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                                基于城市軌道交通風險管理的應急物資科學儲備
                                   作者: 李平、周星月、馬翠鑫 閱讀:71919 日期:2021-03-30

                                摘要:基于城市軌道交通風險管理的應急物資科學儲備研究中主要在城市軌道交通風險評估基礎上開展城市軌道應急物資科學布局控制和安全儲備管理。研究方法主要以北京城市軌道交通線路應急物資存儲管理為研究對象,依據網絡化運營配件的所需儲備及應急物資需求特征,應用圖論來描述地鐵應急網絡形式化描述,分析建立網絡化地鐵應急模型,根據物資需求特征確定物資儲備系統選址,以實現城市軌道交通設備配件儲備網點布局優化設計。

                                關鍵詞:城市軌道交通  應急物資  特征分析  儲備網點

                                近年來,隨著城市軌道交通的快速發展,地鐵在城市公共交通設施中發揮重要作用。但在軌道交通帶來巨大的社會、經濟效益的同時,城市軌道交通的安全管理尤為重要,其中首要任務是滿足必要的物資供應。在滿足運營物資保障的同時,合理的庫存控制可以有效地減少庫存,實現有效的運營物資庫存計劃,實現高效率管理。

                                2018 年3 月,國務院辦公廳發文《關于保障城市軌道交通安全運行的意見》,強調了城市軌道交通安全運行對人民和社會的重要意義,對城市軌道交通運營單位明確提出了要加強運營安全管理、完善運營安全管理制度的要求,明確規定“建立城市軌道交通第三方運營安全評估制度”。隨著北京地鐵迅速發展,軌道交通已經成為城市公共交通的主要載體,因此需要改善地鐵局部設備配件儲備網點的重復率較高,導致資源分配多余累贅,還有分配不均等問題。在事故發生時應急設備零件儲備網點布局是否滿足需求,成為城市軌道交通風險管理的研究熱點。

                                以北京軌道交通線路應急物資存儲管理為研究對象,依據網絡化運營配件的所需儲備及應急物資需求特征,應用圖論來描述地鐵應急網絡形式化描述,分析建立網絡化地鐵應急站點選址模型,根據物資需求特征確定物資儲備系統選址,以實現城市軌道交通設備配件儲備布局優化設計。技術路線如圖1所示:

                                 

                                1.png

                                圖1 城市軌道交通設備配件儲備布局優化設計線路圖

                                1.城市軌道交通應急物資特征分析與分類

                                (1)城市軌道交通應急物資的分類

                                根據調研現有地鐵備件倉庫資料, 據統計,地鐵配件有3000多種,尺寸、重量和儲存方式差異很大。為了提高系統的經濟性和作業效率,根據地鐵配件特征將地鐵配件主要分為三類:

                                ①大型、超重物品,數量少、體積大或重量大,可存放在立體倉庫中。但考慮貨物量不大,減少投資成本,所以采用專用貨架方式存儲,由人工操縱叉車實現存取活動;

                                ②重量和尺寸較大, 數量一般, 應采用專用貨架, 一般情況下,一個地方可以放一件,也可以多件疊放存放存儲。

                                ③小件零散物品, 這類地鐵配件種類多,數量多, 由于尺寸和規格不同,需要采用L拼箱的方式存儲。根據配件的特點,可采用托盤或貨箱存放。

                                2.城市軌道交通應急物資需求分析

                                通過對北京地鐵配件信息的需求調研和數據采集,對2018-2019年的采購大類進行統計。由于與事故或故障無關,此處不統計辦公用品的需求,得到最終的需求表,如表1所示。通過分析數據可以看出,車輛機械配件和通信信號裝置的需求量排在前位,當然通信信號的問題與相關軟件程序與系統的調試問題有直接關系。

                                表1  2018-2019各年地鐵運營配件需求表

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                                對表1進行顯著性分析,得到表2數據分析結果可以得知:檢驗統計量F=33.4911,臨界值F-crit=2.6866,檢驗統計量F>>臨界值F-crit,并且我們觀測到的顯著性水平P-value遠遠小于0.01,說明檢驗統計量F在a=0.05的水平上顯著,也就是說這幾組數據在a=0.05的水平上有極顯著的差異。

                                表2 地鐵設備零配件需求數據分析3.png

                                3.城市軌道交通應急物資倉儲中心分級設計

                                在地鐵應急物資倉儲中心分級設計中,地鐵配件倉儲中心根據承擔吞吐量、服務范圍、建設規模和存儲能力、地理位置等因素,分為一級地鐵配件倉儲中心、二級地鐵配件倉儲中心和三級地鐵配件倉儲中心。

                                (1)一級城市軌道交通倉儲中心

                                 一級城市軌道交通配件倉儲中心主要為事故多發區且事故區覆蓋廣的部分車輛站點,該倉儲中心面積較小,存儲能力弱,主要存儲常需配件,以起到快速響應的作用。

                                (2)二級城市軌道交通配件倉儲中心

                                二級城市軌道交通信號配件倉儲中心主要設置在市內各條線路的車輛段,該倉儲中心主要負責存儲各線路的地鐵配件,每條線路存儲的配件種類規格各不同,根據實際需求存放,該存儲中心起到連接上下層倉儲中心的作用。具有適度規模。

                                (3)三級城市軌道交通配件倉儲中心

                                三級城市軌道交通配件倉儲中心也叫做地鐵備件總庫,其主要擔任市內所有線路配件需求的集散任務,主要發揮地鐵配件倉儲中心銜接終端配件需求的作用,該倉儲中心規模大,存儲配件種類多、吞吐量強、極具倉儲、信息服務等物流服務功能。

                                4.地鐵配件的應急物資分類及管理

                                以應用EIQ-ABC分類法對信號配件進行ABC分類,再按類別進行多級分布式管理為例。根據地鐵通信信號類配件的某月采購數據,對地鐵配件進行EIQ-ABC分類。所收集到一個月的采購訂單明細表中,涉及繼電器、時分交叉板、值班臺配件、車載臺配件等共20類。在 IQ-ABC分析法、IK-ABC分析的基礎上,進行二者的交叉分析,即IQ-IK交叉分析。如圖2所示。

                                4.png

                                圖2  IQ-IK交叉柏拉圖

                                (1)A類:大部分為需求量大、采購次數頻繁,資金占比最大,且如有短缺現象發生,將對地鐵安全運營造成較大負面影響,必須保持一定的庫存量以確保運營所需的最重要物資,如繼電器等地鐵通信信號類配件。因此需對A類配件嚴加管控,每次的出庫、入庫都應精準、詳細的記錄,對其庫存量應實時檢查統計。

                                (2)B類:一般為需求量一般、采購頻率一般的一般性重要物資,對地鐵安全運營沒有太大影響的、市場充足的普通物資,如電源模塊、視頻控制器等地鐵通信信號類配件。

                                (3)C類:大部分為需求量小、采購次數少,也是資金占比比較低的配件,如語音合成模塊、OTN光模塊、蓄電池等地鐵通信信號類配件。盡量采取簡單化庫存管理,根據需求量或許可以實現零庫存的一般級物資。

                                5.城市軌道交通應急物資儲備網點選址

                                覆蓋模型是對于已知需求的需求點,確定一組物流設施來滿足這些點的需求的離散點選址模型。集合覆蓋模型就是用數量最少的物流設施來滿足所有需求點,即將其需求點全部覆蓋到物流設施的服務范圍內,如圖3所示。

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                                圖3 集合覆蓋模型示意圖

                                (1)集合覆蓋模型法選址設計

                                集合覆蓋模型法選址流程包括建立這37個事故多發站點之間各個站點間距離,形成一個對稱矩陣。應用最少節點滿足所有站點需求為目標函數,判斷需求點到零配件儲備網點的距離是否小于等于所設定的覆蓋半徑,如果是,則表示覆蓋,網格內顯示值為1;否則表示未覆蓋,網內顯示值為0,計算各節點的覆蓋需求點總數,約束條件是要求保證每個需求站點的需求都能完全滿足,確定基于城市軌道交通風險管理的應急物資儲備網點的總數(儲備網點的最少建設個數)。

                                經過上述方法選出的設備零配件儲備網點,可以將37個故障易發點全部覆蓋,這三個網絡節點分別確定為四惠站、天通苑北站、海淀五路居站。

                                (2)集合覆蓋模型法選址分析

                                由于四惠站、天通苑北站以及海淀五路居站這三個站點周邊分別有四惠車輛段、太平莊車輛段以及五路居車輛段。并且四惠地鐵站距離四惠車輛段僅400米左右;天通苑北地鐵站和太平莊車輛段之間的距離為2千米,而且道路暢通;海淀五路居地鐵站距離五路車輛段3千米左右,而且路途期間道路暢通,堵車情況很少發生,10分鐘內即可到達。因此這3個站點附近的車輛段則可直接作為城市軌道交通應急物資儲備網點選址。如圖4所示。6.jpg

                                圖4 城市軌道交通應急物資儲備網點選址

                                6.應急物資儲備網點選址仿真模型的設計與分析

                                (1)應急物資儲備網點選址仿真設計

                                在應急物資儲備網絡布局優化中需要將各個車站、設備儲備站點進行標注,則需要借助GIS信息來確定具體位置,方便進行網點布局優化。而且各個應急物資儲備網點間的物資流動。

                                根據確定的應急物資儲備網點位置,以及易發生故障的37個點作為GIS 位置點在Anylogic軟件中進行標記,模擬運行各儲備網點到故障易發站點配送過程,如圖5所示。

                                7.png

                                圖5 應急物資儲備網點選址仿真設計

                                (2)仿真模型建立的主要模塊

                                仿真模型主要分為五個智能體,設備零配件儲備網點Distribution,主函數main,需求OrdeR,站點Retailer以及貨車Truck和數據庫中的兩個表格。

                                其中數據庫中distribution表格中數據為設備零配件儲備網點坐標,retailer表格中數據為余下37個站點坐標。主函數main主要為GIS地圖和各個站點標記和演示平臺,并在其中創建基于Distribution和Retailer智能體的智能體群distributions和retailers。貨車Truck模塊為貨車運動軌跡與接收訂單的設定。訂單OrdeR模塊的訂單表示各站點的需求,設置其類型為Retailer類。故障易發站點Retailer模塊為故障易發點,在智能體Retailer中設置相關信息。

                                (3)仿真模型運行結果分析

                                通過仿真模型建立和結果分析,可得知該設備零配件網點布局優化成立,并未出現配送延誤等問題,并且由于很多儲備網點都可以近似取值方法選擇其周圍距離較近的車輛段,故而達到節約成本的目的。并且在路徑選擇上也選擇了最優路徑,達到時間短、擁堵少的目的。

                                隨著城市軌道交通的迅速發展,在追求城市軌道交通工具的快速、高效與舒適度并存的同時,更應該重視的則是軌道交通交通安全問題管理和急物資科學儲備研究。因此需要改善地鐵局部設備配件儲備網點的重復率較高,導致資源分配多余累贅,還有分配不均等問題。

                                在基于城市軌道交通風險管理的應急物資科學儲備研究中主要使用了數據統計和運籌優化軟件作為工具,進行城市軌道交通設備配件儲備網點的選址問題的分析。首先使用集合覆蓋模型選址法針對距離與覆蓋能力問題進行選址,然后通過P-中值模型針對各個站點間的運輸成本進行選址分析,從而得到最終的選址地點。然后根據所得到的優化后的設備配件儲備網點的地址。最后利用利用Anylogic仿真軟件對所得到的算法數據進行仿真模型的建立,根據應急物資需求特征確定應急物資儲備系統選址、確保每個儲備點的物資儲備情況和物資到位時間效率。

                                (作者:李平、周星月、馬翠鑫;來源:北京聯合大學城市軌道交通與物流學院,北京 100101)

                                參考文獻:

                                [[1]] 孫劍萍,宮素萍,湯兆平,劉歡.基于集合覆蓋模型的高鐵應急資源儲備點選址優化[J].中國科技論文,2017,12(19):2213-2218.

                                [2] 袁嬌龍,裘建芳,蔣長兵.Excel在集合覆蓋模型中的應用[J].物流工程與管理,2010,32(12):70-71.

                                [3] E. Pratsini. Logistics engineering handbook, edited by G. Don Taylor[J]. International Journal of Production Research,2009,47(19).

                                作者簡介:

                                李平(1964-),男,漢族,籍貫河北,北京聯合大學現代物流研究所所長。研究方向:物流工程。聯系電話:15101680786。電子郵箱:zdhtliping@buu.edu.cn。

                                周星月(1998-),女,漢族,籍貫北京,北京聯合大學物流專業2016級學生。

                                馬翠鑫(1998-),女,漢族,籍貫北京,北京聯合大學物流專業2016級學生。

                                課題來源:

                                北京聯合大學2019年校級委托科研項目,項目名稱:基于城市軌道交通風險管理的應急物資科學儲備,項目編號:WZ20201901。

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