救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)解構(gòu)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

王熹徽，李 峰，梁 樑

(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)管理學(xué)院，安徽 合肥 230026)

救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)解構(gòu)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

王熹徽，李 峰，梁 樑

(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)管理學(xué)院，安徽 合肥 230026)

本文依據(jù)采購-儲(chǔ)存-運(yùn)輸三點(diǎn)決策過程，將現(xiàn)實(shí)中復(fù)雜的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)解構(gòu)為8類直線型物資供應(yīng)鏈。構(gòu)建了以最小化社會(huì)損失為首要目標(biāo)的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，該模型可在救災(zāi)行動(dòng)績(jī)效不降低的情況下，給出最優(yōu)的最低成本物資供應(yīng)鏈組合，或在成本不增加的情況下，得到最優(yōu)的最大救災(zāi)行動(dòng)績(jī)效物資供應(yīng)鏈組合。以5.30盈江地震為對(duì)象，利用真實(shí)數(shù)據(jù)對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行了驗(yàn)證，并在此基礎(chǔ)上對(duì)不同情境下的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。研究發(fā)現(xiàn)，物資類型和地區(qū)類型變化會(huì)改變救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)，但物資需求量的變化并不會(huì)顯著改變救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)，而只影響供應(yīng)鏈的增減和物資承載量的增減。本研究厘清了救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和流程，為進(jìn)一步優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)，所提出的優(yōu)化模型既可用于應(yīng)急條件下救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的即時(shí)構(gòu)建，又可為和平時(shí)期救災(zāi)物資儲(chǔ)備體系的建設(shè)提供方向性指導(dǎo)。

救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)解構(gòu)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；救災(zāi)應(yīng)急運(yùn)作管理

1 引言

近年來，世界范圍內(nèi)災(zāi)害頻發(fā)，人類社會(huì)遭受了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。研究表明，全球每年約有500次災(zāi)害，共造成兩億人受災(zāi)，75000人死亡[1]。而在過去的十年中，僅自然災(zāi)害平均每年造成200億美元的直接經(jīng)濟(jì)損失[2]。面對(duì)日益嚴(yán)峻的災(zāi)害形勢(shì)，各救援組織都試圖通過積極應(yīng)對(duì)和科學(xué)決策以提高救災(zāi)應(yīng)急管理水平，從而減少或避免人員傷亡，減輕或消除社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失。在救援行動(dòng)中，物資救援是滿足生存需求和救援需求的關(guān)鍵，而救災(zāi)物流更是占據(jù)救援成本的80%以上[1]。雖然理論界和救援組織對(duì)救災(zāi)物資的供應(yīng)問題進(jìn)行了細(xì)致研究，也推出了一些具體措施，但是，在各個(gè)極端災(zāi)害的救援中，救災(zāi)物資延遲仍普遍存在。因救災(zāi)物資緊缺或延遲造成的損失，也約占災(zāi)害總損失的15%-20%[3]。我們認(rèn)為，造成救災(zāi)物資供應(yīng)低效的一個(gè)重要原因是救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)不合理，其結(jié)構(gòu)優(yōu)化水平低。一般而言，救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)涉及多個(gè)成員和多種決策與策略，所以，其現(xiàn)實(shí)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。而現(xiàn)有研究往往人為地選取一類供應(yīng)鏈進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化，這樣即使存在最優(yōu)解，也僅僅是局部最優(yōu)。

本文主要研究救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題。鑒于救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，現(xiàn)有研究中一部分主要著眼于客觀存在的實(shí)體供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，并在固定的物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上進(jìn)行優(yōu)化。如Sheu和Pan Cheng[4]為應(yīng)對(duì)大規(guī)模自然災(zāi)害提出了集中式應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法，Li等[5]研究了颶風(fēng)災(zāi)害中的庇護(hù)所網(wǎng)絡(luò)選址問題，文獻(xiàn)[6-8]研究了應(yīng)急物資配送中心的選址問題。其實(shí)質(zhì)都是在備選地點(diǎn)集合中選出一個(gè)最優(yōu)組合，使得災(zāi)害發(fā)生時(shí)救災(zāi)物資能夠在最短時(shí)間內(nèi)滿足災(zāi)區(qū)的最大需求。此外，運(yùn)輸路徑優(yōu)化問題也是建立在客觀存在的實(shí)體網(wǎng)絡(luò)之上，如Campbell等[9-10]。另一部分研究則側(cè)重于抽象的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(供應(yīng)鏈)。一般認(rèn)為，救災(zāi)物資運(yùn)作管理問題應(yīng)分為“獲取-儲(chǔ)存-分配/運(yùn)輸”三個(gè)階段進(jìn)行研究[11-12]，從而構(gòu)成了一條完整的救災(zāi)物資供應(yīng)鏈[13-14]。以救災(zāi)物資供應(yīng)鏈的視角來管理救災(zāi)物資，有助于提升救災(zāi)物資運(yùn)作管理效率，從而更好地服務(wù)于災(zāi)害應(yīng)急救援。但是，現(xiàn)有研究只是孤立地考察了其中一個(gè)或者兩個(gè)點(diǎn)，人為地將救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)軀解。如Chakravarty[15]和Wang Xihui等[16]研究了救災(zāi)物資供應(yīng)鏈中的采購問題，Ozguven和Ozbay[17]何Das和Hanaoka[18]進(jìn)行了救災(zāi)物資庫存問題研究，而Bozorgi-Amiri等[19]和?zdamar等[20]則考察了救災(zāi)物資供應(yīng)鏈中的運(yùn)輸問題。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)該問題的研究同樣遵從實(shí)體網(wǎng)絡(luò)與抽象網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)維度。實(shí)體網(wǎng)絡(luò)方面，楊繼君和佘廉[21]和劉舒悅等[22]研究了救災(zāi)物資的優(yōu)化調(diào)運(yùn)問題，祁明亮等[23]和阮俊虎等[24]研究了救援物資的聯(lián)合運(yùn)送問題，張玲等[25]和倪冠群等[26]考察了應(yīng)急避難點(diǎn)與配送中心的選址決策，劉長(zhǎng)石等[27]則運(yùn)用模糊方法研究了救災(zāi)物質(zhì)的定位與路徑規(guī)劃問題。抽象網(wǎng)絡(luò)方面，王熹徽和梁樑[28]和張琳等[29]從供應(yīng)鏈的視角研究了救災(zāi)物資的采購問題，吳勇剛等[30]則研究了針對(duì)救災(zāi)物資的災(zāi)害應(yīng)對(duì)策略，包括預(yù)先購買/即時(shí)購買與外包物流/自主物流。

從救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的全過程來看，現(xiàn)有文獻(xiàn)大都只研究了救災(zāi)物資供應(yīng)鏈的一部分，或是在特定供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)下針對(duì)個(gè)別決策的局部?jī)?yōu)化問題，缺少對(duì)救災(zāi)物資供應(yīng)鏈全局的把握。如Balcik和Ak[31]在研究供應(yīng)商選擇問題時(shí)自動(dòng)采用了“災(zāi)前預(yù)先購買-供應(yīng)商儲(chǔ)存-供應(yīng)商運(yùn)輸”的供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)；Chakravarty[32]則考察了一個(gè)“零售商-救助提供商-物流服務(wù)提供商-災(zāi)區(qū)”的救援鏈結(jié)構(gòu)。對(duì)救災(zāi)物資供應(yīng)鏈部分內(nèi)容的優(yōu)化，雖然可以在局部上提升救援績(jī)效，但對(duì)整個(gè)救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)而言可能收效甚微。因?yàn)閷?duì)一個(gè)救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的局部進(jìn)行諸如采購、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)葍?yōu)化決策，并不能得到一個(gè)適用于全局的最優(yōu)解。雖然也有一些學(xué)者考察了救災(zāi)物資供應(yīng)的全過程網(wǎng)絡(luò)，如Altay等[33]提出了災(zāi)害救援的集成物流模型，Balcik等[11]提出了救災(zāi)物資供應(yīng)的一般網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但他們都僅僅提供了一個(gè)抽象的理論框架，并不能夠進(jìn)行建模分析。此外，Chakravarty[15]、吳勇剛等[30]和Wang Xihui等[34]的研究表明，不同的救災(zāi)物資供應(yīng)鏈策略會(huì)導(dǎo)致不同的效能，而救援情境也影響著救援鏈的結(jié)構(gòu)和運(yùn)作。受此啟發(fā)，我們認(rèn)為，不同的救災(zāi)物資供應(yīng)鏈具有不同的特征，應(yīng)該被用于不同的災(zāi)害情境。這有兩層含義，其一，不同的救災(zāi)物資供應(yīng)鏈在不同的災(zāi)害情境中會(huì)產(chǎn)生不同的救援績(jī)效；其二，不同的災(zāi)害情境應(yīng)該采用不同的救災(zāi)物資供應(yīng)鏈組合。鑒于此，本文將對(duì)救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，決定不同災(zāi)害情境下最優(yōu)的救災(zāi)物資供應(yīng)鏈組合，以及每類獨(dú)立供應(yīng)鏈所承載的最優(yōu)物資量。特別地，本文主要考察救災(zāi)物資的供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，并通過對(duì)其建模分析而給出災(zāi)害情境下的結(jié)構(gòu)優(yōu)化決策。該網(wǎng)絡(luò)與已有研究的不同之處在于：(1)抽象網(wǎng)絡(luò)；本文研究的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)并不具有實(shí)體的物理結(jié)構(gòu)，而是通過對(duì)救災(zāi)物資供應(yīng)鏈運(yùn)作過程的抽象而提煉出來的。(2)完整網(wǎng)絡(luò)；本文的研究對(duì)象包含采購-儲(chǔ)存-運(yùn)輸?shù)耐暾Y(jié)構(gòu)，這樣形成的網(wǎng)絡(luò)具有一般性，可以轉(zhuǎn)化為其他研究中的救災(zāi)物資供應(yīng)結(jié)構(gòu)；并且，這一網(wǎng)絡(luò)將已有研究中單獨(dú)考察采購、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)那闆r結(jié)合起來，形成一個(gè)整體框架。

借鑒商業(yè)物流的成功經(jīng)驗(yàn)，從供應(yīng)方到災(zāi)區(qū)，可以將救災(zāi)物資的獲取-儲(chǔ)存-分配/運(yùn)輸看作一條完整的救災(zāi)物資供應(yīng)鏈[12-14]。但是，由于每個(gè)決策點(diǎn)的策略不唯一，救災(zāi)物資供應(yīng)鏈的類型也具有多樣性。鑒于此，如何分解救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，如何梳理救災(zāi)物資供應(yīng)鏈，如何對(duì)不同的救災(zāi)物資供應(yīng)鏈進(jìn)行安排，進(jìn)而如何優(yōu)化不同情境下的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)就成為了一個(gè)值得探討與研究的科學(xué)問題。本文將在已有研究的基礎(chǔ)上，利用三個(gè)供應(yīng)鏈決策點(diǎn)，從復(fù)雜的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中解構(gòu)出8類救災(zāi)物資供應(yīng)鏈，每一類都對(duì)應(yīng)一個(gè)可行的救災(zāi)物資供應(yīng)通路。在給定災(zāi)害情境和供應(yīng)鏈的情況下，可以對(duì)救災(zāi)物資供應(yīng)鏈的結(jié)構(gòu)選擇和物資分配進(jìn)行決策。本文構(gòu)建了救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，該模型以最大化社會(huì)性救援績(jī)效為首要目標(biāo)，并追求經(jīng)濟(jì)成本的最小化。最后，我們對(duì)模型進(jìn)行了基于真實(shí)例子的數(shù)值分析和應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些擴(kuò)展討論。與已有研究相比，本文具有一些顯著的特征：1)將復(fù)雜的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了合理分解，該分解方法所得的物資供應(yīng)鏈集合具有完備性，獨(dú)立性和決策過程完整性的特征，且有助于厘清物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和流程，為進(jìn)一步的優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。2)優(yōu)化模型同時(shí)考慮了救災(zāi)行動(dòng)績(jī)效的社會(huì)性和經(jīng)濟(jì)性，比大多數(shù)已有的優(yōu)化模型更加符合救災(zāi)運(yùn)作管理的現(xiàn)實(shí)考量，更加符合現(xiàn)實(shí)。3)優(yōu)化模型經(jīng)過了真實(shí)案例和數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)，并可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行演繹和拓展分析，具有較強(qiáng)的解釋力。

2 救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)解構(gòu)

2.1 救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)

災(zāi)害救援涉及到國(guó)際救援組織、地方政府、軍隊(duì)、地方和區(qū)域救援組織、私人企業(yè)、捐贈(zèng)者以及受災(zāi)群眾等多個(gè)成員[11]。根據(jù)他們承擔(dān)的責(zé)任，可以劃分為救援組織、供應(yīng)商、物流企業(yè)和災(zāi)區(qū)。救援組織是救援的領(lǐng)導(dǎo)者和驅(qū)動(dòng)者，負(fù)責(zé)實(shí)施災(zāi)害救援，同時(shí)也是救災(zāi)物資的買方。救援組織主要包含三類，國(guó)際組織、政府部門和非政府組織[35]，任何領(lǐng)導(dǎo)或驅(qū)動(dòng)救災(zāi)物資供應(yīng)鏈的主體都可以歸于救援組織。救援組織可以獨(dú)立完成救援行動(dòng)，也可以將部分內(nèi)容外包給其他主體。供應(yīng)商是救災(zāi)物資的來源，包括營(yíng)利性的商業(yè)機(jī)構(gòu)和慈善性的捐贈(zèng)(本文不考慮商業(yè)購買與慈善捐贈(zèng)的差別，把他們都抽象為購買)。供應(yīng)商除提供救災(zāi)物資外，還作為附加服務(wù)地提供儲(chǔ)存服務(wù)和運(yùn)輸服務(wù)。物流企業(yè)具有專業(yè)化的大批量快速物流經(jīng)驗(yàn)，作為第三方物流策略為救援組織提供救災(zāi)物資的運(yùn)輸服務(wù)，這一點(diǎn)在長(zhǎng)距離大批量的救災(zāi)物資運(yùn)輸中顯得尤為重要。災(zāi)區(qū)是所有受災(zāi)群眾的集合，也是救災(zāi)物資的目的地。由此，根據(jù)Balcik等[11]的研究，可以將救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)抽象成圖1所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖中6個(gè)節(jié)點(diǎn)分別是供應(yīng)商、救援組織、物流企業(yè)、供應(yīng)商倉庫、救援組織倉庫以及災(zāi)區(qū)。圖中共有13條代表救災(zāi)物資單向流動(dòng)的方向箭線，如L2表示救災(zāi)物資從供應(yīng)商流向供應(yīng)商倉庫，L10表示救災(zāi)物資從救援組織倉庫流向?yàn)?zāi)區(qū)。每一條從供應(yīng)商到災(zāi)區(qū)的通路都是可實(shí)現(xiàn)救災(zāi)物資供應(yīng)的獨(dú)立的救災(zāi)物資供應(yīng)鏈，如路徑L2L6表示災(zāi)前預(yù)先購買救災(zāi)物資，并由供應(yīng)商負(fù)責(zé)救災(zāi)物資的儲(chǔ)存以及災(zāi)后運(yùn)輸，這正是Balcik和Ak[31]研究供應(yīng)商選擇問題時(shí)采用的救災(zāi)物資供應(yīng)鏈。

圖1 救災(zāi)物資供應(yīng)鏈的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.2 救災(zāi)物資供應(yīng)鏈的決策過程

從圖1中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以看出，救災(zāi)物資單向性地從供應(yīng)商流向?yàn)?zāi)區(qū)。救災(zāi)物資在供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的流動(dòng)方向受到?jīng)Q策過程的影響，不同的決策對(duì)應(yīng)不同的流動(dòng)方向，并涉及不同的網(wǎng)絡(luò)成員，從而組合成為不同的救災(zāi)物資供應(yīng)鏈。由此可見，厘清救災(zāi)物資供應(yīng)的決策過程，是分解一個(gè)復(fù)雜的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。根據(jù)Balcik等[11]和王熹徽[14]的研究，救災(zāi)物資供應(yīng)的決策流程如圖2所示，依次有采購、儲(chǔ)存和運(yùn)輸三個(gè)決策點(diǎn)。每一決策都有幾種不同的策略，而不同的策略具有不同的特征，并有可能產(chǎn)生完全不同的救援結(jié)果。

(1)采購。救災(zāi)物資的采購策略可以分為災(zāi)前預(yù)先采購和災(zāi)后即時(shí)采購兩種方式。雖然災(zāi)后即時(shí)購買是救災(zāi)物流中最常見的采購方式[31,36]，但災(zāi)前預(yù)先購買是應(yīng)對(duì)可預(yù)測(cè)或季節(jié)性災(zāi)害的有效手段。并且，即時(shí)購買通常成本較高，交貨提前期時(shí)間長(zhǎng)，而預(yù)先購買的救災(zāi)物資則單價(jià)低，但風(fēng)險(xiǎn)損失大，且增加了庫存成本[14,16]。

(2)儲(chǔ)存。救災(zāi)物資的儲(chǔ)存策略可以分為供應(yīng)商儲(chǔ)存、救援組織儲(chǔ)存與災(zāi)后即時(shí)購買救災(zāi)物資時(shí)的零庫存三種方式。儲(chǔ)存決策與采購決策密切相關(guān)，一般而言，只有預(yù)先購買的物資才需要專門考慮儲(chǔ)存決策。由于本文假定所有物資來源都是供應(yīng)商，因此，供應(yīng)商的儲(chǔ)存能力可以看作無限大，而救援組織的儲(chǔ)存能力則常常受到限制[11]。并且，供應(yīng)商儲(chǔ)存策略由于使用了供應(yīng)商的商業(yè)經(jīng)驗(yàn)，可以有效降低儲(chǔ)存成本，但也使得救援組織的監(jiān)管成本增加；而救援組織儲(chǔ)存雖然幾乎沒有監(jiān)管成本，但儲(chǔ)存成本通常較高[30,34]。供應(yīng)商儲(chǔ)存與救援組織儲(chǔ)存的經(jīng)典例子是沃爾瑪與FEMA，二者在2005年卡特麗娜颶風(fēng)前后的救災(zāi)物資儲(chǔ)備中結(jié)果大相徑庭[37-38]。

(3)運(yùn)輸。救災(zāi)物資的運(yùn)輸策略可以分為救援組織運(yùn)輸、供應(yīng)商運(yùn)輸和物流企業(yè)運(yùn)輸三種方式，即是由救援組織、供應(yīng)商還是物流企業(yè)將救災(zāi)物資從倉庫或即時(shí)購買的供應(yīng)商處運(yùn)輸?shù)綖?zāi)區(qū)。一般而言，救援組織不具有城市地區(qū)快速物流的經(jīng)驗(yàn)[30]，但其在偏遠(yuǎn)地區(qū)或道路通行條件差的災(zāi)區(qū)具有較大優(yōu)勢(shì)。供應(yīng)商的運(yùn)輸僅是一種附加服務(wù)，在城市地區(qū)和交通條件好的災(zāi)區(qū)具有最大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，且運(yùn)能巨大。物流企業(yè)運(yùn)輸是第三方物流策略，具有豐富且成功的商業(yè)物流經(jīng)驗(yàn)，在救援組織運(yùn)能不足時(shí)可以進(jìn)行有效替代與補(bǔ)充。

圖2 救災(zāi)物資供應(yīng)鏈的決策過程

2.3 救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)解構(gòu)

圖2中的救災(zāi)物資供應(yīng)鏈決策過程是與圖1中的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)相對(duì)應(yīng)的。如此，根據(jù)圖2的決策過程可以將圖1的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)解構(gòu)為表1中的8類救災(zāi)物資供應(yīng)鏈，并且，每一類供應(yīng)鏈都可以實(shí)現(xiàn)救災(zāi)物資從供應(yīng)商向?yàn)?zāi)區(qū)的轉(zhuǎn)移。這一分解具有完備性、獨(dú)立性和決策過程完整性的特征：(1)完備性：所有供應(yīng)鏈一起構(gòu)成了圖1中的完整網(wǎng)絡(luò)；(2)獨(dú)立性：每?jī)深惞?yīng)鏈之間彼此獨(dú)立且互不影響；(3)決策完整性：每一類供應(yīng)鏈都經(jīng)歷了采購-儲(chǔ)存-運(yùn)輸三決策。解構(gòu)救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)得到的供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 救災(zāi)物資供應(yīng)鏈

這8類救災(zāi)物資供應(yīng)鏈的組合，可以構(gòu)成任意救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。即任意救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)都可以由所分解得出的8類救災(zāi)物資供應(yīng)鏈組合所得。由于各供應(yīng)鏈具有不同的特征，因此如何恰當(dāng)?shù)慕M合這些供應(yīng)鏈，形成一個(gè)可以適用于特定災(zāi)害的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)救援績(jī)效最大化目標(biāo)，是本文的另一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。

3 救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

3.1 符號(hào)說明

為表述方便，本文所使用的數(shù)學(xué)符號(hào)解釋如下：

決策變量：

qit：供應(yīng)鏈i∈N在時(shí)間t內(nèi)所承載的物資量；

參數(shù)：

X：救災(zāi)物資需求量；

r：物資短缺產(chǎn)生的單位社會(huì)損失；

a：服務(wù)要求，即在t

B：資金約束；

τi：供應(yīng)鏈i∈N下的物資保存時(shí)間，與災(zāi)害有關(guān)；

z：物資的保質(zhì)期；

Imax：救援組織的最大儲(chǔ)存能力；

Lmax：救援組織的最大運(yùn)輸能力；

μit：供應(yīng)鏈i∈N在時(shí)間t內(nèi)所承載物資產(chǎn)生的單位社會(huì)損失；

pi：供應(yīng)鏈i∈N所承載物資的單位購買價(jià)格；

PIi：供應(yīng)鏈i∈{4,5,6}所承載物資的(供應(yīng)商)單位儲(chǔ)存價(jià)格；

PLi：供應(yīng)鏈i∈{1,4}在時(shí)間t內(nèi)所承載物資的(供應(yīng)商)單位運(yùn)輸價(jià)格；

CIi：供應(yīng)鏈i∈{7,8}在時(shí)間t內(nèi)所承載物資的(救援組織)單位儲(chǔ)存成本；

CLi：供應(yīng)鏈i∈{2,5,7}在時(shí)間t內(nèi)所承載物資的(救援組織)單位運(yùn)輸成本；

LLi：供應(yīng)鏈i∈{3,6,8}在時(shí)間t內(nèi)所承載物資的 (物流企業(yè))單位運(yùn)輸價(jià)格；

t1：快速物流時(shí)間臨界點(diǎn)，一般取值為黃金救援時(shí)間72小時(shí)；

t2：救援行動(dòng)的時(shí)間臨界點(diǎn)，一般認(rèn)為，當(dāng)t>t2時(shí)救援效果為0；

N：供應(yīng)鏈集合，且有i∈N={1,2,…,8}。

3.2 模型構(gòu)建

3.2.1 目標(biāo)函數(shù)

根據(jù)Holguín-Veras等[39]的觀點(diǎn)，救災(zāi)物流優(yōu)化模型應(yīng)該使用社會(huì)性的成本作為其目標(biāo)函數(shù)。據(jù)此，本文利用社會(huì)損失的概念來測(cè)度救援行為的績(jī)效。在所有災(zāi)害救援情境中，最壞的救援結(jié)果是，沒有任何救援物資抵達(dá)災(zāi)區(qū)，并且所有需求都得不到滿足，此時(shí)社會(huì)損失達(dá)到最大，表示為r·X。而任何其他有救災(zāi)物資運(yùn)抵的救援行動(dòng)，其造成的社會(huì)損失都不會(huì)大于上述情境下的社會(huì)損失，并且運(yùn)抵?jǐn)?shù)量越多、運(yùn)抵時(shí)間越短，社會(huì)損失越小。鑒于此，我們使用某一救援行動(dòng)最終導(dǎo)致的社會(huì)損失與最大社會(huì)損失之間的差額來表示該物資救援行動(dòng)的績(jī)效。

P=rX-[r·max(X-Q,0)+∑i∈N∑t∈Tμitqit]

(1)

其中，Q=∑i∈N∑t∈Tqit是災(zāi)害救援中的物資總量。在本文中，社會(huì)損失包含兩部分，時(shí)間延遲產(chǎn)生的社會(huì)損失和物資短缺產(chǎn)生的社會(huì)損失[32]，物資短缺量由max(X-Q, 0)給出。

經(jīng)濟(jì)成本也是衡量救災(zāi)行動(dòng)績(jī)效的重要指標(biāo)之一，必須在模型中加以考慮。但本文與Holguín-Veras等[39]給出的方法不同，在其研究中救援的總成本由經(jīng)濟(jì)成本加上社會(huì)成本構(gòu)成。這種做法意味著經(jīng)濟(jì)成本與社會(huì)成本之間具有可替代性，即可以以社會(huì)成本為代價(jià)換取經(jīng)濟(jì)成本的減少。我們認(rèn)為，救援行動(dòng)的主要目的是盡可能地在數(shù)量和時(shí)間上滿足對(duì)于救災(zāi)物資的需求，從而最大限度地減輕災(zāi)民痛苦。因此，物資救援的社會(huì)成本應(yīng)該是優(yōu)先于經(jīng)濟(jì)成本的，這樣的做法才更符合“人道物流”(HumanitarianLogistics)的非牟利性。經(jīng)濟(jì)成本由(2)式表示，

C=∑i∈N∑t∈T[(pi+PIi·τi/z+CIi·τi/z+PLit+LLit+CLit)·qit]

(2)

上式中，第一項(xiàng)是救災(zāi)物資的采購成本；第二、三項(xiàng)是儲(chǔ)存成本，當(dāng)采取災(zāi)后即時(shí)采購的策略時(shí)，儲(chǔ)存成本為零；第四、五、六項(xiàng)表示運(yùn)輸成本。

基于上述分析，模型的目標(biāo)函數(shù)應(yīng)包含如下兩個(gè)因素：救援行動(dòng)的績(jī)效和經(jīng)濟(jì)成本，且績(jī)效的優(yōu)先級(jí)高于經(jīng)濟(jì)成本。由此本文采用Max(P-ε·C)作為模型的目標(biāo)函數(shù)。該目標(biāo)函數(shù)包含兩部分：第一部分是社會(huì)性的救援績(jī)效P，第二部分是經(jīng)濟(jì)成本與非阿基米德無窮小項(xiàng)的乘積ε·C。對(duì)于該目標(biāo)函數(shù)的求解可分為兩個(gè)步驟：(1)極大化測(cè)度救援績(jī)效的多項(xiàng)式；(2)在保持第一步中最大績(jī)效不減小的前提下，極小化經(jīng)濟(jì)成本。

3.2.2 模型

構(gòu)建救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型：

Max(P-ε·C)

(3a)

s.t.C≤B

(3b)

∑t∈T(q7t+q8t)≤Imax

(3c)

∑t∈T(q2t+q5t+q7t)≤Lmax

(3d)

∑i∈N∑t

(3e)

(3f)

模型中，式(3a)為目標(biāo)函數(shù)；式(3b)是物資救援的預(yù)算約束；式(3c)和(3d)給定救援組織的儲(chǔ)存能力約束和運(yùn)輸能力約束；式(3e)是基于快速物流的物資救援服務(wù)要求，它要求救災(zāi)物資需求的一部分能夠在時(shí)間t

3.3 分析

上節(jié)給出了求解救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題的一般模型。為更好的解釋該模型，本節(jié)主要對(duì)模型中的參數(shù)關(guān)系進(jìn)行討論，并對(duì)模型中的部分參數(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)化約定和分析。

(1)采購。預(yù)先購買與即時(shí)購買具有不同的定價(jià)。一般而言，預(yù)先購買的單位價(jià)格低于即時(shí)購買[15]。并且，在使用價(jià)格柔性供應(yīng)鏈契約時(shí)，大批量訂購可以給預(yù)先購買帶來價(jià)格折扣[31]。但是，災(zāi)害發(fā)生時(shí)物資需求急劇增加，這會(huì)抵消價(jià)格折扣，并隨著采購量的增加，單位價(jià)格也增加。因此，本文假定災(zāi)前預(yù)先購買僅有數(shù)量折扣效應(yīng)，而災(zāi)后即時(shí)購買只存在價(jià)格膨脹效應(yīng)。本文假定采購定價(jià)是二階段的階梯函數(shù)，用pr表示即時(shí)購買的物資單位價(jià)格，用pp表示預(yù)先購買的物資單位價(jià)格：

其中，p1>p0>p2>p3。影響購買定價(jià)的一個(gè)主要外部因素是需求量，而需求量又與災(zāi)害密切相關(guān)。按照災(zāi)害的破壞程度和所造成的影響，可以將災(zāi)害分為重大災(zāi)害和一般性災(zāi)害[31]。一般而言，重大災(zāi)害發(fā)生概率低，但破壞性大，產(chǎn)生的救災(zāi)物資需求量也大；而一般性災(zāi)害發(fā)生概率高，但破壞性通常較小，產(chǎn)生的救災(zāi)物資需求量也小。與采購定價(jià)聯(lián)系起來，本文假設(shè)存在兩種需求情況，即需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于數(shù)量閾值Q0的重大災(zāi)害，以及需求量稍大于甚至小于數(shù)量閾值Q0的一般性災(zāi)害。

(2)儲(chǔ)存。救援組織的儲(chǔ)存費(fèi)用包括直接的儲(chǔ)存成本與間接的監(jiān)管成本，而儲(chǔ)存成本受到物資類型的影響。遵循Dignan[40]的做法，救災(zāi)物資可以分為易腐物資和非易腐物資兩類。易腐物資如食物、水和藥品，要求嚴(yán)格的存放和儲(chǔ)存條件，保質(zhì)期短且價(jià)格昂貴；而非易腐物資如帳篷、棉被，處置較為簡(jiǎn)單，保質(zhì)期也較長(zhǎng)，只要保持使用前的不毀壞即可。本文假定，供應(yīng)商的儲(chǔ)存成本較救援組織低，且其成本優(yōu)勢(shì)在存儲(chǔ)易腐物資時(shí)更為明顯[30,34]?？紤]到救援組織的監(jiān)管費(fèi)用，則對(duì)于易腐物資，即使加上監(jiān)管費(fèi)用，供應(yīng)商仍具有儲(chǔ)存的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，即有PICI。

(3)運(yùn)輸。運(yùn)輸價(jià)格跟時(shí)間要求有關(guān)，且運(yùn)輸價(jià)格是時(shí)間的非增函數(shù)。即要求把救災(zāi)物資運(yùn)送到災(zāi)區(qū)的時(shí)間越短，運(yùn)輸價(jià)格越高，反之則越低。此處也假定運(yùn)輸價(jià)格是兩階段的階梯函數(shù)：當(dāng)tL1。此外，地區(qū)位置和道路交通條件也會(huì)影響運(yùn)輸價(jià)格。一般而言，在城市地區(qū)，交通路網(wǎng)通暢，供應(yīng)商具有最大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，物流企業(yè)次之，救援組織最差，即有PLLL>CL。

(4)社會(huì)損失函數(shù)。Holguín-Veras等[39]專門探討了救災(zāi)物流的社會(huì)損失函數(shù)，本文采用王熹徽和梁樑[28]的假設(shè)，即假定所有供應(yīng)鏈的提前期相同，并因此同一物資在不同供應(yīng)鏈中的損失函數(shù)相同。本文采用分段階梯函數(shù)來刻畫社會(huì)損失函數(shù)：當(dāng)t

4 案例研究

4.1 案例背景

2014年5月24日，云南省盈江縣發(fā)生里氏5.4級(jí)地震。六天之后，又發(fā)生里氏6.1級(jí)地震。截止6月1日，共發(fā)生余震1333次，并包括2次4.0—4.9級(jí)余震和1次5.0—5.9級(jí)余震。這次地震共造成45人受傷，29996戶民房受損，51202戶居民受災(zāi)(http://www.dehong.gov.cn/news/dh/content-16-15551-1.html)。我們?cè)谡鸷?5天到達(dá)盈江，并于6月11日走訪重災(zāi)區(qū)，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用襁M(jìn)行問卷調(diào)查以獲取社會(huì)性變量數(shù)據(jù)，并通過實(shí)地考察獲取了經(jīng)濟(jì)性變量。以非易腐物資-帳篷和易腐物資-血漿為例，采用NRS 0-10測(cè)度法，得到其社會(huì)損失均值如表2。對(duì)提供帳篷的供應(yīng)商和治療受傷災(zāi)民的醫(yī)院進(jìn)行了調(diào)查，得到主要的經(jīng)濟(jì)性變量如表3所示。

表2 社會(huì)損失均值

表3 經(jīng)濟(jì)性變量參數(shù)

以第三節(jié)模型為基礎(chǔ)，對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)化約定，得到盈江地震的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題的兩個(gè)基本案例，數(shù)據(jù)如表4。其中，單位社會(huì)損失取3日均值和7日均值，因?yàn)闉?zāi)后72小時(shí)對(duì)于救援至關(guān)重要[41]，因此可把社會(huì)損失的3日均值作為快速物流的社會(huì)損失；同樣地，可把社會(huì)損失的7日均值作為標(biāo)準(zhǔn)物流的社會(huì)損失。

4.2 結(jié)果

對(duì)4.1中帳篷和血漿的例子進(jìn)行救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化求解，計(jì)算采用Matlab_2012a，得到結(jié)果如表5(假設(shè)預(yù)算約束無窮大)。由于預(yù)算約束無窮大，即預(yù)算資金可以滿足所有物資需求，所以，表5的結(jié)果表明，無論是易腐物資-血漿，還是非易腐物資-帳篷，在實(shí)現(xiàn)極大化救援績(jī)效P時(shí)，都滿足了救災(zāi)物資的全部需求。

表4 案例數(shù)據(jù)

表5 求解結(jié)果(無預(yù)算約束)

注：S表示供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)，SQ表示各供應(yīng)鏈承載的物質(zhì)數(shù)量，SP表示績(jī)效，SC表示成本，PC、IC與TC分別表示購買成本、儲(chǔ)存成本與運(yùn)輸成本。TP、TC、AP、Q分別表示災(zāi)害情景下的總績(jī)效、總成本、平均績(jī)效和物質(zhì)總量。下文類似。

對(duì)于帳篷，可以通過1000單位物資實(shí)現(xiàn)最大的績(jī)效6770，其最小成本是956400，平均績(jī)效0.00708。帳篷的最優(yōu)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)由四種供應(yīng)鏈構(gòu)成：1)L2L8L12是預(yù)先購買并將物資儲(chǔ)存于供應(yīng)商倉庫，災(zāi)后由救援組織運(yùn)送物資；2)L2L9L13是預(yù)先購買并將物資儲(chǔ)存于供應(yīng)商倉庫，但災(zāi)后由物流企業(yè)運(yùn)送物資；3)L3L10是預(yù)先購買物資，并由救援組織負(fù)責(zé)物資的儲(chǔ)存與運(yùn)輸；4)L3L11L13是預(yù)先購買并將物資儲(chǔ)存于救援組織的倉庫中，災(zāi)后由物流企業(yè)運(yùn)送物資?？梢园l(fā)現(xiàn)，所有供應(yīng)鏈都預(yù)先購買物資，這是因?yàn)?，?duì)非易腐物資而言，預(yù)先購買的價(jià)格折扣可以抵補(bǔ)預(yù)先購買的儲(chǔ)存費(fèi)用，預(yù)先購買是有利可圖的。與圖1的救災(zāi)物資供應(yīng)鏈決策過程相聯(lián)系，即有，全部1000單位物資均預(yù)先購買，并將500單位儲(chǔ)存于供應(yīng)商倉庫，500單位儲(chǔ)存于救援組織的倉庫中；災(zāi)后由救援組織運(yùn)送300單位，物流企業(yè)運(yùn)送700單位。事實(shí)上，表5中的結(jié)果并不唯一，只要滿足前述決策關(guān)系，即能夠以最小成本956400實(shí)現(xiàn)最大績(jī)效6770。對(duì)于血漿，可以通過滿足200單位的需求實(shí)現(xiàn)最大績(jī)效946，其最小成本是146000，平均績(jī)效是0.00648。血漿的最優(yōu)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)僅有一種供應(yīng)鏈L4L12，即災(zāi)后即時(shí)購買，并由救援組織負(fù)責(zé)將物資運(yùn)送到災(zāi)區(qū)。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)：

1)易腐物資的儲(chǔ)存費(fèi)用非常高，不宜預(yù)先購買并儲(chǔ)存。非易腐物資預(yù)先購買的價(jià)格折扣可以完全抵補(bǔ)其儲(chǔ)存費(fèi)用，故適于預(yù)先購買并儲(chǔ)存；并且，救援組織是非易腐物資儲(chǔ)存的第一選擇。

2)盈江地處偏遠(yuǎn)地區(qū)，交通不便，此時(shí)，救援組織具有最大運(yùn)輸價(jià)格優(yōu)勢(shì)，故無論是易腐物資，還是非易腐物資，都首先通過救援組織運(yùn)送，其次才通過第三方物流企業(yè)運(yùn)送。供應(yīng)商的運(yùn)輸服務(wù)在交通不便的偏遠(yuǎn)地區(qū)不適用。

3)即便是同一災(zāi)害的救援行動(dòng)中，易腐物資和非易腐物資具有完全不同的最優(yōu)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，即不同的物資類型應(yīng)當(dāng)使用不同的物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。易腐物資的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。

4)救災(zāi)物資的最優(yōu)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)是8種供應(yīng)鏈的組合，但不會(huì)使用全部類型的供應(yīng)鏈。表5及后文的數(shù)值結(jié)果表明，至多四種供應(yīng)鏈就能夠構(gòu)建最優(yōu)的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。

表6 求解結(jié)果(預(yù)算約束)

進(jìn)一步地，我們考慮受到預(yù)算約束影響的情況。簡(jiǎn)單地，我們?nèi)”?中最小成本的一部分作為預(yù)算約束，并進(jìn)行救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化求解。取帳篷的預(yù)算約束為700000，血漿的預(yù)算約束為100000，得到新的結(jié)果如表6。此時(shí)，帳篷的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)由三種供應(yīng)鏈構(gòu)成，供應(yīng)鏈L2L8L12不再使用。事實(shí)上，當(dāng)預(yù)算減少到475400(285000+190400)時(shí)，最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)僅由L3L10和L3L11L13構(gòu)成；當(dāng)進(jìn)一步減少到315000時(shí)，最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)僅有L3L10。而對(duì)于血漿，由于表5中其最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)僅有一種供應(yīng)鏈L4L12，預(yù)算減少并不會(huì)改變最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)，而只會(huì)改變物資量。

在現(xiàn)實(shí)中，救援組織是災(zāi)害救援的第一主體，但其能力通常有限，表現(xiàn)為運(yùn)能有限、儲(chǔ)備能力有限等。此時(shí)，需要使用供應(yīng)商和物流企業(yè)的能力作為補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)救援組織與私人企業(yè)的聯(lián)合，以最終實(shí)現(xiàn)使用最小成本達(dá)到最大績(jī)效的目的。

4.3 討論

4.2節(jié)就盈江地震中的易腐物資(血漿)和非易腐物資(帳篷)為例，給出了本文的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型求解。但是，正如3.3節(jié)所闡述的那樣，救災(zāi)物資供應(yīng)鏈的決策過程(購買，儲(chǔ)存，運(yùn)輸)受到諸多外部因素如，救災(zāi)物資的需求數(shù)量、救災(zāi)物資類型和受災(zāi)地區(qū)交通運(yùn)輸條件等的影響。通過對(duì)4.2節(jié)的回顧可以發(fā)現(xiàn)，盈江地震可以刻畫為一個(gè)發(fā)生在偏遠(yuǎn)地區(qū)的一般性災(zāi)害，因此所給出的結(jié)論僅適用于需求量較小(一般性災(zāi)害)，運(yùn)輸條件不便(偏遠(yuǎn)地區(qū))情境下的救災(zāi)物資供應(yīng)問題。

本節(jié)以4.2節(jié)所給出的結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果為基礎(chǔ)，對(duì)如下三種情況的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題進(jìn)行了擴(kuò)展討論：1)發(fā)生需求量巨大的重大災(zāi)害情況下；2)災(zāi)害發(fā)生在運(yùn)輸條件便利的城市地區(qū)情況下；3)需求量巨大，且運(yùn)輸條件便利情況下。我們假設(shè)，當(dāng)發(fā)生重大災(zāi)害時(shí)，所有物資的需求都顯著增大，此時(shí)，帳篷的需求是10000單位，血漿的需求是5000單位。當(dāng)災(zāi)害發(fā)生在交通便利的城市地區(qū)時(shí)，各類物資的運(yùn)輸成本會(huì)發(fā)生顯著變化。此時(shí)，帳篷和血漿的運(yùn)輸價(jià)格如表7所示。本節(jié)所有內(nèi)容都假定預(yù)算約束無窮大。

表7 盈江地震救災(zāi)的擴(kuò)展情形

首先，我們對(duì)帳篷的供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題進(jìn)行討論，結(jié)果如表8所示。主要結(jié)論有：

1)重大災(zāi)害導(dǎo)致需求擴(kuò)大，但并不會(huì)顯著改變救災(zāi)物資的最優(yōu)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。表8中，需求量巨大情境下的最優(yōu)結(jié)構(gòu)與表5基本類似，而交通便利地區(qū)需求量巨大情境與需求量較小情境下的結(jié)果也類似。這表明，在特定地區(qū)，對(duì)于特定物資類型，有較穩(wěn)定的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。這意味著，救援組織可以分區(qū)域地規(guī)劃設(shè)計(jì)各地的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)對(duì)于災(zāi)害本身具有一定的穩(wěn)定性，不會(huì)因救災(zāi)物資需求總量的變化而顯著改變。

2)災(zāi)害發(fā)生地區(qū)的交通運(yùn)輸情況會(huì)顯著改變救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。無論是需求量巨大的重大災(zāi)害，還是需求量較小的一般性災(zāi)害，當(dāng)災(zāi)害從交通不便的偏遠(yuǎn)地區(qū)移向交通便利的城市地區(qū)時(shí)，易腐物資(帳篷)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)都完全改變。這表明，設(shè)計(jì)救災(zāi)物資的最優(yōu)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必須結(jié)合各自的區(qū)域特征，地區(qū)間構(gòu)建最優(yōu)救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)驗(yàn)并不能簡(jiǎn)單地復(fù)制，需要因地制宜。

對(duì)于易腐物資-血漿，其擴(kuò)展討論的計(jì)算結(jié)果如表9所示。上述對(duì)于非易腐物資的結(jié)論對(duì)于易腐物資同樣適用，即救災(zāi)物資需求總量的變動(dòng)會(huì)影響各供應(yīng)鏈承載的物資量，但不會(huì)顯著改變救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，而地區(qū)類型的變化會(huì)顯著改變救災(zāi)物資的供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)救災(zāi)的外部環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)會(huì)有不同的變化。1)物資類型改變，會(huì)顯著影響救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)；2)地區(qū)類型變化，救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)也會(huì)顯著改變；但是，3)需求數(shù)量的變化，并不會(huì)顯著改變救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)，其影響主要表現(xiàn)為供應(yīng)鏈的增減和物資承載量的增減。總之，不同的災(zāi)害情境有不同的最優(yōu)救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，其由不同的供應(yīng)鏈組合而成。

表8 帳篷的擴(kuò)展情形

表9 血漿的擴(kuò)展情形

5 結(jié)語

本文主要研究了救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題。通過對(duì)復(fù)雜的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的抽象分析，本文依據(jù)救災(zāi)物資供應(yīng)鏈的三點(diǎn)決策過程，將現(xiàn)實(shí)中復(fù)雜的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)解構(gòu)為8類直線型物資供應(yīng)鏈，這一分解具有完備性、獨(dú)立性和決策過程完整性的特征。這一過程有助于厘清救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成和流程，為進(jìn)一步的優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。本文構(gòu)建了救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，該模型以最小化社會(huì)損失為首要目標(biāo)，并追求經(jīng)濟(jì)成本的最小化。該模型既可用于應(yīng)急條件下救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的即時(shí)構(gòu)建，又可為和平時(shí)期救災(zāi)物資儲(chǔ)備體系建設(shè)的提供方向性指導(dǎo)。本文以5.30盈江地震為對(duì)象，利用真實(shí)數(shù)據(jù)對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果顯示該模型可以用于應(yīng)急條件下真實(shí)災(zāi)害救援行動(dòng)的分析和優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上，本文通過調(diào)整參數(shù)、改變外界環(huán)境條件，對(duì)不同情境下模型的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比和分析，得到了一些有助于未來救災(zāi)物資儲(chǔ)備體系建設(shè)的指導(dǎo)性方針。

研究發(fā)現(xiàn)，任何一個(gè)救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)都可以通過采購、儲(chǔ)存和運(yùn)輸這一決策過程分解為所列8類直線型物資供應(yīng)鏈集合的一個(gè)子集，任何災(zāi)害情境的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)都可以由這8類供應(yīng)鏈組合而成。并且，本文所給出的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型，可以在確保救災(zāi)行動(dòng)績(jī)效不降低的情況下，尋找出最優(yōu)的最低成本物資供應(yīng)鏈組合，或在確保成本不增加的情況下，尋找出最優(yōu)的救災(zāi)行動(dòng)績(jī)效最大的物資供應(yīng)鏈組合。在盈江地震中，易腐物資(血漿為例)不應(yīng)預(yù)先購買并儲(chǔ)存，而非易腐物資(帳篷為例)則可預(yù)先購買并儲(chǔ)存，且首選由救援組織儲(chǔ)存；救災(zāi)物資的運(yùn)輸則由救援組織和物流企業(yè)完成。此外，我們發(fā)現(xiàn)即便是同一災(zāi)害的救援行動(dòng)中，易腐物資和非易腐物資具有完全不同的最優(yōu)供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，易腐物資的供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。當(dāng)救災(zāi)行動(dòng)的外部環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)會(huì)有不同的變化。研究表明，物資類型和地區(qū)類型變化會(huì)改變救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)，而物資需求量的變化，并不會(huì)顯著改變救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)，其影響主要表現(xiàn)為供應(yīng)鏈的增減和物資承載量的增減。

注意到，本文關(guān)于救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的部分結(jié)論并非新物，且得到了學(xué)術(shù)界的普遍認(rèn)可，但以往研究多是從理論框架上進(jìn)行陳述，而本文通過數(shù)學(xué)模型對(duì)這些結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證。并且，基于盈江地震真實(shí)數(shù)據(jù)的應(yīng)用，表明本文能夠得到正確的結(jié)論，能夠?yàn)榫葹?zāi)應(yīng)急運(yùn)作管理實(shí)踐提供客觀指導(dǎo)和借鑒。但是，由于救災(zāi)應(yīng)急運(yùn)作管理在全球范圍內(nèi)都是一個(gè)新興問題，這些一般規(guī)律在現(xiàn)實(shí)中卻屢次遭到違背，比如，美國(guó)聯(lián)邦緊急事務(wù)管理署(FEMA)多次違背“易腐物資不易儲(chǔ)存而非易腐物資適于儲(chǔ)存”這一結(jié)論。一方面，鑒于2005年沃爾瑪在卡特莉娜颶風(fēng)中利用自己的物資儲(chǔ)備進(jìn)行自發(fā)救援的成功經(jīng)驗(yàn)和發(fā)揮的顯著作用，F(xiàn)EMA在2006年采取了類似的措施，即在災(zāi)害發(fā)生之前就預(yù)先進(jìn)行大量實(shí)物儲(chǔ)備，包括易腐性物資和非易腐性物資。但是，預(yù)期的颶風(fēng)卻沒有在2006年發(fā)生，而所儲(chǔ)備的易腐性物資由于保質(zhì)期等原因不得不銷毀，結(jié)果造成大量的浪費(fèi)[37-38]。另一方面，F(xiàn)EMA又于2009年將食物、水等易腐物資納入到了其實(shí)物儲(chǔ)備體系的采購清單之中[42]，這顯然違背了學(xué)界和業(yè)界的共識(shí)。面對(duì)諸如此類的救災(zāi)應(yīng)急運(yùn)作管理實(shí)踐，本文的結(jié)論再次強(qiáng)調(diào)了在實(shí)踐中遵守相應(yīng)一般規(guī)律的重要性。只有嚴(yán)格遵守這些規(guī)律，才能在社會(huì)性救援績(jī)效和經(jīng)濟(jì)性救援成本的雙目標(biāo)下提升救災(zāi)應(yīng)急運(yùn)作管理水平，并更好地實(shí)施災(zāi)害救援運(yùn)作。

需要指出的是，本文研究的一個(gè)基本假設(shè)是：同一物資在不同供應(yīng)鏈中的損失函數(shù)相同。這意味著，不同供應(yīng)鏈的差別僅體現(xiàn)在組成成員和價(jià)格(成本)參數(shù)上，這顯然是對(duì)現(xiàn)實(shí)情況的一種簡(jiǎn)化。事實(shí)上，不同供應(yīng)鏈在協(xié)調(diào)難度、提前期等方面都有不同。因此，未來研究可以針對(duì)損失函數(shù)的差異性，構(gòu)建適用于不同情境下的救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化模型。此外，本文依據(jù)供應(yīng)鏈決策過程中的采購、儲(chǔ)存與運(yùn)輸對(duì)救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了分解，并在此基礎(chǔ)上給出了優(yōu)化模型。但是，這并不是唯一的分解方式，其他決策點(diǎn)的運(yùn)用應(yīng)當(dāng)也能夠分解和優(yōu)化救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。因此，未來研究可以考慮對(duì)供應(yīng)鏈決策過程進(jìn)行系統(tǒng)性考量，從其他角度對(duì)救災(zāi)物資供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分解和優(yōu)化。

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The Deconstruction of a Relief Material Supply Network and Corresponding Structure Optimization Model

WANG Xi-hui, LI Feng, LIANG Liang

(School of Management, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China)

Along with the increasing frequency of natural and man-made disasters all over the world, the demand for relief supplies has been accelerating in the last decade. When disasters strike a certain area, non-for-profit organizations (NGOs) will purchase relief supplies from suppliers and/or collect donations from donators, then deliver relief supplies to disaster-affected areas to help victims. In practice, however, the relief logistics suffers a serious delay, along with an enormous social and economic loss.The unreasonablestructure of the relief supply is a major reason. Therefore, it’s necessary to study the relief supply network and explore its structure optimization. Towards this end, a complex relief supply network is deconstructed into 8 linear relief supply chains based on the purchase-warehousing-transportation decision-making process. This deconstruction method has three features: (i) completeness, the universal set of all substructures is the general structure; (ii) independence, every substructure is of independence and doesn’t include or affect other substructures; and (iii) integrity, every substructure includes complete process and decisions of a relief effort. Afterwards, a structure optimization model is developed to obtain the optimal combination of relief supply chains to minimize the social loss of a relief operation. The purpose of the model is to obtain the minimum-cost supply chains combination without deteriorating the relief performance or the maximum-performance supply chains combination without increasing the monetary cost. Moreover, the proposed model is verified by the real data acquired from 5.30 YingJiang Earthquake in 2014. Different structure optimization results are compared and analyzed by adjusting parameters or changing external conditions. The comparison and analysis suggest that the types of relief supplies and affected areas have significant effect on the optimal network structure, while the demand quantity of relief supplies has little effect on the network structure. This study clarifies the constitution and process of a relief supply network, which lays the foundation for further improvement. The proposed structure optimization model not only can be used to construct a relief supply network in time for emergency situation, but also provide directional guidance for the construction of relief reserve system.

relief supply network; deconstruction; structure optimization; humanitarian operations management

1003-207(2017)01-0139-12

10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2017.01.015

2015-10-28；

2016-05-01

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71110107024,71301154,71671169)

李峰(1990-)，男(漢族)，四川人，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)管理學(xué)院，博士研究生，研究方向：應(yīng)急救災(zāi)管理、決策分析，,E-mail: lfeng90@mail.ustc.edu.cn.

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