杨凯丽，于雪峤

(1.郑州铁路职业技术学院 艺术学院，河南 郑州 451460；2.中国铁道科学研究院集团有限公司运输及经济研究所，北京 100081)

随着“一带一路”倡议的深入实施，中欧班列作为深化我国与沿线国家经贸合作的重要载体和推进“一带一路”建设的重要抓手[1]，在中欧贸易中发挥的作用越来越突出。截至2022 年底，中欧班列已累计开行6.5 万列，发送604 万TEU，其中2022 全年开行1.6 万列，发送160 万TEU，同比分别增长9%，10%[2]。进入新时代，中欧班列发展形势正在发生变化，中欧班列开行也将面向高质量转型升级。中欧班列场站出口作业流程优化对于提高场站作业能力、降低场站作业成本、提升场站服务水平、打造国际知名品牌具有重要意义，能够有效解决出口作业流程存在不顺畅、不通畅、不流畅的“三不”问题，为中欧班列高质量发展提供有利条件，从而实现对外便利化、对内高效化，更好地助推中欧班列高质量发展，使之更具生命力和品牌效应。

1 中欧班列出口作业流程

通过现场实际调研，结合中欧班列发到场站的实际情况，中欧班列出口作业流程一般是：境内货运委托人(客户)与中欧班列场站平台运营公司签订货物运输协议，平台运营公司再与铁路承运方签署协议，办理中欧班列相关业务后，铁路承运方将货物运输至边境口岸站，经放行后由境外铁路承运，并最终将货物交付给境外收货方。中欧班列出口作业流程如图1所示。

图1 中欧班列出口作业流程Fig.1 Export operation process of China Railway Express

（1）客户提交货运需求申请。客户需考虑自身实际需求情况，同时根据平台运营公司发布的班列开行信息，确定其货物运输时间。目前，提报方式可分为线上、线下2 种。①线下提交货运需求申请，客户可直接前往平台运营公司营业大厅或铁路集装箱中心站中欧班列办理窗口现场填写订单，均由中欧班列平台运营公司工作人员审核订单。②线上提交货运需求申请，客户通过平台运营公司官方网站，根据网上显示的班列开行信息及目前订舱情况，在网站平台提交申请，平台运营公司将根据客户的运输需求，并结合《国际货协》等相关文件及时进行订单处理；客户在提交货运需求的同时，可选择相应的物流服务，如上门取货、集装箱租赁等；客户提交货运需求后，平台运营公司收到订单并进行审核，经审核确认后，客户与平台运营公司签订订舱委托合同，生成预配舱单，并将预配舱单发送至内陆海关及国家出入境检验检疫部门(以下简称“国检”)。

（2）平台运营公司制定货源组织方案。根据合同条款内容，准备相应的后续工作。①若客户选择租箱服务，平台运营公司向铁路集装箱中心站箱务部业务员提报用箱申请，箱务部审核后，进行空箱调配，客户凭加盖提箱单位或车队公章的提箱单向铁路集装箱中心站预约提箱；客户在选择租箱的同时，可选择场站装箱或厂内装箱。若选择场站装箱，则需要把货物送至铁路集装箱中心站进行装箱操作；若选择在自己厂内装箱，则需提箱至厂内进行装箱操作。②若客户选择使用自备箱，则可直接在厂内进行装箱。③若客户选择上门取货，则由与平台运营公司合作的物流公司(或是铁路集装箱中心站)联系客户上门取货，将货物在指定日期运至车站。④若客户未选择上门取货，则由客户在约定日期自行将货物运至铁路集装箱中心站。

（3）货物进站。①进站确认。根据订单信息，物流公司或客户与铁路集装箱中心站确定进站日期，并将当日进站的车辆信息等提前1 个工作日传送给铁路集装箱中心站。②安检。取送车辆进站后，为了集装箱运输的安全性，需要进行安检与过磅，进一步确定集装箱是否偏载或超载。

（4）落箱堆码。集装箱进站安检后，移送至集装箱堆存区，按照堆码要求进行堆放。对于偏载或超载的集装箱，需要进行卸货重装，直到符合装载要求方可进行场内堆码。

（5）报关报检。落箱堆码后，客户提交报关报检单。首先，检验检疫部门对单证进行审核，如果货物需要检验检疫(占比约为30%)，则检验检疫部门需要对此检验后出具电子检验号码。然后海关接受检验检疫部门的检验号码，并对货物的报关单进行审核。

（6）查验放行。为促进中欧班列的进一步发展，海关总署规定部分城市可在当地报关报检并查验后，在边境口岸站直接办理“直转”手续(目前“直转”比例约为80%，边境海关仅核对单据，不再进行开箱查验)。内陆海关和检验检疫部门进行货物查验后，海关将会进行施封，并出具海关关封，同时向内陆铁路口岸(集装箱中心站)下达货物放行指令，内陆口岸收到放行指令后，将对堆场内的集装箱装车并进行列检后按照发车时间发出，运送至边境铁路口岸。

2 作业流程优化方法

2.1 随机Petri网构建

根据实际问题进行Petri建模时，需要对所建模型的相关性质进行分析，判断建模正确与否。采用特性分析方法进行分析，通过关联矩阵与不变量分析方法，从而得到该网的结构特性和行为特性[3-4]。构建模型关联矩阵，关联矩阵用于表示Petri网的结构关系，设关联矩阵为A=[aij]m×n，其中aij计算公式为

式中：i表示库所；j表示变迁；m表示库所变量；n表示变迁变量；aij+表示从输入变迁j到输出库所i的弧的权重；aij-表示从输入库所i到输出变迁j的弧的权重；权重未标明时，则默认权重为1。

对所构建Petri网模型进行性能验证，需满足以下条件：①Petri 网有界的充分条件，即存在1 个m×1 的正实数向量X，使得ATX≤0；②Petri 网守恒的充分条件，即存在1 个m×1 的正实数向量X，使得ATX=0。Petri网可达的充分条件为每一个库所都被1 个正实数向量X覆盖。综上，ATX=0 存在正实数解则所构建的Petri网模型正确合理。

2.2 随机Petri网性能分析

传统Petri网模型在实际应用中具有一定的局限性，如不能反映时间方面的内容，场站作业流程优化的目标之一是减少货物场站作业时间，故需要对传统Petri网进行扩展与改进，通过引入作业时间因素，从而更好验证中欧班列场站作业流程优化的效果。

在Petri 网模型中赋予每个变迁T实际运行速率，构建随机Petri 网模型。基于Molloy 的连续时间随机Petri 网理论[5-6]，假设场站作业各环节完成时间符合指数分布，然后运用随机Petri网对中欧班列场站作业流程进行研究，运用马尔科夫链方法计算所构建模型优化前后作业流程的周期时间，对中欧班列场站作业流程优化效果验证的具体步骤如下。

步骤1：构建随机Petri 网模型，在构建的Petri网模型中，对各个变迁所产生的相关联速率λ，建立中欧班列场站作业流程的随机Petri网。

步骤2：构造随机Petri 网模型对应的马尔科夫链，基于构建的随机Petri网模型，将有向弧上的变迁ti改为λi，求得相关联的马尔科夫链。

步骤3：特性分析与结果验证，基于马尔科夫链的稳定概率，对中欧班列场站作业流程随机Petri网模型进行特性分析[7-8]。马尔科夫链中的n个状态稳定概率为行向量X=(x1，x2，…，xn)，根据马尔可夫过程可得出以下线性方程组。

式中：X为稳态概率；Q为关联矩阵；xi为随机Petri网模型下库所i的发生概率。

通过求解线性方程组求得X，可对标记概率密度函数、平均标记数、变迁利用率、变迁的标记流速、子系统T的周期时间共5 个指标进行分析[9-10]，其具体计算如下。

（1）标记概率密度函数，计算公式为

式中：P[Ms=i]为标记概率密度函数；P[Mi]为库所i的发生概率；Ms表示标记库所S的状态；Mi表示随机Petri网模型中的第i个状态。

其中，P[Mi]计算公式为

（2）在库所中的平均标记数，计算公式为

（3）变迁利用率，计算公式为

式中：U(t)表示变迁t的利用率；D为t能实施的所有可达标识集合。

（4）变迁的标记流速，计算公式为

式中：R(t，s)表示变迁的标记流速；W(t，s)是变迁t的权值；λ是t的平均实施速率。

（5）子系统的周期时间，计算公式为

式中：T为子系统的周期时间；N为队列平均长度。

3 实证分析

3.1 中欧班列出口作业流程Petri 网建模及其性能分析

根据中欧班列现有出口作业流程，构建中欧班列出口作业流程Petri模型如图2所示，中欧班列出口作业流程库所定义如表1 所示，中欧班列出口作业流程变迁定义如表2所示。

表1 中欧班列出口作业流程库所定义Tab.1 Place definitions of China Railway Express export operation process

表2 中欧班列出口作业流程变迁定义Tab.2 Transition definitions of China Railway Express export operation process

图2 中欧班列出口作业流程Petri网模型Fig.2 Petri net model of China Railway Express export operation process

结合Petri 网模型性能原理，对所建Petri 网模型的正确性、合理性进行验证。根据公式⑴，构建中欧班列出口作业流程Petri网模型关联矩阵，通过计算可求解得到，该模型关联矩阵存在正实数向量X使得ATX=0，其中，X=[3，3，3，1，2，1，1，1，1，0，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1]。故所建Petri 网为有界的、可达的、具有活性的。

3.2 中欧班列出口作业流程问题诊断及优化方案

根据随机Perti网性能分析方法，并利用马尔科夫链的计算方法[11-12]，对优化前后的中欧班列出口作业流程进行性能分析，以中欧班列出口作业流程库所繁忙的概率、平均托肯数、变迁平均流速及系统周期时间为衡量指标[13]，通过对比分析验证优化的效果。

对中欧班列出口作业流程进行分析并构建Petri网模型，运用随机Petri网的性能等价公式对中欧班列出口作业环节进行化简合并，得到优化前中欧班列出口作业流程随机Petri网模型如图3所示。

图3 优化前中欧班列出口作业流程随机Petri网模型Fig.3 Stochastic Petri net model of China Railway Express export operation process before optimization

通过对郑州铁路集装箱中心站展开实地调研，对现有中欧班列出口作业流程各环节办理时间进行赋值，其中，选择环节按照实际比例合并为单个作业环节，优化前中欧班列出口流程各环节时间及其实时速率如表3所示。

表3 优化前中欧班列出口流程各环节时间及其实时速率Tab.3 Time of each link and real-time rate of China Railway Express export operation process before optimization

根据优化前中欧班列出口作业随机Petri网模型和实时速率表，得到优化前中欧班列出口作业流程随机模型的马尔可夫链如图4 所示，优化前中欧班列出口作业流程马尔可夫链对应标识状态如表4所示。

表4 优化前中欧班列出口作业马尔可夫链对应标识状态Tab.4 Markoff chain identification of China Railway Express export operation process before optimization

图4 优化前中欧班列出口作业流程随机模型的马尔可夫链Fig.4 Markoff chain of stochastic model of China Railway Express export operation process before optimization

根据公式⑵至公式⑷可以计算得到中欧班列出口作业优化前各状态稳定概率如表5所示。

表5 中欧班列出口作业优化前各状态稳定概率Tab.5 State stability probability of China Railway Express export operation process before optimization

根据表5 中各状态的稳定概率，求得系统库所繁忙概率。库所的繁忙率越大，说明该库所越容易发生阻塞，需要提出优化方案来缓解该库所的拥堵情况，降低其繁忙率，进而使流程更畅通。根据公式⑶可得各个库所的繁忙率如下。

可以看出，库所P9，P17，P24 繁忙率明显较大，说明调配空箱及海关查验环节可能发生拥堵，根据公式⑹至公式⑻，得到系统库所平均标记数-N=1. 1739；系统变迁的平均流速R(t，s) =0. 04601；系统的平均延时时间，即该系统周期时间T=25. 5097h。

3.3 优化方案措施

基于随机Petri网仿真对中欧班列现有出口作业流程的诊断分析，并结合作业流程优化总体思路，对中欧班列出口作业流程进行优化，具体优化方案如下。

（1）中欧班列场站作业标准化。制定中欧班列场站作业标准，规范作业流程，降低场站作业的出错率；制定中欧班列场站服务标准，更好地管控作业流程各环节时间，加强对作业人员工作标准的培训，提高中欧班列场站整体作业效率，进一步减少作业成本。

（2）针对“调配空箱”堆积问题，具体解决方法如下。①建立空箱系统报警机制。当客户在网站平台提交货运需求后，铁路集装箱中心站从系统中获取运单信息，此时铁路集装箱中心站子系统自动检查场站内空箱数量，当场站内空箱数量减少到一定数量(根据每个场站每日作业量确定)时，触发报警机制，提交调箱申请，为客户调配空箱。②建设租箱、用箱供需平台。在中欧班列快速发展进程中，为实现从周边地区快速调配空箱，可由平台运营公司整合物流公司等拥有空箱资源的主体，建设租箱、用箱供需平台，缩短调配空箱的时间。

（3）针对“场内装箱”拥堵问题，具体解决方法如下。①提高设备利用效率。增加物流设备种类、数量，提高物流设备使用效率，如配置电动叉车、全自动装箱机等，实现快速拼装箱作业，缩短作业时间。②扩大拼装箱作业区。针对已建的中欧班列场站，可根据客户潜在需求，适当扩大拼装箱作业区面积，实现平行作业，提高作业效率；针对规划建设的中欧班列场站，提前预留拼装箱作业区。

（4）针对“海关查验”及“审核报关单”存在的问题，具体解决方法如下。①目前国境站海关、国检内勤为8 h 工作制，建议海关、国检部门内外勤均实现7×24 h通关制度，提高工作效率。②实现“关检合一”。目前，出进口检验检疫局系统全部划入海关系统，通过一系列改革，最终真正实现关检融合[14]。当货物需要检验检疫与海关查验时，应优化流程，由串行作业改为并行作业，只需要一次开箱查验，一次放行，可大大提升通关效率。

（5）针对“进站确认”出现的堆积现象，具体解决方法如下。①建立健全进站时间反馈机制，当客户提交订单，录入网站平台时就要预约进站时间，铁路集装箱中心站根据不同客户的具体情况，至少在进站日期前24 h通知客户进站时间，要求精确到某天的某个时间段，减少客户车辆在站外排队等待时间。②可参考港口预约进站系统，建设相关APP及微信公众号，实现从传统的“随到随排队模式”向“精细化预约模式”转变。

3.4 优化效果分析

由3.3 优化方案可知，通过提高信息化水平、加强设施设备配置、改善管理模式、提高通关效率等措施缩短流程时间，同时通过对流程进行整合、删除、修改等方式改变流程结构，形成优化后的中欧班列出口作业流程，再次利用随机Petri 网建模，同理，计算系统库所平均标记数-N=1. 2065，系统变迁的平均流速R(t，s) =0. 07603，系统的平均延时时间，即该系统周期时间T=15. 8687h。

优化后的中欧班列出口流程模型完成整个作业周期的时间为15. 8687 h，比现有作业流程的周期时间缩短了9.641 h，优化后作业周期时间减少了37.79%，大大缩短了场站作业时间，同时证明了优化后的中欧班列出口作业流程优化成效显著。

4 结束语

中欧班列正由“高数量”向“高质量”发展，高质量开行对场站作业提出了新要求。以铁路集装箱中心站为代表的中欧班列发到站，涉及铁路、平台运营公司、海关、国检、客户、物流公司等多个关联方，详细梳理各参与方之间的关系，得到中欧班列出口作业流程图，通过利用随机Petri网模型对中欧班列出口作业流程进行问题诊断，提出了优化方案，优化了流程结构，缩短了作业时间，增强了优化效果。随着中欧班列的进一步发展，在场站作业能力范围内，可应用大数据、人工智能、优化资源配置等方法[15]，进一步提升中欧班列场站的作业效率。