中老铁路口岸站功能设计优化

Optimization of Functional Design for China-Laos Railway Border Station

摘要

中老铁路磨憨口岸站当前在通关效率、通关时间等方面存在不足，制约了中老铁路的综合效益，亟待对车站的布局和功能设计进行优化。基于Anylogic软件进行研究，构建货物列车通关模型进行虚拟仿真实验。经模型表面效度分析，发现海关查验等待货物时间较长，导致货物通关堵塞，引发到发线能力紧张。提出延长海关工作时间、新建到发线线路等方式进行优化。实验结果表明，将每天海关查验工作时间从6 h延长到9 h，可使磨憨站铁路跨境联运能力提升55%，有效缓解国际联运瓶颈；增加到发线数量对于缓解车站拥堵意义不大，但能有效阻止拥堵扩散，增强车站消解集中到达车流的能力。本研究为车站优化改造提供了参考。

Abstract

The Mohan Border Station of the China-Laos Railway currently faces issues including customs clearance inefficiencies and extended clearance time, restricting the overall benefits of the railway. It is therefore urgent to optimize the station's layout and functional design. This paper used Anylogic software to develop a model of the cargo train customs clearance and conducted virtual simulation experiments. Surface validity analysis of the model revealed that the extended customs inspection time caused clearance congestion and put pressure on the capacity of arrival and departure tracks. This paper suggested optimizations such as extending customs working hours and adding more arrival and departure tracks. The experimental results show that extending daily customs inspection time from 6 hours to 9 hours can enhance the cross-border transport capacity of the railway at Mohan Station by 55%, effectively alleviating the international transport bottleneck. While increasing the number of arrival and departure tracks does not significantly reduce congestion, it can effectively prevent the congestion from spreading outward and improve the station's capacity to handle large-scale surges in incoming train flows. This study provides a reference for the station's optimization and renovation.

Graphical abstract

关键词

中老铁路 / 口岸站 / Anylogic / 离散事件仿真 / 优化

Key words

China-Laos Railway / Border Station / Anylogic / Discrete Event Simulation / Optimization

0　引言

中老铁路(昆明—万象)作为“一带一路”倡议下的重要基础设施项目，具有深远的经济和战略意义，磨憨口岸站是中老国际联运的主要枢纽。然而，目前中老铁路存在运力制约瓶颈，在通关效率、通关时间和存车能力等方面制约了中老铁路的运输能力和综合效益。为解决跨境运输中存在诸多不足，打通堵塞节点，提升整体运输能力，需要以磨憨站为关键节点进行研究，对车站布局设计进行改进，通过优化海关查验工作、调整到发线布局、降低通关时间，提升磨憨口岸站的整体运营效率，保障中老铁路全线畅通无阻、高效运营。

针对口岸站优化问题，程杰等^[1]分析了不同口岸站的通关模式利弊；冯润超等^[2]在确定中老铁路通关模式方面提出优化建议；唐士晟^[3]对影响口岸站过货效率的因素进行了分析；闫祖东^[4]通过分析二连站的设备设施及运量，提出相应解决措施；安红霞等^[5]结合二连站站场布局给出提升能力的措施办法。在运输组织与协调方面，张亚东等^[6]总结了现有口岸存在的问题，提出了对既有铁路口岸的扩能改造措施；苏宝新等^[7]针对阿拉山口站及对接的多斯特克口岸站进行了研究；Gamon等^[8]研究了波兰与其邻国间的铁路跨境运输问题；Dimanoski等^[9]研究口岸站的能力大小与交通需求之间的关系；Jarasuniene^[10]使用排队论等模型方法，根据货运流量提出关于查验量和查验时间的建议以优化运输能力；陈雯^[11]、崔煜^[12]、吴晓^[13]对口岸站现存问题进行了分析，提出了有针对性的优化举措。

目前对于口岸站的研究大多集中在涉及不同轨距换装的换装场上^[14]，这是由于换装作业时间较长，是制约整体通关效率的关键因素，而对于无换装作业的口岸站的优化较少。本研究通过仿真软件Anylogic来模拟列车在口岸站的作业状态，可以清晰直观地评价优化方案，为新建口岸站设计和既有口岸站改造提供参考。

1　中老铁路磨憨口岸站布局及国际联运作业流程

1.1　磨憨站铁路布局结构

中老铁路是连接我国和老挝的重要铁路项目，属于国家Ⅰ级标准电气化铁路。其中，昆明至玉溪段全长88 km，为双线电气化铁路，是中越、中老国际铁路的共用部分，设计时速200 km；玉溪至西双版纳段为双线，西双版纳至万象段为单线，玉溪至磨憨的国内段全线长509 km，设计时速160 km，磨丁至万象的老挝段全线长约414.4 km，设计时速160 km。中老铁路经昆明、普洱、磨憨，穿越中老边境，最终抵达老挝首都万象。磨憨站为中方口岸站，负责办理跨境国际列车检查业务。磨憨站平面布置示意图如图1所示。

磨憨站包含到发场、调车场、货场、前置边检场、海关查验区等，共有Ⅰ，Ⅱ两个车场，其中Ⅰ场包括了到发场、调车场、货场、海关查验区等主要作业部门。Ⅰ场的1—15道为到发场，其中1—5道用于接发客货列车、动车组列车，6—15道为货物列车专用到发线。16—20道为调车场，共有5条调车线。当前磨憨站共有4条国际货物列车查验线，分别是22，23，24道以及货Ⅰ道，位于货场与调车场之间。磨憨本地货物到发量较少，而海关查验区的查验能力不足，因而将货Ⅰ道改为专用于粮食、水果查验的海关查验线，保留货Ⅱ道进行本地货物的到发装卸作业。货Ⅱ道配有龙门吊一台，且每日装卸作业量少，不对车站日常运转产生太大影响。

Ⅱ场为前置边检场，与Ⅰ场呈纵列布置，设在靠近国境线一侧，有4条到发线用于边防检查及处理拦截货物。根据磨憨站《车站行车工作细则》(以下简称《站细》)，磨憨站车流去向由以下5个方向构成，上行方向(玉溪方向)较为复杂，包括前往勐腊、野象谷、研和及空车4种，下行方向(磨丁方向)单一，均为出境列车，磨憨站上下行车流去向如表1所示。

1.2　磨憨站国际联运作业流程

磨憨站办理的入境列车较出境列车稍多，因此以入境列车为例对口岸站作业流程进行分析，入境货物列车作业流程如图2所示。

入境货物列车在到达磨憨站后，首先进入Ⅱ场进行边检作业，无异常则转入Ⅰ场到发线；在到发线上完成到达作业后，经由牵出线Ⅰ转入海关查验区进行查验，海关将根据货物类别按照规定进行抽查；完成海关查验后车列再前往调车场，根据车辆不同去向重新编组，集结满足编组辆数后经牵出线牵至到发场；在到发场完成出发作业后，则可以发车，驶出磨憨站。

其中，海关查验区的作业包括3个部分：货运准备—查验—货运准备。货物列车在调机的牵引下送车至海关查验区后，需要经过一定的货运准备时间，进行货物对位等作业，将货物由铁路股道转运至查验作业场所。完成查验后，同样需要货运准备作业，将货物装回原来的车辆上，方可由调机牵引离开。

旅客海关检查流程是到达磨憨站后，全体旅客携带所有行李下车接受海关检查，同时工作人员将对列车进行边防检查，重点检查有无藏匿人员、违禁品。对旅客进行检查的海关工作人员是专职人员，与货物查验海关工作人员并不是同一批工作人员，因此2项作业不存在相互冲突，可以同时开展。

通关涉及车辆、货物、票据3个流体。由于不涉及换装，所以车流与货流保持一致，同时鉴于车站装卸作业量不大，装卸能力充足，货流不会对车流产生负面影响，因此后续不考虑货流。票据流在完成边检后，将与车流分离，经历海关等审核查验盖章，再次出发进入国内段时与车流汇合。随着无纸化、信息化的加强，交接单等票据不再是跨境运输作业流程中的关键路径，票据的处理进度不再制约着车辆和货物的作业进度，因此在优化的过程中聚焦于车流。

2　基于Anylogic的磨憨站入境货物列车仿真模型构建

2.1　模型假设

为精简仿真逻辑与计算冗余，结合铁路跨境作业流程对模型做出以下假设。

假设1：建模聚焦于铁路作业流程，不展示海关查验作业细节和交互情况。

假设2：列车作业过程中，当下一项作业暂时无法进行时，列车在原地停留等待，直到可以进行下一项作业。

假设3：从进入车站到离开车站的过程中，列车及车站设备均不发生故障，同时边检与海关查验无异常，不发生入境列车返回老挝的情况。

假设4：由于入境货物列车含有4个去向，所以设计4种不同颜色的车辆类型以代表不同的去向。在货物列车生成时，除首辆为机车外，其他车辆的车厢类型随机生成，以代表不同去向的车辆混杂在同一列车中。

假设5：对每项作业的具体操作细节进行简化，重点以线路占用表示进行调车作业、移动作业。

入境货物列车情况如表2所示，作业时间参数如表3所示，均根据实地调研总结得到。

根据每日接发10对列车的目标，结合实际情况设计了假设列车到达时刻，假定列车到达时刻表如表4所示。

2.2　仿真逻辑模型设计及建立

仿真模型依托Anylogic轨道库中各智能体建立轨道网模型，依托流程库、轨道库中各类专业流程模块和各类函数、变量、参数等控件建立逻辑模型。根据1.2中作业流程分析，将作业流程抽象为以下几个逻辑过程：列车生成、到发线占用情况、海关检查、解体、判定每一钩溜放车数量、等待集结、判定股道存车数量、出发等。仿真逻辑图如图3所示。

列车生成使用Train Source控件实现，依据假定列车到发时刻表生成，通过生成列车模拟自磨丁方向开来入境列车。在选择到发线前，应判断是否还有空闲到发线，若无，则将生成的列车使用Train Exit转移至一段空白轨道上直接销毁，代表邻站取消发车。列车在选择接入到发场的股道时，使用函数逐条判断各股道的空闲情况，之后返回空闲股道上某点的位置。列车接入到发线后，本务机车返回机务折返所；车列完成到达作业后由调机经牵出线牵出前往海关查验区进行查验，完成查验后将进入调车场解体编组。满足出发条件的车列将由调机牵引至到发场进行出发作业，后发出车站。各技术作业过程使用Seize，Release，Delay模块实现。

为避免模型中列车相互冲突碰撞，在模型中设定旅客列车更高的优先级，货物列车发车时需判断是否有旅客列车正准备发车，若有，则货物列车需进行等待，直到旅客列车发出一定时间后货物列车才可发车。

3　仿真实验设计及结果分析

3.1　模型表面效度分析

基于所建仿真模型，首先对模型推演的表面效度进行分析，识别铁路车站的瓶颈部分^[15]。通过对模型的仿真推演，发现磨憨站存在不同程度的拥堵现象。海关只在白天工作且查验工作量大，导致海关查验区成为磨憨站拥堵的主要原因。

当拥堵较严重时，车列积压在到发场中，由于股道长时间占用，此时无法办理列车接发作业，因此被迫取消邻站发车作业。邻站取消发车分别发生在2 682 min，3 990 min，4 252 min，8 572 min，8 705 min，8 955 min，日均交接列车数量达不到10对。由于海关查验区产生拥堵，一方面，未经过查验的车列无法确认是否符合海关部门的入境要求，不能进行解体编组作业，造成调车场编组能力的浪费；另一方面，积压的车列将长时间占用到发线。当拥堵发生时，等待空闲到发线的时间骤升达到峰值(模型时间8 600 min左右)，之后随着拥堵的缓解而逐渐下降，但下降速度较为缓慢，需要较长的时间才能恢复。此外，货物列车的拥堵占用了磨憨站接发车、跨境交接能力，甚至影响了旅客列车的接发，使得中老铁路客运需求无法得到有效满足。

综上所述，由于受到海关查验作业的影响，磨憨站产生了拥堵，并通过作业流程中的其他技术作业，向车站两端传导，最终可能蔓延到相邻车站。因此，海关部门查验的不及时是产生拥堵的关键原因，成为制约磨憨站跨境国际联运的主要因素，严重影响中老铁路客货运整体运营效率。

3.2　磨憨站国际联运能力优化

针对拥堵瓶颈，以缩减通关时间、缓解车站拥堵为目标，立足于现有的设施设备，探索改善口岸站整体作业效率的途径。通过对现场作业人员的访谈调研得到初步优化方向，再依据成本效益原则并结合优化建议的可行性，基于控制变量法思想，构建不同条件下的磨憨车站工作状况。针对不同工况进行仿真实验，将优化前后的车站各统计指标进行对比分析，评价优化效果，从而论证提出措施的有效性，寻找到优化的方向与具体措施。

3.2.1　实验一：增加海关部门工作时间

实验一的目的是测试增加海关查验工作时间对提升车站各项能力的影响。根据调研情况，磨憨站海关查验区的工作时间段为9：00—11：30，14：30—17：30，每天工作时间共计5.5 h，模型中按照现实情况设置对照组，假设每天海关查验的工作为6 h。实验组设置为延长每日海关查验工作时间至7 h，8 h，9 h，10 h，11 h，12 h，测试各工况下的车站拥堵情况。

实验一优化后结果如表5所示。由对照组可以看出，在现有条件下，按照目标要求，每10天中将会产生7列列车由于车站拥堵无法接入，导致邻站取消发车，同时平均每列列车前往海关等待时间和平均通关时间也较长。

仿真实验数据变化曲线如图4所示。图4表明，入境货物列车的平均前往海关等待时间、平均通关时间和等待到发线空闲时间随着海关每日作业时间的增加而减小，三者呈现的变化趋势较为相似，仅在海关每日工作时间为11 h时存在微弱差异。造成差异现象的主要原因是每天入境列车到达不均衡，因此除海关每天工作总时间外，选择的工作时段同样对各项指标存在影响。例如，一天之中，由于中午安排了旅客列车、凌晨安排了维修天窗，货物列车在上午和下午这2个时间段内密集到达，若海关延长的工作时间段内没有列车到达，则延长的海关工作时间是无意义的。另外，延长海关作业时间后，由于需优先满足旅客列车到发时刻，货物列车可能存在需要等待旅客列车先发车的情况，但这种情况导致的时间延迟相比于通关时间较短，同时产生货物列车等待旅客列车先发车的情况也较少，因此总体而言影响不大。

对比图4b和图4c可明显看出，当海关每日工作时间大于9 h后，各项指标下降程度明显放缓，证明当海关工作时间超过9 h后，增加的工作时间对减缓拥堵的效果是有限的。模型推演结果和实验数据表明，在不调整车站设备、线路的情况下，将每日海关工作时间延长至9 h，可以有效缓解由于海关查验引发的拥堵，列车等待前往海关查验的时间下降了76.54%，列车通关时间下降了55.01%，列车等待到发线空闲时间下降了68.18%。特别是当工作时间在9 h，邻站取消发车数量降为0，代表可以满足每日接发10对列车的目标要求。

3.2.2　实验二：延长海关工作时间的分配方案

实验二对延长工作时间时如何分配增加的工作时间进行研究。决策分配的过程采用枚举的方式，按照合理且可行的原则，在每一个实验组内，列举不同分配方案。假定海关作业班组至少中午需休息1 h，下午若工作过久则需含晚上用餐时间1 h，且现行工作时间不调整(9：00—12：00，14：30—17：30保证在工作)，由于查验时需要照明，为保证查验质量应尽量减少在夜晚的查验时间，优先将增加的时间安排在白天，因此将每日查验工作时间可选择范围确定为8：00—22：00。同时为避免工作时间过于碎片化，早中晚每时段工作时间至少为1 h且尽量中间不间断。

实验二中实验组以实验一中实验第三组延长海关工作时间至9 h为例，对分配增加时间进行实验说明。在此情况下，设定可以延长的时间为：上午可延长1 h (8：00—9：00)，中午可延长1 h (13：30—14：30)，晚上可延长2 h (18：30—20：30)。因此在工作9 h的情况下，共有4种分配方案：早1中1晚1，早1中0晚2，早0中1晚2，早1中0.5晚1.5，分别命名为第3-1组，第3-2组，第3-3组，第3-4组。延长时间分配方案如表6所示，各组延长时间分配方案实验结果如表7所示。

根据表7可以看出，不同延长时段的分配方案在各项统计指标间均存在差异，各有优缺。以平均列车通关时间为主要评判依据，选择平均通关时间最短的第3-4组代表前述实验一中“延长海关工作时间至9 h”实验第三组的实验结果。海关不同的工作时间段受到达车流影响较大，若海关工作的时段内，大多货物列车未到达，或是未完成前序作业尚无法进行查验，则延长的工作时间是无意义的。确定过程采用枚举试验的方式，在每一个实验组内，提出几种不同的分配延长时间方案，针对各分配方案寻找一个最适合的工作时间段，尽可能地包含最多可以查验的列车，从而减少列车查验积压。

3.2.3　实验三：新建到发线，增加接发车能力

实验三测试增加到发线数量对提升车站各项能力的影响，对照情况按照现有条件所提假设运行。通过启用预留给玉溪侧使用的到发线，实验三模拟新增用于跨境列车接发的到发线数量，实现增加到发线1或2条。

实验三优化结果如表8所示。由表8可知，增加到发线可以有效减少取消邻站发车数量，但平均通关时间没有得到改善。增加到发线数量可以将拥堵控制在磨憨站内，减少拥堵对外蔓延，保障了中老铁路的整体运营效率，但是通过观察前往海关等待时间和平均通关时间可以发现，该2项数据指标均呈上升趋势，这是因为在不增加海关作业时间、没有缓解拥堵的情况下，接纳更多的列车进入车站，必然导致车站更加拥堵。

不同新增到发线数量下各项指标百分比变化如图5所示。由于不同等待时间的绝对值差异极大，因此选用每项时间指标的相对变化值进行说明。通过观察图5发现，增加到发线后最明显的改善是等待空闲到发线时间显著减少，但是等待前往海关查验的时间大幅上升，这是由于在查验能力不变的情况下接收了更多的入境货物列车所导致的。由于这部分时间占通关总时间的比例是较小的，因此不会对整体通关能力产生较大影响。另外，注意到平均列车通关时间和平均前往调车场拥堵时间相较于对照组的变化百分比均较小，尤其是平均前往调车场拥堵时间几乎为一条直线，因此导致两条折线接近重合，二者并不存在直接关联。

3.3　结果分析

模型推演发现磨憨站能力制约瓶颈在海关查验区。仿真优化实验结果表明，将每天海关查验工作时间从6 h延长到9 h，可使磨憨站铁路跨境联运能力提升55%，有效缓解中老铁路国际联运发展瓶颈；到发线数量的增加对于缓解车站拥堵意义不大，但可以有效阻止拥堵对外蔓延，可以通过新建1条到发线，增强车站抵御集中到达车流冲击的能力。

因此，针对磨憨站的拥堵问题，优先建议延长海关工作时间。此外，可以新建海关查验线并增配相应工作人员，或升级海关自动化查验设备，减轻人工作业强度，提升作业效率。同时，应严格海关查验作业标准，坚持履行“即到即作业即放”原则，减少列车在海关查验区的停留时间。

4　结束语

基于Anylogic软件进行口岸站优化研究，针对制约瓶颈，仿真优化实验结果表明，延长海关部门的作业时间将有效缓解中老铁路国际联运发展瓶颈；在不改变现有海关作业时间的情况下，通过新建到发线，使得车站的存车能力增加，也可缓解拥堵的对外蔓延，保障中老铁路整体运营效率。二者相比，优先建议延长海关工作时间，增加工作时间可以让海关部门更好地与24 h工作的铁路部门衔接，减少不必要的等待时间，提升通关效率。研究有助于提升中老铁路综合运输效益，更好地服务“一带一路”和西部陆海新通道。

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基金资助

湖南省教育厅资助科研项目(23A0007)

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题(P2024X004)

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题(RJ2024X017)

云南省铁路国际联合研发中心专项技术课题(202303AP140009)