国家能源集团于2017年11月28日正式挂牌成立，是中央直管国有重要骨干企业、国有资本投资公司改革试点企业，拥有煤炭、火电、新能源、水电、运输、化工、科技环保、金融8个产业板块。其中，推进一体化经营，提升质量和绩效，确保国有资产保值增值，努力成为保障能源供应、维护国家能源安全的稳定器和压舱石是集团发展战略体系中6项核心理念之一[1]。

1 一体化运营概况

目前，国家能源集团已建成投运的铁路有包神铁路、神朔铁路、大准铁路、准池铁路、朔黄铁路等，自营铁路总里程达到2155 km。一体化运营依托自营铁路，源源不断地将煤炭从神东和准能矿区运往港口，然后经船舶转运抵达东部沿海电厂和用户[2-3]。一体化运营示意图见图1。

近3年来，通过黄骅港中转运抵东部沿海电厂和用户的煤炭占一体化运量的59.2%，如表1所示。由表1可以看出，保证黄骅港吞吐效率是一体化高位平稳运行的关键。

根据历年实际生产数据，当黄骅港场存降至160万t以下时，港口船货不匹配、船等煤等现象凸显，装船效率大幅下降，船舶锚地停时大幅延长，沿海电厂和用户面临燃煤告急；当黄骅港场存上升至250万t以上时，港口卸车流程冲突、部分煤种堆存能力受限等现象凸显，卸车效率大幅下降，铁路出现保留重车，一体化上游需大面积调减装车。要保证一体化高位平稳运行，黄骅港场存应控制在160～250万t的合理区间。

2 冬季一体化运营特点

2.1 市场煤炭需求旺盛

进入取暖季，受天然气供应紧张、水电进入枯水期等影响，煤炭需求大幅增加。其中，东部沿海电厂煤炭日耗保持在70万t以上，库存可用天数维持在低位，补库和拉运煤炭意愿较强。

2.2 港口封航时间较长

受大风和大雾等恶劣天气影响，冬季黄骅港封航次数多且持续时间长。从历年封航时间统计看，黄骅港月均封航时间为80.3 h，其中冬季月均封航时间长达141.6 h，合计约6 d左右。

2.3 铁路沿线气温较低

进入冬季，北方气温降至冰点以下，横跨于内蒙古、陕西、山西、河北4省(区)的一体化铁路沿线最低气温将达到-30℃左右。为了防止出现冻车，影响一体化运营效率，冬季一体化调运组织过程中禁止铁路沿线出现保留重车[4]。

结合冬季一体化运营特点、黄骅港目前煤炭品种及堆存情况，为防止铁路沿线出现大面积保留重车、断崖式调减和增加装车造成铁路运行大幅波动，避免港口出现冻车和铁路机力大量浪费，保障一体化高位平稳有序运行，黄骅港场存应控制在合理区间的低位水平，即冬季黄骅港最优场存应控制在160～180万t。

3 一体化运营模型

3.1 模型概述

根据“一体化装运卸平衡”原则和黄骅港场存变化规律，建立以一体化外部条件变化前的黄骅港最优场存为期初场存，以上游矿区装车、下游铁路各口分流、铁路重车保有量变化和装船量为变量来表示黄骅港第i天期末场存的目标函数。根据天气预报和目标函数约束条件，提前调整上游装车和下游铁路各口分流数，避免铁路沿线出现保留重车，确保黄骅港场存始终保持在合理区间波动并有序回归至最优场存。

3.2 模型假设

3.2.1 列车平均载重假设

国家能源集团铁路现有C64、C70、C70E、C80、C80B、KM98等多种车型，每列载重0.422～0.432万t不等。根据历年实际装车列数和吨数的数据分析，假设所有车型载重相等，即所有列车载重吨数为常数q，取值0.425万t。

3.2.2 运行平均周时假设

一体化运行主要涉及9个煤源生产组织单位、5个铁路公司的50多个装车站、3个国铁交口、7个铁路沿线卸车点、2个港口的17台翻车机。每列车运行时间受装卸站点距离不同，存在很大的差距。目前列车运行最长周时为3.6 d，最短周时为0.8 d，根据货车周转时间车辆相关法计算得出平均周时为3.0 d左右。

3.2.3 港口卸车即到重假设

一体化铁路在运行过程中存在很多影响因素，且重车到达港口后，卸车需要一定的时间，港口卸车数与港口到重数存在一定的差异。现假设一体化正常运行情况下，港口无车辆积压，待卸车保持恒定，当日分流到港重车数与当日卸车数相等，即Qi黄骅=Xi黄骅。

3.3 符号定义

(1)C0黄骅：黄骅港最优期初场存；

(2)Ci0黄骅：第i天黄骅港期初场存；

(3)Ci黄骅：第i天黄骅港期末场存；

(4)△Ci黄骅：第i天黄骅港场存变化量；

(5)Xi黄骅：第i天黄骅港卸车量；

(6)Zi黄骅：第i天黄骅港装船量；

(7)Qi装车：第i天包神、神朔、大准、准池和朔黄管内装车量；

(8)ni装车：第i天包神、神朔、大准、准池和朔黄管内装车数量；

(9)Qi分流：第i天黄骅港、大同东口、大新口、王佐、沿线和黄万线分流量；

(10)ni分流：第i天黄骅港、大同东口、大新口、王佐、沿线和黄万线分流数量；

(11)△Qi保有量：第i天包神、神朔、大准、准池和朔黄铁路重车保有量变化；

(12)△ni保有量：第i天包神、神朔、大准、准池和朔黄铁路重车保有数量变化；

(13)n：调整一体化运行使黄骅港场存有序回归至最优期初场存所需天数。

3.4 一体化运营模型目标函数的建立

根据“黄骅港场存变化”和“一体化装运卸平衡”原则，结合符号定义，可以得出：

(1)

利用模型假设条件，根据公式(1)得出：

(2)

从公式(2)可以看出：黄骅港第i天期末场存与当天期初场存、上游装车数、下游铁路各口分流数、铁路重车保有数量变化及装船量之间存在一定的关系，且第i天黄骅港期初场存等于第i-1天黄骅港期末场存。

现以黄骅港最优期初场存作为第1天期初场存，可以得出黄骅港第i天期末场存，即一体化运营模型目标函数：

(3)

3.5 模型约束条件

模型约束条件根据现有一体化运营水平进行设置，体现了一体化运营的特性、需求以及能力。

约束1：黄骅港合理场存约束；

约束2：黄骅港装船能力大于卸车能力约束；

约束3：上游各铁路管内装车数量和下游铁路各交口分流数量约束。

3.6 一体化运营调整方案

一体化运营调整流程如图2所示，由图2可以看出一体化运营调整方案主要包含以下4个部分。

(1)根据天气预报预测黄骅港封航开始时间和累计封航时间。

(2)按照现有上游装车、下游分流和重车保有量水平，预测封航期间黄骅港最高场存。

(3)当预测封航期间黄骅港最高场存低于250万t时，一体化运营不需要调整；当预测封航期间黄骅港最高场存超出250万t时，根据运行平均周时假设，需要提前1.5 d调减上游装车、加大下游铁路各口分流数，确保封航期间黄骅港最高场存始终保持在合理区间。

(4)封航结束后，一方面加大海事协调，利用天气好转最大化组织装船；另一方面加大下游铁路各口分流，确保黄骅港场存有序回归至最优场存。

4 实例分析

本文结合一体化运营的历年生产情况和季节性特点，总结提炼出冬季一体化运营模型和调整方案。该成果已成功应用于2018年冬季一体化运营工作中，并取得良好的效果。现以2018年12月一次一体化运营调整全过程为例，分析冬季一体化运营模型和调整方案在指导一体化运营中的作用。

4.1 一体化运营调整过程

2018年12月2-17日一体化运营关键指标见表2，一体化上游装车与黄骅港场存变化曲线见图3。从黄骅港场存变化情况可以看出，本次一体化运营变化调整过程共分为3个阶段。

4.1.1 第一阶段

黄骅港2日天气预报：2日夜间到3日白天，黄骅港海面有大雾，局地有能见度不足200 m的强浓雾，3日上午风力6～7级，浓雾逐渐散去。据此预测黄骅港2-3日将发生14～16 h大雾封航。从表2中可以得到2日一体化运营相关参数：C0黄骅=181.2万t，n=1 d，ni装车=235列，ni大同东+ni大新+ni王佐+ni沿线+ni黄万=105列，△ni保有量=0，Zi黄骅=0，q=0.425万t/列。

将上述相关参数代入一体化运营模型目标函数，得出封航1 d 黄骅港场存将达到236.5万t，场存增加55.3万t。预计封航时间取平均值15 h，得出封航期间黄骅港场存预计增加55.3×15÷24=34.5万t，场存增加至215.7万t<250万t，表明封航期间黄骅港场存始终保持在合理区间，一体化运营不需要调整。

4.1.2 第二阶段

黄骅港4日18∶00天气预报：受强冷空气影响，黄骅港海面自6日白天开始有7～8级、阵风9～10级大风，预计7日夜间转5～6级。据此预测黄骅港6-7日将连续大风封航36 h左右。从表2中可以得到4日一体化运营相关参数：Ci0黄骅=213.1万t，ni装车=235列，ni大同东+ni大新+ni王佐+ni沿线+ni黄万=90列，q=0.425万t/列，Z设计黄骅=70万t/d。封航期间黄骅港装船Z黄骅=0；假设不调减上游装车和增加下游分流，铁路重车保有量将不发生变化，即△ni=△ni+1=△ni+2=0。

将上述相关参数代入式(2)可以得出：按照4日一体化运营水平，预计7日黄骅港场存将上升至286.6万t，即Ci+2黄骅=286.6万t>250万t，需要提前调整一体化运营，确保封航期间黄骅港最高场存不突破合理场存上限。

根据4日天气预报及预测的黄骅港场存，自5日开始，一体化运营提前1.5 d调减上游装车和加大下游铁路各口分流。截至7日封航结束，黄骅港调进较4日水平累计减少95列约40.3万t，场存最高增加至242.3万t，在合理区间范围内。

4.1.3 第三阶段

封航结束后，通过最大化组织装船和继续加大下游铁路各口分流等措施，黄骅港场存有序回落；同时平稳增加一体化上游装车，运营水平再次达到高位。截至17日，黄骅港场存降至179.6万t，回归到最优场存范围内；同时上游装车和铁路重车保有量也达到了一体化运营的高位水平。

4.2 一体化运营模型和调整方案应用效果

(1)黄骅港场存始终保持在合理区间。根据天气预报，提前调减上游装车和加大下游分流，确保黄骅港场存不突破250万t；封航结束后加大装船组织，使黄骅港场存有序回归至最优场存。

(2)铁路沿线未出现保留重车。一体化运营调整模型和调整方案应用后，铁路沿线未出现保留重车，为国家能源集团一体化运营2018年冬季成功实现“零冻车”、创造历史性突破奠定了基础。

(3)创造了巨大的经济效益。“零冻车”的实现，避免了港口清冻车造成铁路沿线出现保留重车、断崖式调整装车造成铁路机力大量浪费，保障了一体化高位平稳有序运行，创造了巨大的经济效益。

5 结论

本文在分析一体化运营现状和冬季一体化运营特点基础上，总结提炼出一体化运营模型和调整方案。该成果的应用为冬季一体化运营调整提供了理论基础和操作流程。

(1)建立了一体化运营模型目标函数。根据“一体化装运卸平衡”原则和黄骅港场存变化规律，建立以一体化外部条件变化前的黄骅港最优场存为期初场存，以上游矿区装车、下游铁路各口分流、铁路重车保有量变化和装船量为变量来表示黄骅港第i天期末场存的目标函数。

(2)提炼出冬季一体化运营模型调整方案。根据一体化运营模型目标函数，结合冬季一体化运营特点，总结提炼出冬季一体化运营模型调整方案及流程图。

(3)该成果成功应用于指导冬季一体化运营工作中。一体化运营模型和调整方案在2018年冬季一体化运营工作中的应用，确保了黄骅港场存始终保持在合理区间波动并有序回归最优场存，避免了铁路沿线出现重车保留，实现了“零冻车”历史性突破，创造了巨大的经济效益。

参考文献：

[1] 国家能源投资集团有限责任公司.集团概况[EB/OL].http://www.chnenergy.com.cn/gjnyjtww/chnjtjs/chnjtjs.shtml.

[2] 潘骅.神华集团产运销一体化模式研究[D].天津：天津大学，2010.

[3] 白志军，解春生.神华集团煤炭产运销一体化调运优化模型[J].计算机应用，2013，33(S1)：295-297.

[4] 刘颢颢.神华集团一体化运营防冻车管理体系的构建及应用[J].煤炭工程，2018，50(12)：76-78.

Establishment and application of integrated operation model for coal logistics in winter

Liu Haohao

(China Energy Investment Corporation Limited, Dongcheng, Beijing 100011, China)

Abstract Based on the analysis on the integrated operation situation and its characteristics in winter, according to the balance principle of integrated loading, transporting, unloading and changing rules of field deposit in Huanghua Port, this paper established the objective function of the integrated operation model, extracted the adjustment proposal of the integrated operation in winter, and successfully utilized them to instruct the integrated operation in winter of 2018. The integrated operation model and adjustment proposal provided theoretical basis and operating procedures for the adjustment of integrated operation in winter, ensured the field deposit of Huanghua Port to maintain a reasonable fluctuating range and orderly return to the optimal standard, avoided the heavy-duty vehicle retention along the railway, achieved the historic breakthrough in anti-freeze carriage and created huge economic benefits.

Key words integrated operation model, adjustment proposal, coal logistics, Huanghua Port

中图分类号 TD-9

文献标识码 A

引用格式：刘颢颢. 煤炭物流冬季一体化运营模型的建立与应用[J].中国煤炭，2019，45(11):35-40.

Liu Haohao. Establishment and application of integrated operation model for coal logistics in winter [J].China Coal，2019，45(11):35-40.

作者简介：刘颢颢(1985-)，男，山西晋城人，硕士研究生，工程师，主要从事一体化运营组织、厚煤层开采等研究。E-mail：328787648@qq.com。

(责任编辑 宋潇潇)