, , ，

(1. 貴州商學(xué)院管理學(xué)院， 貴州貴陽(yáng)550014; 2. 濟(jì)南大學(xué)土木建筑學(xué)院, 山東濟(jì)南250022)

物流園區(qū)是物流活動(dòng)鏈的主要節(jié)點(diǎn)。作為樞鈕類服務(wù)設(shè)施，物流園區(qū)通過銜接不同的運(yùn)輸方式，集約各類物流服務(wù)設(shè)施與資源，組織周邊物流活動(dòng)，進(jìn)行集約式管理和運(yùn)營(yíng)，對(duì)合理配置物流資源、提高物流活動(dòng)效率、減少能源消耗與環(huán)境污染、促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有積極的作用[1]。物流園區(qū)的合理規(guī)劃是區(qū)域物流發(fā)展的重要課題，是物流基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。物流園區(qū)的選址不僅關(guān)系到整個(gè)區(qū)域內(nèi)經(jīng)營(yíng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，而且更深入地影響周邊區(qū)域物流模式的發(fā)展。

近年來，國(guó)內(nèi)外專家對(duì)物流園區(qū)的規(guī)劃進(jìn)行了較為全面和深入的研究，從宏觀政策制定到定量選址評(píng)價(jià)，取得了較為豐碩的研究成果。物流園區(qū)選址規(guī)劃是一個(gè)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)與優(yōu)化決策的過程，因此在以往的研究中，各類綜合評(píng)價(jià)與多目標(biāo)優(yōu)化建模方法得到了廣泛的應(yīng)用。評(píng)價(jià)方法主要包括組合評(píng)價(jià)、層次分析、綜合評(píng)價(jià)、灰色關(guān)聯(lián)分析、模糊綜合評(píng)價(jià)、主成分分析、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析等，這些方法主要用于建立選址評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、物流園區(qū)選址影響因素分析，以及對(duì)選址方案進(jìn)行綜合評(píng)估和比較[2-7]。另外，在分析物流園區(qū)選址原則和選址影響因素的基礎(chǔ)上，采用系統(tǒng)優(yōu)化的方式，通過建立選址模型來獲得物流園區(qū)的最優(yōu)選址方案，也是物流園區(qū)選址規(guī)劃研究的一個(gè)重要途徑。

在物流園區(qū)選址過程中，圍繞物流園區(qū)產(chǎn)生的運(yùn)輸費(fèi)用、管理費(fèi)用和固定投資費(fèi)用等通常是選址優(yōu)化過程中考察的重點(diǎn)，也是構(gòu)成系統(tǒng)總成本的主要組成部分。 通常， 固定投資費(fèi)用不僅包括提供物流運(yùn)營(yíng)相關(guān)服務(wù)的建設(shè)物流園區(qū)的直接投資， 還包括在物流園區(qū)中購(gòu)置各類物流設(shè)備的費(fèi)用(設(shè)備的購(gòu)置情況也可以解釋為物流園區(qū)對(duì)各類入駐物流企業(yè)的需求)。 原則上， 設(shè)備的數(shù)量既不應(yīng)該太多， 避免造成閑置浪費(fèi)， 也不能過少， 否則會(huì)影響物流園區(qū)的運(yùn)營(yíng)效率， 總之， 要在確保物流服務(wù)需求能夠得到滿足的同時(shí)，又能充分利用已配置的各類設(shè)備。 考慮到物流設(shè)備有限的貨物處理能力與貨物處理時(shí)間性要求這兩者之間的矛盾，從系統(tǒng)整體優(yōu)化的角度，在物流園區(qū)選址過程中，同步優(yōu)化配置物流設(shè)備， 同時(shí)兼顧用戶(貨主)的利益，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。另外，針對(duì)傳統(tǒng)確定性優(yōu)化結(jié)果魯棒性較差的問題，探討可靠的選址建模方法，也是對(duì)物流園區(qū)規(guī)劃方法的深入探索。本文中對(duì)上述因素進(jìn)行綜合考慮，采用隨機(jī)優(yōu)化的建模方法，將物流園區(qū)在常規(guī)條件下期望提高物流設(shè)備的利用率、滿足顧客的貨物處理時(shí)間性要求，以及應(yīng)對(duì)突發(fā)事件情況下的隨機(jī)服務(wù)失效等方面的需求包含在同一建模框架下，制定服務(wù)失效情況下可靠的物流園區(qū)選址以及服務(wù)分配方案。

1 可靠的物流園區(qū)選址模型

1.1 模型符號(hào)

假設(shè)區(qū)域內(nèi)物流地塊集合為I={0, 1, …,I-1}，其中I表示集合I中元素的個(gè)數(shù)，同理備選物流園區(qū)的選址集合可以表示為J={0, 1, …,J-1}；每個(gè)物流地塊i∈I在單位時(shí)間內(nèi)(如每天)的物流服務(wù)需求為ωi，從物流地塊i到達(dá)各物流地塊j∈J的出行成本為dij。

物流園區(qū)作為連接產(chǎn)、供、銷三方的橋梁，每天的運(yùn)營(yíng)都關(guān)系到各類產(chǎn)品在供應(yīng)鏈上的有效傳遞以及在周邊商業(yè)區(qū)域的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)物流園區(qū)發(fā)生停電、停水、設(shè)備維修等突發(fā)事件而無法如常提供物流服務(wù)時(shí)，需要考慮如何為周圍原計(jì)劃服務(wù)的物流地塊提供備選服務(wù)方案。在Cui等[8]的研究中，對(duì)設(shè)施失效情況下的優(yōu)化選址采取為每個(gè)用戶群分配多個(gè)帶有不同優(yōu)先級(jí)的服務(wù)設(shè)施。本文中在進(jìn)行物流園區(qū)選址規(guī)劃時(shí)，也采用這種備選的思想，考慮為每個(gè)物流地塊規(guī)劃多個(gè)帶有不同服務(wù)優(yōu)先級(jí)的物流園區(qū)，如R個(gè)服務(wù)優(yōu)先級(jí)，R={0, 1, …,R-1}。 在常規(guī)情況下， 每個(gè)物流地塊只需要將貨物運(yùn)送到條件最優(yōu)的物流園區(qū)(如第0級(jí))； 當(dāng)?shù)?級(jí)物流園區(qū)不能如常提供服務(wù)時(shí)， 物流地塊i的貨物則需要順沿運(yùn)送到第1級(jí)備選的物流園區(qū)； 同理， 如果物流地塊i必須將貨物運(yùn)送到第r級(jí)物流園區(qū)時(shí)，則其前提條件一定是為物流地塊i服務(wù)的第0級(jí)到第r-1級(jí)物流園區(qū)均已發(fā)生服務(wù)失效，不能正常提供服務(wù)。由此，r=0, 1, …,R-1的含義即為服務(wù)失效背景下為物流地塊服務(wù)的物流園區(qū)的優(yōu)先級(jí)順序。由于運(yùn)送到物流園區(qū)的貨物會(huì)不間斷地被“處理”掉(如轉(zhuǎn)運(yùn)、倉(cāng)儲(chǔ)等)，因此，假設(shè)每一個(gè)物流園區(qū)的貨物處理容量是無限制的?？紤]到現(xiàn)實(shí)情況中各物流園區(qū)相距較遠(yuǎn)，可以假設(shè)各園區(qū)發(fā)生服務(wù)失效事件彼此獨(dú)立，同時(shí)為了便于建模，可進(jìn)一步假設(shè)服務(wù)失效概率p相同，且0≤p<1。根據(jù)前述分析，當(dāng)物流地塊i將貨物運(yùn)送到第r級(jí)物流園區(qū)時(shí)，此時(shí)事件的概率為(1-p)pr；倘若所有的R個(gè)備選的物流園區(qū)都發(fā)生服務(wù)失效，則該事件發(fā)生的概率為pR。

綜上所述，在模型中采用如下2類決策變量來表達(dá)最優(yōu)的物流園區(qū)選址與物流服務(wù)分配決策：

1)選址決策集合Y={yjj∈J}，其中yj=1表示備選點(diǎn)j將被建設(shè)為物流園區(qū)，否則yj=0。

2)服務(wù)分配關(guān)系決策集合X={xijri∈I,j∈J,r∈R}，其中xijr=1表示物流園區(qū)j是物流地塊i的第r級(jí)服務(wù)設(shè)施，否則xijr=0。

1.2 模型構(gòu)建

物流園區(qū)在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過程中可能發(fā)生的各項(xiàng)費(fèi)用主要包括物流園區(qū)建設(shè)運(yùn)營(yíng)、貨物運(yùn)輸、物流園區(qū)設(shè)備購(gòu)置、貨物處理延誤和系統(tǒng)的懲罰費(fèi)用。這些費(fèi)用共同構(gòu)成了本文中所探討的物流園區(qū)選址模型的目標(biāo)函數(shù)。

1.2.1 目標(biāo)函數(shù)費(fèi)用組成

1)物流園區(qū)建設(shè)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。當(dāng)將物流地塊建設(shè)為物流園區(qū)時(shí)，設(shè)施建設(shè)、管理和運(yùn)營(yíng)相關(guān)的費(fèi)用是選址規(guī)劃時(shí)系統(tǒng)總成本中的一部分，如各類物流服務(wù)設(shè)施的建設(shè)費(fèi)用、能源消耗費(fèi)用、人員費(fèi)用，以及其他各類建設(shè)期的支出等。將單位成本記為cj，則區(qū)域內(nèi)物流園區(qū)建設(shè)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的總和為

(1)

2) 貨物運(yùn)輸費(fèi)用。從某一物流地塊i運(yùn)送貨物到第r級(jí)可為其服務(wù)的物流園區(qū)時(shí)，r≤R-1，會(huì)產(chǎn)生一定的貨物運(yùn)輸費(fèi)用；如果所有R個(gè)備選的園區(qū)都無法為其提供物流服務(wù)，即在一定的優(yōu)化條件范圍內(nèi)(如本文中給出的優(yōu)化方案)，物流地塊i無法將貨物運(yùn)送到任何物流園區(qū)獲得預(yù)期的物流服務(wù)，或?qū)⒇浳镞\(yùn)送到區(qū)域外的物流園區(qū)時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生額外的經(jīng)濟(jì)損失，則與貨物運(yùn)輸相關(guān)的費(fèi)用可以合計(jì)表示為

(2)

3) 物流園區(qū)設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用。不失一般性地，不對(duì)各類物流設(shè)備進(jìn)行區(qū)分和分別定義，以一整套設(shè)備為對(duì)象單位，假設(shè)物流園區(qū)j的貨物處理服務(wù)率(即單位時(shí)間內(nèi)可以處理的貨物量)為ηj，tj為物流設(shè)備處理單位貨物量所需的時(shí)間，則物流園區(qū)j需要購(gòu)置的設(shè)備數(shù)可以表示為ηjtj，設(shè)備的單位購(gòu)置費(fèi)用為fj，則各物流園區(qū)總的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用為

(3)

4) 貨物處理延誤的費(fèi)用。在考慮物流園區(qū)服務(wù)失效的情況下，每一個(gè)物流園區(qū)都有0(失效)和1(正常)這2種狀態(tài)，當(dāng)綜合考慮所有物流園區(qū)的狀態(tài)時(shí)，定義失效場(chǎng)景為所有物流園區(qū)狀態(tài)的一個(gè)組合，可以得到服務(wù)失效場(chǎng)景的總數(shù)為2n，其中n為最終優(yōu)選的所有物流園區(qū)的總數(shù)。令S為所有可能出現(xiàn)的失效場(chǎng)景的集合，P(s)為任一場(chǎng)景s∈S發(fā)生的概率，其值為場(chǎng)景s中每個(gè)獨(dú)立的園區(qū)相應(yīng)狀態(tài)的概率的乘積。在任一失效場(chǎng)景s中，可以明確相應(yīng)的貨物處理延誤的費(fèi)用。

貨物到達(dá)物流園區(qū)的累積分布曲線因時(shí)因地而異，沒有明確的規(guī)律可循。貨物在園區(qū)中的等待延誤如圖1所示。

ab—貨物加載曲線，以保守的方式假定貨物在T0時(shí)刻全部到達(dá)；ac—貨物處理曲線；ηj—物流地塊j的貨物處理服務(wù)率，ac的斜率；場(chǎng)景s下需要在物流地塊j處理的貨物量；d—堆積貨物全部處理完所對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)。圖1 物流園區(qū)中貨物到達(dá)與處理累積曲線

圖1中三角形abc構(gòu)成的面積AΔabc即為貨物的排隊(duì)與延誤時(shí)間。假定對(duì)于所有的貨主來說，排隊(duì)等待的時(shí)間延誤按照時(shí)間比率λ進(jìn)行估計(jì)成本，則貨物排隊(duì)延誤的費(fèi)用為

(4)

1.2.2 模型表達(dá)式

一般來說，物流園區(qū)中各類物流設(shè)備的數(shù)量需要根據(jù)總體的物流服務(wù)需求量來確定。在建立物流園區(qū)選址優(yōu)化模型之前，首先查看物流園區(qū)j最優(yōu)的貨物處理服務(wù)率。根據(jù)園區(qū)設(shè)備購(gòu)置費(fèi)以及貨物的排隊(duì)延誤費(fèi)可知，與貨物處理服務(wù)率ηj相關(guān)的總費(fèi)用為

(5)

(6)

(7)

(8)

則在所有失效場(chǎng)景中各物流園區(qū)的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用與貨物處理費(fèi)用之和的期望值為

(9)

(10a)

(10b)

(10c)

yj,xijr={0, 1}, ?i∈I, ?j∈J,r∈R，

(10d)

其中目標(biāo)函數(shù)(10a)的含義是最小化的總系統(tǒng)成本，這些費(fèi)用包括物流園區(qū)建設(shè)運(yùn)營(yíng)、貨物運(yùn)輸、園區(qū)的設(shè)備購(gòu)置以及貨物處理的延誤費(fèi)用。約束條件(10b)明確了對(duì)于任一物流地塊i，只可以分配一個(gè)物流園區(qū)作為其第r層服務(wù)中心；約束條件(10c)的含義是某備選點(diǎn)可以為周圍物流地塊提供物流服務(wù)的前提條件是首先要被建設(shè)為物流園區(qū)；約束條件(10d)定義了二元決策變量。

2 實(shí)例分析

模型采用GAMS編程平臺(tái)，并調(diào)用求算器CPLEX進(jìn)行求解。為了驗(yàn)證本文中所提出模型的有效性，選取貴州省36個(gè)物流地塊，開展物流園區(qū)選址規(guī)劃實(shí)例研究。36個(gè)物流地塊的名稱和編號(hào)如表1所示，各物流地塊在省內(nèi)的地理位置分布如圖2所示。假設(shè)每個(gè)物流地塊也是擬建物流園區(qū)的備選點(diǎn)，則根據(jù)模型結(jié)構(gòu)可知，I=J=36。各物流地塊之間的出行距離以百度地圖中2個(gè)點(diǎn)間的最短出行距離為依據(jù)，根據(jù)運(yùn)輸貨物的類型、包裝程度、所走路線等，公路貨物運(yùn)輸每公里資金成本存在一定的差異，本文中以貴州省部分地區(qū)實(shí)際的單位運(yùn)輸成本為參考， 取貨物每公里運(yùn)輸成本為4.4 元，同時(shí)取貨物運(yùn)輸成本相對(duì)于其他各部分成本的權(quán)重參數(shù)為0.03，則模型中dij的實(shí)際輸入值為各物流地塊之間的出行距離與4.4和0.03三者相乘的結(jié)果。其他各關(guān)鍵參數(shù)的選取如表2所示。

表1 36個(gè)物流地塊的名稱和編號(hào)

各物流地塊每天平均的貨運(yùn)需求ωj是關(guān)鍵輸入，本文中以2014年貴州省397個(gè)高速公路收費(fèi)站的出入信息為依據(jù)，對(duì)大樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)鍵信息提取，如提取2014年4月份所有類型車輛的出入數(shù)據(jù)，進(jìn)一步篩選提取貨車的出入數(shù)據(jù)(根據(jù)不同類型車輛的編碼)，再將397個(gè)收費(fèi)站與36個(gè)物流地塊依據(jù)就近原則劃分從屬關(guān)系，將36個(gè)物流地塊4月份的貨車出入數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，得到各物流地塊平均每天輸出的貨車通行量。為了簡(jiǎn)化問題，假設(shè)貨物處理量與貨車通行量成正比， 在實(shí)際情況下可按圖4所示為不同服務(wù)失效概率q時(shí)的物流園區(qū)選址與第0級(jí)服務(wù)分配結(jié)果。 圖中各最優(yōu)選址點(diǎn)顏色的深淺表示聚集到該點(diǎn)的預(yù)期貨車通行量(貨物量)的多少，如深紅色表示預(yù)期貨車通行量超過600輛。由圖可知，當(dāng)q較小，如q為0.05時(shí)，物流地塊貴陽(yáng)西收費(fèi)站(編號(hào)3)、 銅仁南收費(fèi)站(編號(hào)5)、 金沙服務(wù)區(qū)(編號(hào)11)和六枝東站(編號(hào)17)被選為建設(shè)物流園區(qū)的最優(yōu)位置。由于在選址過程中不僅考慮物流園區(qū)與所服務(wù)的物流地塊之間的運(yùn)輸距離，還考慮了園區(qū)內(nèi)物流設(shè)備的服務(wù)運(yùn)營(yíng)問題，因此從圖4中還可以看到，在最優(yōu)服務(wù)分配方面，部分物流地塊并沒有分配到距離最近的物流園區(qū)，而是從系統(tǒng)整體布局的角度分配了運(yùn)輸距離稍遠(yuǎn)的物流園區(qū)，如物流地塊織金互通(編號(hào)23)、 新華互通(編號(hào)32)、 開陽(yáng)收費(fèi)站(編號(hào)35)。表3所示為各選址點(diǎn)最優(yōu)的物流設(shè)備配置套數(shù)，分別為137、 34、 89、 69，總計(jì)329套。當(dāng)q較大，如q為0.50時(shí)，即物流園區(qū)受突發(fā)事件影響(如自然災(zāi)害等)較易發(fā)生服務(wù)失效、 停止服務(wù)時(shí)，物流地塊貴陽(yáng)西收費(fèi)站(編號(hào)3)、 云峰服務(wù)區(qū)(編號(hào)10)和惠水南收費(fèi)站(編號(hào)20)被選為建設(shè)物流園區(qū)的最優(yōu)位置，此時(shí)各點(diǎn)相應(yīng)的物流設(shè)備配置套數(shù)分別為57、 50、 45，總計(jì)152套。

0—35為物流地塊的編號(hào)。圖2 36個(gè)物流地塊的地理位置分布

貨車運(yùn)輸量進(jìn)行加和求算，本文中僅以貨車通行量作為模型中參數(shù)ωj的輸入值，單位為輛。相關(guān)數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。

圖3 36個(gè)物流地塊貨運(yùn)通行量的數(shù)據(jù)處理流程

表2 關(guān)鍵參數(shù)的取值

(a) q=0.05

(b) q=0.50 0—35為GAMS編程平臺(tái)中顯示的物流地塊編號(hào)。圖4 不同服務(wù)失效概率q時(shí)的物流園區(qū)選址與第0級(jí)服務(wù)分配結(jié)果

表3 不同服務(wù)失效概率q時(shí)各選址點(diǎn)的物流設(shè)備配置數(shù)量

根據(jù)不同失效概率情況時(shí)的選址與服務(wù)分配結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)， 隨著物流園區(qū)服務(wù)失效概率的增大， 物流園區(qū)布局傾向于選擇較少數(shù)量的最優(yōu)選址點(diǎn)， 并且各物流園區(qū)的空間分布由分散式服務(wù)模式向緊密式過渡。 突發(fā)事件影響區(qū)域中基礎(chǔ)設(shè)施的失效概率越大， 優(yōu)化選址的空間分布越緊密。 其原因是各物流園區(qū)在承受較大的失效風(fēng)險(xiǎn)時(shí)， 能夠通過緊密的布局，彼此提供支持，確保周邊物流地塊在承擔(dān)較少附加成本的情況下得到可靠的物流服務(wù)；同時(shí)在物流園區(qū)緊密分布的過程中，區(qū)域內(nèi)物流設(shè)備配置的總量呈現(xiàn)出大幅度減少的趨勢(shì)，這一現(xiàn)象主要是資源集聚效應(yīng)作用的結(jié)果，即通過生產(chǎn)設(shè)備等生產(chǎn)要素的集中和高效利用來降低成本[12]。

3 結(jié)論

本文中采用隨機(jī)優(yōu)化建模思想，以物流園區(qū)有限的貨物處理能力與貨主對(duì)貨物處理時(shí)間性要求兩者之間的矛盾為主要問題導(dǎo)向，同時(shí)考慮物流園區(qū)在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中經(jīng)常遇到的服務(wù)失效問題，建立了可靠的物流園區(qū)選址模型。通過最小化系統(tǒng)總成本(主要包括物流園區(qū)建設(shè)運(yùn)營(yíng)、貨物運(yùn)輸、物流園區(qū)設(shè)備購(gòu)置、貨物處理延誤以及系統(tǒng)的懲罰費(fèi)用)，以尋求最優(yōu)的物流園區(qū)選址數(shù)量及位置、帶有不同優(yōu)先級(jí)的物流服務(wù)分配方案，以及各選址點(diǎn)的物流設(shè)備配置數(shù)量等決策。

模型采用GAMS編程平臺(tái)，并且調(diào)用求算器CPLEX進(jìn)行求解，以貴州省36個(gè)物流地塊為例，開展物流園區(qū)選址規(guī)劃實(shí)例研究。結(jié)果給出了不同失效概率情況下的選址、服務(wù)分配以及設(shè)備配置情況，為物流園區(qū)選址方法的深入探索提供了參考。