基于排队论的加油站高峰期运行优化研究

刘巩 崔莹 王振东

摘 要：我国机动车保有量逐年上升，加油站行业问题日益凸显。文章以加油站现行的加油八步法为基础，选取秦皇岛市Q加油站進行数据采集，以此建立高峰期的排队论模型，再运用现场管理理论对站内现状进行分析，通过Anylogic软件模拟仿真，分析改善方案的可行性，为车辆数量增长等原因导致的加油站堵塞等不良交通状况提供了新的现场规划及作业模式。

关键词：加油站 排队论 现场管理 Anylogic仿真

中图分类号：F506  文献标识码：A

文章编号：1004-4914（2021）01-283-02

一、引言

随着我国工业化的进程持续推进，人民的生活质量明显改善，我国机动车的保有量正逐年上升。机动车辆的增加意味着加油量的增加，加油站作为重要动力能源的传输节点，其粗放式管理和一些不合理的布局引起了许多不良现象，如在早晚加油高峰期的地段出现车多拥挤、车辆缓行和交通堵塞等。

排队等待时间过长是顾客加油时经常遇到的问题，在加油高峰期时尤为明显。但由于系统中顾客的到来以及顾客在加油站系统中接受服务的时间等变量是随机的，因此加油时的排队现象不可避免，针对加油站高峰期的运行情况还需要进行深入的分析研究。本文以改善加油方式和车辆排队效率为核心，将工业工程的思想注入加油站的工作中，以提升加油站的经济效益。

基于秦皇岛市Q加油站的运行数据，不考虑车主的个人习惯对数据造成的影响，构建简易的混合制排队模型。笔者所在的小组在秦皇岛市对一周内Q加油站高峰期运行情况进行统计，调研数据如表1、表2所示。

1.将一天内车俩到达的频数情况绘制为折线图并以0.1的显著性水平经χ2拟合检验和统计学研究，加油站的车辆到达情况大概率符合泊松分布，其加油服务时间概率符合指数分布。

2.数据修正后查表得到每辆车的加油服务时间服从参数υ=0.33辆/min的负指数分布。通过加油站单位时间车辆到达数规律近似服从λ=1.8的泊松分布。

3.将A加油站的实际情况统计结果处理所得λ=1.8，μ= 0.33，C=6代入所建的M/M/C模型，得出空闲概率为0.135%，平均队长为5.4辆，最大队列为10.85辆，平均逗留时间为6.03min，平均服务时间为3min。

4.经现场统计，加油车辆在系统中的平均逗留时间要低于预估逗留的平均时间。详见表3，但在进一步分析数据时发现加油站一天将会出现两次大的车流量高峰，且车辆到达近似可看成均匀分布。经MATLAB建立的排队模型运算发现在高峰期时期的平均等待时间要达到4.34min，最大等待时间甚至可到■达9.14min，由此看出加油站对待高峰时期时，缺少相应的应急措施以至于大幅延长了等待时间。

二、问题分析②④

经数据采集得知秦皇岛市Q加油站油罐总容积小于60m3，根据《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156，Q为三级加油站，且站内有卸油油气回收系统，附近没有民用及重要公共设施，按照国家标准此时的临街距离至少应为5m，根据推导的最短安全距离公式计算后将加油车道的宽与平均排队队列所夹得：夹角β=76°，临街距离为5.092m，符合国家标准，相比原来该加油站临街距离9.22m，通过仿真运行发现5.092m的临街距离可以达到相同的效果。综合考虑建设占地及成本，因此应适当缩小临街距离，在空地区配置新的服务商店方便在靠近外侧加油的顾客购物、缴费，或者拓宽交通街道，增大秦皇西大街的瞬时可通过车辆数量，减轻该地区的交通堵塞情况。

建立排队论模型：

1.以加油机数C为指标的评价与优化公式。

c*Ls-Ls（c*+1）≤c1/c2≤Ls（c*-1）-c*Ls（1）

公式（1）中c*为最优加油机数;c1为每台加油机单位时间的费用;c2为顾客等待单位时间所消耗的费用。计算得出各自最优加油枪数，优化加油机的加油枪数，达到效率最大化。

2.以距离临近道路距离为指标的评价与优化。①④加油站与一般公路的安全距离为5m～8m。队伍过长将影响交通运行，且在加油高峰期时，车辆的车头车位距离由于多数车主安全意识的淡薄及为防止间隙偏大后面车辆强行加塞的情况，每辆车的间距都较小，远小于行车间的安全距离。因此，将排队队伍长度与加油站距离道路距离拟合入直角三角形，设定好合理的安全行车距离后计算加油站合理临街距离，见图1中，排队长度L=LqS（S取每车平均占据长度为4.1m。H为临街距离; D为加油站入口车道中点到第一加油机所处直线的距离。则有：β=arctan（H0，D0为建设距离）;H=Lcosβ（此队长所需临街距离）。

国家标准⑤对于进出口未制定相关明确标准，在出口位置设置阀门不会影响到现有的站内布局，因此建议在出口设置单向进出阀门，可有效避免外来社会车辆为规避某处堵塞从加油站出口借道行驶，这种行驶属于逆向行驶，不仅会增加安全隐患还将在一定程度上影响到加油作业的效率，同时也可减少为图近道从出口位置进入加油站进行插队加油，在阀门出设置感应装置也可方便加油站统计车流量，方便预测进货量，合理减少对人工的负担及库存需要。关于油号的变更，只要保证加油管道的安全性及出油量速率即可，所以重新规划各油号位置是切实可行的，只需将原有加油机接入的母加油管道调换位置即可实现。

根据“5w1h”及“ECRS”四原则，运用现场管理和防错法理论，得到优化后的加油站布局方案③：

1.根据目视管理的原则，在加油站入口处设置提示语告知排队车主提前做好准备工作，在前一辆车加油等待时服务人员可先收取好费用，在下辆车驶入加油区时可直接开始加油。在入口的指示牌上提醒加油车辆，如需使用手机支付或代金券支付则选择靠近右侧的加油车道，如可自助加油，则选择靠近左侧的加油车道。

2.根据防错法的原理，在加油车道的入口处地面标明车道及该车道可提供的油号，在加油位画出符合大多数车辆大小的停车线及车位，以减少一辆车占用两个加油位及车辆所停处过远、油枪不够长的情况。设置单向车道或者在出口位置阀门，以减少站内出现不必要的交通堵塞。

3.根据ECRS方法，在加油站额外设置一个停车区，由加油员引导需要进入服务厅的车主，使其在完成加油作业后将车驶入该停车区后再进入服务厅，以减少车道的堵塞。

三、改善效果与仿真

1.Anylogic建模{4}。利用anylogic软件分别对改善前和改善后的情况进行系统仿真模拟。自定义定义智能体“车”，并设置其出现速率为300米每分。并将加油站的入口简化为一个长度为84米、速度为200米每分的传送带，智能体长度改为6米，并用限制区域功能限制此传送带上的车辆不可超过15辆。设置进入加油区及在加油区内行驶的移动功能速度为80米每分钟，同时使用限制区域功能限制加油区的车辆总数不得超过85辆。对改善前的模型进行运行操作时可知，改善前各加油机位置会出现明显的排队情况，且车流量分布不均，加塞插队等现象较多，改善前120分钟内有116辆车完成了加油。改善后各加油机位置热度有明显下降，且整体流量圖分布较为均匀，插队加塞等现象也得到抑制，120分钟内有135辆车完成了加油。

2.排队论模型的仿真运行。通过对作业流程程序分析图的分析，发现目前加油站现场布置的加油机存在不合理处，根据不同车辆对几种油号的需求不同及各种油号的消费情况。将车辆入站道路和各加油机位置通过模型构建进行重新规划，并将提示语标牌树立在更显眼的位置，以便车主寻找自己需要的油号。并在高峰时期提示后续等待车主提前做的准备工作，避免员工需重复大量不必要的冗余操作。通过人机分析及上述新的规划，初步估计对最大服务所需时间可有效减少44s。经过相关排队论代码运算后，结果如表4所示，可知等待时间大大降低。

四、结论

加油站现有的粗放式管理和加油步骤在未来将难以满足需求，以现有规模和管理运行方式所能提供的服务能力，无法很好解决加油站高峰期涌入的大量车辆造成的问题。基于Anylogic的仿真分析与排队论模型的验证，本文对现有加油机布局的优化方案能够使各加油机位置热度有明显下降，排队时间得到有效改善，整体流量图分布更为均匀，交通堵塞的现象也得到抑制，120min内有135辆车完成了加油，效率提高了11.45%，有益于改善道路交通状况，提高高峰期加油站的运转效率，创造更多的经济收益。

注释：

{1}李刚.加油站安全管理现状及优化策略解析[J].化工管理，2015（26）：11-12

{2}曲巍.基于排队论的超市收银管理排队服务系统应用研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学理学院，2012.130

{3}易树平，郭伏.基础工业工程.机械工业出版社

{4}GB 50156—2002，汽车加油加气站设计与施工规范[S]

{5}何林儒，艾明岩，李振.城市公共加油站交通影响分析方法研究[J].山西建筑，2018，44（2）：1214

（作者单位：东北林业大学工程技术学院 黑龙江哈尔滨  150000）（责编：若佳）