基于多目标规划的铁路大型装车点选址模型设计_尚影.pdf

收稿日期:2 0 2 2-0 4-1 6;修回日期:2 0 2 3-0 3-0 7基金项目:2 0 2 1年度安徽高校自然科学研究项目(K J 2 0 2 1 A 1 5 7 3)。作者简介:尚影(1 9 8 0-),女,安徽阜阳人,副教授,硕士,从事数学应用及计算算法的研究。第2 3卷第2期安徽水利水电职业技术学院学报V o l.2 3N o.22 0 2 3年6月J O U R N A LO FA NHU IT E C HN I C A LC O L L E G EO FW A T E R R E S O U R C E SA N DHY D R O E L E C T R I CP OWE RJ u n.2 0 2 3基于多目标规划的铁路大型装车点选址模型设计尚 影1,王先传2(1.阜阳幼儿师范高等专科学校,安徽 阜阳 2 3 6 0 1 5;2.阜阳师范大学,安徽 阜阳 2 3 6 0 3 7)摘 要:文章采用多目标规划方法,通过对铁路大型装车点选址模型进行假设,定义相关变量,以最小化成本和最大化客户满意度为目标,对模型进行构建,利用优先级与软件优化对模型进行求解,可以降低成本,推动铁路货运业务的发展。关键词:数学模型;多目标规划;运输问题;选址模型D O I:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 6 7 1-6 2 2 1.2 0 2 3.0 2.0 0 9中图分类号:U 2 9 1 文献标识码:A 文章编号:1 6 7 1-6 2 2 1(2 0 2 3)0 2-0 0 3 8-0 5D e s i g no f r a i l w a y l o a d i n gp o i n t l o c a t i o nm o d e l b a s e do nm u l t i-o b j e c t i v ep r o g r a mm i n gS HANGY i n g1,WANGX i a n c h u a n2(1.F u y a n gP r e s c h o o lT e a c h e r sC o l l e g e,F u y a n g2 3 6 0 1 5,C h i n a;2.F u y a n gN o r m a lU n i v e r s i t y,F u y a n g2 3 6 0 3 7,C h i n a)A b s t r a c t:T h i sp a p e ra d o p t st h em u l t i-o b j e c t i v ep r o g r a mm i n gm e t h o dt oc o n s t r u c tt h es i t es e l e c t i o nm o d e l o f l a r g e-s c a l er a i l w a y l o a d i n gp o i n t sb ya s s u m i n gt h em o d e l,d e f i n i n gr e l e v a n tv a r i a b l e s,m i n i-m i z i n gc o s t a n dm a x i m i z i n gc u s t o m e r s a t i s f a c t i o n.P r i o r i t ya n ds o f t w a r eo p t i m i z a t i o na r eu s e d t os o l v et h es i t es e l e c t i o nm o d e l,w h i c hc a nr e d u c ec o s t sa n dp r o m o t e t h ed e v e l o p m e n to f r a i l w a y f r e i g h tb u s i-n e s s.K e yw o r d s:m a t h e m a t i c a lm o d e l;m u l t i-o b j e c t i v ep r o g r a mm i n g;t r a n s p o r t a t i o np r o b l e m s;s i t e s e l e c t i o nm o d e l近几年,随着全球城市化进程的加快,我国铁路在中远距离运输方面的技术含量越来越高,其经济相对优势也越来越大。在铁路运输中,大型装车点的选择是一个非常关键的问题,选择适当的大型装车点可以有效地减少整个运输成本,从而提高整个运输行业的发展1。现阶段建立铁路大型装车点则是我国铁路建设的一项战略计划,通过建立铁路大型装车点的选址模型,可以有效地提高铁路运输的竞争能力、提高运输效率、降低企业成本、降低用户的运输成本,实现路、企双方的双赢;通过建立大型铁路车站的选址模式,可以加速我国铁路大中型车站的建设,优化铁路货运体系,改革运输组织模式,推动铁路货物集约化、规模化发展;通过对大型铁路车站的选址模式的研究,可以丰富铁路大型车站的选址模式。所以,对大型铁路车站的选址问题进行深入的探讨,为今后的选址和建设提供有益的借鉴。1 多目标规划及其一般模型形式多目标规划是一种新的数学规划方法。重点是在给定的范围内,多目标函数的优化问题。该方法基于线性规划,针对多目标问题的求解,在经济管理、政府管理、大型项目优化、人力资源管理等领域有着广泛的应用。多目标规划的应用领域十分广泛,存在着许多可供优化的问题,且所需的模型也因其不同而异。通常,多目标规划的数学模型的一般形式为:m i n(f1(x),f2(x),fk(x),s.t.xX2 选址规划的影响因素一系列的内外因素对铁路大型装车站的选址方案都有一定的影响,这一点与其它车站选址方案具有同样的意义。而内因则是与资源、设备、设施、市场、环境、政策等方面有关3。总体而言,影响选址规划的主要因素有3个方面。2.1 经营环境因素(1)政策因素。政策因素对大型铁路车站的选址方案有较大的影响。只有在国家政权稳定的情况下,才能制定出比较合理的计划,而在国家政权的稳固和法制的保障下,商业不能被垄断。只有满足了以上条件,我们才能在政治上对大的铁路车站进行合理的规划。另外,地方政府的政策与需求也会对项目的选址有一定的影响。(2)经济因素。经济因素也会对项目的选址和规划产生重要影响。经济因素包括:当前的经济发展、体制和市场机制、财政收入水平、国际贸易等。对企业而言,合适的选址不仅要考虑到经济上的宽松条件,还要考虑到关税、税收、劳动力素质和成本。(3)商品因素。在选址规划中,商品因素起着关键作用。在货物上,主要关注的是对货源的需求和货源地的分布。适当的大型列车装卸站必须具备足够、稳定的运输能力、良好的运输基础、较大的货物需求和较密集的货物。达到上述要求的装车地点,既能缩短运输距离,降低成本,又增加了对货物的吸引力。(4)运输因素。影响运输的因素主要有区位优势、交通便利度,如果在大型装车站选址时能充分考虑到这些问题,并合理选择适当的地点,可以减少运输成本,提高运输效率,增加货物数量,增加大型装车点的竞争能力。2.2 成本费用因素(1)定金。定金是大型铁路车站选择了特定的地点,并在运营后为维护其正常运转所支付的费用,而这种费用与货物的运载数量无关。固定费用包含机械装卸、设备折旧、日常保养、基本人员、训练等。(2)改造和扩建工程的成本。在现有的装车点基础上,对新建的大型装车点进行综合改造,并进行重新施工,所需的施工成本,即为此项工程造价。改造和扩建工程的成本,主要包括征地、拆迁、建设、维护等。(3)变动成本。可变成本是指在铁路大型装车站启用后,进行日常货物装卸、仓储、运输等作业所需的成本。随着运输操作数量的增长,成本也随之提高;随着设施利用率的提高,这一成本也随之降低;随着设备智能化的自动化程度的提高,这一成本也随之降低。93第2期 尚 影,等:基于多目标规划的铁路大型装车点选址模型设计(4)运费。运输成本是由运输距离决定的,运输距离越远,成本就越高。2.3 可持续性因素(1)长期规划。大型铁路车站的选址规划要跟上时代步伐,以保证在一定时期内不会被淘汰。特别要满足的条件是:大型铁路车站的位置要与路网总体规划相一致,与现有的道路网络基础设施相匹配,与铁路网络的长期发展需求相一致。(2)城市整体规划。大型铁路车站的选址必须与未来的城市发展规划相适应,两者能够实现合作、双赢,而不会相互牵制。另外,也要为今后的铁路大型装车站的发展规划作好准备,充分发挥它的作用。(3)环保的需要。环境因素对规划的影响非常大。同时,在规划设计时,也要充分考虑到周围的自然环境、人文环境,尽量减少对居民的生活造成的影响。大型铁路车站是一个大的集散中心,应该把它建在远离市区的位置,从而减轻城市的交通压力,促进城市的生态文明建设。3 选址模型设计3.1 模型假设为建立合理、切实可行的选址模型,假设如下:新建铁路大型装车点只在某一特定的网络区域内,而且选择站点是确定的一部分站点,其地形、环境、交通等方面都符合基本要求。确定供货量、市场需求,确定大型铁路装车站有充足的货源,以保证满足货运需求。大型铁路车站的选址规划费用,不考虑由某些客观因素引起的费用。例如,在装卸站运行时的仓储费用和拣货、集货和配货所需的费用,用单位运输费用来替代,把每一种商品的运输费用设定在同一数量上,通常设定为一个固定的常数。在选址规划中,费用仅考虑固定费用、变动费用和改建费用,并明确了每条铁路主要装车点的固定和改扩建费用。在建设大型铁路车站时,应明确大规模铁路车站的选址和选址后的潜在供给量。为更好地建立铁路大型装车点的位置模型,在不同的备选站之间,有可能出现相同的区域,而在重合区,则可以在任何一个候选点上进行装车。根据大型铁路车站的选址规划的集约性原则,尽可能地减少车站的位置规划数量,并将此最小数量作为最小的车站选址。3.2 模型构建在大型铁路车站选址模型中,采用了以下有关的参数:i用于代表供应区域;j用于代表另一种大的列车装载点;Xi j用于表示从供应地供应i到备选铁路大型装车点j的广义单位运输费用,Ai用来表示考察期内货源供给地i所能提供的货物供给量;Dt用来表示对来自货源供给地i的货物需求量;Wj用来表示铁路备选大型装车点j发出的货运量;Qj用来表示铁路备选大型装车点j所要求的最小作业处理能力;j用来表示铁路备选大型装车点j处理单位运输货物的可变费用系数;fj用来表示铁路备选大型装车点j的固定费用;Ej用来表示铁路备选大型装车点j达到应有的最小作业处理能力的改扩建费用之和;Kj用来表示关闭铁路备选大型装车点j所节省的一切费用。在满足上述5个假设条件的前提下,建立铁路大型装车站选址模型的目标函数是:企业的固定费用、改扩建费用和可变费用之和5。3.3 模型求解根据目标重要性的大小,可以将多目标规划分成2种,一种是没有优先权的多目标规划,这就是每个目标的重要性都差不多;另一种是有优先权的多目标规划。在铁路大型装车点模型中,由于目标函数之间存在着许多矛盾,因此很难取得满足全部条件的最佳方案。根据以上所述,多目标优化问题的求解方法有:主目标法、线性权重法、层次序列法和步进法。在对实际问题进行分析后,采用层次顺序方法对以上模型进行求解,并根据目标重要性的大小进行分级,以求较好地解决该问题。(1)在相同的目标下,当存在多个可能的解决方案时,可以将这些解决方案视为最佳的解决方案;04 安徽水利水电职业技术学院学报 第2 3卷(2)同一级别的重要对象,不必是单一的,也不限定人数。如果同一级别有多个目标,则根据其重要性程度,将其分配到不同的权重;(3)在层次序列法中,各目标的重要性可以相互比较,因此,在寻求最佳方案时,必须先满足更高层次的目标的限制,然后再确定下一个层次的目标是否符合。在满足上述假设条件的情况下,由于上述建立的大型铁路装车站选址模型的2个主要目标是寻求最小的铁路公司成本和最小的顾客的运输费用。因此,应该从最小化的角度出发,把顾客的运输成本降到最低。在求解第一个目标时,采用算法,在最小化的情况下,求解第二个目标。4 算例分析用L i n g o优化软件进行算例运算,算例说明如表1所列。假设在一个特定的经济地区中,设有5个供应地、5个备用的大型装车站,则Ci j为从供应地i至铁路备用大型装车点j的单位运输成本,且已知货源供给地i所能供给的货物量和货物需求目的地的实际需求量,如表2所列。根据交互线性通用优化算解器进行计算,相关参数赋值如表3所列。表1 算例说明万元i/Ci j/j1234511 01 21 51 01 221 51 01 21 21 032 01 01 51 51 041 01 01 01 01 052 01 51 51 01 0表2 货源供给地i所能供给的货物量货源地i12345货物量/t90 0 01 35 0 01 00 0 02 05 0 01 00 0 0需求量/t70 0 01 20 0 090 0 01 60 0 080 0 0表3 铁路备选大型装车点各相关参数赋值铁路备选大型装车点j 12345最小处理能力/t80 0 080 0 080 0 080 0 080 0 0装车点容量限制/t40 0 040 0 050 0 070 0 050 0 0装车点固定费用(万元)86687关闭节省费用(万元)86687单位可变费用(万元)1.20.71.50.70.9改扩建费用(万元)1 02 01 091 0 通过对上述算例计算可知,在以1、4、5号备选大型装车位置为模型的有效解,只考虑了铁路运输企业的总体费用最小。在实现了铁路企业的总费用最小化目标后,以最大的顾客满意为目的,在1、4、5号3个备用的大型装车地点,寻求最优化的方案,使顾客的运输费用最少。5 结束语针对大型装车点选址问题的特点,建立了一种基于多目标规划的铁路大型装车点选址模型。该模型充分考虑了各方面的利益,以最小化的成本和最大顾客满意的方式,运用优先权法和优化软件对模型进行了求解,为大规模装车点的选址优化问题提供了一种新的思路。(下转第4 5页)14第2期 尚 影,等:基于多目标规划的铁路大型装车点选址模型设计最为适宜的方案。其次,在项目的设计阶段,工作人员要做好招标方案和设计方案的制定,不断优化与完善设计方案,并做好限额设计,降低造价控制中的风险。在招投标阶段中,需要预先编制好工程量清单,编制过程要严格按照相关法律及规范进行。同时,还要做好对工程量清单的审核动作,进而有效提升工程量清单的编制质量5。最后,相关工作人员要认真审核工程合同,确保合同签订的合理性,对于合同的细节和条款要做到认真审查,特别是涉及到违约责任以及项目结算等方面的细节问题。只有做到对造价的全方位且动态化管理,才能有效提升造价管理工作效果,降低造价控制风险。4 结束语工程量清单计价模式是当前我国社会经济发展过程中的重要工作方法,其应用对于提升项目建设造价控制效果具有十分重要的意义。但是,在应用工程量清单计价模式时,也会受到一定风险因素影响,导致造价管理工作的有序开展受到一定影响。因此,相关工作人员要对造价管理中的风险因素进行科学分析,并制定出具有针对性的管控措施,需要将工程量清单模式充分重视起来,保证工程造价管控工作可以全面落实。利用好工程量清单模式将工程建设过程中的成本问题有效解决,最终帮助建筑工程项目提升经济效益。参 考 文 献1 郑道阳.工程量清单模式下建筑造价管控建议分析J.价值工程,2 0 2 0,3 9(2):3 0-3 1.2 胡杰.工程计量管理对造价影响探讨J.科技风,2 0 2 0(2):1 1 0.3 李兆伟.基于工程量清单模式的工程造价管理J.中国勘察设计,2 0 2 1(1 1):1 0 2-1 0 4.4 吕晓理.招标阶段工程量清单编制及质量控制措施J.山东水利,2 0 2 0(9):1 2-1 3.5 王飞.工程量清单计价模式下工程造价的管理J.科学与财富,2 0 2 0(3 5):2 1 3.(责任编辑 秦丽)(上接第4 1页)参 考 文 献1 金天坤,贾连广,乔兴.多目标运输问题中基于生成树的一种混合遗传算法J.中国机械,2 0 1 9(3):9 1-9 2.2 张大林,朱昌.多目标规划原理及其应用J.科技视界,2 0 1 9(9):1 2 7-1 3 0.3 黄露,纪延光.考虑处理量优化的自提点选址多目标规划研究J.武汉理工大学学报(信息与管理工程版),2 0 2 0,4 2(4):3 2 6-3 3 1.4 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