軸輻式多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)下冷鏈物流運(yùn)輸方式優(yōu)化研究

李帥帥　張諍　趙叢叢

摘 要：考慮到冷鮮產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中，環(huán)境變化、運(yùn)輸時(shí)間的長(zhǎng)短、溫度的高低均能造成冷鮮產(chǎn)品的變質(zhì)，造成成本增加。所以在運(yùn)輸過程中，將軸輻式網(wǎng)絡(luò)理論和多式聯(lián)運(yùn)理論引入冷鏈物流運(yùn)輸過程中，在構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)的同時(shí)考慮碳排放、貨損費(fèi)用等，在保證廣義成本最小基礎(chǔ)上，用Dijkstra算法對(duì)其進(jìn)行求解，得到最優(yōu)的聯(lián)運(yùn)方式。

關(guān)鍵詞：軸輻式網(wǎng)絡(luò)理論；多式聯(lián)運(yùn)理論；冷鏈物流

中圖分類號(hào)：F506 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： Considering the cold fresh products in the process of transportation， the environment changes， transport time and temperature can cause the stale， so in the process of transportation， introduce the hub-and-spoke network theory and intermodal transportation into the process of cold chain logistics. In constructing the objective function at the same time consider carbon emissions and bad cost of products， on the basis of minimum cost， utilize dijkstra algorithm to get the best of intermodal transportation.

Key words： hub-and-spoke theory； intermodal transportation； cold chain logistics

0 引 言

我國(guó)處在多種交通方式快速發(fā)展時(shí)期，綜合性交通體系正在被快速的發(fā)展和完善，目前很多物流企業(yè)看到了多式聯(lián)運(yùn)廣闊的發(fā)展空間，尤其是在國(guó)際貿(mào)易中在運(yùn)輸條件允許的情況下都會(huì)選擇多式聯(lián)運(yùn)，他們就會(huì)更加關(guān)注多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸成本和時(shí)間。此外，多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)體系在提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展時(shí)仍然存在很多問題，如運(yùn)輸模式單一、管理結(jié)構(gòu)合理性差、固定的運(yùn)輸線路及各種運(yùn)輸方式之間的銜接不恰當(dāng)?shù)?。隨著環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，國(guó)家提倡綠色物流的發(fā)展模式，同樣加大多式聯(lián)運(yùn)的難度。

許多學(xué)者針對(duì)以上問題做了很多研究。其中，張運(yùn)河[1]運(yùn)用廣義最短路徑法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最后使目標(biāo)函數(shù)可以用Dijkstra算法進(jìn)行求解，從而獲得使廣義成本最小的聯(lián)運(yùn)方案。陳雷[2]將碳排放量引入多式聯(lián)運(yùn)模型中，然后進(jìn)行多式聯(lián)運(yùn)方式的選擇，并用C++調(diào)用LINGO程序進(jìn)行求解。佟璐[3]從影響多式聯(lián)運(yùn)的運(yùn)輸費(fèi)用相關(guān)因素出發(fā)，將多式聯(lián)運(yùn)路徑問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)廣義的最短路徑問題，并運(yùn)用蟻群算法進(jìn)行求解。盛景軍[4]采用收斂速度較高的Pareto混合遺傳算法對(duì)多式聯(lián)運(yùn)模型進(jìn)行求解，通過實(shí)例驗(yàn)證算法有效性。雷定猷[5]從可行性和合理性角度出發(fā)，分析了長(zhǎng)大貨物多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化影響因素。以最小運(yùn)輸時(shí)間、里程、費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)，最后應(yīng)用遺傳算法進(jìn)行求解。康凱[6]從承運(yùn)人和客戶的利益出發(fā)，采用啟發(fā)式算法，構(gòu)建運(yùn)輸方式選擇與運(yùn)輸優(yōu)化模型，運(yùn)用粒子群—蟻群雙層優(yōu)化算法進(jìn)行求解。楊雪[7]考慮運(yùn)輸時(shí)間、運(yùn)輸成本、換裝時(shí)間和換裝成本，用定量研究的方法，以時(shí)間和成本的廣義成本最小為目標(biāo)函數(shù)，選擇最佳的多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸路線以及運(yùn)輸方式。孫麗娜[8]在前人研究的基礎(chǔ)上，考慮了運(yùn)輸成本、固定成本以及運(yùn)量和運(yùn)輸時(shí)間窗的限制，以網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用最小建立模型，最后運(yùn)用禁忌搜索算法進(jìn)行求解。

上述各學(xué)者從不同的方面構(gòu)建多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)模型，在構(gòu)建模型方面，有些模型以單一的運(yùn)輸費(fèi)用、時(shí)間、承運(yùn)人服務(wù)水平為目標(biāo)，沒有綜合考慮各個(gè)因素共同的影響。有些忽略了碳排放、滿載率、客戶的時(shí)間窗的約束。為此，在構(gòu)建多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，引入了軸輻理論，在構(gòu)建模型時(shí)考慮總時(shí)間、碳排放成本、滿載率等因素，以廣義的最小費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)，最后運(yùn)用

Dijkstra算法對(duì)模型進(jìn)行求解分析，為以后的相關(guān)研究提供理論基礎(chǔ)。

1 軸輻式多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

1.1 軸輻式網(wǎng)絡(luò)概述

軸輻式網(wǎng)絡(luò)由軸（Hub）和輻（Spoke）組成。其中軸代表網(wǎng)絡(luò)的中轉(zhuǎn)站的節(jié)點(diǎn)，輻代表著由中轉(zhuǎn)站節(jié)點(diǎn)輻射的線路。

1.2 軸輻式多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

本文所探索的軸輻式多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)可定義為：貨物在起始的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行集聚，經(jīng)過若干個(gè)中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，最后在目的地把貨物疏散到配送中心，由配送中心配送到零售商，以達(dá)到最優(yōu)的聯(lián)運(yùn)方式，降低網(wǎng)絡(luò)成本。

軸輻式多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)中存在著多種運(yùn)輸方式，為了合理表示出運(yùn)輸方式間的轉(zhuǎn)運(yùn)，要將它進(jìn)行相應(yīng)的變換。網(wǎng)絡(luò)變換方法如下：

如果在兩個(gè)中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)之間有運(yùn)輸方式發(fā)生轉(zhuǎn)運(yùn)，把這一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行拆分處理，在拆分節(jié)點(diǎn)間添加相應(yīng)的線條和換裝線，一種線條對(duì)應(yīng)一種運(yùn)輸方式。任意兩種運(yùn)輸方式間通過換裝線進(jìn)行運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)換。如圖1所示，O、A、B、C、D其中O、D代表城市的起始節(jié)點(diǎn)和目的地，A、B、C為中轉(zhuǎn)站，每個(gè)中轉(zhuǎn)站可以提供3種常用的運(yùn)輸方式。

2 運(yùn)輸方式優(yōu)化模型的建立

2.1 運(yùn)輸問題的提出

假設(shè)某物流企業(yè)在起始節(jié)點(diǎn)O點(diǎn)進(jìn)行貨物集結(jié)，之后把貨物途經(jīng)若干個(gè)城市運(yùn)輸?shù)浇K端D，這些城市之中有若干個(gè)節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行貨物中轉(zhuǎn)，每個(gè)城市可以提供的常用的運(yùn)輸方式，最多有鐵路、公路、航空3種，每個(gè)城市任意兩種運(yùn)輸方式的中轉(zhuǎn)費(fèi)用相同，然后再由物流配送中心把貨物分散到各個(gè)零售網(wǎng)點(diǎn)，完成貨物運(yùn)輸?shù)娜^程，本文只進(jìn)行干線運(yùn)輸方式優(yōu)化，在后續(xù)的研究中再對(duì)配送路徑進(jìn)行探索。

2.2 假設(shè)條件

假設(shè)1 貨物只能在轉(zhuǎn)運(yùn)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只能轉(zhuǎn)運(yùn)一次；

假設(shè)2 貨物在運(yùn)輸過程中，要看成一個(gè)整體；

假設(shè)3 貨物在兩節(jié)點(diǎn)之間只能選擇一條路徑、一種運(yùn)輸方式；

假設(shè)4 貨物在運(yùn)輸過程中不考慮路況和交通流量的影響；

假設(shè)5 不考慮貨物的集結(jié)時(shí)間。

2.3 運(yùn)輸方式優(yōu)化模型的建立

在上述模型中，式（1）為目標(biāo)函數(shù)聯(lián)運(yùn)總成本最小，由貨物運(yùn)輸成本、中轉(zhuǎn)成本和貨損成本構(gòu)成；式（2）為運(yùn)輸能力約束；式（3）為兩城市之間只能選擇一種運(yùn)輸方式；式（4）表明只能在中轉(zhuǎn)城市才能進(jìn)行中轉(zhuǎn)；式（5）防止各運(yùn)輸方式發(fā)生沖突，如果在城市i運(yùn)輸方式由k轉(zhuǎn)換為l，從城市i-1到城市i聯(lián)運(yùn)方式為k，從i到i+1聯(lián)運(yùn)方式采用l；式（6）為運(yùn)輸過程中消耗的總時(shí)間；式（7）為運(yùn)輸過程中總的碳排放費(fèi)用。

3 Dijkstra算法求解聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)運(yùn)輸方式問題

4 算例分析

某物流公司想運(yùn)送50T貨物，從起始地O到物流配送中心D，途中經(jīng)過四個(gè)城市，各個(gè)城市之間都能進(jìn)行運(yùn)輸方式的中轉(zhuǎn)時(shí)間和中轉(zhuǎn)費(fèi)用如表1，表2為各運(yùn)輸方式的其他參數(shù)，表3為各運(yùn)輸方式的距離，同種運(yùn)輸方式中轉(zhuǎn)費(fèi)用為0，不同運(yùn)輸方式的中轉(zhuǎn)費(fèi)用相同為2，在綜合考慮各種費(fèi)用條件下，如何進(jìn)行運(yùn)輸，才能得到使目標(biāo)函數(shù)最小且最優(yōu)聯(lián)運(yùn)方式？

應(yīng)用Dijkstra算法對(duì)算例進(jìn)行求解，首先構(gòu)建如圖2最短路徑計(jì)算網(wǎng)絡(luò)示意圖，由公式（1）求出每一條邊的最小權(quán)值，利用Dijkstra算法的求解步驟進(jìn)行求解，得到最優(yōu)的聯(lián)運(yùn)方案（假設(shè)碳稅稅率=0.02元/kg，θ=0.03）。

應(yīng)用MATLAB R2012b進(jìn)行求解，求解結(jié)果如圖3所示：

總時(shí)間為27.5h，總費(fèi)用為9 100元，在貨物集結(jié)和配送時(shí)均用公路運(yùn)輸，圖3沒有表示出集結(jié)和配送兩過程。

5 結(jié) 論

多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是一個(gè)多約束條件的綜合性規(guī)劃問題，本文創(chuàng)新點(diǎn)在目標(biāo)函數(shù)中加入碳排放費(fèi)用、貨損費(fèi)用、中轉(zhuǎn)費(fèi)用等，使求得的最優(yōu)聯(lián)運(yùn)方式成本更加接近實(shí)際。在構(gòu)建聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，文章引入了軸輻式理論，進(jìn)行聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，進(jìn)一步提高了運(yùn)輸工具的滿載率，降低了單位運(yùn)輸成本。另外，本文在探索過程中忽略了交通量和時(shí)間窗對(duì)運(yùn)輸方式選擇造成的影響，這些問題是今后的研究重點(diǎn)。

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