铁路集装箱中心站最佳通道数设计问题研究

１ 引言
铁路 集装 箱 中心 站大 门是 卡车 和集装箱 进 出的必经 通 道 。随着集装箱运 输 的快速增 长 以及铁 路集装 箱运 输需 求
的跨越式发展 ． 对铁路集装箱运输枢纽 站的运作效 率提 出了
中心站服务性能的重要因素之一 。 了 自动化程度 以外 主要 除 还包括大门车道数 对通 过能力 的影 响。如果大 门车道 数规 划不合理 ， 在作业 高峰 时段 ， 就会 出现集卡排 队等待 ， 甚至引 起阻塞 ， 严重影响 中心站 的客户服务水 平 ； 反之 ， 在作 业低谷 时段 ， 又会导致设 施设 备 的资源浪 费。 因此 ， 合理 地确定 铁 路集装箱 中心站大 门的最佳 通道数 和停 车缓 冲区长度 并使 用仿真软件对实际情况的模拟 ， 是铁 路集装箱 中心站规 划设 计 的重要 内容之一 。 目前 ． 国内外学者 的研究多集 中在港 口集装箱 站场系统
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Ｋ Ｙ ＯＲ ： ａ ｄｍ ｓｒ ｃ ｙｔｍ； ｕｕｎ ｅｒ；Ｒ ｉ ａ ｏｔｉ ｒｔ ｉａ； ｏｉ ｉ Ｅ Ｗ ＤＳ Ｒ ｎ ｏ ｅｖ ｅｓｓ ｉ ｅ Ｑ ｅｉｇｔ ｏ ｈ ｙ ａｌ ｙｃｎａ ｅ ｒ ｎｌ Ｌｇｓｃ ｗ ｎ ｅ ｍ ｔｓ
第２卷 第３ ９ 期
文章 编号 ：０ ６ ９４ （０ ２ ０ — ３７ ０ １０ — ３ ８ ２ １ ）３ ０ ６ — ５
计
算
机
仿
真
２１年３ ０２ 月
铁 路 集 装 箱 中心 站 最佳 通 道 数设 计 问题 研 究
唐 连 生
（ 广西 民族大学商学院 ， 广西 南 宁 ５ ００ ） ３０ ６ 摘要 ： 铁路集装箱中心站大门通道数 量优化设计 问题 ， 直接关 系到整个系统 的运 作效率 ， 传统 的研究 多采用数学建模 方法 ， 而基于运作成本角度的系统细节 忽略较 多， 成系统不全 面。根据排 队系统理论 （ Ｍ／ 造 Ｍ／ １和 Ｍ／ Ｓ 分析 了铁路 集装箱 Ｍ／ ），
ＴＡＮＧ ａ —ｈ ｎ Ｌｉｎ—ｓ ｅ ｇ
（ ｏ ｅｅｏ ｕｉｅｓ Ｇ ａ ｇｉ ｎｖｒｉ ｒ ａ ｏａ ｔ ， ａｎｎ ｕ ｎｘ ５ ００ ， ｈｎ ） Ｃｌ ｇ ｆ ｓ ｓ， ｕ ｎｘ Ｕ ｉ ｓｙｆ ｔ ｎｌｉ Ｎ ｎ ｉ Ｇ ａｇｉ ３ ０ ６ Ｃ ｉ ｌ Ｂ ｎ ｅ ｔ ｏ Ｎ ｉ ｉｅ ｇ ａ
更高 的要求 。 以提高铁 路集 装箱 中心 站运输 能力 ， 障铁 路 保 集装箱运输 的现 代化 水平 与服务 功 能。铁路集 装箱 中心 站
的服务能力 主要包 括铁 路线 到发组 织能 力 、 装卸 能力 、 场 堆 通过能力 、 大门通过 能力 、 内外 部集 输运 能力 以及管 理信 息 通畅能力等 。其 中 ， 作为进出站的大 门通过能力 是影 响整 个
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装箱 中心站实际运营效益产生重要的经济意义。 本文根 据铁路 集装箱 中心站大 门集装箱 卡车 的到 达时 间分布特征 ， 考虑 中心站 物流运 作成本 影 响， 出基 于随机 提 服务系统 （ 队论 ） 排 的铁路集 装箱 中心站大 门最佳通道 数计
输入过程 ： 卡车 到达 中心站大 门 的过 程具 有随机 性 ． 连 续到达的两辆卡车时间间隔服从参数 的泊松分布 。 排队规则 ： 先进 先出 ， 即先 到达 的卡车先接受服务 ， 后续 到达的卡车就排 队等待 。
（ ０ ９ １ Ｘ ２ ２０１Ｌ ９ ）
效提高了海关车辆通行能力 ； 宇雄 ＿ 等应用排 队理论 求解 麦 ３ ］ 集 装箱码头大门最佳车道数及停车缓 冲区长 度的计算方法 ， 该 方法的优 势在于明确了车道数与缓 冲区长度 的数量关 系：
于越 等建立 了基 于通 过时 间最短 的集装箱 大 门作业 系统 ４
算方法 ， 并利用 ｅ Ｐａｔ Ｍ— ｌｎ 仿真 软件进行 系统仿 真 ， 以验 证模
型和计算结果 的正性 。
２ 铁 路集装 箱大 门最佳 通道 数标 准
进 出铁路集装 箱堆 场的集卡通 过大 门通道 出入 口进 出 堆场 ， 受站场设备和服 务条件 限制 ， 在大 门或场 内装 卸区 附
效 率方 面… ， 涉及铁路集 装箱 中心站 通道 内容 的研 究不 多。
宋 继颖 ［ 将 Ｒ Ｉ ２ ＦＤ技 术应用 于集装 箱码头智 能大门系统 ， 有
基 金 项 目： ０ ０ 年 度 国 家 软 科 学 研 究 计 划 立 项 项 目 ２１
（０ ０ ＸＳＤ ４ ） ２ １ ２ １Ｇ ５ ２ ８ ： ０ ０年 国 家 自然 科 学 基 金 项 目 （ １６ ０ ８ ： 西哲学 社会科 学 “ ７ ０ ２０ ）广 十一五 ” 规划立 项项 目（ ８ Ｊ ０ ６） 广 西 壮 族 自治 区 教 育 厅 科 研 项 目 ０ＣＹ ０ ；
ＡＢＳ ＲＡＣＴ ： ｉ ｙ ｃ ｎ ａｎ ｒｔｒ ｎ ｌｇ ｔ ｈ ｎ ｅ ｅ ｉｎ ｉ ｉｅ ｔ ｅａ ｅ ｏｔ ｅｗｈ ｌ ｙ ｔｍ ｐ ｒ ｔ ｎ ｅｆ ｉｎ Ｔ Ｒａｌ ｏ ｔ ｉ ｅ ｅｍｉ ａ ａｅ ｃ ａ ｎ ｌ ｓｇ ｓｄ ｒ ｃｌ ｒｌ ｔｄ ｔ ｈ ｏｅｓ ｓｅ ｏ ｅａｉ ｆ ｃｅ — ｗａ ｄ ｙ ｏ ｉ ｃ ．Ｍｏ ｔｅ ｉ ｉ ｇ ｓ ｌｔ ｎ ｒ ｓ ａ ｃ ｓ ｓｔ ｅｍｅｈ ｄ ｏ ｔ ｅ ｔ ａ ｄ ｌ ｇ ｎ ｅｏ ｅ ａｉｎ ｃ ｓ ｄ ｔ ｉ ｒ — ｙ ｓ ｘｓ ｎ ｉ ａ ｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ｕ ｅ ｔ ｏ ｆ ｔ ｍｕ ｏ ｈ ｍａｈ ｍａ ｉ ｌ ｃ ｍｏ ｅｉ ，ａ ｄ ｔ ｐ ｒ ｔ ｏ ｔ ｅａｌ ａｅ ｉ ｎ ｈ ｏ ｓ ｇ ｎ ｒｄ ｏ ｅ ．Ｔ ｉ ａ ｅ ｎ ｌｚ ｄ ｔ ｅ ｃ ｎ ａｎ ｒｔ ｃ ｅ ｖｃ ｕ ｅ ｎ ｈ ｒｉｉ ｇ ｔ ｉｔ ｂ ｔ ｎ ｏ ｉ ｙ ｃ ｎ ａｎ ｒｔｒ ｈ ｓｐ ｐ ｒａ ａ ｙ ｅ ｏ ｔｉ ｅ ｕ ｋ ｓ ｒｉ ｅｒ ｌｓａ ｄ ｔ ｅａ ｒ ｎ ｍｅ ｄｓｒ ｕ ｉ ｆ ａｌ ｏ ｔｉｅ — ｈ ｒ ｖ ｉ ｉ ｏ ｒ ｗａ ｅ
口通道 ， 置 了检查 桥及 单 据传 递设 施 。当卡车 到 达大 门 设
时， 如果通道空 闲， 接受服 务 ， 则 否则排 队等待直 到通 道再次 空闲 ， 服务完毕后卡车即离开大 门。
排 队 系 统 由输 入 过 程 、 队规 则 和 服 务 机 构 ３个 部 分 组 排 成。
和服务领域 仿真提供了有力的分析工具。张婕姝 ＿］ ｌ 建立 大门作业系统的离散仿真模型 ， 并用仿真 和启发式算法 相结 合的方法进行了求解 。如 果在设 计 大 门通 道 时将运 营成 本 因素和运作效率 因素等结合起来建 立仿真模型 ， 将对铁 路集
ｃ ｓ ，ｔ ｅ ｂ ｓ ｃ ａ ｎ ｌｎ ｍｂ ｒｃ ｌ ｕａ ｉｎ ｓ ｌｔ ｎ ｍｏ ｅ ｓ ｅ ｔｂ ｉｈ ｄ ｏ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｎ ｅ ｕ ｅ ａ ｃ ｌｔ ｉ ａ ｉ ｄ ｌ ｏ ｍｕ ｏ ｗａ ｓ ｌ ｅ ．Ｂ ｓ ｇｅ － ｌ ｎ ｉ ｌｔ ｎ ｓ ｆ ａ ｅ ａ ｓ ｙ ｕ ｉ Ｍ Ｐ ａ ｔ ｍｕａｉ ｏ ｔ ｒ ， ｎ ｓ ｏ ｗ
服务机构 ： 包括 为每个顾客提供 服务所需时 间的概率分
布， 服务 台的数 目及其排列方式 。本文 讨论 的铁路 集装箱 中 心站大 门车道为到达卡车服务所需 的时 间具 有随机性 ， 服从 参数 （ 卡车的平均服务 率） 的负指数分布。 个服务系统包括顾客和服务机构 两个 方面 ． 队论 是 排
关键词 ： 随机服务系统 ； 排队论 ； 铁路集装箱 中心站 ； 物流
中 图 分 类 号 ：Ｐ９ ． Ｔ ３ １９ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
Ｒａ ｌ ｙ Ｃｏ ｔ ｉ ｒ Ｔｅ ｍ ｉ ａ ｓ ａ ｎｅ ｍ ｂｅ ｓｇ ｓ ａ ｃ ｉｗａ ｎ ａｎｅ ｒ ｎ ｌＢｅ ｔＣｈ ｎ ｌＮｕ ｒ Ｄｅ ｉ ｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ
排 队长 （ ｑ 指在 系统 中排 队等待服务 的顾客个数 的期望值 ； Ｌ） 逗 留时 间（ ） Ｗｓ 为一个顾 客在 系统 中的停 留时 间的期 望值 ；
中心站大门集装箱卡车服务规则 与到达 时间分 布， 考虑排 队等待时 间， 建立基于随机 服务系统 （ 队论 ） 排 的铁路集 装箱中心
站大门最佳通道数计算仿真模型 ， 利用 ｅ Ｐａｔ 并 Ｍ— ｌｎ 仿真软件系统对 模型 的实体 、 事件 、 活动和进程 四个要素进 行仿真。通
过一个算例仿真了系统运行情况 、 分析 了不 同数量通道数对 中心 站运作成本 的影响。仿真结果表 明， 可为铁路集装箱 中心 站大门通道数优化设 计提供 理论依据 。
一
从总体经济利益 出发 ． 图把 顾客的需要与服务 机构 的利 益 试 协调起来建立某种平衡关系 ， 通常用 下列数量指 标来描述 服
近产生等待排 队， 由此产生集卡等待时间成本 和单个通道服 务成本 。铁路集装箱堆场系统作业示意图如图 １所示。
务 系统 的运行状态 ： 队长 （ ｓ 指 系统 中顾 客个数 的期 望值 ； Ｌ）
面向对象＿ 、 ８ 瓶颈分析 ＿ 等优化仿 真方 法开 展研究 ， ］ ９ ］ 建立 关 于效率的数学模 型 。 再通过仿真 对 比不 同规划方 案¨ 对 最 ｌ ，
优决策提供支持。而站场 资源配置 与运营成本 、 营效 率关 运
系密切 。Ｅ ｐａｔ ｍ～ ｌ 软件 的 出现 为集 装箱 中心 站 系统 ｎ
收稿 日期 ：０ １ ０ — ６ 修 回 日期 ：０ １ ｌ — ７ ２ １— ９ ２ ２ １ 一 １ １
离散 事件仿 真模 型 ， 用仿 真优 化方法 求解 出大 门车道数 ． 运
．．．．— —
３ ７ ．— ６ ． ． —
但 是未考虑中心站物流系统运作成本 的问题 ； ｕｋｅ ｌ［ 提 Ｂ ｃｌｙ５６ ］ ３
排队论是研究 服务 系统 因需求拥挤而产生 等待行列 （ 排
队） 的对象 ， 以及合理协调需求与服务关 系的数学 理论 ， 也称 随机服务系统理论 。 铁路集装 箱 中心 站大 门系统包括 若干个 出 口通道 和入
出的多并行 服务排 队系统 理论 。 也有 学者使 用遗 传算法 Ｌ 、 ７ ＿
ｍｎｌｄｏ．Ａ ｃｒｉｇｔ ｔ ｅｒ ｆ ｕｕｎ ｓ ｍ （ ／ １ａｄＭ／ ／ ）ａｄｃｎｉ ｒ ｇ ｈ ｕｕ ａｉｇ ｉ ｉａ ｏｒ ｃｏｄ ｅｔ ｏ ｏ ｅｉｇｓ ｔ ｎ ｏｈ ｈ ｙ ｑ ｙ ｅ Ｍ Ｍ／ ｎ Ｍ Ｓ ｎ ｏｓ ｅｉ ｅｑｅ ｅ ｉｎ ｍｅ ｄ ｎｔ ｗ ｔ ｔ