杨秋侠，左精力

(西安建筑科技大学土木学院，陕西西安710055)

钢铁企业往往是拥有多个生产单元的综合体，生产规模大，运输复杂，涉及的运输方式趋于多样化。有数据显示联合钢铁厂的经济规模在850×104t以上[1]，而现代化的钢铁联合企业生产规模达1 000×104t以上。按照厂内吨钢运输比4.5计算[2]，企业内部运输量将达到 4 500×104t，再按照年运营成本汽车0.6元/(t·km)、铁路0.15元/(t·km)、皮带0.05元/(t·km)，三种运输方式平分总量，则厂内物流的年运营成本分别为道路900×104元/km、铁路225×104元/km、皮带75×104元/km。厂内运输距离一般在数千米左右，可以看出不同的运输方式年运营成本可达数千万的差异，因此对钢铁企业运输方式选择的进一步研究显得十分必要。

对于厂内运输方式的选择，需要在总图初步设计时予以考虑，传统的方法是根据设计规模、工艺、总平面、可行性、经济性等方面综合考虑。对于经济性分析，一般只计算建设总成本和年运输费用，而缺少进一步的数据分析，也没有分析计算误差大小。因此可以针对钢铁企业厂内运输，分析成本组成和其选择特点，建立带有时间和偏差因素的经济性分析模型，进行多方案的模糊比选。

1 钢铁企业厂内运输方式构成及特点

厂内运输指厂区范围以内的运输，还包括由企业建设运营的厂外部分[3]。钢铁企业厂内经常采用的运输方式有铁路、汽车、带式、管道等。不同的运输方式有不同的构成，且同种运输方式会因具体条件的不同可能存在较大的差异，下边分析其构成和特点。

1.1 铁路运输

钢铁企业厂内铁路可以分为运入运出线、铁水线、码头线、渣线等，这些子系统各自内部的运输频繁，相互之间的运输较少。主要作为大量运输的手段，当运量和运距较小时不经济。铁路系统固定成本包括土石方量、铁路站场、线路、车辆、装卸设备、附属设备，运营成本可参照当地铁路货运单位运输成本。其土石方量因方案不同而不同，差异比较大且存在较大的误差;铁路站场和运输量、种类有关;线路指铺轨长度，还区分窄轨、标准轨、线路等级等;车辆数量与运输量、生产工艺相关。

1.2 道路运输

厂内道路分为主干道、次干道、辅助道路、车间引道、人行道，其中主干道和次干道为车辆通行道路，一般厂内采用城市道路类型，厂外采用公路型。道路的设置以保证生产运输为前提，根据重要程度确定宽度，根据荷载确定路面结构，根据运量和货物确定车辆类型、装卸设备等。在厂内运输中几乎所有的物品都可以用道路来运输，是最为灵活的运输方式。道路系统的固定成本包括道路路基、路面、车辆、装卸设备、附属设施，运营成本可参照当地单位运输成本。

1.3 带式运输

带式运输是厂内运输的重要组成部分，一般用于散状物料的输送，是连续生产的重要保障。其线路灵活，长度从几米到几十千米以上均可实现，也可以架设在地面交通混乱和危险地区的上空，但是在转弯时需要设置转运站。输送能力一般为200～8000 t/h，形式多样，现在越来越多的设计采用圆筒式皮带运输。带式运输系统的固定成本包括建筑安装、设备(皮带、转运站)、工程建设，运营成本包括工资、动力、备品备件折算，也可折算成单位运输成本。

1.4 管道运输

管道运输是厂内运输网中重要组成部分，一般用于输送液体和气体，也可以将固体转化为固液混合状态，或通过气动管输送粉体或小颗粒固体。在钢铁厂内，管道运输很大一部分都是工艺管，一般架设在地面管架上，只有很少一部可以被其他运输方式取代。其速度和流量根据压力和管径，差距比较大。管道运输系统的固定成本包括安装、管材(规格和长度)、其他设备，运营费用包括人工、能源消耗、管理维护等，也可折算成单位运输成本。

1.5 其他运输

钢铁企业生产还包括其他运输方式，如辊道、索道、链条、特种运输等。其费用的估算和上边主要运输方式的估算方法类似。

2 问题分析

通过上边的分析，发现成本由建设和运营两部分组成，建设成本是一次性的投入，而运营成本是分每年的投入，需要计算多年的累积就必须考虑资金的折算问题;另外大部分数据是估算或者参考同类设计的结果，是带有偏差的，如果每一个小项都有偏差，就会形成累积偏差，这个偏差到底是多大，对比选结果影响怎样分析，成为讨论的重点。

对于带有时间和偏差的多种运输方式经济性比选，可以看成是多个数值取小的模糊选择问题，具体做法如下。首先，确定备选的运输形式和基本组成，以估算各项的投资数目和对应的偏差量。对于每一项具体内容，往往存在多种选择，且费用是变化的，但大部分都有一定的变化范围，如设备的购置费用、人工费用等。其次，考虑时间和贷款利率。每年的运营成本是一笔不小的数字，多年的总和往往比固定部分投资大;多年的资金叠加需要考虑利率，将资金流折算为现值。再次，计算固定投资总成本、年运营费用、不同投资年的总成本及对应的累计偏差。最后，计算每年最小成本与其他运输方式成本的比例关系、计算方案的被选概率，并进行数据分析，得到比选结果。

3 运输方式的选择

3.1 建立数学模型

设:(1)起终点之间物料可以被多种方式运输;(2)各种费用可知，但是存在误差;(3)运输长度和线路长度已知;(4)建设的基础条件相同且已知。

3.1.1 运输成本公式

式中:C为单位线路造价(万元)(误差为ρ1);L为运输线路长度(km);P1为车辆、加压站、转运站等费用总和(万元)(误差为ρ2);P2为附属设施费用、建构筑无安装费用总和(万元)(误差为ρ3);P3为其他费用，包括特殊地质处理费用(万元)(误差为ρ4);A为单位运输成本(误差为ρ5)(万元);为利率为i、年限为n的折现公式。

3.1.2 运输成本计算

假设所有条件已知，根据不同的时间，可得到成本矩阵F和对应的累计误差ρ矩阵

式中:

Fij代表i年、第j种运输方式的综合成本;ρij代表i年、第j种运输方式的综合成本累计误差

图1 成本和时间关系

以时间为横轴，以费用为纵轴，以(Fij，2i)为主要点，以[Fij×(1+ρij)，2i]为上限，以[Fij×(1－ρij)，2i]为下限，可以得到带有误差的“成本和时间关系图”。如图1为以铁路、道路、皮带三种运输式的成本－时间关系图。

3.1.3 运输方式选择

从上边得到的成本和时间关系图可以看出，每种成本由成本曲线、误差上限和误差下限三条曲线构成，且都以变化的曲率随时间逐渐增大，每两种成本都有一个交叉区域，在区域外部，运输方式的比较十分明确，但在交叉区域内部，区分变得模糊。对于企业的建设，关注的是建设成本，规划投资年的总成本(5年、10年、15年)，因此就需要对这几个关键时间进行分析。

每种综合运输成本之间都存在一定的差值，差值越大则越容易做出比较，当两个数值接近时就可能有同等的备选可能，这种状态通过模糊选择的方法能很好的解决。已知成本F、误差下限F(1－ρ)误差上限 F·(1+ρ)。对同一时间找出最小值和次小值，如第n个规划年中最小值min(Fni)、次小值min次(Fni)。如图2所示，在两种方式的交叉区域内，A点位于方式2误差上限和方式1下限的交叉点，定义此点处方式2的被选择概率为1.0，方式1的被选择概率为0;B点位于方式1和方式2的交叉点，被选择概率均为0.5，且最小值与次小值转换位置;C点位于方式1误差上限和方式2误差下限交叉点，方式1的被选概率为1.0，方式2的被选概率为0。则在交叉范围内时间点n处。

图2 交叉区分析

min(Fnj)的被选概率为:

其中，p1对应min(Fnj)的方式和时间，p2对 min次(Fnj)中的方式和时间，F交指两种方式交点处的值(B点)，有F交=F1=F2。

当出现多个范围交叉时，进行多次运算，最终得到一个被选概率矩阵。对于概率矩阵δ，0表示不可能是最小，0～0.4表示有比较小的可能是最小，0.4～0.6表示有可能是最小，0.6～1.0表示很可能是最小，1.0表示肯定是最小。

计算成本矩阵F中每年最小值与其他值的对比矩阵，即:

对于对比矩阵K，0表示数值最小，0～0.2表示与最小值很接近，0.2～0.5表示与最小值比较接近，＞0.5表示与最小值偏离较大。

3.2 结果分析

选取n为0、5、10、15共4个时间，计算得到比矩阵和概率矩阵δ。

当一种运输方式在δ中数值均大于0.4时，则此方式最优;

当一种运输方式在δ中数值均小于0.4时，则此方式不是最优;

当一种运输方式在δ中前5年小于0.4，其他大于0.4时，此方案最优;

当一种运输方式在δ中前10年小于0.4，其他大于0.4时，放弃此方案;

当通过以上方式存在多种方案时，如果k中对应方案的差值在0.2以内的大于等于两处，则对应时间的方案无法区分，反之，则选小的方案最优。

4 案例分析

一个钢铁企业从矿场到工厂的距离大概为2.0 km，运量为500×104(t/a)，可能存在4种运输方式，已知技术条件见表1.(固定投资误差均为0.2，单位运价误差均为0.1，利率取0.065，资金全部转化为现值。)

表1 经济投资估算表

根据运输方式计算公式得到0、5、10、15四个关键年的成本和对应累计误差，并绘成本和时间关系，如图3。

图3 成本和时间关系

计算各种方式等价的交叉点

结果分析:在δ中，第一列:铁路全部小于0.4，则非最优;第二列:道路前五年大于0.4，则非最优;第三列:皮带前五年小于0.4，以后大于0.4，则皮带运输为最优;第四列:管线全部小于0.4，则非最优。

通过比较，得到一个最优结果为皮带运输方式，其各年总成本为(2800、3314、3878、4210)万元，固定投资比铁路多700万元，15年动态成本节省711万元;比道路固定投资多2200万元，15年动态成本节省2032万元;比管线固定投资多1100万元，15年动态成本节省2191万元。

5 总结

针对运输方式的经济比选，现状做法是估算比选的数值直接比较，没有引入误差量，更没有带有误差的比较方案，忽视了估算误差对结果的影响。本文主要内容是在运输方式的经济比选时引入时间和误差，通过计算最优方案和次优方案在带有累计误差时的被选概率，进行数据分析和模糊选择，来确定最优方案。从一定程度上消减了估算误差对最优方案的影响，且当误差较大或数据较为接近时效果更为显著。因此，此方法相对于一般的比选方法更具有可靠性，且可以提高比选精度。

但还存在一些问题，如怎样对基础数据估算时取合适的误差量，一般没有确定的数值或方法，多为假定量;模糊选择时的区间划分还不是很合理，需要根据具体情况而定，这里给出的只作为参考，另外针对企业内部车辆、设备的数量与运输量之间的关系还没有具体的研究;这些问题都给厂内运输方式的选择带来很大的不确定性，因此对这方面还需要开展大量的研究。

[1]金琳.关于钢铁厂规模经济性的一些看法[J].冶金经济与管理，1990(21)

[2]马建华.钢铁企业吨钢运输量分析及其控制策略[D].上海海事大学，2005

[3]杨秋侠.企业联合运输方式的选择[J].公路与交通科技(应用技术版)，2007，12:157－159