2012年铁路货运服务网络平台开通，开启了我国铁路货运信息化的新篇章。与海运订舱相比，我国铁路线上订舱发展极其缓慢，目前采用“客户订舱—申请车皮—同意订舱—制订集疏运计划—装车出运”的滞后流程，在订舱至同意订舱期间，客户难以得到是否承运与承运时间等信息。随着信息化水平的提升，铁路线上订舱具备良好的发展前景，可为客户提供预订延伸服务[1]。线上订舱的承运流程为“预制集疏运计划—发布列车开行计划—客户订舱—接受订舱—调整集疏运计划—向客户反馈集疏运计划—装车出运”。海铁联运集疏运计划包括列车开行、箱车匹配、集装箱转运等子计划，不同于传统流程，铁路运营商需提前预制集疏运计划。线上订舱的组织基于客户需求，实务中，客户需求具有不确定性。海铁联运集装箱转运包括车船直取和堆场中转两种模式[2-3]，直接影响集装箱接卸运输费用。本文针对海铁联运系统，综合考虑需求不确定性和集装箱转运模式，制定集装箱疏运方案，构建快速响应的铁路订舱平台，以提高铁路场站的服务水平和管理能力。 目前，铁路线上订舱研究局限于定性分析，尚未展开定量研究。钱力[1]提出搭建铁路开放式订舱平台。韩晓鸣[4]提出搭建铁路集装箱公共信息平台。与铁路场站相关的定量研究多集中于设备资源的调度优化。Schepler等[5]以最小化船舶和列车的加权周转时间为目标，构建港区多码头间的船舶、列车和集卡的综合调度模型。Xie和Song[6]构建随机动态规划模型，研究海铁联运集装箱在铁路场站的预堆存问题。Hu等[7-8]构建时空网络优化模型，探讨多码头与多铁路场站之间的集装箱运输路径问题。Liu等[9]和Chang等[10]探讨海铁联运场站装卸资源的调度问题。 国内外对列车开行方案的研究主要从“点”和“线”两个角度展开。从“线”的角度，Newman和Yano等[11]、Khobotov等[12]与Crainic等[13]解决列车开行路径及沿线停靠时刻问题。连峰等[14]构建双层规划模型，决策班列枢纽站选址和发班频率。张小强等[15]运用收益管理理论探讨班列沿线开行方案与定价问题。基于多路线和多车站构成的铁路网，Zhang等[16]解决列车时刻表、停靠车站和网络维护调度问题。江雨星等[17-18]探讨集装箱与列车路径间的匹配问题，基于既定编组数量，决策班列沿线开行时刻，但忽略了客户服务水平目标。相较于“线”的角度，聚集于海铁联运节点的文献极少。基于既定箱量，Yan等[2-3]为提高车船直取箱量、减少进口箱在港停留，决策列车开行时间和集装箱转运数量，但忽略了列车开行成本，以及船舶和列车运输批量的衔接。基于定点模式和既定需求，邓夕贵等[19]构建双层规划模型，决策船舶卸箱时间、班列编组数量与开行顺序，但忽略了集装箱转运模式，且用列车开行时间推算卸船时间，与“以港口主导，铁路为港口提供集疏运服务”的实际业务逻辑矛盾。 对列车开行问题的现行研究多是基于既定需求展开[2-3，11-19]，而线上订舱的主要特征是需求不确定性。不确定需求主要利用随机规划[20]、机会约束[21]、鲁棒优化[22-23]进行转化。前两种方法均需明确需求的分布信息；若实际问题的需求分布难以准确获取，可采用鲁棒优化进行求解，即假设不确定参数属于一个有限集，使得优化解总能满足约束并且相对较优。 综上分析，铁路线上订舱的定量研究尚且空白。两头大、中间小的“哑铃现象”是影响铁路运输发展的关键原因[1]，具体体现在站与站间的运输时间和费用的压缩空间小，两端节点的列车开行方案涉及箱车匹配、装卸和转运等更繁杂的作业环节，在转运效率和接取费用方面的优化空间更大。此外，尤其是针对与海港相连的铁路场站这一节点，船舶与列车运输组织协同是海铁联运转运的核心任务。列车开行方案与集装箱转运模式和需求特征密切相关，同时受船舶在港时间的影响。不考虑转运模式和集装箱分配方案制定的列车开行方案缺乏科学性和全面性，难以为铁路运营商所接纳，而现有文献尚未展开集成研究。 因此，为改善“哑铃现象”，从铁路疏运起始“点”出发，首次提出基于线上订舱的海铁联运集装箱疏运鲁棒优化模型和算法，为铁路线上订舱的落地提供决策支持，并促进船舶和列车在运输批量和开行时间两方面的有效衔接。具体而言，本文提出了三个研究贡献。首先，考虑到港箱量的不确定性、集装箱多重特征、船舶时间窗，首次从定量层面，综合考虑列车开行成本和客户服务水平两指标，构建海铁联运集装箱疏运鲁棒优化模型，解决线上订舱流程的第一步。其次，证明了所研究优化问题为NP难问题，基于所研究问题的属性和特征，融合CPLEX、贪婪算法和变邻域搜索（variable neighborhood search，VNS）算法，设计了嵌入CPLEX的混合变邻域搜索（hybrid VNS，HVNS）算法求解问题，简称CPLEX-HNVS算法。最后，虽然本文研究的是单周期海铁联运集装箱疏运优化问题，但多周期问题可归结为多个独立的单周期问题。原因在于，考虑转运过程中集装箱的所有状态，规划期末未离站集装箱的状态转化为下一周期规划前已在站集装箱；并且考虑了列车在站时间的连续性特征，当列车开行时间超过规划期，则按照实际开行时间计算目标函数；此外，本文所提出优化目标同样是场站运营的长期目标。 1 问题描述 本文研究针对海港型铁路集装箱场站，连接着港口和腹地铁路网，实现海铁联运集装箱（下文简称为集装箱）的中转与集疏运，其布局如图1所示。与集运相比，疏运更能体现铁路与海运的衔接，因而，以铁路疏运为例展开研究。疏运集装箱有两种转运模式，一是“卸船→装车”的车船直取模式，即集装箱无须在堆场堆存，到港后从船舶卸载至集卡，直接运输至铁路装卸线，装载至列车出运，此模式周转效率最高，可减少场桥两次装卸操作，降低装卸成本，但要求班轮到港时间与列车到站时间高度协调；二是“卸船→堆存→装车”的堆场中转模式，到港集装箱从船舶卸载至堆场暂存，待列车到站后方装车出运，这对列车开行时间要求较低。车船直取模式可直观地反映船舶与列车的衔接水平，减少港站作业环节和设备作业的复杂性，降低港站作业成本；然而，一定时期内，车船直取疏运箱量的增加，意味着堆场内等待疏运的集装箱难以及时周转。因此，合理地平衡车船直取箱量和堆场中转箱量，也是制定列车疏运计划的关键决策之一。
