1. 案例描述

本节仍以哈尔滨集装箱中心站为例，对哈欧班列货流组织进行协同优化。为了验证模型，从哈尔滨腹地网络优化枢纽站选择结果中任意挑选一个枢纽站的数据进行案例分析。假设一批货流在枢纽站集结完毕，将通过铁路运输、公路运输或是公铁联运形式运送至中欧班列集装箱中心站，利用上述构建的协同优化模型对运输组织过程进行优化。

从5个重要枢纽站中选择天津作为案例研究对象，将在天津枢纽站集结完成的货流运送至哈尔滨集装箱中心站，通过模型对运输组织过程进行协同优化。

根据中国铁路运行路线，已知天津到哈尔滨货运路线途经站点，再综合哈尔滨腹地所有货源地枢纽站资料，得出天津到哈尔滨运输线路途经城市有唐山、沈阳以及长春。就本案例进行假设，天津至哈尔滨，途径3个城市，每个相邻城市间有两种运输方式可供选择：铁路和公路，两种方式分别表示为A和B，如图5-19所示。

图5-19　运输网络

2. 数据描述

运输网络运价表如表5-27所示。

表5-27　运输网路运价

铁路运价数据来自95306货运网，查询得到各城市间铁路运输价格；公路运价来自公路运价计算器，由于每单位TEU货运平均载重为20 t，因此将集装箱公路运费近似等同20 t总量时的总价，依据如表5-28所示。

表5-28　集装箱尺寸重量

根据城市间里程数、铁路和公路货物运输时速，得到各城市之间的运输方式时间。铁路货运现阶段的发展目标是高速、重载。一般正线铁路，如京广线等，货物列车的正常运行速度约为100 km/h。货物列车的运行速度与途径地形有很大关系，主要体现在铁路的坡度和列车最小转弯半径这两个方面。在如平原地区的地势平缓的华北地区，铁路的坡度较小，线路比较平直，列车运行阻力较小，运行速度快，速度可达100 km/h，在某些路段甚至超过此速度。但在多山且地势较崎岖的西南地区，则铁路坡度较大，线路转弯较多，且转弯半径都比较小，限制了火车的运行速度，速度多为70~80 km/h。本例中所选城市都位于华北平原地带，因此选择列车运输时速为80 km/h。在公路中进行集装箱货物运输，假设集卡的平均速度为60 km/h。表5-29为运输网络运输时间，表5-30为枢纽点中转费用。

表5-29　运输网络运输时间

运输方式转换的单位转换成本表示在站点i时由第m种运输方式转换成第n种运输方式的单位转换成本。这里假设中转站不同运输方式之间的单位转换成本相同，即，根据前文的推导，计算枢纽站点的运输方式转换单位费用为

式中，通过统计年鉴可查得枢纽节点的年中转量Q_j（t）以及年中转费用F_j（元）。(www.daowen.com)

表5-30　枢纽点中转费用

3. 求解结果

利用lingo8.0对模型进行求解，目标函数优化结果如图5-20、图5-21所示。

图5-20　以时间为目标优化结果

图5-21　以成本为目标优化结果

根据协同优化原理得到最终收敛解如图5-21所示，当两个子系统的解达到一致时，即以时间为目标的子系统与以成本为目标的子系统的解达到一致，协同优化系统达到协同最优。

计算结果：货物从天津运至哈尔滨使用铁路运输最为合适，总运输时间为12.76 h，总运输成本为6 684元。图5-21中的参数X₁表示图5-19中天津到唐山使用铁路运输方式；X₂表示天津到唐山使用公路运输方式，以此类推，如表5-31所示。

表5-31　参数说明表

得到结论，从天津到哈尔滨最佳运输组织方式就是全程使用铁路运输。很显然，这只是一个简单的案例，哈尔滨集装箱中心站运输组织中有多个枢纽站点，当货流同时运输至中心站，运输网络中的线路将会更加复杂。本例中少量的数据使用lingo软件即可得出结论，当数据量增大时，我们也可借助Matlab或Cplex对模型进行求解。

其中，图中参数如表5-31所示。

对比5.4节，本节增加了对运输时间的分析。根据协同优化原理，寻找影响运输组织的两个重要因素：时间和成本。将该问题中的复杂目标函数分解成两个子目标函数，即时间目标函数和成本目标函数，再将这两个子目标函数进行协同优化。具体说来，本小节运输组织协同优化是在优化成本子目标函数的同时综合考虑时间子目标函数的结果。当不断计算，使两个子目标函数之间的优化结果能够一致，就是两个子目标得出的最终路径选择一致时，该问题的目标函数达到最优。最终得到时间与成本协同影响下运输组织方式，缩减了运输成本。

很显然，这仅是近距离间一对一站点运输，优化过程相对简单。已知哈尔滨集装箱中心站在货源运输网络中有5个关联度较高的运输枢纽，实际中货源地是源源不断向中心站运送货流的，因此运输网络中的线路错综复杂。在本例的运算基础上加入上海、石家庄、济南、北京这4个运输枢纽数据，并重复利用本节模型及算法得出货源地运输枢纽集结货源至哈尔滨集装箱中心站的协同运输方案：一条线路是北京、石家庄通过公路运输至天津中转，同天津货源运至哈尔滨集装箱中心站；另一条线路则是上海通过铁路运输至济南中转，同济南货源运至哈尔滨集装箱中心站，如图5-22所示。该最优方案，利用多式联运组织货源，通过协同原理节约了成本，并且也能在一定程度上协同运输时间。线路1与线路2的运输总时间大致相同，因而避免货物在某一站点或是哈尔滨中心站停留时间过长。

图5-22　协同优化运输方案