城市快遞包裝回收處理中心選址研究

□ 秦維嘉,姚新勝,楊路路,姚京帥

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，河南 鄭州 450002)

1 引言

2020年，我國快遞行業(yè)共消耗塑料包裝廢棄物約180萬噸，紙類包裝廢棄物更是接近一千萬噸，與前幾年相比，快遞行業(yè)所消耗的包裝廢棄物數(shù)量呈指數(shù)增長，快遞包裝廢棄物對環(huán)境和資源的影響越來越受到社會重視[1]。針對當(dāng)前的快遞包裝回收情況，政府已出臺了一系列加強快遞包裝污染性治理的指導(dǎo)意見，但國內(nèi)城市仍存在著再利用不足、回收技術(shù)落后、回收意識欠缺、回收責(zé)任主體模糊等問題[2]。因此，如何處理快遞包裝廢棄物和減少其對環(huán)境的污染已經(jīng)成為各大城市所面臨的挑戰(zhàn)。針對上述問題，本文從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，構(gòu)建快遞包裝的回收體系，為從根本上解決快遞包裝回收困難的問題提出建議。

2 快遞包裝回收體系構(gòu)建

2.1 快遞包裝回收的運作模式

現(xiàn)有的快遞包裝回收有三種運作模式，分別是由物流企業(yè)與其原有物流體系相結(jié)合的物流企業(yè)自主回收模式，由各物流企業(yè)聯(lián)合建立逆向物流回收體系的物流企業(yè)聯(lián)合回收模式，和由第三方企業(yè)專門統(tǒng)一回收的第三方企業(yè)回收模式[5]。

由物流企業(yè)自主回收的模式，企業(yè)為節(jié)省成本，通常將快遞包裝回收與正向物流結(jié)合，但當(dāng)物流企業(yè)原本經(jīng)營的正向物流與快遞包裝回收的逆向物流之間出現(xiàn)利益沖突時，多數(shù)企業(yè)會為確保正向物流的正常運行而放棄逆向物流。而由多家物流企業(yè)聯(lián)營回收的模式，雖然解決了快遞包裝回收的逆向物流建設(shè)成本方面的困難，但多家企業(yè)相聯(lián)合存在合作困難，企業(yè)之間難以協(xié)調(diào)，相互之間的競爭力也會下降，影響其原有的經(jīng)營。針對由第三方回收企業(yè)從回收點回收并進(jìn)行處理加工再進(jìn)行分銷的模式，相較于物流企業(yè)自主回收模式，第三方企業(yè)回收的成本更低，相對也更便捷；相較于物流企業(yè)聯(lián)合回收模式，第三方企業(yè)回收不會使現(xiàn)有物流企業(yè)之間因包裝回收產(chǎn)生矛盾；同時，第三方企業(yè)回收快遞包裝的成本更低，可回收的快遞包裝種類也更多。

通過對比各回收模式的優(yōu)缺點，結(jié)合大部分城市的具體情況，并考慮我國目前的經(jīng)濟(jì)、管理、技術(shù)等現(xiàn)狀，本文選擇以第三方企業(yè)回收模式對國內(nèi)城市快遞包裝回收體系進(jìn)行構(gòu)建。

2.2 快遞包裝回收體系的物理模型

快遞包裝分為可直接利用、不可直接利用、廢棄物三種類型，這三種類型的快遞包裝回收分別對應(yīng)三種不同處理方式[6]?？芍苯永玫闹恍杞?jīng)過簡單的處理就可直接運送至分銷市場再利用，如完整無殘缺的玻璃瓶、塑料瓶等；不可直接利用的需要運送至加工廠經(jīng)過二次處理后才再運送至分銷市場，如存在破損情況的紙箱；廢棄物是不能再次利用的快遞包裝，通過運送至垃圾場進(jìn)行填埋、焚燒等。

以第三方企業(yè)回收模式構(gòu)建不可直接利用的快遞包裝回收體系物理模型：一級是回收點，是以消費者為主體建立的快遞包裝回收點，用于完成快遞包裝的初步回收；第二級是處理中心，用于分類處理和二次加工快遞包裝；第三級分別是分銷市場和垃圾場，可二次利用的快遞包裝運輸?shù)椒咒N市場，無法再利用的包裝廢棄物運送到垃圾場，從而實現(xiàn)真正的快遞包裝循環(huán)再利用。

2.3 快遞包裝回收體系節(jié)點選擇

第三方回收企業(yè)可與現(xiàn)有的快遞網(wǎng)點合作，在快遞網(wǎng)點處設(shè)立小型回收點用以回收快遞包裝，再由第三方回收企業(yè)回收至大型回收點進(jìn)行統(tǒng)一管理。在沒有快遞網(wǎng)點覆蓋的小區(qū)和街道上，第三方企業(yè)也可自行設(shè)立小型回收箱用于回收快遞包裝。

處理中心主要用于將回收到的快遞包裝進(jìn)行分類，并對不可直接利用的快遞包裝進(jìn)行二次加工。國內(nèi)城市的包裝處理工廠較少，部分城市基本沒有，所以需要第三方回收企業(yè)自行建設(shè)。

第三方回收公司可以選擇在已有的包裝分銷市場中進(jìn)行分銷以節(jié)約成本，對于進(jìn)行二次處理后仍然不可以再利用的廢棄物，為減少運輸成本采取就近原則選擇垃圾場進(jìn)行焚燒、填埋。

3 回收處理中心選址的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建

3.1 模型假設(shè)

快遞包裝回收體系的物理模型已基本確定，其中需要由第三方回收企業(yè)建設(shè)的處理中心位置還不確定。本節(jié)以總成本最低為原則，運用混合整數(shù)規(guī)劃法求解處理中心選址的數(shù)學(xué)模型，得出處理中心的選址決策及體系中各個節(jié)點之間的快遞包裝流量。為簡化模型的構(gòu)建，做出下列假設(shè)：

①同種設(shè)施最多只能在一個候選點上建設(shè)；

②小型回收點有足夠大的能力可以儲存一天之內(nèi)回收的快遞包裝；

③每個區(qū)內(nèi)的快遞包裝由相應(yīng)管轄區(qū)內(nèi)的回收點回收；

④各個設(shè)施之間的距離由地圖上的兩點之間的距離近似表示；

⑤為規(guī)避其他參數(shù)對模型的影響，模型中所需的處理中心建設(shè)成本、單位運營成本和快遞包裝單位運輸成本為已知值。

3.2 模型參數(shù)

根據(jù)上文所提出的假設(shè)，并考慮各影響因素的重要性，本文涉及的參數(shù)只包括快遞包裝運輸成本和處理中心的建設(shè)、運營成本。首先，對模型的參數(shù)和變量進(jìn)行定義：

①符號定義

a：回收點的集合，a∈A；c：分銷市場

b：處理中心的集合，b∈B；d：垃圾場。

②參數(shù)定義

ma：回收點上回收到的快遞包裝數(shù)量；

Nb：處理中心建設(shè)成本；

Nc：分銷中心建設(shè)成本；

wb：處理中心最大容量；

lab：回收點到處理中心的單位運輸成本；

lbc：處理中心到分銷市場的單位運輸成本；

lbd：處理中心到垃圾場的單位運輸成本；

dab：回收點到處理中心的距離；

dbc：處理中心到分銷中心的距離；

dbd：處理中心到垃圾廠的距離；

fa：回收點單位運營成本；

fb：處理中心單位運營成本；

fd：垃圾場的單位運營成本。

③決策變量

Xab：回收點運送到處理中心的快遞包裝量；

Xbc：處理中心運送到分銷市場的快遞包裝量；

Xbd：處理中心運送到垃圾場的快遞包裝量；

Yb(0-1變量)：是否建設(shè)處理中心(Yb=1，建設(shè)處理中心；Yb=0，不建設(shè)處理中心)。

3.3 數(shù)學(xué)模型建立

根據(jù)模型的假設(shè)以及參數(shù)的定義，以經(jīng)濟(jì)成本最小為原則，構(gòu)建單目標(biāo)處理中心的選址模型。

①經(jīng)濟(jì)成本：由快遞包裝的運輸成本、處理中心的建設(shè)成本和運營成本共同構(gòu)成模型的經(jīng)濟(jì)成本函數(shù)。

Ⅰ快遞包裝的運輸成本：快遞包裝的運輸量、各節(jié)點之間的運輸距離乘以單位運輸成本得出體系中快遞包裝的總運輸成本：

u1=∑labXabdab+∑lbcXbcdbc+∑lbdXbddbd

Ⅱ處理中心的建設(shè)成本：處理中心和分銷中心的建設(shè)成本：

u2=∑NbYb+Nc

Ⅲ處理中心的運營成本：所需處理的快遞包裝量乘以處理中心單位運營成本得出運營成本：

u3=∑mafa+∑Xabfb+∑Xbdfd

Ⅳ最后得出的經(jīng)濟(jì)成本就是快遞包裝的運輸成本和處理中心的建設(shè)成本、運營成本之和：

u=u1+u2+u3

(1)

②建立目標(biāo)函數(shù)：將上述經(jīng)濟(jì)成本函數(shù)式(1)轉(zhuǎn)化為目標(biāo)函數(shù)式(2)，求最小成本。

minδ=∑NbYb+Nc+∑labXabdab+∑lbcXbcdbc+∑lbdXbddbd+∑mafa+∑Xabfb+∑Xbdfd

(2)

式(2)為快遞包裝回收體系構(gòu)建的目標(biāo)成本函數(shù)。式(3)-(6)體現(xiàn)了快遞包裝回收體系的能量守恒：式(3)體現(xiàn)了運送至處理中心的快遞包裝量與各大型回收點回收的快遞包裝總量相等；式(4)體現(xiàn)了運送至分銷市場的快遞包裝數(shù)量是在處理中心進(jìn)行二次加工的快遞包裝數(shù)量的ε倍；式(5)表示部分無法再加工的快遞包裝運往垃圾廠的量；式(6)為可以進(jìn)行包裝廢棄物的處理中心的容量約束。式(7)和式(8)為快遞包裝回收體系中變量的取值范圍。

4 數(shù)據(jù)獲取與模型求解

以石家莊為例，根據(jù)石家莊市實際需求來確定模型數(shù)據(jù)，本節(jié)用單目標(biāo)混合整數(shù)規(guī)劃法，對處理中心選址的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計算，并得到運輸流量的分配結(jié)果。

4.1 數(shù)據(jù)獲取

①快遞包裝回收量：本節(jié)將石家莊市各個區(qū)收到的快遞包裹數(shù)近似于回收到的快遞包裝的數(shù)量，通過對2020年石家莊市收到的快遞包裹數(shù)按各個區(qū)的人口占比進(jìn)行分配得到各個區(qū)的快遞包裝回收量。

②回收點的建立：石家莊市中心區(qū)域有7個區(qū)、一個縣，第三方回收企業(yè)在石家莊市的每個區(qū)內(nèi)設(shè)立一個大型回收點，用于回收該區(qū)內(nèi)的快遞包裝。

③運營成本和建設(shè)成本：根據(jù)其他城市的相關(guān)案例，并結(jié)合石家莊市的具體情況，假設(shè)處理中心的建設(shè)成本為115萬元，處理容量為8000萬個/年，運營成本為0.25元/個。

④快遞包裝運輸成本：由于快遞包裝的材料存在特殊性，本節(jié)依據(jù)其他類似材料的運輸成本換算出快遞包裝從大型回收點運送到處理中心的單位運輸成本為0.03元/個·千米，從處理中心運送到垃圾場的單位運輸成本為0.01元/個·千米，從處理中心到分銷市場的單位運輸成本是0.05元/個·千米。

⑤運輸距離：為方便運算，先不考慮各個節(jié)點之間路徑選擇，將石家莊市內(nèi)各個區(qū)之間的距離作為各節(jié)點之間的運輸距離。將裕華區(qū)現(xiàn)有的垃圾分類轉(zhuǎn)運站作為垃圾場；并將處于長安區(qū)中心地帶的批發(fā)市場，作為快遞包裝加工處理后的分銷市場。

4.2 選址決策與流量分配

根據(jù)2020年石家莊市的快遞包裝回收數(shù)量，在上文對回收體系分析、模型構(gòu)建基礎(chǔ)上進(jìn)行求解，得到以最小成本為目標(biāo)函數(shù)的選址決策，并生成相應(yīng)條件下的流量分配結(jié)果。

借助lingo軟件，根據(jù)預(yù)設(shè)的原始數(shù)據(jù)，通過層層迭代運算，計算得出所需最低成本為15170.75萬元，處理中心的選址決策為在新華區(qū)、橋西區(qū)和長安區(qū)建設(shè)。在得出處理中心的選址決策后，得到的各節(jié)點之間的流量分配結(jié)果，如表1所示。

表1 2020年石家莊市快遞包裝回收體系各節(jié)點之間的運輸流量(單位：萬個)

根據(jù)處理中心選址的決策結(jié)果，以及各個節(jié)點之間的流量分配，構(gòu)建出石家莊市快遞包裝回收體系圖，如圖1所示。

圖1 石家莊市快遞包裝回收體系

5 研究結(jié)論與建議

本文根據(jù)國內(nèi)城市快遞包裝回收的現(xiàn)狀，提出建立以第三方回收企業(yè)為主體的快遞包裝回收體系，對不可直接利用的快遞包裝進(jìn)行二次加工并分銷，真正實現(xiàn)快遞包裝的循環(huán)再利用。政府在面對快遞包裝回收困難等問題上，應(yīng)在社會層面擴(kuò)大宣傳，在人民群眾心中樹立起環(huán)保意識，使快遞包裝回收成為習(xí)慣；也應(yīng)鼓勵和支持第三方物流企業(yè)對快遞包裝的回收，建立城市內(nèi)的快遞包裝回收處理體系。