廣西自貿(mào)區(qū)綠色多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化研究

方文凱，廖志高

（廣西科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，廣西 柳州 545006）

0 引 言

伴隨著廣西經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及與東盟各國經(jīng)濟(jì)往來日益頻繁，傳統(tǒng)單一運(yùn)輸模式具有高污染低效益問題，已不能滿足現(xiàn)代物流發(fā)展需求。廣西自治區(qū)必須做出相應(yīng)的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整，以應(yīng)對未來發(fā)展的機(jī)遇。而發(fā)展綠色多式聯(lián)運(yùn)則是一種行之有效的運(yùn)輸模式，也是解決當(dāng)下運(yùn)輸行業(yè)高污染低效益的關(guān)鍵，更是眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題。當(dāng)下，廣西自治區(qū)以成立廣西自貿(mào)區(qū)為契機(jī)發(fā)展物流經(jīng)濟(jì)，更在廣西十三五規(guī)劃發(fā)展中強(qiáng)調(diào)，抓住中國—東盟自由貿(mào)易區(qū)建設(shè)機(jī)遇，大力發(fā)展現(xiàn)代物流服務(wù)業(yè)，加快完成現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系，統(tǒng)籌兼顧鐵路、公路、水運(yùn)和民航等發(fā)展，逐漸提高廣西物流高效率服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保綠色物流運(yùn)輸水平，從而更好地提升廣西經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而本文也正是基于這樣的目的展開科學(xué)研究。

綜合目前的研究成果可以了解到物流路徑選擇問題仍是研究多式聯(lián)運(yùn)的核心，既在不同的因素情況下構(gòu)建模型進(jìn)行優(yōu)化分析。多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化選擇一般會受到運(yùn)輸成本、運(yùn)輸時間、貨物量、運(yùn)輸風(fēng)險、運(yùn)輸質(zhì)量以及環(huán)境等因素的影響。例如：Chang首先對多式聯(lián)運(yùn)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，在模型中將時間問題作為約束條件來控制商品物流的分配。Cho學(xué)者以運(yùn)輸?shù)目偝杀竞涂倳r間為多目標(biāo)模型，借助具體的案例從釜山到鹿特港的實(shí)際距離展開研究分析，得到最優(yōu)的路徑。Seo學(xué)者以運(yùn)輸?shù)目偝杀?、總時間以及信心指數(shù)研究從重慶到鹿特港的路徑，借助運(yùn)輸貨物的貴重性建立信心指數(shù)模型。Xiong學(xué)者在研究多式聯(lián)運(yùn)過程中將減少碳排放作為目標(biāo)規(guī)劃模型，首次分析在運(yùn)輸過程中如何減少碳排放。而我國國內(nèi)研究多式聯(lián)運(yùn)起步相對較晚，主要有付新平以運(yùn)輸?shù)目倳r間和總成本為目標(biāo)模型，通過研究中歐班列集裝箱問題進(jìn)行路徑優(yōu)化。李玉民等選擇以運(yùn)輸?shù)目偝杀?、總時間以及碳排放量為目標(biāo)模型，在結(jié)合具體的案例構(gòu)建多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化選擇，從而將國內(nèi)研究多式聯(lián)運(yùn)目光的人聚焦到環(huán)境因素上。萬杰等人同樣以運(yùn)輸總費(fèi)用、運(yùn)輸總時間以及物流服務(wù)質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建混合整數(shù)規(guī)劃模型，借助無量綱化的方法轉(zhuǎn)換成單目標(biāo)模型進(jìn)而優(yōu)化路徑。賈葉子等人以運(yùn)輸總成本、時間和環(huán)境外部成本等目標(biāo)模型展開研究，通過具體分析在運(yùn)輸過程中環(huán)境因素對路徑造成的影響。李魁梅等人通過研究在運(yùn)輸過程中的綜合成本問題，建立以運(yùn)輸成本最小化的模型從而進(jìn)行路徑優(yōu)化。

根據(jù)文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，在研究多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化的過程中，大部分學(xué)者都是以運(yùn)輸總成本、總時間或者碳約束中的一個或者兩個等為目標(biāo)模型，而缺乏全面地分析多式聯(lián)運(yùn)在運(yùn)輸過程中所受到的影響因素。基于此，本文在已有的研究基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)性分析多式聯(lián)運(yùn)在運(yùn)輸過程中所受到的影響因素，建立綠色多式聯(lián)運(yùn)多目標(biāo)規(guī)劃模型，借助模糊優(yōu)化中的理想點(diǎn)轉(zhuǎn)換法，處理多目標(biāo)之間的單位差異以及其數(shù)量級差異，并轉(zhuǎn)換為單目標(biāo)模型進(jìn)行求解。從而可以較好地平衡三個目標(biāo)規(guī)劃的權(quán)重。同時在結(jié)合廣西自貿(mào)區(qū)的具體案例，可以為廣西自貿(mào)區(qū)更好地規(guī)劃路徑，為今后的發(fā)展實(shí)現(xiàn)高效環(huán)保的目的。

1 多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化模型構(gòu)建

1.1 問題描述

在某個貨運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)處有一批貨物需從某地區(qū)（假設(shè)A） 運(yùn)送到目的地（假設(shè)B），并且需要在規(guī)定的時間內(nèi)送到，不然就會產(chǎn)生額外的存儲費(fèi)用或者懲罰費(fèi)用。在按照路徑運(yùn)輸?shù)倪^程中會通過若干個轉(zhuǎn)運(yùn)節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)運(yùn)節(jié)點(diǎn)之間可以通過鐵路、公路以及水運(yùn)三種運(yùn)輸方式進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，同時考慮到每個節(jié)點(diǎn)城市都可以按照已有的路徑轉(zhuǎn)換運(yùn)輸方式。在運(yùn)輸過程將會產(chǎn)生運(yùn)輸成本、運(yùn)輸時間、運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量、碳排放、空氣污染物以及空氣噪音等因素。通過綜合考慮上述因素的影響，從而確定該批貨物最優(yōu)的運(yùn)輸方案，實(shí)現(xiàn)高效環(huán)保的目的。

1.2 模型假設(shè)

假設(shè)1：在貨物運(yùn)輸?shù)倪^程中只能按照已有的路徑線路進(jìn)行運(yùn)輸；

假設(shè)2：在運(yùn)輸過程中兩個城市節(jié)點(diǎn)之間最多并且只能選擇一種運(yùn)輸方式進(jìn)行運(yùn)輸，相鄰城市之間節(jié)點(diǎn)只能轉(zhuǎn)載一次；

假設(shè)3：在運(yùn)輸過程中不發(fā)生運(yùn)輸貨物的增加，保持貨物的完整性；

假設(shè)4：在運(yùn)輸過程中只能以整體為單位運(yùn)輸，并且保證單次運(yùn)輸過程中總能滿足貨運(yùn)量的上限；

假設(shè)5：不考慮運(yùn)輸過程中遇到特殊情況例如天氣等因素的影響，不考慮運(yùn)輸過程中的貨物以及運(yùn)輸工具的耗損；

假設(shè)6：不考慮在中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)的環(huán)境外部因素的影響。

1.3 符號說明（見表1）

表1 參數(shù)說明

1.4 模型的建立

依據(jù)上面的假設(shè)分析，通過文獻(xiàn)[11]的描述在模型中考慮到碳排放值、空氣污染值及噪音污染值等因素而建立綠色約束模型。同時本文使用物流服務(wù)質(zhì)量系數(shù)來衡量各城市以及城市之間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)載服務(wù)能力，對于不同的城市節(jié)點(diǎn)，其自身的資源及發(fā)展水平越好，則提供的物流服務(wù)質(zhì)量水平就越高。因此，在綜合考慮到運(yùn)輸過程中的各種因素和參考文獻(xiàn)[12]選取區(qū)位條件、班列密度、裝卸效率、信息服務(wù)水平、班列準(zhǔn)點(diǎn)率及通關(guān)效率為評價因素，考慮以上的因素建立多目標(biāo)綠色多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化模型。

模型中，式（1） 表示多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸過程中的總時間，包括運(yùn)輸過程中時間及轉(zhuǎn)載的時間。式（2） 和式（3） 表示貨物在運(yùn)輸過程中的費(fèi)用及轉(zhuǎn)載的費(fèi)用，式（4） 表示貨物未按時送達(dá)產(chǎn)生的倉儲費(fèi)用及懲罰費(fèi)用，式（5） 表示多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸過程中的總運(yùn)輸成本。式（6） 表示在多式聯(lián)運(yùn)過程中運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量。式（7） 表示在多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸?shù)倪^程中需要將環(huán)境因素控制到數(shù)值R 以內(nèi)。式（8） 表示決策變量在取值的過程中保障正常運(yùn)輸。式（9） 表示決策變量的取值為0～1 變量。

1.5 模型求解

借助上面的分析可以得到的目標(biāo)函數(shù)為多目標(biāo)規(guī)劃問題，而多目標(biāo)規(guī)劃問題存在多種問題的影響，無法求得最優(yōu)的解，同時，在研究多目標(biāo)的過程中各目標(biāo)級的權(quán)重單位也不盡相同，為便于求解，本文則借助模糊優(yōu)化中的理想點(diǎn)法，將求解的多目標(biāo)規(guī)劃問題進(jìn)行無量綱化處理，使得各目標(biāo)模型處于同一單位，具體的操作步驟如下：

通過上面的具體操作步驟，可以將多目標(biāo)規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為單位統(tǒng)一的、以加權(quán)歐氏距離最小化目標(biāo)的單目標(biāo)規(guī)劃問題，在借助優(yōu)化求解器LINGO12 軟件進(jìn)行具體求解。

2 算例模擬分析

2.1 案例說明

假定有一批貨物需要從廣西南寧運(yùn)往到越南河內(nèi)市，使用標(biāo)準(zhǔn)TEU 集裝箱10 個進(jìn)行裝運(yùn)，在將貨物運(yùn)往越南河內(nèi)市的路徑中，根據(jù)目前了解可以得知有三條路徑可以運(yùn)輸，在每條道路運(yùn)輸?shù)倪^程中會途經(jīng)不同的中轉(zhuǎn)站，在途經(jīng)中轉(zhuǎn)站時可以改變運(yùn)輸方式，而在運(yùn)輸?shù)倪^程中運(yùn)輸?shù)某杀?、時間以及環(huán)境污染程度等各不相同。其中多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)圖見圖1，具體數(shù)據(jù)見表2至表5。首先從多式聯(lián)運(yùn)承運(yùn)人的視角出發(fā)，更多地考慮運(yùn)輸成本及物流服務(wù)對運(yùn)輸路徑的影響，時間因素所占比重較少，既各目標(biāo)的權(quán)重值λ=0.3, λ=0.3, λ=0.4, 同時后面也會對權(quán)重變化產(chǎn)生的影響作具體的分析。最后，在具體分析三條路徑的差異。

表2 三種運(yùn)輸方式的換算

表5 各城市運(yùn)輸過程中的物流服務(wù)質(zhì)量水平（取等級值）

圖1 多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)連接圖

2.2 案例數(shù)據(jù)

在將貨物從廣西自貿(mào)區(qū)南寧片區(qū)運(yùn)往越南首都河內(nèi)市時，目前共有三條路徑可以運(yùn)輸，按照地理位置可以分為上路、中路以及下路。

首先，碳排放主要集中在二氧化碳的排放上，根據(jù)借鑒W.M.TO 的研究，公路，鐵路以及水路運(yùn)輸二氧化碳排放因子分別為：11.91、0.227、0.121（g/km）。而空氣污染物的排放量主要是集中在一氧化碳、碳化氫、某氧化氮和PM 的值，上述的測量值以避免成本法計算得來，而噪聲的污染值是與歐盟的研究類比計算出的，通過人口密度以及人均GDP 指標(biāo)計算得來，另一方面因水運(yùn)一般遠(yuǎn)離人群而運(yùn)輸，故噪音污染值為零，各單位具體數(shù)據(jù)如表6 所示。

表6 三種運(yùn)輸方式的碳排放、空氣污染物排放量以及噪音成本值 單位：g/（t·km）、元/g

2.3 案例求解

表3 三種運(yùn)輸方式之間的轉(zhuǎn)化 單位：元/TEU-1、h/TEU-1

表4 相鄰城市之間的距離 單位：km

通過上面的具體數(shù)據(jù)及綠色多式聯(lián)運(yùn)模型，運(yùn)用LINGO12 軟件中的分支定界原理對上路（既第一條運(yùn)輸線路） 運(yùn)輸?shù)目倳r間、運(yùn)輸?shù)目偝杀炯斑\(yùn)輸?shù)姆?wù)質(zhì)量為目標(biāo)的單個目標(biāo)函數(shù)規(guī)劃問題進(jìn)行分別求解，可以得到各目標(biāo)的最優(yōu)解及最劣解，如表7 所示：

表7 各目標(biāo)對應(yīng)最優(yōu)解以及最劣解

其次，通過前理想點(diǎn)法將多目標(biāo)轉(zhuǎn)換成單目標(biāo)模型后進(jìn)行歸一化處理，根據(jù)加權(quán)歐式距離為目標(biāo)的單目標(biāo)規(guī)劃模型，可以整理得到最終目標(biāo)函數(shù)為：

最后，在借助LINGO12 可以對上述的單目標(biāo)規(guī)劃模型進(jìn)行求解，同時，為驗(yàn)證本文建立的模型有效性，將以運(yùn)輸總成本以及運(yùn)輸總時間為目標(biāo)函數(shù)的多式聯(lián)運(yùn)模型進(jìn)行求解，在與本文所建立模型求解進(jìn)行對比分析，可以看到運(yùn)輸?shù)姆桨溉绫? 所示：

表8 對比分析

由表8 可以了解到，本文研究能更好地兼顧對環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的，為我國的生態(tài)環(huán)境做出一定的貢獻(xiàn)。在考慮到外部環(huán)境因素的情況下，控制服務(wù)質(zhì)量模型的參數(shù)，目標(biāo)函數(shù)的運(yùn)輸路線并未發(fā)生改變，加入服務(wù)質(zhì)量模型可以提高服務(wù)質(zhì)量水平，但是也會帶來目標(biāo)函數(shù)總時間的增加。特別是在改變不同的權(quán)重值時路線就會發(fā)生相應(yīng)的變動，根據(jù)承運(yùn)人對權(quán)重的敏感度不同，可以逐次改變敏感系數(shù)，從而可以得到最優(yōu)的路徑，為自貿(mào)區(qū)的綠色多式聯(lián)運(yùn)發(fā)展提供可行性方案。各權(quán)重的最優(yōu)路徑如表9 所示。

表9 各權(quán)重的最優(yōu)路徑

2.4 案例對比分析

為研究南寧片區(qū)到越南河內(nèi)市的最優(yōu)路徑，可以了解到有三條路徑可供選擇，具體的路徑見圖1 所示，三條路徑各有其優(yōu)劣勢，結(jié)合具體的數(shù)據(jù)模型可以進(jìn)行對比分析：

（1） 上路路徑

在分析上路的過程中，可以了解到當(dāng)權(quán)重系數(shù)為（0.3,0.3,0.4） 時設(shè)定此時的最優(yōu)解的值為單位1，不斷改變敏感系數(shù)可以了解到當(dāng)敏感系數(shù)為（0.1,0.6,0.3） 時，既先水運(yùn)、鐵運(yùn)、水運(yùn)的運(yùn)輸方式是最優(yōu)的路徑，比對比值優(yōu)化45%，優(yōu)化的主要來源是全程依托鐵路和水運(yùn)的運(yùn)載能力，而鐵路和水運(yùn)的運(yùn)載相對于公路而言比較廉價。

（2） 中路路徑

在分析中路的過程中，當(dāng)與上路進(jìn)行對比時，將各自的權(quán)重系數(shù)也調(diào)整為（0.3,0.3,0.4） 時，運(yùn)輸?shù)目傎M(fèi)用會降低（91.7735-80.5325）/91.7735*100%=12%的費(fèi)用。降低的主要原因在于運(yùn)輸過程中水運(yùn)的增加，相對而言在成本略下降。通過逐次修改敏感系數(shù)發(fā)現(xiàn)中路的狀況比上路相對較好。

（3） 下路路徑

在分析下路的過程中，同樣為與二者形成對比說明，也將各自的目標(biāo)權(quán)重系數(shù)調(diào)整為（0.3,0.3,0.4），發(fā)現(xiàn)與上路運(yùn)輸進(jìn)行對比時運(yùn)輸費(fèi)用會下降許多，通過計算可得相對值（91.7735-73.0975）/91.7735*100%=20%的費(fèi)用，與上中路對比分析可得，這條道路是最優(yōu)的路徑。其主要的原因是在運(yùn)輸?shù)倪^程中大部分都為水運(yùn)的方式，水運(yùn)相對而言既比較廉價又節(jié)能環(huán)保。

根據(jù)我國發(fā)展規(guī)劃需要在2030 年時碳排放達(dá)到峰值，這就需要我國各個行業(yè)共同努力去實(shí)現(xiàn)，對于物流運(yùn)輸而言更需要節(jié)能減排。通過上面的研究可以了解到我國不單單需要在碳排放上作出規(guī)定，還需要在各種環(huán)境污染物等排放上作出全面性規(guī)定。針對廣西自貿(mào)區(qū)而言，需要狠抓水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的建設(shè)，著力提升服務(wù)能力水平，力爭到2030 年西部陸海新通道水運(yùn)設(shè)施基本建成，這樣才能在東盟以及輻射“一帶一路”沿線國家和地區(qū)時展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3 結(jié)束語

本文在研究的過程中通過考慮碳排放、空氣污染以及噪聲污染等產(chǎn)生的外部環(huán)境因素對多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸方式和路徑選擇的影響，也結(jié)合考慮到以運(yùn)輸總成本、運(yùn)輸總時間及運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量作為優(yōu)化目標(biāo)模型而建立多目標(biāo)規(guī)劃模型。在模型求解上，借助模糊優(yōu)化中的理想點(diǎn)法將多目標(biāo)規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為以歐式距離最小為目標(biāo)的單目標(biāo)規(guī)劃模型，借助LINGO12 軟件進(jìn)行求解。在求解的過程中通過相互對比分析較好地平衡運(yùn)輸總成本、運(yùn)輸總時間及運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量水平目標(biāo)。該研究既符合我國實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的，又能幫助廣西自貿(mào)區(qū)建立最優(yōu)路徑。但在研究的過程中，沒有深入研究貨物在運(yùn)輸過程中對環(huán)境的具體影響以及動態(tài)運(yùn)輸過程，這將是未來研究的方向。

通過對廣西自貿(mào)區(qū)的具體分析，了解到目前廣西自貿(mào)區(qū)需要大力推進(jìn)水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，逐漸提升對運(yùn)輸行業(yè)的投資力度，構(gòu)建四位一體的綜合立體交通格局，完善綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)體系，為實(shí)現(xiàn)廣西自貿(mào)區(qū)的碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)而作出新改革，推進(jìn)廣西交通運(yùn)輸?shù)母哔|(zhì)量發(fā)展。