物流樞紐對周邊交通影響分析＊

孫焰 高源發(fā) 鄭文家

（同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室 上海 201804）

0 引 言

物流樞紐是物流網絡中貨物流的重要集散中心，它不僅是關系全局的重要物流組織和生產基地，保證物流網絡暢通、實施宏觀調控的重點，同時又是物流網絡中各節(jié)點設施相互聯系、相互配合的重要環(huán)節(jié)和支持所在地區(qū)經濟和社會發(fā)展的重要基礎設施、聯系紐帶，因此物流樞紐在物流網絡系統(tǒng)中具有特殊重要的地位和作用.

對于物流樞紐而言，當其建成后投入使用，內部將會產生大量的客運流量和貨運流量，會對樞紐周圍的交通產生巨大的影響.同時，由于客運流量與貨運流量的組織方法并不相同，因此，如果樞紐周圍客貨運交通的組織沒有做好，那么樞紐的交通將會十分混亂，不僅僅影響樞紐內員工的出行，還影響了物流樞紐的作業(yè)效率.因此在樞紐建設時，得到樞紐交通量后，需要根據一定的交通規(guī)則和理論方法，去進行交通量的分配，把交通量分配到各條道路上，使得樞紐內部的交通更加順暢.

1 樞紐最優(yōu)貨運交通組織模式

對于物流樞紐的客運流量而言，由于其具有很大的自由性，因此難以通過一定的交通管理措施進行控制，其總會選擇最短路或者是時間最少的道路，而對于貨運流量而言，在樞紐內部可以通過一定的交通管理措施進行調控，合理的分配貨運交通的流量.

對于交通分配而言，目前廣泛使用的便是1952年Wardrop 所提出的分配理論.其包括Wardrop第一原理和Wardrop第二原理，即系統(tǒng)中的個體最優(yōu)和系統(tǒng)總體最優(yōu)［1］.

對于物流樞紐這一個系統(tǒng)而言，考慮到如果采用個體最優(yōu)，則所有的個體都會選擇最短的道路進行行駛，而道路上的容量是一定的，這樣一來必然會造成樞紐內部道路的擁堵；而如果采用系統(tǒng)總體最優(yōu)，那么通過一定的組織方法，會使得系統(tǒng)內部的用戶總和最優(yōu)，從而路網的使用更加健康和良好.因此通過以上的分析，本文決定采用Wardrop第二原理，以其為交通分配的基本原理進行物流樞紐內部的交通分配.

1.1 貨運交通分配模型建立

為了方便對交通運輸網絡的描述，采用一個有向圖表示，即G=（V，E）.其中：V為所有的頂點的組合；E為所有的邊的組合.定義路網上的弧為eij，dij為eij的長度，bij為eijh的容量.定義K為所有車流的集合；nk為第k支車流的流量.定義決策變量為流量nk是否選擇eij這條路.

考慮到路網的通行能力，可以知道，當一條道路上的車流過多時，其行駛的速度會受到一定的影響，并且會影響到其通行的時間，因此如果考慮采用總行駛時間最少，那么必然要考慮各條道路的路阻函數，將會給分配帶來許多麻煩.在此，本文決定采用總的車公里數最少作為系統(tǒng)最優(yōu)的目標.并為了保證對貨運流量的管理和控制，規(guī)定OD 間車流不能分開.因此，貨運交通分配的目標函數為

為了保證路網收發(fā)點和中間點的流量平衡，則要求

為了保證各條路的總車流量受通過能力的約束，并且車流分配盡可能的均勻，防止某些路段上的流量過于集中，要求：

1.2 貨運交通分配模型算法設計

根據以上模型的建立，可以看出是NP 困難問題.目前對于NP困難問題而言，采用精確計算方法工作量大，因此人們的研究都偏向于啟發(fā)式算法.目前啟發(fā)式算法主要包括禁忌搜索算法、模擬退火算法、遺傳算法、蟻群優(yōu)化算法等［2］.本文采用貪婪取走啟發(fā)式算法進行模型的求解.

由于本文的目標函數為總的車公里數最少，而對于物流樞紐而言，其在一定時間內的交通流量是固定的，所以車輛的行駛距離將會直接影響到本文的目標函數，因此為了保證總的車公里數最小，車輛需要盡可能的選擇最短路，但是考慮到路段飽和度的約束，所有的交通流量都選擇最短路徑是不可能的，因此當路段的飽和度不滿足約束時，需要放棄最短路，選擇繞行，以保證系統(tǒng)最優(yōu)的目的.通過資料的收集可以知道，最短路的距離越小，其繞行的能力越差，因此流量分配的順序將會由各個OD 的最短路的距離來決定，優(yōu)先分配最短路距離小的流量.而在選擇最小的最短路距離時，如果是惟一的，則直接進行分配；如果不惟一，則利用每一個OD 對的次短路的距離比上最短路的距離，其比值的大小將會反映繞行的代價的大小，比值越大，其繞行的代價越大，因此應該選擇比值最大的那個OD 對進行分配.依此循環(huán)，直到所有的OD 對都分配完成為止.

根據以上的算法思路，該模型的求解步驟如下.

1）輸入OD 流量和各個節(jié)點的距離.

2）采用深度優(yōu)先搜索算法，求出所有具有流量的OD 的路徑，并進行排序.

3）在所有具有流量的OD 的最短路徑中，找出最小的，并獲得其起訖點，進行分配.

4）判斷最小的最短路徑是否惟一，如果惟一則按照最短路徑分配，其中要滿足容量和飽和度的限制；如果不惟一，那么計算其繞行代價，優(yōu)先分配繞行代價最大的那個OD 對.對于飽和度的限制，本文規(guī)定每一路段的飽和度都必須小于0.7，如果飽和度不符合，需要進行繞行.

5）分配完成后，修改各個路徑的容量和流量，并把該OD 對的最短距離變成無窮大.

6）判斷是否已經分配完成.若是則結束，若不是則轉第3步.

2 客貨運路徑優(yōu)化分配模式

物流樞紐的客流主要是因為樞紐內部企業(yè)員工的上下班而引起的，其具有很強的規(guī)律性，而對于貨流而言，其主要是由于樞紐內的物流作業(yè)所引起的，雖然其也存在一定的規(guī)律，但是當客流與貨流交叉時，就會存在兩者的高峰期是否一致的問題，因此在本文中，對于客貨運路徑分配的模式，決定采用2種方案，分別應對客運與貨運的高峰期是否一致的問題.

2.1 客運與貨運的高峰期一致

當客運和貨運的高峰期都一致的時候，由于貨運車輛在物流樞紐內部可以通過一定的交通運輸組織來進行控制，而客運的流量會采用最短路徑，這時候路網上客運流量與貨運流量會共同使用道路設施，因此首先應該把不同類型的車輛，根據車輛換算系數，把全部的流量都換算成標準車進行計算.根據《公路工程技術標準》，將小客車作為標準車型，車輛換算系數見表1［3］.

把車輛換算成標準車后，首先按照全有全無的分配原則，把從外部到達物流樞紐和物流樞紐出去的客運流量分配到各條道路上，并根據每條道路的容量限制和分配所得的客運流量，修改交通運輸網絡模型中道路的容量，得到一個新的有向圖.再根據所得到的新的有向圖進行貨運流量的分配，對于貨運流量的分配，首先需要修正物流樞紐周圍的道路容量，使其變成無窮大，實現了在樞紐內部按照內部交通組織來進行行走，而在外部按照全有全無的分配方法進行分配，然后再與真實的交通流量相比較，根據交通影響評價的計算指標，得到物流樞紐對周圍交通的影響，并進行分析.因此其交通分配的步驟為：

表1 標準車的車輛換算系數

1）把客運流量和貨運流量轉化為標準車流量.

2）客運流量按照全有全無的方式進行分配.

3）修正交通網絡模型上道路的流量和容量.

4）按照貨運交通分配模型的算法分配貨運的流量.

5）計算道路的飽和度，分析物流樞紐對周圍交通的影響.

芭蕉現存俳句983首〔1〕，其中約40首俳句帶有表示顏色的詞，帶“白”字的24首，帶“青”字的11首，帶“紅”字的4首，帶“紫”字的2首。在芭蕉的色彩意識中，“白”“青”占絕對優(yōu)勢。此外，尚有為數較多的間接表示顏色意味的詞，如“月”“雨”“雪”“露”等表示“白色”或“無色”的詞，由此可見，芭蕉的色彩意識總體傾向于自然色，對于濃麗的色彩有回避傾向。

2.2 客運與貨運的高峰期不一致

當客運與貨運的高峰期不一致時，無論是客運還是貨運，其都會使用運輸網絡中的道路，并且由于其高峰期不一致，那么會導致在某一個流量的高峰期只有貨運或者是客運在使用道路.因此，本文進行均衡處理，即首先把物流樞紐里的客運和貨運交通量全都按照車輛換算系數轉化成標準車，然后再把轉化后的標準車按照貨運交通分配模型分配到交通運輸網絡中.其交通分配的步驟為：

1）把客運流量和貨運流量轉化為標準車流量.

2）把轉化后的客運流量和貨運流量進行相加，得到路網上的總流量.

3）輸入交通網絡模型上道路的流量和容量.

4）按照交通流量分配模型的算法進行分配總的流量.

5）計算道路的飽和度，分析物流樞紐對周圍交通的影響.

3 交通影響評價指標選擇

1）對周邊路段影響 選取路網的飽和度（LOS）指標來反映城市內一定區(qū)域的路網服務水平，即

表2 路網飽和度指標評價標準

2）對整個路網的影響分析 物流樞紐建成前后對影響范圍內主要路段的平均影響度為［5-6］

式中：Vi為路段的交通流量；Ci為路段的道路容量；Is為建設項目建成前后對影響范圍內路段的平均影響度；m為影響范圍內主要路段的個數，主要路段包括主干路和次干路以及較重要的支路.

在本文中，為了便于計算，著重關注路網的飽和度（LOS）這一指標，通過這一指標來反應各條道路的使用情況.

4 案例分析

利用本文所提出的物流樞紐對周圍交通環(huán)境的影響分析方法，選取福建漳龍物流樞紐進行實證研究，以驗證該方法的可行性和可操作性.

漳龍物流樞紐是漳州漳龍物流園區(qū)開發(fā)有限公司投資興建的綜合型物流樞紐，該樞紐現狀用地位于漳州市九龍大道270號，距漳龍高速入口2km、郭坑火車站5km、漳州貨運站3km，距漳州港20km、廈門50km，相鄰漳州藍田工業(yè)區(qū)和龍文經濟開發(fā)區(qū).見圖1.

圖1 漳龍物流樞紐范圍示意圖

漳龍物流樞紐未來規(guī)劃的外部道路中，金寶路為東西向的橫向道路，根據它在樞紐中作為連接物流樞紐與外部地區(qū)的快速通道的重要地位，道路橫斷面定位雙向4車道，其余的3條南北方向的縱向道路為金上路、金洋路和金秋路，道路橫斷面定位為雙向2車道.在對外的通道上，主要包括：樞紐南邊的高速引線、樞紐東邊的漳華路、樞紐北面的金龍路、樞紐西面的金塘路這四條道路.根據樞紐的道路設計，其交通網絡的各項參數見圖2，各等級公路的通行能力見表3.

圖2 漳龍物流樞紐交通網絡各項參數

表3 一級公路每車道的設計通行能力

同時，該物流樞紐的客貨運交通流量見表4～5.

表4 物流樞紐高峰小時貨運OD表 pcu／h

當客運和貨運的高峰期一致時，利用上文的算法，得到的分配結果見圖3.其中線條的顏色和寬度表示了道路的擁擠程度，即VC比.

表5 物流樞紐高峰小時客運OD表 pcu／h

圖3 客運與貨運高峰期一致時的分配結果

當客運和貨運的高峰期不一致的時候，利用上文的算法，得到的分配結果見圖4.

圖4 客運與貨運高峰期不一致時的分配結果

如果全部的客運流量和貨運流量都按照全有全無進行分配，則運行的結果見圖5.

圖5 按照全有全無分配結果

對比以上3 種情況，選取其中流量最大的6條路徑的結果，見表6.

表6 3種分配方法的結果對比

通過以上圖表的對比，可以看出，相比于全有全無分配，本文的模型可以較好的實現物流樞紐交通的分配，并且分配的結果對周圍的影響也較小，具有良好的實用性.

5 結束語

為了進行物流樞紐交通影響分析，需要對樞紐的流量進行相應的組織，減少其對周圍交通的影響.針對物流樞紐里的貨流，文中建立了貨運交通分配模型，并且設計了貪婪取走啟發(fā)式算法.同時，考慮到物流樞紐內既有客流又有貨流，因此本文綜合考慮了物流樞紐里這兩種不同的流量，針對這兩種流量存在高峰期不一致的情況，設計了不同的流量分配方法.最后，通過實例研究，證明了本文方法的可靠性和實用性.該研究方法可對城市物流樞紐的規(guī)劃產生積極影響，有助于規(guī)劃決策者在建設物流樞紐時綜合考慮其對周邊路網的影響.

［1］任科社.交通運輸系統(tǒng)規(guī)劃［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［2］孫 焰.現代物流管理技術［M］.上海：同濟大學出版社，2011.

［3］中華人民共和國交通部.JTG B01-2003公路工程技術標準［S］.北京：交通部公路司，2004.

［4］馬玉紅.物流園區(qū)交通影響分析方法研究［D］.長春：吉林大學，2007.

［5］彭 弛.物流園區(qū)交通影響分析研究［D］.長沙：長沙理工大學，2007.

［6］張劍宇，封學軍，王 偉，等.物流園區(qū)交通影響分析研究［J］.物流科技，2008（6）：55-58.