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基于城市轨道交通风险管理的应急物资科学储备
   作者: 李平、周星月、马翠鑫 阅读:63458 日期:2021-03-30

摘要:基于城市轨道交通风险管理的应急物资科学储备研究中主要在城市轨道交通风险评估基础上开展城市轨道应急物资科学布局控制和安全储备管理。研究方法主要以北京城市轨道交通线路应急物资存储管理为研究对象,依据网络化运营配件的所需储备及应急物资需求特征,应用图论来描述地铁应急网络形式化描述,分析建立网络化地铁应急模型,根据物资需求特征确定物资储备系统选址,以实现城市轨道交通设备配件储备网点布局优化设计。

关键词:城市轨道交通  应急物资  特征分析  储备网点

近年来,随着城市轨道交通的快速发展,地铁在城市公共交通设施中发挥重要作用。但在轨道交通带来巨大的社会、经济效益的同时,城市轨道交通的安全管理尤为重要,其中首要任务是满足必要的物资供应。在满足运营物资保障的同时,合理的库存控制可以有效地减少库存,实现有效的运营物资库存计划,实现高效率管理。

2018 年3 月,国务院办公厅发文《关于保障城市轨道交通安全运行的意见》,强调了城市轨道交通安全运行对人民和社会的重要意义,对城市轨道交通运营单位明确提出了要加强运营安全管理、完善运营安全管理制度的要求,明确规定“建立城市轨道交通第三方运营安全评估制度”。随着北京地铁迅速发展,轨道交通已经成为城市公共交通的主要载体,因此需要改善地铁局部设备配件储备网点的重复率较高,导致资源分配多余累赘,还有分配不均等问题。在事故发生时应急设备零件储备网点布局是否满足需求,成为城市轨道交通风险管理的研究热点。

以北京轨道交通线路应急物资存储管理为研究对象,依据网络化运营配件的所需储备及应急物资需求特征,应用图论来描述地铁应急网络形式化描述,分析建立网络化地铁应急站点选址模型,根据物资需求特征确定物资储备系统选址,以实现城市轨道交通设备配件储备布局优化设计。技术路线如图1所示:

 

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图1 城市轨道交通设备配件储备布局优化设计线路图

1.城市轨道交通应急物资特征分析与分类

(1)城市轨道交通应急物资的分类

根据调研现有地铁备件仓库资料, 据统计,地铁配件有3000多种,尺寸、重量和储存方式差异很大。为了提高系统的经济性和作业效率,根据地铁配件特征将地铁配件主要分为三类:

①大型、超重物品,数量少、体积大或重量大,可存放在立体仓库中。但考虑货物量不大,减少投资成本,所以采用专用货架方式存储,由人工操纵叉车实现存取活动;

②重量和尺寸较大, 数量一般, 应采用专用货架, 一般情况下,一个地方可以放一件,也可以多件叠放存放存储。

③小件零散物品, 这类地铁配件种类多,数量多, 由于尺寸和规格不同,需要采用L拼箱的方式存储。根据配件的特点,可采用托盘或货箱存放。

2.城市轨道交通应急物资需求分析

通过对北京地铁配件信息的需求调研和数据采集,对2018-2019年的采购大类进行统计。由于与事故或故障无关,此处不统计办公用品的需求,得到最终的需求表,如表1所示。通过分析数据可以看出,车辆机械配件和通信信号装置的需求量排在前位,当然通信信号的问题与相关软件程序与系统的调试问题有直接关系。

表1  2018-2019各年地铁运营配件需求表

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对表1进行显著性分析,得到表2数据分析结果可以得知:检验统计量F=33.4911,临界值F-crit=2.6866,检验统计量F>>临界值F-crit,并且我们观测到的显著性水平P-value远远小于0.01,说明检验统计量F在a=0.05的水平上显著,也就是说这几组数据在a=0.05的水平上有极显著的差异。

表2 地铁设备零配件需求数据分析3.png

3.城市轨道交通应急物资仓储中心分级设计

在地铁应急物资仓储中心分级设计中,地铁配件仓储中心根据承担吞吐量、服务范围、建设规模和存储能力、地理位置等因素,分为一级地铁配件仓储中心、二级地铁配件仓储中心和三级地铁配件仓储中心。

(1)一级城市轨道交通仓储中心

 一级城市轨道交通配件仓储中心主要为事故多发区且事故区覆盖广的部分车辆站点,该仓储中心面积较小,存储能力弱,主要存储常需配件,以起到快速响应的作用。

(2)二级城市轨道交通配件仓储中心

二级城市轨道交通信号配件仓储中心主要设置在市内各条线路的车辆段,该仓储中心主要负责存储各线路的地铁配件,每条线路存储的配件种类规格各不同,根据实际需求存放,该存储中心起到连接上下层仓储中心的作用。具有适度规模。

(3)三级城市轨道交通配件仓储中心

三级城市轨道交通配件仓储中心也叫做地铁备件总库,其主要担任市内所有线路配件需求的集散任务,主要发挥地铁配件仓储中心衔接终端配件需求的作用,该仓储中心规模大,存储配件种类多、吞吐量强、极具仓储、信息服务等物流服务功能。

4.地铁配件的应急物资分类及管理

以应用EIQ-ABC分类法对信号配件进行ABC分类,再按类别进行多级分布式管理为例。根据地铁通信信号类配件的某月采购数据,对地铁配件进行EIQ-ABC分类。所收集到一个月的采购订单明细表中,涉及继电器、时分交叉板、值班台配件、车载台配件等共20类。在 IQ-ABC分析法、IK-ABC分析的基础上,进行二者的交叉分析,即IQ-IK交叉分析。如图2所示。

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图2  IQ-IK交叉柏拉图

(1)A类:大部分为需求量大、采购次数频繁,资金占比最大,且如有短缺现象发生,将对地铁安全运营造成较大负面影响,必须保持一定的库存量以确保运营所需的最重要物资,如继电器等地铁通信信号类配件。因此需对A类配件严加管控,每次的出库、入库都应精准、详细的记录,对其库存量应实时检查统计。

(2)B类:一般为需求量一般、采购频率一般的一般性重要物资,对地铁安全运营没有太大影响的、市场充足的普通物资,如电源模块、视频控制器等地铁通信信号类配件。

(3)C类:大部分为需求量小、采购次数少,也是资金占比比较低的配件,如语音合成模块、OTN光模块、蓄电池等地铁通信信号类配件。尽量采取简单化库存管理,根据需求量或许可以实现零库存的一般级物资。

5.城市轨道交通应急物资储备网点选址

覆盖模型是对于已知需求的需求点,确定一组物流设施来满足这些点的需求的离散点选址模型。集合覆盖模型就是用数量最少的物流设施来满足所有需求点,即将其需求点全部覆盖到物流设施的服务范围内,如图3所示。

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图3 集合覆盖模型示意图

(1)集合覆盖模型法选址设计

集合覆盖模型法选址流程包括建立这37个事故多发站点之间各个站点间距离,形成一个对称矩阵。应用最少节点满足所有站点需求为目标函数,判断需求点到零配件储备网点的距离是否小于等于所设定的覆盖半径,如果是,则表示覆盖,网格内显示值为1;否则表示未覆盖,网内显示值为0,计算各节点的覆盖需求点总数,约束条件是要求保证每个需求站点的需求都能完全满足,确定基于城市轨道交通风险管理的应急物资储备网点的总数(储备网点的最少建设个数)。

经过上述方法选出的设备零配件储备网点,可以将37个故障易发点全部覆盖,这三个网络节点分别确定为四惠站、天通苑北站、海淀五路居站。

(2)集合覆盖模型法选址分析

由于四惠站、天通苑北站以及海淀五路居站这三个站点周边分别有四惠车辆段、太平庄车辆段以及五路居车辆段。并且四惠地铁站距离四惠车辆段仅400米左右;天通苑北地铁站和太平庄车辆段之间的距离为2千米,而且道路畅通;海淀五路居地铁站距离五路车辆段3千米左右,而且路途期间道路畅通,堵车情况很少发生,10分钟内即可到达。因此这3个站点附近的车辆段则可直接作为城市轨道交通应急物资储备网点选址。如图4所示。6.jpg

图4 城市轨道交通应急物资储备网点选址

6.应急物资储备网点选址仿真模型的设计与分析

(1)应急物资储备网点选址仿真设计

在应急物资储备网络布局优化中需要将各个车站、设备储备站点进行标注,则需要借助GIS信息来确定具体位置,方便进行网点布局优化。而且各个应急物资储备网点间的物资流动。

根据确定的应急物资储备网点位置,以及易发生故障的37个点作为GIS 位置点在Anylogic软件中进行标记,模拟运行各储备网点到故障易发站点配送过程,如图5所示。

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图5 应急物资储备网点选址仿真设计

(2)仿真模型建立的主要模块

仿真模型主要分为五个智能体,设备零配件储备网点Distribution,主函数main,需求OrdeR,站点Retailer以及货车Truck和数据库中的两个表格。

其中数据库中distribution表格中数据为设备零配件储备网点坐标,retailer表格中数据为余下37个站点坐标。主函数main主要为GIS地图和各个站点标记和演示平台,并在其中创建基于Distribution和Retailer智能体的智能体群distributions和retailers。货车Truck模块为货车运动轨迹与接收订单的设定。订单OrdeR模块的订单表示各站点的需求,设置其类型为Retailer类。故障易发站点Retailer模块为故障易发点,在智能体Retailer中设置相关信息。

(3)仿真模型运行结果分析

通过仿真模型建立和结果分析,可得知该设备零配件网点布局优化成立,并未出现配送延误等问题,并且由于很多储备网点都可以近似取值方法选择其周围距离较近的车辆段,故而达到节约成本的目的。并且在路径选择上也选择了最优路径,达到时间短、拥堵少的目的。

随着城市轨道交通的迅速发展,在追求城市轨道交通工具的快速、高效与舒适度并存的同时,更应该重视的则是轨道交通交通安全问题管理和急物资科学储备研究。因此需要改善地铁局部设备配件储备网点的重复率较高,导致资源分配多余累赘,还有分配不均等问题。

在基于城市轨道交通风险管理的应急物资科学储备研究中主要使用了数据统计和运筹优化软件作为工具,进行城市轨道交通设备配件储备网点的选址问题的分析。首先使用集合覆盖模型选址法针对距离与覆盖能力问题进行选址,然后通过P-中值模型针对各个站点间的运输成本进行选址分析,从而得到最终的选址地点。然后根据所得到的优化后的设备配件储备网点的地址。最后利用利用Anylogic仿真软件对所得到的算法数据进行仿真模型的建立,根据应急物资需求特征确定应急物资储备系统选址、确保每个储备点的物资储备情况和物资到位时间效率。

(作者:李平、周星月、马翠鑫;来源:北京联合大学城市轨道交通与物流学院,北京 100101)

参考文献:

[[1]] 孙剑萍,宫素萍,汤兆平,刘欢.基于集合覆盖模型的高铁应急资源储备点选址优化[J].中国科技论文,2017,12(19):2213-2218.

[2] 袁娇龙,裘建芳,蒋长兵.Excel在集合覆盖模型中的应用[J].物流工程与管理,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).

作者简介:

李平(1964-),男,汉族,籍贯河北,北京联合大学现代物流研究所所长。研究方向:物流工程。联系电话:15101680786。电子邮箱:zdhtliping@buu.edu.cn。

周星月(1998-),女,汉族,籍贯北京,北京联合大学物流专业2016级学生。

马翠鑫(1998-),女,汉族,籍贯北京,北京联合大学物流专业2016级学生。

课题来源:

北京联合大学2019年校级委托科研项目,项目名称:基于城市轨道交通风险管理的应急物资科学储备,项目编号:WZ20201901。

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