铁路货物差异化运到期限计算研究

张 凯，徐 能，黎浩东，彭忞渊

（1.中国铁路总公司 调度部，北京 100844；2.北京交通大学 交通运输学院，北京 100044；3.中国铁路武汉局集团有限公司 武汉北站，湖北 武汉 430301）

0 引言

我国铁路货物运输采用组织型运输模式，注重运输能力利用和内部组织效率，运输规模化、集约化效应明显，但没有充分考虑运输过程中的流线结合和全程衔接，货物运输快速性和准时性存在不足，运到期限保障率较低，不能很好地适应日益激烈的货运市场竞争环境。直接表现为社会总货运量保持了稳定的增长，特别是“十八大”以来快递业务量年均增长50%以上，而铁路货运量增速与经济社会发展增速不相符。现代物流对运输送达时间要求己经精确到“时”，铁路以“日”承诺的货物运到期限显然己经很难适应市场需求。优化铁路运输产品设计，强化运输产品的时效性，是提升铁路物流服务效率与质量的重要举措[1]。因此，对铁路货物运到时限及运输组织保障技术开展研究，对于提高铁路货物运输的服务水平，进而提升其竞争力等具有重要现实意义。

铁路货物运到期限的研究主要包含影响因素分析、运到期限计算与保障2个方面。关于货物运到期限研究，赵闯等[2]分析货物运到期限的构成要素以及各构成要素的影响因素；李夏苗等[3]基于主成分分析方法的原理，提出了一种分析货物送达时间影响因素的方法；朱昌锋[4]研究生产力布局调整对运到时限计算的影响；耿晓磊[5]分析了春运特点下列车在站内的停留时间的计算方法；李夏苗等[6]从多因素角度对铁路货物运输时效性进行评价分析；谢建光等[7]对承诺运到期限与实际货物送达时间之间误差的概率分布进行分析；朱昌锋等[8]研究提速条件下运到期限的计算方法；刘殿兴[9]提出了基于货流起讫点（以下简称OD）的差异化铁路货物运到期限思想；程文毅[10]对考虑货物运到时限条件下的货运方式选择进行了探讨。在此基础上，仍然需要针对现有运到期限计算方法的不足，提出差异化铁路货物运到期限的计算方法，包括不同OD间最短运到期限与平均运到期限值，可以为货物承运时运到时限的承诺、行车组织时列车监测与调控提供参考。

1 铁路货物差异化运到期限计算分析

1.1 铁路货物运到期限计算规定

为加强铁路货物运到期限管理，《铁路货物运输规程》（铁运[1991] 40号）对货物运到期限具体时间进行了明确规定：一是货物发送期间为1 d；二是货物运输期间每250运价公里或其未满为1 d，按快运办理的整车货物每500运价公里或其未满为1 d；三是特殊作业时间包括需要中途加冰的货物，每加冰1次，另加1 d；运价里程超过250 km的零担货物和1吨、5吨型集装箱货物，另加2 d，超过1 000 km加3 d；质量超过2 t、体积超过3 m3或长度超过9 m的零担货物及零担危险货物另加2 d；整车分卸货物，每增加1个分卸站，另加1 d；准轨、米轨间直通运输的整车货物，另加1 d。近30年来，我国铁路的设施设备、组织方式与手段、信息技术支撑等都发生了巨大的变化，铁运[1991] 40号对运到期限的规定已经完全不能满足新形势下货物运输对于服务水平的基本要求，主要存在以下方面的问题。

（1）与现有运输条件不匹配。列车运行条件已经发生巨大变化，大功率机车、大轴重货车、更高效的装卸作业设备、更先进的通控技术、数字化调度平台等的运用，能够有效支撑货物送达速度的提升。

（2）现有规则核算出的运到期限对货运组织、行车调度的参考价值较小。铁运[1991]40号对于运到期限的计算，没有考虑货物全程运输过程，如货物装卸条件、列车中转次数与中转过程等，所得计算结果不能反映作业过程，很难反馈与指导货运组织与行车调度。

（3）现代物流服务时效性越来越突出，以“日”为核算单位已不能满足现代物流发展的需要，需进一步细化至以“小时”为核算单位。

1.2 铁路货物差异化运到期限计算思路

提高货物运到期限保障率是提升铁路运输服务水平、树立铁路服务形象的必经之路。在借鉴北美、德国等地区与国家管理经验的基础下，针对不同货物对于运到期限的差异化需求，考虑货物运输全过程，应计算差异化运到期限值，为货物承运、行车组织与调度提供研究依据。差异化运到期限计算的基本思路为：对于不同的OD，基于已有运行图，通过选择合适的运行线形成满足该OD运输需求的完整径路，此时计算其全程作业时间则可得到不同OD可能的运到时限。受运输组织条件、行车调度指挥等的影响，如不能严格按图行车，对于同一OD在不同环境下、不同日期选择的运行线存在差异性。因此，可以根据运行图信息计算最快运输时间、平均运输时间、最长运输时间等不同参考值，作为货物承运时运到时限承诺、运到期限监测预警、行车调度指挥的参考。其具体作用体现在以下方面。

（1）适应差异化的货物运输需求。在承运货物阶段，可根据货物运输起讫点对运到期限进行计算，进而可对托运人做出运到时间的承诺；在货物运输阶段，按照计算的运到期限和对托运人承诺的运到时间，行车调度部门以此为依据进行科学调度。

（2）可对货物运输的全程进行监测与预警。将运到期限在货物全过程进行分配，可得到各环节作业的关键时间点。基于此可实时监测货物在途作业过程，并在作业时间难以满足承诺运到期限时进行预警，以及将信息反馈至调度部门，支撑各级行车调度作业，提升运到期限的保障率。

（3）支撑落实按图行车。以运到期限保障为依据进行行车调度，理顺货流、车流、列流的关系，实现货运需求、车站作业计划、行车调度指挥与运行图的无缝衔接，支撑落实按图行车，逐步实现规划型行车组织。

1.3 铁路货物差异化运到期限计算

货物送达过程分可为装车站装车及等待作业过程、卸车站卸车及等待作业过程、中转作业（有调和无调）过程以及区段旅行的过程。由于全过程中部分环节时间的不确定性，基于OD的货物送达时间也具有一定的不确定性。这里提出基于运行图计算运到期限最小值和计算具体OD间运到期限的平均值2种计算思路。

1.3.1 基于运行图计算运到期限最小值

基于基本图计算最快货物送达运输链（运输链由各区段运行线连接而成），计算思路如下。

步骤1：建立网络。基于运行图定义一个有向无圈网络G = （V，A）。V为节点集合，表示网络中的点（运行线表示的列车始发终到点、中转作业的到发点）。A为联弧集合，包含运输联弧（运行线）、作业联弧（包含装卸作业联弧、等待联弧、中转联弧），联弧权值表示装卸车、列车运行或中转作业耗费的时间。

步骤2：在运行图上虚拟出O，D 2点，即可形成一个基础的网络。模拟运行图如图1所示。设定t1，t2，t3为3个发车时间，货物可根据不同的中转作业方案经由不同路径完成运输。如在技术站满足中转接续时间标准，则建立中转作业连接线。

图1 模拟运行图Fig.1 Simulated timetable

步骤3：形成网络拓扑图。将时间权值赋予在联弧上，技术站内直通的路径权值赋予0，进行中转作业则赋予中转作业时间，路径的总时间则是具体路径上各联弧权值的总和，最后可得到拓扑网络图如图2所示。

图2 拓扑网络图Fig.2 Network topology

搜索OD之间的最短路径，则可得到具体OD间可实现运到期限的最小值。

1.3.2 OD间运到期限的平均值计算

全程运输时间可表示为T总= T发+ T到+ T中+ T途，其中T发，T到表示装卸及发到作业时间，T中为中转作业时间，T途为途中运输时间。由于装卸及发到作业时间可根据具体装卸作业站的时间标准进行界定，途中运输时间为各区段运输时间的总和，中转作业时间由中转作业次数、中转作业时间、技术站某去向的发车间隔等决定，全程运输时间的细化计算公式为

式中：fi为在i站货物出发方向运输服务的发车间隔时间；ti为i站中转作业平均停留时间；tij为区段（i，j）的运行时间。

2 算例分析

2.1 运到期限计算

以京广线（北京—广州）为例，基于丰台到郑州的实绩运行图，从图中获取丰台开往郑州的列车运行数据。基于实绩运行图，按照中转作业时间规律，选出可实现的中转方案，构建拓扑网络，进行时间最短路的搜索，以及计算运到期限的均值，并对计算结果进行分析。参考基本运行图，虚拟O，D 2点，构建OD间运行路径网络拓扑。假定各技术站的平均中转时间为6 h，始发和终到货运作业整体服从正态分布。剔除修正数据后的货物作业时间服从正态分布，正态分布的均值为62.81 min，标准差为9.893，取送车的中断时间偏量参数取值2.5 h[9]。

（1）基于最短路的OD间运到期限计算。利用Dijkstra算法，可计算得出各区段货物运输运到期限的最小值，丰台—郑州方向各区段间最短运到期限如表1所示。需要说明的是，由于只考虑了单条线路，运行图上部分列车运行线接续自其他线路，在技术站内不一定会有中转技术作业，这在网络拓扑图中难以体现，导致部分区段的运到时限计算值与实际会有偏差。

表1 丰台—郑州方向各区段间最短运到期限 hTab.1 The shortest transit timebetween each section of Fengtai—Zhengzhou

（2）OD间运到期限的平均值计算。按照公式⑴计算丰台到郑州的运输时间平均值，丰台—郑州方向运到期限的平均值如表2所示。

表2 丰台—郑州方向运到期限的平均值 hTab.2 The average transit time of Fengtai—Zhengzhou

（3）按照《铁路货物运输规程》计算货物运到期限。丰台至郑州的里程为679 km，按照《铁路货物运输规程》中货物运到期限有关标准计算，在本算例中，若货物以整车快运货物办理，每500运价公里或者未满加1 d，发送作业加1 d，则丰台—郑州中各区段的货物运到期限为3 d，区段内按原运到期限计算（500运价公里）如表3所示。若货物为普通整车货物，按照250运价公里计算，则丰台—郑州中各区段的货物运到期限为3 d或者4 d，区段内按原运到期限计算（250运价公里）如表4所示。

表3 区段内按原运到期限计算（500运价公里） hTab.3 Result calculated by the original transit timeofeach section （500 freight kilometers）

表4 区段内按原运到期限计算（250运价公里） hTab.4 Result calculated by the original transit timeofeach section （250 freight kilometers）

2.2 计算结果分析

以丰台—郑州、石家庄—郑州2个区段为例，将设计运达时间计算方法的计算结果与在《铁路货物运输规程》规定的整车运输2种计算方式下的运到期限计算结果进行对比，不同计算方式运到期限对比（丰台—郑州）和不同计算方式运到期限对比（石家庄—郑州）分别如图3、图4所示。

通过对比4种计算方式下的运到期限，可以得到以下结论。

（1）运到期限计算值与按《铁路货物运输规程》计算值有较大偏差，偏差值随着运输距离的增加而减小。在图3与图4所示的区段上，计算值都比《铁路货物运输规程》计算值小，北京—石家庄区段的运到期限均值为16.54 h，《铁路货物运输规程》计算值为72 h，差值为55.46 h；而北京—郑州区段的运到期限均值计算的差值为45.54 h，差值压缩9.92 h，与《铁路货物运输规程》计算值的差异随着运输距离的增加逐步减小。

图3 不同计算方式运到期限对比（丰台—郑州）Fig.3 Comparison on transit timeresulted from different calculation methods（Fengtai—Zhengzhou）

图4 不同计算方式运到期限对比（石家庄—郑州）Fig.4 Comparison on transit timeresulted from different calculation methods（Shijiazhuang—Zhengzhou）

（2）对于不同OD，其运到期限值与运输产品设计相关。例如，石家庄—郑州区段站到站最短运到期限可压缩至不到8 h，而石家庄—新乡区段最短运到期限为11.16 h。主要原因在于石家庄—郑州区段铺画了X103这一服务水平较高的货物列车运行线。

（3）改进运输组织水平，可提升与现代物流行业的竞争力。德邦快递与顺丰速运等物流企业针对不同OD提供了“门到门”运到期限的参考。例如，德邦快递汽车零担货物运输，从丰台发货，送至郑州二七区，选用标准快递时，从发货次日起算，运到时间在42 h左右；选用精准卡航运输方式，运到时间从次日0点起算，运到时间在18 h以内。又如顺丰物流，从丰台发货，送至郑州二七区，选用顺丰标准快递时，运到时间为36 h以内。选用铁路运输时，从计算结果得出可实现时间最短路为34 h，运到期限计算平均值为50 h，可实现“站到站”运输。如果接取送达环节组织得当，优化装卸作业以及“门到站”与“站到门”的组织，铁路运输服务在现代物流行业具有一定的竞争力。

（4）差异化OD可为货物承运和运输生产调度提供运到期限参考值。在现行铁路货物运输组织方式下，差异化OD运到期限计算的作用主要体现在以下2个方面。一是在货物承运时，可为运到期限的承诺提供参考。通过不同维度运到期限的计算，可以知道某一支OD最快的服务时间以及平均的服务时间，在这区间内，货物承运时可根据不同品类运输需求、货主不同的运输要求、运输费用等，给出服务承诺的参考值。二是在运输生产调度过程中，计算值可作为行车调度的重要参考因素，根据列车所在位置、承运货物的运到期限参考值、距离目的地的时间等参数，对货物运到期限进行监控与预警，进而制定合理的行车调度指挥措施，以最大限度地提高货物运到期限的保障率。

3 结束语

我国铁路货物运输的运到期限保障率偏低，与货运需求对运输服务水平的期望存在一定差距，究其原因在于目前对货物运到期限的计算规定的精细化程度不够。针对该问题，结合实绩运行图采用拓扑网络建模的方法，运用最短路的求解方法，求得时间准确性较高的运到期限计算值，并设计了OD间货物运输全程时间的均值计算公式，为实际铁路货物运到期限设定提供参考，并可在运输组织过程中反馈指导行车调度。后续研究将以差异化铁路货物运到期限的计算值为基础，根据列车运行状态，研究货物运到期限的在线监测与预警，为提升货物运到期限的保障率提供支撑。