输的主要物资是煤炭，来自于朔黄铁路，在黄骅南站将2万t列车和万t列车，分解为万t列车和5 000 t列车接入，因而其集运端为黄骅南站；而疏运端与一般的集疏运系统也有区别，其疏运线路不是集中在某个特定的区域内，而是以黄大铁路为主线的多分支、多模态网络。黄大铁路的集疏运系统构成，可以概括为“六站、一场、一园、五路（朔黄、滨港、利港、益羊（宅羊）、大莱龙铁路）、多企业”，如图1所示。

图1 黄大铁路集疏运系统示意图

因此，黄大铁路的集疏运系统集运端的能力取决于目前黄骅南站对于朔黄铁路上到达的万t列车与2万t列车的分解能力以及车站的发车能力；在运输环节，目前朔黄铁路运用机车在黄骅南及东营西进行整备，能力充足，决定运输子系统能力是线路区段的通过能力和车站的通过能力；在疏运端，疏运线路的输送能力和子系统的卸车能力影响最终其疏运能力。因此，针对黄大铁路的实际情况，建立有针对性的能力指标体系，如图2所示。

图2 黄大铁路集疏运系统能力指标体系

根据实际掌握的数据，在综合分析技术站接发车能力、列车分解能力以及线路区段通过能力、货场卸车能力的基础上，得到集运子系统、运输子系统以及疏运子系统的能力，然后展开评价研究。

3 黄大铁路集疏运系统协同性评价模型

3.1 黄大铁路集疏运系统协同度计算模型

设计黄大铁路集疏运系统协同度的计算模型，其关键在于正确运用数学表达式表述其协同度的计算方法。本研究根据定义的系统协同度的一般方法，构建如下协同度模型：

设集疏运系统的集运系统为XJ，运输子系统为XT，疏运子系统为XS。以各系统之间的能力协同度来判断系统之间的系统性，CO（J，T）t为t时期集运子系统XJ的实际值与运输子系统XT对集运子系统XJ要求的协同值的接近程度；同样的CO（J/T，S）t为t时期集运子系统XJ的实际值与运输子系统XT、疏运子系统XS对集运子系统XJ要求得协同度的接近程度；集运子系统XJ、运输子系统XT2个系统之间的协同程度CO（J，T）t可用公式（1）计算。

同理，可得XJ与XS的t时期的协同度Co（J，S）t，以及XJ与XS的t时期的协同度Co（T，S）t。

XJ、XT及XS3个子系统间t时期的协同度Co（J，T，S）t。可用公式（2）计算：

3.2 协同度等级划分

由协同度的计算公式可知，协同度的值介于0～1，协同度的计算结果越大，表示系统的协同度程度越高。依据协同度值大小，考虑黄大铁路集疏运系统的具体实际，根据协同度的取值范围，设计协同度的评语集，协同度等级划分见表1。

表1 协同度等级划分表

以max（C）表示黄大铁路集疏运系统中各子系统的能力最大值，min（C）表示黄大铁路集疏运系统中各子系统的能力最小值。

（1）等级6：此时系统各部分之间的协同度最差，对于黄大铁路集疏运系统具体体现为max（C）-min（C）值很大。

（2）等级5：此时系统各部分之间协同度差，对于黄大铁路集疏运系统具体体现为max（C）-min（C）值大。

（3）等级4：此时系统各部分之间协同度较差，对于黄大铁路集疏运系统具体体现为max（C）-min（C）值较大。

（4）等级3：此时系统各部分之间协同度一般，对于黄大铁路集疏运系统具体体现为max（C）-min（C）值较小。

（5）等级2：此时系统各部分之间协同度良好，对于黄大铁路集疏运系统具体体现为max（C）-min（C）值小。

（6）等级1：此时系统各部分之间协同度很高，对于黄大铁路集疏运系统具体体现为max（C）-min（C）值很小。

4 黄大铁路集疏运系统协同性评价实现

4.1 黄大铁路集疏运系统能力指标值计算

4.1.1 集运子系统

将开行万t与普列比例不同情况下黄骅南站车站接发车能力与车站的列车分解能力汇总，见表2。

表2 不同开行比例下集运能力汇总表

4.1.2 运输子系统

（1）线路区段通过能力。在开行方案中，考虑普列与万t列车的比例的不确定性，设置普列与万t的开行比例为a：b，换算运输能力时采用加权平均的计算方法。具体计算如公式（3）所示。

计算所得结果见表3。

表3 不同开行比例下区间通过能力汇总表

（2）车站通过能力。车站通过能力按照公式（4）计算。

式中：γ＂空为出发场线路的空费系数，一般取0.15～0.2；M发为可用于办理列车技术作业的线路数；∑t固为每列列车的固定作业时间，min；t发占为到发线通过能力利用程度达到饱和时每列出发列车平均占用到发线的时间，min。

（2）疏运子系统卸车能力。卸车能力计算按照20 h/d（其余4 h为固定作业时间及延误时间）除以周转时间得到，在开行方案中，考虑普列与万t列车的比例的不确定性，设置普列与万t列车的开行比例为a：b，利用365×每天开行列车数×每列车的吨数，将卸车能力换算成t/年。具体公式如式（6）与（7）。

以黄大铁路接发车能力最小的车站为准，计算黄大铁路的车站通过能力，计算结果见表4。

表4 不同开行比例下车站通过能力汇总表

4.1.3 疏运子系统

（1）疏运线路的输送能力。通过对线路进行分析，得到疏运线路输送能力共计124列/d，在开行方案中，考虑普列与万t列车的比例的不确定性，设置普列与万t列车的开行比例为a：b，换算过程如公式（5）。

计算结果如表5所示。

表5 不同比例下疏运线路运输能力汇总

在开行方案不确定万t与普列开行比例条件下，以万t与普列开行的不同比例对黄大铁路集疏运系统能力指标体系各项指标分别计算，汇总结果见表6。

表6 黄大铁路集疏运各子系统能力指标体系各指标计算结果

4.2 集疏运系统能力协同性计算

利用3.1分给出的协同度计算公式，结合黄大铁路实际情况进行直接计算。由万t列车与普列不同开行比例下的黄大铁路集疏运能力计算表可得，黄大铁路集运子系统的能力，运输子系统的能力，疏运子系统的能力。通过查阅黄大铁路运输计划，得知设计运量为近期3 200万t，中远期4 700万t。计算相应的协同度见表7。

表7 不同开行比例下集疏运系统能力协同性汇总表

4.3 集疏运系统能力协同性计算结果分析

依据直接计算法的协同度计算结果可知，系统总体协同度与开行万t列车与5 000 t列车的比例有关，当万t列车的比例高于0.5以后，系统总体的协同度有轻微下降，究其原因，虽然开行万t列车可以使运输子系统的能力得到提高，但同时也提高了集运子系统与疏运子系统的能力；但总体而言，系统的协同度介于0.44～0.46。

因此可以得到如下结论：

（1）黄大铁路集疏运系统总体协同度与开行万t列车的比例有关，但影响不大。

（2）系统协同度不高的主要原因是运输子系统的能力与其他子系统的能力相差较大，子系统之间的协同度不高。

（3）黄大铁路集疏运系统总体协同度有待提高。

5 结论

通过对开行方案以不同比例开行万t与普列条件下的黄大铁路集疏运系统评价可知，虽然黄大铁路的运输能力能够满足运量需求，但是黄大线路集疏运系统整体的协同度均不高，且主要是由运输子系统的能力无法与集运子系统及疏运子系统的能力相匹配造成的。因此要实现更高的运量目标，首先应在保证协同度的同时提高运输子系统的能力。要通过设施设备改造及运输组织优化等措施提高运输系统能力，加强运输系统内部协同，保证运输系统能力的协同增长。而运输子系统的能力相较于其他子系统的能力较低，是由于利津车站至东营西车站的区间通过能力小造成的。因此提升该区间的通过能力是将来提高黄大铁路集疏运系统协同性的关键。针对黄大铁路的具体措施有：

（1）增加开行万t列车的比例，充分考虑大宗物资的运量，依据尽可能开行重载列车的原则，增开万t列车，加大万t列车比例，进一步提升黄大铁路运输能力。

（2）现阶段的黄大铁路线路的闭塞方式为自动站间闭塞，无法以追踪方式开行列车，对线路的区间通过能力是很大的限制，因而可以考虑采用自动闭塞方式提高运输子系统的能力。

（3）压缩列车追踪间隔，增加行车密度：为适应运量需求增加及提高集疏运系统协同度，应对线路闭塞系统进行升级改造，在保证列车安全运行，不影响列车正常运行的前提下，充分压缩追踪列车的间隔时间，增加行车密度，充分利用区间通过能力。

（4）在目前不考虑建设复线的情况下，适当在限制区间及困难区间增加线路所或者新建车站，压缩运行图周期，提升线路通过能力。