利用最小費用法研究鐵路物流基地選址

胡 全 中國鐵路上海局集團有限公司總工程師室

為推動鐵路從運輸生產(chǎn)型企業(yè)向運輸物流型企業(yè)轉(zhuǎn)型，適應(yīng)鐵路貨運向現(xiàn)代物流發(fā)展要求，降低社會物流成本，更好服務(wù)社會經(jīng)濟，中國鐵路總公司于2015年印發(fā)了《鐵路物流基地布局規(guī)劃及2015-2017年建設(shè)計劃》。近年來鐵路物流基地建設(shè)不斷推進，許多物流基地也已經(jīng)建成投入使用，2018-2020年鐵路物流基地建設(shè)計劃也正在進一步研究中。在眾多鐵路物流基地建設(shè)過程中，鐵路物流基地選址一直是一個非常重要的環(huán)節(jié)，對物流基地鐵路物流基地建設(shè)工程實施進展以及建成運營效果都具有較強影響。

1 鐵路物流基地選址的基本要求

（1）符合城市總體規(guī)劃，鐵路物流基地選址與城市發(fā)展規(guī)劃及產(chǎn)業(yè)布局相吻合，能夠與工業(yè)園區(qū)、物流園區(qū)、電子商務(wù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)、廠礦企業(yè)和港口碼頭等貨源聚集地形成有效銜接，降低短駁成本。

（2）具備多式聯(lián)運條件，鐵路物流基地選址應(yīng)盡量緊鄰港口、機場、公路樞紐，形成多式聯(lián)運的綜合交通運輸體系，同時考慮鐵路物流基地對外集疏運道路通行能力，減少中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)貨物高效轉(zhuǎn)運。

（3）利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，鐵路物流基地選址要符合鐵路樞紐（地區(qū)）總圖規(guī)劃，盡量充分利用既有車站設(shè)施設(shè)備，所接軌車站的配空轉(zhuǎn)運作業(yè)條件較好，原則上不新開接軌站，與接軌站間距離不宜過長，降低運營管理及取送作業(yè)成本。

（4）滿足環(huán)境保護要求，鐵路物流基地選址應(yīng)避讓自然保護區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、飲用水源保護區(qū)，確實無法避讓時，能夠通過采取切實可行的保護措施后，滿足有關(guān)法律、法規(guī)的規(guī)定，不會對自然環(huán)境造成影響。

（5）具備良好的市政配套設(shè)施，鐵路物流基地選址要統(tǒng)籌考慮市政道路配套，物流運貨車輛具備暢通的進出條件，并考慮周圍市政雨水、污水系統(tǒng)或附近河流的排水能力，優(yōu)先利用市政或附近河流的排水設(shè)施。

2 物流基地選址的常用方法分析

2.1 SWOT分析法

SWOT分析法是20世紀80年代初由美國舊金山大學(xué)的管理學(xué)教授韋里克提出，它是一種較客觀的態(tài)勢分析方法，通過調(diào)查的形式挖掘與研究對象發(fā)展相關(guān)的優(yōu)勢（Strengths）、劣勢（Weaknesses）、機遇（Opportunities）與威脅（Threats），從地方規(guī)劃、貨源吸引、規(guī)模能力、社會環(huán)境、經(jīng)濟發(fā)展等方面，找出有利因素以及不利且需要回避的因素，采用定性方式綜合比較，確定出最終選址結(jié)果。SWOT分析法主要依據(jù)定性分析觀點，決策者綜合比較，本身受主觀決策側(cè)重因素影響較大。

2.2 層次分析法

層次分析法是70年代著名運籌學(xué)家T.L.saaty首先提出的。它的原理是將要決策的問題的有效影響因素層次化，根據(jù)決策問題的特征及其內(nèi)在性質(zhì)，將決策問題分支成若干個相互獨立的子問題，在此基礎(chǔ)上，按照子問題對總決策問題的影響程度，對子問題中的元素進行兩兩比較，確定子問題中元素的相對重要程度，進而確定各個子問題的相對重要性，逐次合成，最終可以得到?jīng)Q策因素對整個系統(tǒng)目標重要性排序。層析分析法建模時，將決策因素量化成指標集，通過歸一、迭代等計算后，確定出量化的重要程度，最終根據(jù)各方案在因素中優(yōu)劣程度，計算出各方案排序，選出結(jié)果。該方法雖然相對降低了主觀影響，但量化指標時多是根據(jù)定性比較而來，且指標量化也缺乏具體、統(tǒng)一的方法。

2.3 重心法

重心法是一種靜態(tài)抽象模擬方法，通過選擇最優(yōu)設(shè)施位置來使成本降低。在交通運輸領(lǐng)域，重心法把成本看成運輸距離和運輸數(shù)量的線性函數(shù)，利用地圖確定各交通點的位置，通過將一坐標重疊在地圖上確定各交通點的位置。重心法將交通系統(tǒng)中的產(chǎn)生點和吸引點看成是分布在同一平面范圍內(nèi)的物體系統(tǒng)，各點到發(fā)量看成是物體的重量，物體系統(tǒng)的重心作為物流基地的最佳設(shè)置點。鐵路物流基地實際上不能在一片區(qū)域任意點進行選址建設(shè)，因此重心法選址結(jié)果往往與城市規(guī)劃不符，或沒有工程實施條件，實際應(yīng)用意義不大。

2.4 P-中值法

P-中值問題的最先提出者是Hakimi，其原理是預(yù)選出P個備選設(shè)施位置，以需求點至設(shè)施間總的加權(quán)距離最小為目標。P-中值模型進行鐵路物流基地選址時，可以結(jié)合物流基地選址原則和工程可實施性確定若干個備選物流基地選址方案，通過計算各需求點至備選點費用，最終獲得選址結(jié)果，使得整個系統(tǒng)達到費用最優(yōu)的目標。P-中值模型沒有主觀因素干擾，同時也確保了工程的可實施性，但僅僅考慮了需求點至物流基地的運輸費用，沒有考慮到其他費用影響，全面性還不夠。

3 最小費用法鐵路物流基地選址模型

通過前面鐵路物流基地選址常用方法分析可知，各種方法都存在一定優(yōu)缺點。相對來講，P-中值法更加客觀，容易掌握。本次在P-中值法基礎(chǔ)上，研究建立最小費用法模型，以滿足鐵路物流基地選址要求。

3.1 模型所考慮費用

模型同時考慮兩方面費用，鐵路物流基地建設(shè)費用和貨物運輸費用。運營管理費用與鐵路物流基地的選址關(guān)系不大，模型不予考慮。

（1）鐵路物流基地建設(shè)費用

鐵路物流基地因選址不同，因不同的工程技術(shù)條件、既有鐵路場站布局、周邊配套情況、自然環(huán)境要求等原因，造成建設(shè)費用相差懸殊。建設(shè)費用屬一次性投資，而貨物運輸費用逐年發(fā)生，為使兩者時間上保持一致，模型結(jié)合基本建設(shè)技術(shù)經(jīng)濟評價年限將建設(shè)費用折合到每年進行考慮。

（2）貨物運輸費用

從貨物運輸過程看，貨物運輸費用應(yīng)包括貨物運輸需求點至鐵路物流基地的發(fā)送（到達）短駁、鐵路運輸、貨物裝卸、倉儲等費用。鐵路物流基地不同選址對貨物裝卸、倉儲費用影響不大，模型僅考慮發(fā)送（到達）短駁、鐵路運輸費用。

發(fā)送（到達）短駁費用產(chǎn)生在鐵路運輸?shù)膬啥耍挥斜捐F路物流基地所在端的短駁費用才會與研究選址有關(guān)，因此僅考慮本端費用。

根據(jù)鐵路貨運價格規(guī)則的有關(guān)規(guī)定可知，鐵路貨物運輸費用與鐵路貨物運價里程表計算的計價里程有關(guān)，計價里程一般由貨運站及各運費結(jié)算站間里程相加，因此模型中鐵路運輸費用僅需考慮鐵路物流基地所在貨運站至控制運費結(jié)算站的費用。鐵路的建設(shè)基金、電氣附加等費用受選址影響不大，模型中不再考慮。

3.2 模型假設(shè)

（1）備選鐵路物流基地建成后能力均能滿足貨運需求;（2）各個備選鐵路物流基地從己有的貨運站中篩選，運營管理費用相同；

（3）各個貨運需求點貨運量已知，到各個備選鐵路物流基地的運輸費率已知；

（4）各個備選鐵路物流基地建設(shè)費用己知;

（5）各個貨運需求點分配至各控制運費結(jié)算站方向的貨運量己知，適用的鐵路貨物運價號已知。

3.3 模型構(gòu)建

其中xj為決策變量，其他為常量，各變量意義如下：

aij為單位貨物從貨運需求點i到備選鐵路物流基地j單位運輸距離的短駁運輸費率;

bjk、cjk分別指單位貨物從備選鐵路物流基地j至鐵路控制運費結(jié)算站k適用的鐵路貨物運價號基價1、基價2;

dij為貨運需求點i到備選鐵路物流基地j的短駁運輸距離;

tjk為備選鐵路物流基地j至鐵路控制運費結(jié)算站的鐵路運費計價里程;

Qij為貨運需求點i到備選鐵路物流基地j的貨運量；

qik為貨運需求點i分配至控制運費結(jié)算站k方向的貨運量;

xj為備選鐵路物流基地j是否建設(shè)的0-1整數(shù)變量;

Ej為備選鐵路物流基地j的建設(shè)費用；

n為基本建設(shè)技術(shù)經(jīng)濟評價年限。

4 模擬案例應(yīng)用

4.1 案例設(shè)定

假設(shè)某城市鐵路線路場站及貨運需求點的布局如圖1所示，符合城市總體規(guī)劃且具備建設(shè)鐵路物流基地工程實施條件的貨運站有j1、j2、j3三個，其中j0為鐵路線路交匯車站，根據(jù)貨物運輸去向確定的鐵路控制運費結(jié)算站有K1、K2兩個，根據(jù)運量調(diào)查確定的貨運需求點有I1、I2、I3、I4、I5五個。建立平面坐標系，并為各點賦予坐標值。

圖1 城市鐵路線路場站及貨運需求點布局

4.2 相關(guān)參數(shù)確定

（1）為避免進行大量的道路情況調(diào)查及運輸距離計算，本案例假定各貨運需求點至各備選鐵路物流基地間的直線距離等于短駁運輸距離，由圖1的坐標求出各貨運需求點至各備選鐵路物流基地的短駁運輸距離，結(jié)果見表1。

表1 貨運需求點至鐵路物流基地短駁運輸距離 單位：km

（2）根據(jù)鐵路貨物運價里程計算方法，根據(jù)圖1鐵路線路銜接情況（鐵路線路均按直線考慮）及各鐵路車站的坐標，可以求出各備選鐵路物流基地至各鐵路控制運費結(jié)算站的計價里程，結(jié)果見表2。

表2 物流基地至鐵路控制運費結(jié)算站計價里程 單位：km

（4）其他參數(shù)確定。結(jié)合部分物流企業(yè)網(wǎng)上公路運輸報價，本案例暫定所有貨物的貨運需求點至鐵路物流基地短駁運輸費率均為0.5元/tkm；據(jù)了解，目前鐵路貨物運輸費用計價采用4號運價的較多，本案例暫定所有貨物的鐵路物流基地至鐵路運費控制結(jié)算站運價均按現(xiàn)行4號運價執(zhí)行，即基價1為16.3元/t，基價2為0.098元/tkm；根據(jù)鐵路建設(shè)項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)的有關(guān)規(guī)定，基本建設(shè)技術(shù)經(jīng)濟評價年限采用30年；結(jié)合對部分鐵路物流基地建設(shè)費用分析情況，本案例假設(shè)j1、j2、j3鐵路物流基地建設(shè)費用分別為359297406元、368510160元、353155570元。

4.3 計算結(jié)果

該模型實際為0-1整數(shù)規(guī)劃問題，如涉及數(shù)據(jù)求解工作量大時，可使用LINGO軟件編程求解，本案例數(shù)據(jù)求解工作量不大，可直接采用枚舉法得出j1、j2、j3物流基地的目標費用分 別 為 80000252.21 元/年 、72846200.63 元/年 、80240904.18元/年。在 點的目標費用明顯最低，則該城市鐵路物流基地應(yīng)在 點選址建設(shè)。

5 結(jié)論

使用最小費用法進行鐵路物流基地選址，可以根據(jù)鐵路線路、場站及貨運需求點分布和貨運量大小情況，結(jié)合投資和運輸費率情況，直接通過計算確定選址結(jié)果，科學(xué)客觀，容易掌握，具有一定的實際應(yīng)用意義，但鐵路物流基地涉及到的費用存在費率變化可能，下一步還需加強研究相對準確的費率確定方法。

（3）為避免進行大量的貨運量調(diào)查工作，本案例結(jié)合部分鐵路物流基地運量水平，采用隨機生成方法得出各貨運需求點運量及分配至各鐵路控制運費結(jié)算站去向的運量，在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)貨運量調(diào)查情況確定，詳見表3。

表3 貨運需求點運量及分配情況 單位：t/年