基于時空消耗法的區(qū)域物流樞紐承載能力研究*

□ 劉 進

(華僑大學 工商管理學院，福建 泉州 362021)

現代物流作為網絡型產業(yè)，其構建的關鍵在于物流節(jié)點尤其是核心節(jié)點的建設[1]。國務院頒布的《物流業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2014-2020年)》中，多次強調了區(qū)域物流樞紐和國際物流樞紐建設的重要性。我國“十三五”規(guī)劃綱要中也明確提出加強區(qū)域物流樞紐建設，提升區(qū)域物流效率。在區(qū)域物流系統(tǒng)供需平衡的決策目標下，物流樞紐承載能力的設計與度量則成為區(qū)域物流樞紐建設的核心內容。

當前物流樞紐相關研究主要側重于物流樞紐概念、內涵與功能、物流樞紐驅動力與演化、物流樞紐與區(qū)域經濟的關系等視角，部分研究運用了路網容量或交通網絡承載力的研究思路與方法，分析物流系統(tǒng)的承載力，主要運用線性規(guī)劃法、割集法、交通分配模擬法以及狹義路網容量模型法等建立承載力度量模型。已有研究集中于物流樞紐系統(tǒng)內的動態(tài)承載力度量，重點考慮物流樞紐內交通網絡的承載力，即運輸系統(tǒng)的承載力，系統(tǒng)內裝卸搬運、物流包裝等子系統(tǒng)的動態(tài)承載力則考慮較少，而對物流樞紐系統(tǒng)內倉儲設施的靜態(tài)承載力則幾無考慮[2-4]。本文運用時空消耗法，基于區(qū)域物流樞紐功能，在綜合考慮區(qū)域物流樞紐動態(tài)承載能力和靜態(tài)承載能力的基礎上，建立區(qū)域物流樞紐承載能力測量模型。

1 區(qū)域物流樞紐與承載力

1.1 區(qū)域物流樞紐與功能

區(qū)域物流樞紐的概念與內涵暫時還處于模糊狀態(tài)，與物流園區(qū)、物流中心、配送中心、物流集聚區(qū)等混淆[4]。國內對區(qū)域物流樞紐的概念的認識主要源于區(qū)域運輸樞紐。借鑒交通樞紐的定義，區(qū)域物流樞紐是區(qū)域物流網絡的中樞節(jié)點，具有完整的物流設施與功能的有機系統(tǒng)。物流樞紐的構成要素包括樞紐內交通線路、物流節(jié)點(倉儲中心、裝卸搬運中心、流通加工中心等)、信息設施、管理流程與機制等，是區(qū)域物流、資金流、信息流和商流的重要轉換點[5]。基于物流術語，區(qū)域物流樞紐的作業(yè)功能則主要包括區(qū)域內運輸、倉儲、流通加工、物流包裝、配送、裝卸搬運、物流信息等功能，部分區(qū)域物流樞紐具有海關商檢、保稅等通關功能。

1.2 區(qū)域物流樞紐承載力

承載能力概念源于工程領域，其定義為構件或結構所能承受的極限壓力。借鑒路網容量或交通網絡承載力的概念，區(qū)域物流樞紐承載能力則是指在資源、環(huán)境等外部約束條件下，在特定空間域、時間域內，利用自身資源，能夠承擔物流作業(yè)數量的限度[6]。

區(qū)域物流樞紐承載力由于研究目的的不同，具有狹義承載力與廣義承載力的分別。狹義區(qū)域物流樞紐承載力可定義為：區(qū)域物流樞紐系統(tǒng)度量時間內可能通行的物流量；廣義區(qū)域物流樞紐承載力則定義為：區(qū)域物流樞紐系統(tǒng)在度量時間內，在各種因素制約下，可容納的物流量。按照約束條件的不同，可分為物理承載力、環(huán)境承載力和經濟承載力等。物理容量是指受樞紐物理條件、設施條件、交通條件等限制的承載力。環(huán)境承載力是指在環(huán)境條件制約下的樞紐承載力。經濟承載力是根據經濟效率、資金約束下的樞紐承載力。本文的研究范疇為區(qū)域物流樞紐的廣義承載力與物理承載力。

2 時空消耗法與量綱歸一化

2.1 時空消耗法

在六十年代初，法國的工程師路易斯·馬尚在交通網絡容量研究的基礎上，提出了“城市的時間與空間消耗”的概念，創(chuàng)建了一種簡化的宏觀交通需求與供給的預測技術，與線性規(guī)劃法、割集法、交通分配模擬法以及狹義路網容量模型法等路網容量模型相比較，避免了交通OD量分布與實際不符、模型函數的非凸性、多起終點難以簡化，起終點具有隨機性等建模突出問題，方法中的路網容量與路段通行能力的一致性保證了該方法在理論上的正確性，在處理總時空資源和交通個體時空資源時兼顧了動態(tài)和靜態(tài)兩方面的內容，目前廣泛運用于交通網絡的戰(zhàn)略性研究中[7]。

時空消耗法分為一維模型和二維模型。一維模型是以道路有效運營長度與有效運營時間的乘積作為路網的時空總資源。二維模型則從交通設施有效面積的角度出發(fā)，把交通設施的有效面積與時間的乘積作為路網的時空總資源。與一維模型僅計算路網交通密度相比較，二維模型考慮了路段的通行限制能力，更符合實際。本文依據時空消耗法二維模型開展研究，以區(qū)域物流樞紐物流設施的有效運營面積(體積)與有效運營時間為時空總資源，計算樞紐系統(tǒng)內物流設施在資源約束下，在度量時間內能服務的貨物數量。

2.2 量綱歸一化

區(qū)域物流樞紐有機整合各項物流設施，承擔系統(tǒng)的物流作業(yè)功能，不同作業(yè)功能在計量時的量綱不完全統(tǒng)一，如通行的貨運運載車通常以輛為計量單位，裝卸搬運則以噸為計量單位。不同作業(yè)功能計量量綱的不統(tǒng)一將阻礙后續(xù)的樞紐承載力測量。

區(qū)域物流樞紐各作業(yè)功能的量綱可劃分為交通量、作業(yè)量與運輸量量綱。以區(qū)域物流樞紐的作業(yè)功能來劃分，運輸功能通常以貨物運載工具輛、架、艘、節(jié)等為量綱，倉儲功能則以存儲量或吞吐量噸為量綱，流通加工、物流包裝、配送功能則多以件為量綱，裝卸搬運則多以噸為量綱。

區(qū)域物流樞紐承載力與交通樞紐承載力不同，物流樞紐的服務對象為流通貨物，以物流各項作業(yè)功能為核心。相對以交通工具為計量單位，以作業(yè)量噸(t)為量綱更為符合研究目的。不同物流作業(yè)功能的量綱(輛、架、艘、節(jié)、件)可通過轉換系數歸一化為作業(yè)量噸(t)[8]。

3 區(qū)域物流樞紐承載力模型

3.1 度量范圍與時間

對于區(qū)域物流樞紐內的設施而言，在一定時期內的時空資源都是有限的且相對穩(wěn)定的。樞紐內的任何一定的貨物流都會占用物流設施一定的時間和空間，而其它貨物只能使用除此之外的時空資源。

區(qū)域物流樞紐內所服務的對象物資必處于某項物流作業(yè)狀態(tài)，即處于運輸、倉儲、物流包裝、流通加工、裝卸搬運等某種物流作業(yè)狀態(tài)，消耗系統(tǒng)內的時空資源。而配送作業(yè)可分解為運輸、倉儲和裝卸搬運等狀態(tài)。物流信息處理作業(yè)對時空資源的消耗較小且資源可變性較大，同時伴隨其他作業(yè)功能發(fā)生。報關通關作業(yè)只在部分物流樞紐開展，且其可分解為倉儲、運輸等作業(yè)，故暫不考慮。

在路網承載力或交通樞紐承載力研究中，承載能力的度量時間通常界定為高峰小時，其考慮從需求出發(fā)，如果高峰時期的路網承載力滿足交通需求，那么其它時段也將會滿足，達到研究的目的。然而高峰時期的一次出行時間與出行次數無法界定，更有可能研究對象在高峰時期內不能完成一次出行周期，故部分研究界定承載能力的度量時間為24小時[7]。區(qū)域物流樞紐地域范圍較小，通常在24小時內能完成多次物流作業(yè)，且樞紐內通常以快速道或主干道連接各種物流節(jié)點設施，交通網絡與物流設施可連續(xù)作業(yè)，樞紐內由于對物流量具有較強控制力，區(qū)域物流樞紐內的物流量相對保持平穩(wěn)，故設計區(qū)域物流樞紐承載力度量時間為24小時(單位時間)，更為符合研究目的。

3.2 區(qū)域物流樞紐承載力

區(qū)域物流樞紐承載能力模型建立的前提假設是區(qū)域物流樞紐功能設施上布滿服務的服務對象個體以及服務對象在各種物流設施中以設計參數或調查參數正常運行。依據以有分析，結合區(qū)域物流樞紐物流作業(yè)功能，區(qū)域物流樞紐承載力可表示為：

C=C1+C2+C3+C4+C5

(1)

式中C為區(qū)域物流樞紐承載能力；C1為運輸子系統(tǒng)的承載能力；C2為倉儲子系統(tǒng)承載力；C3為物流包裝子系統(tǒng)承載力；C4為流通加工子系統(tǒng)承載力；C5為裝卸搬運子系統(tǒng)承載力。

3.2.1 運輸子系統(tǒng)的承載載力

運輸子系統(tǒng)承載能力為度量時間內的區(qū)域物流樞紐交通網絡能夠承擔貨物流的限制，主要受到交通路網服務能力的限制。借鑒路網容量模型，運輸子系統(tǒng)的承載力度量模型可表示為：

(2)

式中：C1為度量時間內運輸子系統(tǒng)承載力；A1j為第j類路網有效運營面積；T1j為第j類路網有效運營時間；C1j為運載車輛在第j類路網時空資源消耗；S1j為第j類路網車道凈面積；R1j為車道等級修正系數；R2j為車道修正系數；R3j為路線使用頻率系數；R4j為路線干擾修正系數；Z1j為路網計算運營時間；R5j為交叉口影響折減系數； a1j為運載車輛的動態(tài)面積消耗；t1j為運載車輛一次出行時耗； R6為運載車輛車型修正系數；R7為運載車輛與作業(yè)量噸(t)轉換系數[9]。

3.2.2 倉儲子系統(tǒng)的承載力

倉儲子系統(tǒng)承載能力為度量時間內的樞紐倉儲設施能夠承擔貨物存儲的限制，與運輸、裝卸搬運子系統(tǒng)等度量的動態(tài)承載力不同，其度量樞紐的靜態(tài)承載力，其承載力度量模型可表示為：

(3)

式中：C2為度量時間內倉儲子系統(tǒng)承載力；A2j為第j類倉儲有效運營空間體積；T2j為第j類倉儲有效運營時間；C2j為貨物在第j類倉儲中的時空資源消耗；D2j為第j類倉儲空間凈體積；K1j為倉儲等級修正系數；K2j為倉儲高度修正系數；K3j為倉儲貨架高度修正系數、K4j為倉儲倉容率修正系數；K5j為倉儲通道修正系數；Z2j為第j類倉儲計算運營時間；d2為貨物的體積空間消耗；t2j為倉儲中貨物一次存儲時間消耗；n2為貨物在樞紐內儲存次數；K6為貨物包裝類型修正系數。

3.2.3 物流包裝子系統(tǒng)的承載力

物流包裝子系統(tǒng)承載能力為度量時間內的區(qū)域物流樞紐物流包裝設施能夠承擔貨物包裝作業(yè)的限制，其承載力度量模型可表示為：

(4)

式中：C3為度量時間內物流包裝子系統(tǒng)承載力；A3j為第j類物流包裝場地有效運營面積；T3j為第j類物流包裝場地的有效運營時間；C3j為貨物在第j類物流包裝場地的時空資源消耗；S3j為第j類物流包裝場地凈面積；M1j為物流包裝技術等級修正系數；M2j為物流包裝設備面積占用修正系數；M3j為物流包裝場地通道修正系數；Z3j為物流包裝設備計算運行時間；M4j為物流包裝設備維修修正系數；a3j為貨物的物流包裝動態(tài)面積消耗；t3j為貨物一次物流包裝時間消耗；n3j為貨物度量時間內物流包裝次數；M5j為貨物物流包裝技術修正系數。

3.2.4 流通加工子系統(tǒng)的承載力

流通加工子系統(tǒng)承載能力為度量時間內的區(qū)域物流樞紐流通加工系統(tǒng)能夠承擔貨物流通加工作業(yè)的限制，其承載力度量模型可表示為：

(5)

式中：C4為度量時間內流通加工子系統(tǒng)承載力；A4j為第j類流通加工場地有效運營面積；T4j為第j類流通加工場地的有效運營時間；C4j為貨物在第j類流通加工場地的時空資源消耗；S4j為第j類流通加工場地凈面積；E1j為流通加工技術等級修正系數；E2j為流通加工設備面積占用修正系數；E3j為流通加工通道修正系數；Z4j為流通加工設備計算運行時間；E4j為流通加工設備維修修正系數； a4j為貨物的流通加工動態(tài)面積消耗；t4j為貨物一次流通加工時間消耗；n4j為貨物度量時間內流通加工次數；E5j為貨物流通加工類型修正系數。

3.2.5 裝卸搬運子系統(tǒng)的承載力

裝卸搬運承載能力為度量時間內的區(qū)域物流樞紐裝卸搬運設施系統(tǒng)能夠承擔貨物裝卸搬運作業(yè)的限制，其承載力度量模型可表示為：

(6)

式中：C5為度量時間內裝卸搬運子系統(tǒng)承載力；A5j為第j類裝卸搬運場地有效運營面積；T5j為第j類裝卸搬運場地的有效運營時間；C5j為貨物在第j類裝卸搬運場地的時空資源消耗；S5j為第j類裝卸搬運場地凈面積；F1j為裝卸搬運設備技術等級修正系數；F2j為裝卸搬運設備面積占用修正系數；F3j為裝卸搬運場地通道修正系數；Z5j為裝卸搬運場地計算運行時間；F4j為裝卸搬運設備維修時間折扣系數；a5j為貨物的裝卸搬運動態(tài)面積消耗；t5j為貨物一次裝卸搬運時間消耗；n5j為貨物度量時間內裝卸搬運次數；F5j為貨物裝卸搬運包裝形態(tài)修正系數。

4 結語

基于時空消耗法建立了區(qū)域物流樞紐承載能力模型在界定承載力度量時段的前提下，同時考慮了樞紐系統(tǒng)內的靜態(tài)承載力和動態(tài)承載力。以區(qū)域物流樞紐內的核心作業(yè)與設施為基礎，建立了樞紐總承載力模型以及運輸子系統(tǒng)、倉儲子系統(tǒng)、物流包裝子系統(tǒng)、裝卸搬運子系統(tǒng)與流通加工子系統(tǒng)承載力度量模型，探討了有效運營面積、有效運營時間等的修正因素，模型的建立為區(qū)域物流樞紐的仿真優(yōu)化奠定基礎。

基于時空消耗法的區(qū)域物流樞紐模型具有概念明晰、算法簡明，較好的兼容靜態(tài)承載力和動態(tài)承載力的優(yōu)點，避免了其它技術模型中的OD量分配假設、不能良好的處理靜態(tài)承載力等突出問題[10]，但存在各種修正系數繁雜且很難標定，變量需通過調查方式獲得。如何更科學的設計各種修正系數，更為有效的獲取變量值，將是未來進一步研究的重點方向。