Tactical block planning for intermodal rail transportation

Abstract

Le mémoire présente le problème de la planification tactique des “blocks” pour le transport ferroviaire intermodal, qui a été peu étudié jusqu’à présent. Nous proposons un nouveau modèle de design de réseau en tenant compte de la spécificité du transport intermodal. La recherche se concentre sur le contexte nord-américain et fait suite à une étroite collaboration avec l’une des principales compagnies ferroviaires nord-américaines. Le “blocking” constitue une importante opération de transport ferroviaire de marchandises, par laquelle des wagons d’origines et de destinations potentiellement différentes sont regroupés pour être d´eplacés et manipulés comme une seule unité, ce qui permet des économies d’échelle. La littérature se limite aux travaux traitant le problème classique du blocage des trains, où la demande est exprimée en termes de wagons. A notre connaissance, aucun travail préalable n’a été consacrè à un contexte de transport intermodal, où la demande est exprimée en termes de conteneurs à dèplacer d’un terminal d’origine donné vers un terminal de destination donné, introduisant ainsi un processus de consolidation supplémentaire. Nous proposons un modèle de “blocking” qui prend en compte plusieurs types de conteneurs et wagons, intégrant l’affectation conteneur-wagon. Nous présentons un nouveau modèle de design de réseau à trois couches en temps continu formulé sous la forme d’un programme linéaire mixte en nombres entiers (MILP), dans le but de minimiser le coût total de transport composé par la sélection de blocs, les coûts d’exploitation et la gestion du coût de la demande. Le modèle peut être résolu en utilisant un solveur commercial pour des tailles réalistes. Nous illustrons les performances et l’intérêt de la méthode proposée à travers une étude de cas approfondie d’un important chemin de fer nord-américain.

The thesis presents the tactical block-planning problem for intermodal railroads, which has been little studied so far. We propose a new block service network design model considering the specificity of intermodal rail. The research focuses on the North American context and follows a close collaboration with one of the major North American railroad companies. Blocking constitutes an important rail freight transport operation, by which cars with potentially different origins and destinations are grouped to be moved and handled as a single unit, yielding economies of scale. The literature is limited to works addressing the classical train blocking problem, where demand is given in terms of cars to be blocked among specific OD pairs. To the best of our knowledge, no prior work has been dedicated to an intermodal transportation context, where demand is expressed in terms of containers to be moved from a given origin terminal to a given destination terminal, hence introducing an additional consolidation process. We propose a blocking model that considers several types of containers and railcars, integrating the container-to-car assignment. We present a new continuous-time, three-layer service network design model formulated as a Mixed Integer Linear Program (MILP), with the objective of minimizing the total transportation cost composed by block selection, operation costs, and handling demand cost. The model can be solved using commercial solver for realistic sizes. We illustrate the performance and interest of the proposed method through an extensive case study of a major North American railroad.