基于Anylogic的高铁快运物流基地运营仿真评价优化研究

2020-12-31许植深于雪峤

铁道货运 2020年12期

许植深，唐力，于雪峤，徐妍

(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)

我国电商快递物流市场的持续快速增长及高速铁路路网规模的不断扩大，为我国高铁快运业务发展提供了先决条件和重要支撑。为满足大批量高铁快运需求，我国多个城市均在积极谋划高铁快运物流基地建设[1]，并开展了前期设计工作，但缺乏对运营阶段作业效率及设施设备配置的相关研究。针对典型的高铁快运物流基地布局方案，在确定评价指标及评价标准的基础上，运用Anylogic仿真软件，对不同场景下高铁快运物流基地物流资源运用水平及运营服务水平进行仿真评价，通过评价指标值与评价指标标准的比较，不断优化物流资源配置参数，直到评价指标值处于合理范围，达到优化设计方案的目的，对高铁快运物流基地优化科学评价和相关标准制订具有重要意义。

1 高铁快运物流基地运营评价

为最大化利用高铁快运专用动车组载运空间，参照航空货运专用集装器(以下简称“集装器”)，以高铁快运专用集装器作为基本载运单元，主要对高铁快运物流基地集装器作业进行仿真评价优化。

1.1 高铁快运物流基地作业流程

对标高端快递物流服务商及航空货运作业现状，结合铁路货场包装成件功能区作业流程，在高铁快运专用动车组直达运输模式下[2-3]，设计高铁快运物流基地间的高铁快运物流基地作业流程。高铁快运物流基地作业流程图如图1所示。

图1 高铁快运物流基地作业流程图Fig.1 Operation flow chart of high-speed railway express logistics center

发送作业流程：汽车将集装器送达高铁快运物流基地，在汽车装卸区进行卸车作业，在集装器安检区进行安检、称重、扫码、贴标作业，进入集装器转运区按照集装器发送方向进行分拣并暂存，暂存后按作业计划进行站台搬运作业，待高铁快运动车组到达后进行装车作业，列车按图运行出发。

到达作业流程：高铁快运动车组到达卸车站台后，在高铁快运装卸站台进行卸车作业，并搬运至暂存区进行集结和暂存，待汽车到达后，将集装器进行装车作业，由汽车装载出发。

1.2 高铁快运物流基地功能布局

根据高铁快运物流基地作业流程及规划中高铁快运物流基地设计方案[4-7]，提出标准化高铁快运物流基地功能布局方案。高铁快运物流基地由高铁快运装卸站台、高铁快运装卸线及站台末端作业区组成，高铁快运装卸站台承担集装器的站台搬运及高铁快运专用动车组装卸作业，在高铁快运装卸站台末端分别设置到达发送汽车停靠区、汽车装卸区、集装器安检区和集装器转运区，承担汽车装卸、安检、分拨等作业。高铁快运物流基地功能布局及作业流程对应示意图如图2所示。

高铁快运装卸线：高铁快运装卸线线路标准与动车段所相同，可以满足高铁快运专用动车组停靠及接发车需求，多条装卸线平行布置。

高铁快运装卸站台：高铁快运装卸站台采用低站台布置形式，确保集装器搬运装备高度与高铁快运动车组内地板高度相同，站台可以根据需求选择岛式或侧式形式，对标航空作业，采用智能拖车进行集装器站台搬运装卸作业[8]。

发送汽车停靠区及到达汽车停靠区：供作业车辆停靠进行汽车装卸作业，汽车停车位尺寸满足快递企业常用作业车辆停靠需求。

图2 高铁快运物流基地功能布局及作业流程对应示意图Fig.2 Functional layout and operation process of high-speed railway express logistics center

发送汽车装卸区及到达汽车装卸区：供智能电动叉车进行集装器汽车装卸作业。

集装器安检区：进行发送集装器安检作业，配置有集安检、称重、扫码等功能于一体的安检集成装备。

发送集装器转运区及到达集装器转运区：提供集装器分拣、暂存作业区域。

1.3 高铁快运物流基地运营评价指标及标准

高铁快运业务主要产品为当日达、次晨达、次日达等高端快运产品，其核心竞争力在于高运输时效，因此高效场站是产品竞争优势的重要支撑，也是建设专业化高铁快运物流基地的主要原因。为确保高铁快运物流基地设备配置能够支撑其高效运营，同时保证作业资源不过度浪费，参考铁路物流基地评价指标[9-10]和快递企业作业需求确定高铁快运物流基地设计方案仿真评价指标及标准值。高铁快运物流基地设计方案评价对象为各作业端设施设备和人员利用情况，以此确定不同作业量下的资源匹配度情况。高铁快运物流基地设计方案仿真评价指标及标准如表1所示。

表1 高铁快运物流基地设计方案仿真评价指标及标准Tab.1 Simulation evaluation index and standard of high-speed railway express logistics center design program

2 基于Anylogic的高铁快运物流基地运营仿真模型

2.1 高铁快运物流基地运营仿真逻辑

根据高铁快运物流基地作业流程与仿真流程，高铁快运物流基地仿真系统包括高铁快运动车组到发子系统、汽车到发子系统和集装器作业子系统。

（1）高铁快运动车组到发子系统。高铁快运动车组到发子系统负责实现列车在高铁快运装卸站台的到发、装卸车作业，高铁快运动车组分为空车和重车到达，高铁快运动车组选择到达股道、到达站台后，执行装车或卸车作业，装卸车作业完毕后，根据不同去向分为离开动车所和前往存车场。高铁快运动车组到发子系统逻辑流程图如图3所示。

（2）汽车到发子系统。汽车到发子系统主要负责实现汽车的到发、装卸作业，根据是否装载货物可以将汽车分为空车和重车，根据汽车型号可以分为9.6 m厢式货车和13.6 m半挂车，重车进入汽车卸车区进行卸车，作业完毕后离开基地，空车进入汽车装车区进行装车，作业完毕后离开基地。汽车到发子系统逻辑流程图如图4所示。

（3）集装器作业子系统。集装器作业子系统负责实现集装器在基地内的安检、暂存、搬运等作业，集装器作业包括汽车装卸区作业、安检区作业、转运区作业、拖车站台搬运作业等，整个仿真系统围绕集装器的各类作业流程进行运作。集装器作业子系统逻辑流程图如图5所示。

2.2 高铁快运物流基地运营智能体

图3 高铁快运动车组到发子系统逻辑流程图Fig.3 Logical flow chart of train arrival and departure subsystem

图4 汽车到发子系统逻辑流程图Fig.4 Logical flow chart of automobile arrival and departure subsystem

图5 集装器作业子系统逻辑流程图Fig.5 Logical flow chart of container operation subsystem

智能体是实现系统仿真的基本对象，是进行各类作业的主体，各智能体具备不同的参数，基于上述高铁快运物流基地各功能区及设施设备配置，确定智能体主要包括：汽车卸货人员、卸货汽车、安检仪人员、安检仪、搬运人员、暂存区、拖车、高铁快运动车组、汽车装货人员、装货汽车以及集装器等。智能体之间通过各类事件相互关联，主要事件包括：汽车卸车、汽车装车、安检作业、拖车站台装卸车、集装器装卸列车、转运区搬运等。集装器智能体是仿真系统的核心仿真对象，整个仿真流程围绕集装器的各类作业执行，分别经历了汽车卸货、安检、暂存、高铁快运动车组装卸车、汽车装货等环节。仿真智能体设置如图6所示。

2.3 高铁快运物流基地运营仿真参数设置

仿真参数可以分为固定参数和可变参数，仿真参数的设置对仿真结果影响极大。固定参数包括集装器容量、人员走行速度等不可变动的参数，可变参数包括人员数量、汽车到发频率、安检仪数量等可以变动的参数，通过可变参数的调整可以达到优化方案的效果。通过理论分析和对实际情况的调研，确定仿真实验中各主要输入参数的初始输入值。高铁快运物流基地设计方案参数取值如表2所示。

图6 仿真智能体设置Fig.6 Setting of simulation agents

表2 高铁快运物流基地设计方案参数取值Tab.2 Parameter setting of design scheme for high-speed railway express logistics center

3 高铁快运物流基地运营案例分析

参照国内某规划中高铁快运物流基地布局方案、需求预测及开行方案设计，进行高铁快运物流基地仿真实验。其中高铁快运物流基地功能布局方案见图2，基地中设置2座侧式装卸站台及2条装卸线，并在装卸站台尾端设置各功能区。考虑高铁快运动车组开行需要避让旅客列车和天窗维修时间，高铁快运动车组开行时间通常设置在4 : 00以后及19 : 00以后，因此单次仿真时长选择4 h为1个周期。

3.1 高铁快运物流基地运营仿真过程

对高铁快运物流基地快件到发量分别为35万t/a、61万t/a、123万t/a进行多次仿真模拟，并调整相关参数进行方案优化，得到仿真优化前、优化后的结果。评价指标仿真优化前、优化后比较如表3所示。从表3可以看出，当快件到发量为35万t/a时，汽车卸车人员利用率、安检人员利用率、安检仪平均利用率、转运区人员利用率评价指标仿真值过小，通过调整汽车装车人员数量为3人、安检人员数量为2人和安检仪数量为2台、暂存区人员数量为5人进行方案改善，优化后的方案评价指标仿真值符合标准；当快件到发量为61万t/a时，各项主要指标均在合理范围内，因此采用推荐参数取值；当快件到发量为123万t/a时，汽车装车人员利用率、安检人员利用率、安检仪平均利用率、转运区人员利用率评价指标过大，通过调整汽车装车人员数量为6人、安检人员数量为6人、安检仪数量为6台、转运区人员数量为9人进行方案改善，优化后的方案评价指标仿真值符合标准。

根据表3结果，改变年运量，进行多次仿真实验，得出不同运量下满足作业时间要求的合理人员设备配置情况。不同运量下合理的人员设备配置如表4所示。

3.2 仿真结果分析

根据上述仿真实验结果，绘制人员设备配置与运量关系折线图，可发现合理人员设备配置数量与年运量基本呈线性关系，经拟合得到汽车装车人员/卸车人员的合理配置数量与年运量的关系为：汽车装/卸车人员数量= 0.032×年运量+ 2.17；安检人员/安检仪的合理配置数量与年运量的关系为：安检人员/安检仪数量= 0.045×年运量+ 0.55；暂存区作业人员的合理配置数量与年运量的关系为：暂存区作业人员数量= 0.044×年运量+ 3.55。人员设备配置与运量关系折线图如图7所示。

4 结束语

高铁快运物流基地作为高铁快运业务的承载体，合理的人员及设备配置是场站作业效率及产品时效的重要保障。基于仿真技术的高铁快运物流基地运营评价优化能够对物流资源运用水平和物流服务水平进行有效评价，为优化改进设施设备配置提供数据支撑，对提升高铁快运物流基地建设投资效益具有重要意义。由于该仿真的关键参数取值具有较强的主观性，部分设施设备技术参数没有最终确定，对仿真结果造成一定影响，因此，还应进一步明确评价指标及仿真参数取值，以实现高铁快运物流基地仿真评价优化工作的客观性和准确性。