基于Anylogic的高鐵快運物流基地運營仿真評價優(yōu)化研究

許植深，唐 力，于雪嶠，徐 妍

(中國鐵道科學研究院集團有限公司 運輸及經濟研究所，北京 100081)

我國電商快遞物流市場的持續(xù)快速增長及高速鐵路路網規(guī)模的不斷擴大，為我國高鐵快運業(yè)務發(fā)展提供了先決條件和重要支撐。為滿足大批量高鐵快運需求，我國多個城市均在積極謀劃高鐵快運物流基地建設[1]，并開展了前期設計工作，但缺乏對運營階段作業(yè)效率及設施設備配置的相關研究。針對典型的高鐵快運物流基地布局方案，在確定評價指標及評價標準的基礎上，運用Anylogic仿真軟件，對不同場景下高鐵快運物流基地物流資源運用水平及運營服務水平進行仿真評價，通過評價指標值與評價指標標準的比較，不斷優(yōu)化物流資源配置參數，直到評價指標值處于合理范圍，達到優(yōu)化設計方案的目的，對高鐵快運物流基地優(yōu)化科學評價和相關標準制訂具有重要意義。

1 高鐵快運物流基地運營評價

為最大化利用高鐵快運專用動車組載運空間，參照航空貨運專用集裝器(以下簡稱“集裝器”)，以高鐵快運專用集裝器作為基本載運單元，主要對高鐵快運物流基地集裝器作業(yè)進行仿真評價優(yōu)化。

1.1 高鐵快運物流基地作業(yè)流程

對標高端快遞物流服務商及航空貨運作業(yè)現狀，結合鐵路貨場包裝成件功能區(qū)作業(yè)流程，在高鐵快運專用動車組直達運輸模式下[2-3]，設計高鐵快運物流基地間的高鐵快運物流基地作業(yè)流程。高鐵快運物流基地作業(yè)流程圖如圖1所示。

圖1?高鐵快運物流基地作業(yè)流程圖Fig.1 Operation flow chart of high-speed railway express logistics center

發(fā)送作業(yè)流程：汽車將集裝器送達高鐵快運物流基地，在汽車裝卸區(qū)進行卸車作業(yè)，在集裝器安檢區(qū)進行安檢、稱重、掃碼、貼標作業(yè)，進入集裝器轉運區(qū)按照集裝器發(fā)送方向進行分揀并暫存，暫存后按作業(yè)計劃進行站臺搬運作業(yè)，待高鐵快運動車組到達后進行裝車作業(yè)，列車按圖運行出發(fā)。

到達作業(yè)流程：高鐵快運動車組到達卸車站臺后，在高鐵快運裝卸站臺進行卸車作業(yè)，并搬運至暫存區(qū)進行集結和暫存，待汽車到達后，將集裝器進行裝車作業(yè)，由汽車裝載出發(fā)。

1.2 高鐵快運物流基地功能布局

根據高鐵快運物流基地作業(yè)流程及規(guī)劃中高鐵快運物流基地設計方案[4-7]，提出標準化高鐵快運物流基地功能布局方案。高鐵快運物流基地由高鐵快運裝卸站臺、高鐵快運裝卸線及站臺末端作業(yè)區(qū)組成，高鐵快運裝卸站臺承擔集裝器的站臺搬運及高鐵快運專用動車組裝卸作業(yè)，在高鐵快運裝卸站臺末端分別設置到達發(fā)送汽車?？繀^(qū)、汽車裝卸區(qū)、集裝器安檢區(qū)和集裝器轉運區(qū)，承擔汽車裝卸、安檢、分撥等作業(yè)。高鐵快運物流基地功能布局及作業(yè)流程對應示意圖如圖2所示。

高鐵快運裝卸線：高鐵快運裝卸線線路標準與動車段所相同，可以滿足高鐵快運專用動車組?？考敖影l(fā)車需求，多條裝卸線平行布置。

高鐵快運裝卸站臺：高鐵快運裝卸站臺采用低站臺布置形式，確保集裝器搬運裝備高度與高鐵快運動車組內地板高度相同，站臺可以根據需求選擇島式或側式形式，對標航空作業(yè)，采用智能拖車進行集裝器站臺搬運裝卸作業(yè)[8]。

發(fā)送汽車?？繀^(qū)及到達汽車?？繀^(qū)：供作業(yè)車輛?？窟M行汽車裝卸作業(yè)，汽車停車位尺寸滿足快遞企業(yè)常用作業(yè)車輛?？啃枨?。

圖2?高鐵快運物流基地功能布局及作業(yè)流程對應示意圖Fig.2 Functional layout and operation process of high-speed railway express logistics center

發(fā)送汽車裝卸區(qū)及到達汽車裝卸區(qū)：供智能電動叉車進行集裝器汽車裝卸作業(yè)。

集裝器安檢區(qū)：進行發(fā)送集裝器安檢作業(yè)，配置有集安檢、稱重、掃碼等功能于一體的安檢集成裝備。

發(fā)送集裝器轉運區(qū)及到達集裝器轉運區(qū)：提供集裝器分揀、暫存作業(yè)區(qū)域。

1.3 高鐵快運物流基地運營評價指標及標準

高鐵快運業(yè)務主要產品為當日達、次晨達、次日達等高端快運產品，其核心競爭力在于高運輸時效，因此高效場站是產品競爭優(yōu)勢的重要支撐，也是建設專業(yè)化高鐵快運物流基地的主要原因。為確保高鐵快運物流基地設備配置能夠支撐其高效運營，同時保證作業(yè)資源不過度浪費，參考鐵路物流基地評價指標[9-10]和快遞企業(yè)作業(yè)需求確定高鐵快運物流基地設計方案仿真評價指標及標準值。高鐵快運物流基地設計方案評價對象為各作業(yè)端設施設備和人員利用情況，以此確定不同作業(yè)量下的資源匹配度情況。高鐵快運物流基地設計方案仿真評價指標及標準如表1所示。

表1?高鐵快運物流基地設計方案仿真評價指標及標準Tab.1 Simulation evaluation index and standard of high-speed railway express logistics center design program

2 基于Anylogic的高鐵快運物流基地運營仿真模型

2.1 高鐵快運物流基地運營仿真邏輯

根據高鐵快運物流基地作業(yè)流程與仿真流程，高鐵快運物流基地仿真系統(tǒng)包括高鐵快運動車組到發(fā)子系統(tǒng)、汽車到發(fā)子系統(tǒng)和集裝器作業(yè)子系統(tǒng)。

（1）高鐵快運動車組到發(fā)子系統(tǒng)。高鐵快運動車組到發(fā)子系統(tǒng)負責實現列車在高鐵快運裝卸站臺的到發(fā)、裝卸車作業(yè)，高鐵快運動車組分為空車和重車到達，高鐵快運動車組選擇到達股道、到達站臺后，執(zhí)行裝車或卸車作業(yè)，裝卸車作業(yè)完畢后，根據不同去向分為離開動車所和前往存車場。高鐵快運動車組到發(fā)子系統(tǒng)邏輯流程圖如圖3所示。

（2）汽車到發(fā)子系統(tǒng)。汽車到發(fā)子系統(tǒng)主要負責實現汽車的到發(fā)、裝卸作業(yè)，根據是否裝載貨物可以將汽車分為空車和重車，根據汽車型號可以分為9.6 m廂式貨車和13.6 m半掛車，重車進入汽車卸車區(qū)進行卸車，作業(yè)完畢后離開基地，空車進入汽車裝車區(qū)進行裝車，作業(yè)完畢后離開基地。汽車到發(fā)子系統(tǒng)邏輯流程圖如圖4所示。

（3）集裝器作業(yè)子系統(tǒng)。集裝器作業(yè)子系統(tǒng)負責實現集裝器在基地內的安檢、暫存、搬運等作業(yè)，集裝器作業(yè)包括汽車裝卸區(qū)作業(yè)、安檢區(qū)作業(yè)、轉運區(qū)作業(yè)、拖車站臺搬運作業(yè)等，整個仿真系統(tǒng)圍繞集裝器的各類作業(yè)流程進行運作。集裝器作業(yè)子系統(tǒng)邏輯流程圖如圖5所示。

2.2 高鐵快運物流基地運營智能體

圖3?高鐵快運動車組到發(fā)子系統(tǒng)邏輯流程圖Fig.3 Logical flow chart of train arrival and departure subsystem

圖4?汽車到發(fā)子系統(tǒng)邏輯流程圖Fig.4 Logical flow chart of automobile arrival and departure subsystem

圖5?集裝器作業(yè)子系統(tǒng)邏輯流程圖Fig.5 Logical flow chart of container operation subsystem

智能體是實現系統(tǒng)仿真的基本對象，是進行各類作業(yè)的主體，各智能體具備不同的參數，基于上述高鐵快運物流基地各功能區(qū)及設施設備配置，確定智能體主要包括：汽車卸貨人員、卸貨汽車、安檢儀人員、安檢儀、搬運人員、暫存區(qū)、拖車、高鐵快運動車組、汽車裝貨人員、裝貨汽車以及集裝器等。智能體之間通過各類事件相互關聯，主要事件包括：汽車卸車、汽車裝車、安檢作業(yè)、拖車站臺裝卸車、集裝器裝卸列車、轉運區(qū)搬運等。集裝器智能體是仿真系統(tǒng)的核心仿真對象，整個仿真流程圍繞集裝器的各類作業(yè)執(zhí)行，分別經歷了汽車卸貨、安檢、暫存、高鐵快運動車組裝卸車、汽車裝貨等環(huán)節(jié)。仿真智能體設置如圖6所示。

2.3 高鐵快運物流基地運營仿真參數設置

仿真參數可以分為固定參數和可變參數，仿真參數的設置對仿真結果影響極大。固定參數包括集裝器容量、人員走行速度等不可變動的參數，可變參數包括人員數量、汽車到發(fā)頻率、安檢儀數量等可以變動的參數，通過可變參數的調整可以達到優(yōu)化方案的效果。通過理論分析和對實際情況的調研，確定仿真實驗中各主要輸入參數的初始輸入值。高鐵快運物流基地設計方案參數取值如表2所示。

圖6?仿真智能體設置Fig.6 Setting of simulation agents

表2?高鐵快運物流基地設計方案參數取值Tab.2 Parameter setting of design scheme for high-speed railway express logistics center

3 高鐵快運物流基地運營案例分析

參照國內某規(guī)劃中高鐵快運物流基地布局方案、需求預測及開行方案設計，進行高鐵快運物流基地仿真實驗。其中高鐵快運物流基地功能布局方案見圖2，基地中設置2座側式裝卸站臺及2條裝卸線，并在裝卸站臺尾端設置各功能區(qū)?？紤]高鐵快運動車組開行需要避讓旅客列車和天窗維修時間，高鐵快運動車組開行時間通常設置在4 : 00以后及19 : 00以后，因此單次仿真時長選擇4 h為1個周期。

3.1 高鐵快運物流基地運營仿真過程

對高鐵快運物流基地快件到發(fā)量分別為35萬t/a、61萬t/a、123萬t/a進行多次仿真模擬，并調整相關參數進行方案優(yōu)化，得到仿真優(yōu)化前、優(yōu)化后的結果。評價指標仿真優(yōu)化前、優(yōu)化后比較如表3所示。從表3可以看出，當快件到發(fā)量為35萬t/a時，汽車卸車人員利用率、安檢人員利用率、安檢儀平均利用率、轉運區(qū)人員利用率評價指標仿真值過小，通過調整汽車裝車人員數量為3人、安檢人員數量為2人和安檢儀數量為2臺、暫存區(qū)人員數量為5人進行方案改善，優(yōu)化后的方案評價指標仿真值符合標準；當快件到發(fā)量為61萬t/a時，各項主要指標均在合理范圍內，因此采用推薦參數取值；當快件到發(fā)量為123萬t/a時，汽車裝車人員利用率、安檢人員利用率、安檢儀平均利用率、轉運區(qū)人員利用率評價指標過大，通過調整汽車裝車人員數量為6人、安檢人員數量為6人、安檢儀數量為6臺、轉運區(qū)人員數量為9人進行方案改善，優(yōu)化后的方案評價指標仿真值符合標準。

根據表3結果，改變年運量，進行多次仿真實驗，得出不同運量下滿足作業(yè)時間要求的合理人員設備配置情況。不同運量下合理的人員設備配置如表4所示。

3.2 仿真結果分析

根據上述仿真實驗結果，繪制人員設備配置與運量關系折線圖，可發(fā)現合理人員設備配置數量與年運量基本呈線性關系，經擬合得到汽車裝車人員/卸車人員的合理配置數量與年運量的關系為：汽車裝/卸車人員數量= 0.032×年運量+ 2.17；安檢人員/安檢儀的合理配置數量與年運量的關系為：安檢人員/安檢儀數量= 0.045×年運量+ 0.55；暫存區(qū)作業(yè)人員的合理配置數量與年運量的關系為：暫存區(qū)作業(yè)人員數量= 0.044×年運量+ 3.55。人員設備配置與運量關系折線圖如圖7所示。

4 結束語

高鐵快運物流基地作為高鐵快運業(yè)務的承載體，合理的人員及設備配置是場站作業(yè)效率及產品時效的重要保障。基于仿真技術的高鐵快運物流基地運營評價優(yōu)化能夠對物流資源運用水平和物流服務水平進行有效評價，為優(yōu)化改進設施設備配置提供數據支撐，對提升高鐵快運物流基地建設投資效益具有重要意義。由于該仿真的關鍵參數取值具有較強的主觀性，部分設施設備技術參數沒有最終確定，對仿真結果造成一定影響，因此，還應進一步明確評價指標及仿真參數取值，以實現高鐵快運物流基地仿真評價優(yōu)化工作的客觀性和準確性。

表3?評價指標仿真優(yōu)化前、優(yōu)化后比較Tab.3 Comparison of evaluation indexes before and after simulation optimization

表4?不同運量下合理的人員設備配置Tab.4 Reasonable allocation of stuff and equipment under different freight volume

圖7?人員設備配置與運量關系折線圖Fig.7 Line chart of relationship between stuff and equipment allocation and freight volume