運(yùn)輸企業(yè)聯(lián)盟場站選址優(yōu)化研究

王恩童，趙魯華

(山東科技大學(xué) 交通學(xué)院，山東 青島 266590)

運(yùn)輸企業(yè)聯(lián)盟場站選址優(yōu)化研究

王恩童，趙魯華*

(山東科技大學(xué) 交通學(xué)院，山東 青島 266590)

車輛共享策略下，運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的布局形式是影響甩掛運(yùn)輸效率的重要因素。對(duì)運(yùn)輸企業(yè)聯(lián)盟場站進(jìn)行合理的構(gòu)建，是對(duì)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化的有效手段。針對(duì)場站選址這一重要環(huán)節(jié)，以運(yùn)輸企業(yè)與站場間的普通貨運(yùn)、場站與場站間的甩掛運(yùn)輸為基本出發(fā)點(diǎn)，兼顧場站“一對(duì)多”式的服務(wù)需求，提出運(yùn)輸企業(yè)聯(lián)盟進(jìn)行單種類產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)恼緢鋈绾芜M(jìn)行選址的問題，并構(gòu)建以總運(yùn)輸費(fèi)用最低為目標(biāo)函數(shù)的場站選址規(guī)劃模型。以模糊層次綜合分析法對(duì)初期規(guī)劃區(qū)選址，得出候選場站；設(shè)計(jì)0-1型整數(shù)規(guī)劃算法的流程，對(duì)候選場站進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算、規(guī)劃，得到最優(yōu)場站選址。通過對(duì)實(shí)例進(jìn)行相應(yīng)的求解驗(yàn)證，運(yùn)算結(jié)果表明本文構(gòu)建的選址模型及求解方法是可行、有效的，為甩掛場站的選址提供了一定的依據(jù)。

運(yùn)輸企業(yè)聯(lián)盟；場站選址；模型構(gòu)建；模糊層次綜合分析法；0-1型整數(shù)規(guī)劃法

0 引言

隨著甩掛運(yùn)輸?shù)耐七M(jìn)和發(fā)展，“車輛共用、場站互租、信息共享”的理念促進(jìn)甩掛運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)化大范圍的推進(jìn)、發(fā)展。其中，甩掛運(yùn)輸場站的規(guī)劃建設(shè)成為不可或缺的重要環(huán)節(jié)。甩掛場站在貨運(yùn)過程中具有中轉(zhuǎn)、配送和存儲(chǔ)等重要的作用。場站的合理選址規(guī)劃可有效促使甩掛運(yùn)輸向組織化、科學(xué)化、綜合化方面發(fā)展，以促進(jìn)社會(huì)化甩掛運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展[1-2]。

目前，我國大部分場站是傳統(tǒng)運(yùn)輸模式下的場站，功能單一、設(shè)備不完善、管理水平落后，無法滿足甩掛運(yùn)輸快速發(fā)展的需求。當(dāng)前對(duì)于甩掛站場的研究大都停留于物流配送下的場站選址：靳志宏等人結(jié)合山東甩掛運(yùn)輸現(xiàn)狀，以改進(jìn)的層次分析法定量分析進(jìn)行場站選址[3]；余偉等人以改進(jìn)的重心法，得出合理的選址地點(diǎn)[4]；M.T.Melo等人提出了多期選址模型[5]。以上研究從規(guī)劃角度、利益最大化、評(píng)價(jià)體系等方面求解場站的選址，使得物流配送達(dá)到最優(yōu)化。然而對(duì)于車輛共享策略下的運(yùn)輸企業(yè)聯(lián)盟如何選址以達(dá)到企業(yè)效益最優(yōu)、利益最大化的研究很少?；谇叭私?jīng)驗(yàn)，本文在車輛共享策略下，對(duì)運(yùn)輸企業(yè)聯(lián)盟進(jìn)行單種類產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)乃煺緢鲞x址配送模型進(jìn)行研究，并采用模糊層次綜合分析法與0-1型整數(shù)規(guī)劃法相結(jié)合對(duì)其進(jìn)行分析、求解。

1 甩掛場站選址模型的構(gòu)建

1.1 運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)描述

如圖1所示，構(gòu)建運(yùn)輸企業(yè)與場站之間的位置關(guān)系。運(yùn)輸企業(yè)聯(lián)盟通過規(guī)劃、選址，構(gòu)建最優(yōu)位置場站，實(shí)現(xiàn)貨物集聚。各運(yùn)輸企業(yè)的貨物通過場站記錄、分配，以甩掛運(yùn)輸?shù)姆绞綄⒇浳镞\(yùn)輸?shù)侥康牡馗浇闹髁鲌稣?需求穩(wěn)定且與始發(fā)場站間存在大批量貨物運(yùn)輸關(guān)系的場站)。借助甩掛運(yùn)輸實(shí)載率高、節(jié)能減排等優(yōu)勢提升地區(qū)間的運(yùn)輸水平[6]。以運(yùn)輸企業(yè)A為例來說明一個(gè)運(yùn)輸?shù)牧鞒?，運(yùn)輸企業(yè)A運(yùn)送貨物到達(dá)場站C，通過裝卸環(huán)節(jié)，將貨卸下，并返回A企業(yè)。而場站的貨物則通過甩掛運(yùn)輸?shù)姆绞竭\(yùn)往其他場站。在總運(yùn)費(fèi)最優(yōu)的情況下，如何找出最佳的場站C選址點(diǎn)成為本文研究的重點(diǎn)。

圖1 運(yùn)輸企業(yè)與場站的位置關(guān)系Fig.1 The location relationship between the transport enterprises and the stations

1.2 初期場站規(guī)劃區(qū)的選擇

場站選址要根據(jù)選址影響因素進(jìn)行規(guī)劃區(qū)的確定。依據(jù)精確數(shù)據(jù)從多個(gè)規(guī)劃區(qū)選擇場站會(huì)耗費(fèi)較大的人工成本和經(jīng)濟(jì)成本。依據(jù)模糊層次綜合分析法對(duì)候選場站進(jìn)行確定，有助于決策者初期場站選址的規(guī)劃。影響場站選址的因素有：

(1)場站的選址應(yīng)依據(jù)其服務(wù)的運(yùn)輸企業(yè)密度以及對(duì)不同運(yùn)輸企業(yè)的重要作用程度進(jìn)行選擇。場站的輻射半徑(本文以普通貨運(yùn)車的最佳運(yùn)距R為標(biāo)準(zhǔn))應(yīng)從貨運(yùn)距離對(duì)場站的影響及相應(yīng)的貨運(yùn)需求角度進(jìn)行判斷[7]。

(2)場站的位置應(yīng)考慮交通條件，依托于主要運(yùn)輸干線，便于貨物的運(yùn)輸[8]。

(3)場站規(guī)劃選址應(yīng)考慮貨運(yùn)主要流向，以減少運(yùn)輸成本。

(4)基于分散布局的原則，各場站間的距離不宜過小，避免資源的浪費(fèi)。

(5)場站的規(guī)模由企業(yè)對(duì)場站的選擇決定。即依據(jù)場站服務(wù)企業(yè)數(shù)量的不同，場站規(guī)模不同。

(6)場站建設(shè)的成本應(yīng)考慮各地土地費(fèi)用，土地價(jià)格是決定場站規(guī)模大小、場站功能齊全的決定性因素。

圖2 選址因素體系Fig.2 Location factor system

如圖2所示，可得出相應(yīng)的選址因素體系。通過層次分析法可確定各影響因素的權(quán)重值Wi。利用專家打分法對(duì)各影響因素相對(duì)重要性進(jìn)行打分，建立判斷矩陣A。如公式(1)～(3)所示[9-10]，對(duì)各影響因素進(jìn)行權(quán)重求解。

將判斷矩陣按列歸一化：

(1)

bij矩陣行求和，歸一化運(yùn)算：

(2)

(3)

通過公式(4)-(5)來檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性，結(jié)論的可靠性。RI通過隨機(jī)一致性指標(biāo)表進(jìn)行查閱驗(yàn)證，CR<0.1時(shí)，判斷矩陣具有一致性。

判斷矩陣特征值：

(4)

判斷矩陣一致性指標(biāo)：

(5)

判斷矩陣一致性程度：

(6)

通過模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)候選場站進(jìn)行確定。通過建立評(píng)語集V=[V1，V2...Vn]=[一級(jí)場站，二級(jí)場站...n級(jí)場站]，并量化評(píng)語集V中各元素：V=[n，n-1，...1](數(shù)值越高，位置越優(yōu))。專家依據(jù)評(píng)語集中量化的元素進(jìn)行各個(gè)打分，建立模糊評(píng)價(jià)矩陣。

模糊矩陣建立：

(7)

指標(biāo)Bij對(duì)評(píng)語集隸屬向量：

Ci=Wi*Ri(i=1，2，...n)。

(8)

計(jì)算準(zhǔn)則層Bi的模糊綜合評(píng)價(jià)值：

Gi=Ci*VT(i=1，2，...n)。

(9)

即得到初期各選址地的評(píng)價(jià)值，從中選取候選場站。由于模糊層次綜合分析法定性分析選址影響因素，依賴于主觀的判斷，因此只能定性確定初期候選場站。

1.3 模型的構(gòu)建依據(jù)

在確定候選場站的前提下，從運(yùn)輸企業(yè)聯(lián)盟角度考慮場站選址，需考慮的因素有貨運(yùn)效率、運(yùn)輸成本、運(yùn)輸距離。將運(yùn)輸距離、運(yùn)輸時(shí)間轉(zhuǎn)化為易于衡量的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行衡量。在跨省貨物運(yùn)輸?shù)那疤嵯?，以市為單位進(jìn)行場站規(guī)劃區(qū)的選擇。假設(shè)貨運(yùn)距離可以兩市距離進(jìn)行衡量、土地價(jià)格可以場站所在市郊區(qū)價(jià)格為標(biāo)準(zhǔn)。企業(yè)聯(lián)盟實(shí)現(xiàn)車輛共享，相同的車輛標(biāo)準(zhǔn)便于模型中貨運(yùn)量的運(yùn)算和車輛的調(diào)度。運(yùn)輸企業(yè)運(yùn)輸過程中未滿載的車輛成本與滿載車輛成本比較，均消耗了管理費(fèi)用、運(yùn)輸成本、時(shí)間費(fèi)用，因此兩者間存在誤差可忽略不計(jì)。場站投資費(fèi)用包括用地費(fèi)用和建設(shè)費(fèi)用，由于區(qū)域內(nèi)各地建設(shè)費(fèi)用差別不大，本文以土地規(guī)模為基準(zhǔn)，僅考慮土地費(fèi)用。因此可依據(jù)上述分析對(duì)模型進(jìn)行構(gòu)建。

1.4 模型的基本假設(shè)

根據(jù)運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)作流程及相應(yīng)環(huán)節(jié)，對(duì)構(gòu)建的模型進(jìn)行以下假設(shè)：

(1)各企業(yè)生產(chǎn)、運(yùn)輸同一類產(chǎn)品。即僅考慮單產(chǎn)品條件下的企業(yè)間進(jìn)行場站選址的問題。

(2)每個(gè)場站的容量都能滿足企業(yè)進(jìn)行貨運(yùn)中轉(zhuǎn)、暫時(shí)存儲(chǔ)的需求，并收取固定的管理費(fèi)用。

(3)為簡化分析，假設(shè)貨運(yùn)起點(diǎn)和終點(diǎn)為同一點(diǎn)，均采用普通貨運(yùn)車進(jìn)行運(yùn)輸。場站與貨運(yùn)主流場站的長途貨運(yùn)采用甩掛運(yùn)輸。

1.5 構(gòu)建選址模型

基于圖2的貨運(yùn)行駛路線，構(gòu)建以運(yùn)輸總費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)的貨物運(yùn)輸模型。其包括場站的初期建設(shè)費(fèi)用、場站管理費(fèi)用，企業(yè)與場站間運(yùn)輸成本、運(yùn)輸時(shí)間成本，甩掛運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸成本、運(yùn)輸時(shí)間成本[11-15]。具體模型如圖3所示。

圖3 貨運(yùn)行駛路線Fig.3 Freight route

(10)

WQ=cQQ(k=1，2，3...n)。

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

2 甩掛場站模型的求解

2.1 0-1型整數(shù)規(guī)劃法

0-1型整數(shù)規(guī)劃算法是在符合約束條件的情況下，將所求解賦值0或1對(duì)原問題進(jìn)行探尋最優(yōu)解的方法。在0-1型整數(shù)規(guī)劃方法中，引入0-1變量，就可以將所有情況的線性規(guī)劃問題統(tǒng)一在一個(gè)問題中進(jìn)行討論，直至找出最優(yōu)解。

0-1型整數(shù)規(guī)劃法是枚舉法的一種，對(duì)問題進(jìn)行求解的基本思路如下：

(1)從M個(gè)規(guī)劃點(diǎn)中選取n個(gè)點(diǎn)，那么選址模型中這n個(gè)就默認(rèn)為站點(diǎn)，依據(jù)約束條件進(jìn)行最優(yōu)求解minz1，作為局部最優(yōu)解。

(3)比較minz1與minz2的大小，若minz2

2.2 實(shí)例分析

已知青島、煙臺(tái)、濟(jì)南、石家莊、北京和天津的5家玻璃運(yùn)輸企業(yè)結(jié)成運(yùn)輸企業(yè)聯(lián)盟，其產(chǎn)品銷售主流為上海，運(yùn)輸流程如圖1所示。經(jīng)初期選址標(biāo)準(zhǔn)的分析，候選場站有濰坊、萊蕪、德州、濱州和滄州?，F(xiàn)欲從5個(gè)候選場站中選擇一個(gè)最合適位置進(jìn)行甩掛場站的建設(shè)。見表1至表4，需要數(shù)據(jù)如下：各地運(yùn)輸企業(yè)到目的地的運(yùn)輸量(數(shù)據(jù)來自參考文獻(xiàn)[12])，運(yùn)輸企業(yè)到候選場站的距離(數(shù)據(jù)來自百度地圖)，候選場站到目的地的距離(數(shù)據(jù)來自百度地圖)，各候選場站的土地價(jià)格(數(shù)據(jù)來自土地資源網(wǎng)，為所在城市郊區(qū)價(jià)格)。為簡便運(yùn)算，此處假設(shè)普通貨車運(yùn)輸速度為70 km/h，甩掛運(yùn)輸車運(yùn)輸速度為80 km/h；場站管理費(fèi)用相同，每次每輛車為100元；經(jīng)數(shù)據(jù)查證，普通貨運(yùn)車單位公里運(yùn)價(jià)約為3元，假定各企業(yè)與場站間的往返運(yùn)輸?shù)膯挝还镞\(yùn)輸成本均為3元；甩掛車單位公里運(yùn)價(jià)約為1.4元，假定場站到主流場站的單位公里運(yùn)輸成本均為1.4元。普通貨車最佳運(yùn)距為520 km，普通貨車載量為8 t，甩掛車載量35 t。λ值由司機(jī)收入與工作時(shí)間決定，本文λ1取20，λ2取值為30。對(duì)于初期投資建設(shè)Q，假定：

單位為元/(hm2·70 a)。

表1 各企業(yè)運(yùn)輸?shù)侥康牡氐呢涍\(yùn)量

表2 各候選場站到目的地的運(yùn)輸距離

表3 各地區(qū)企業(yè)到候選場站的距離

表4 各地區(qū)企業(yè)到候選場站的土地價(jià)格

2.3 模型求解

依據(jù)0-1型整數(shù)規(guī)劃算法進(jìn)行求解，其中m=5，n=1，運(yùn)輸距離、貨運(yùn)量、土地價(jià)格矩陣已知，以matlab程序?qū)稣具M(jìn)行選址，得到最優(yōu)候選場站情況下運(yùn)輸總費(fèi)用的情況。程序中，按濰坊、萊蕪、德州、濱州和滄州的順序?qū)⑶蠼饨Y(jié)果分別存入到總運(yùn)輸費(fèi)用A中，得到相應(yīng)結(jié)果r=1，minz=3 190 400。其中r=1表示最小值是該矩陣的第一個(gè)元素，即濰坊。

通過Matalb計(jì)算各候選場站情況下的運(yùn)輸總費(fèi)用，見表5。

表5 各候選場站運(yùn)輸費(fèi)用

根據(jù)結(jié)果可得出濰坊是最優(yōu)的選址位置，因此，程序的準(zhǔn)確性得到驗(yàn)證。

3 結(jié)論

本文在模糊層次綜合分析法宏觀選址規(guī)劃的基礎(chǔ)上，以0-1型整數(shù)規(guī)劃法分析了單產(chǎn)品運(yùn)輸企業(yè)聯(lián)盟運(yùn)輸場站選址問題。以總運(yùn)輸費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)，兼顧運(yùn)輸企業(yè)與場站間的運(yùn)輸、場站間的甩掛運(yùn)輸兩階段的不同，建立場站選址的模型。該模型的選址優(yōu)勢在于充分考慮各運(yùn)輸企業(yè)間的距離、利益關(guān)系，使得場站的選址更加合理。并借助matlab對(duì)相應(yīng)的實(shí)例進(jìn)行求解分析，保證方法的可行性。為運(yùn)輸企業(yè)聯(lián)盟規(guī)劃場站提供了一定的決策依據(jù)。

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TheOptimizationStudyofSiteSelectionofTrailerPick-upEnterpriseAllianceStudyofOptimizationofSiteSelectionofTransportationEnterpriseAlliance

Wang Entong，Zhao Luhua*

(College of Transportation，Shandong University of Science & Technology，Qingdao 266590)

According to the vehicle sharing strategy，the layout of the transport network is a significant factor affecting the efficiency of dumping.It is an effective means to optimize the transportation network by constructing the station of the transportation enterprise alliance station reasonably.In view of the important section of site selection，taking the general freight transportation between enterprises and the stations and the dumping transportation between the stations as the basic starting point，considering the station "one-to-many" type of service needs，the site selection problem of the single category products transportation station was put forward，and the station location planning model was established with the lowest total transportation cost as the objective function.Through the corresponding solution，the calculation results show that the model and the solution methods are feasible and effective，and can provide a basis for the site selection of the dumping station.

Transportation enterprise alliance；site selection；model construction；fuzzy hierarchical comprehensive analysis method；0-1 type integer programming method

U 492.312

A

1001-005X(2017)06-0088-05

2017-05-09

山東科技大學(xué)人才引進(jìn)基金項(xiàng)目(2015RCJJ033)；山東科技大學(xué)教學(xué)拔尖人才項(xiàng)目資助(BJRC20170505)

王恩童，碩士研究生。研究方向：交通運(yùn)輸規(guī)劃管理。E-mail：15764225418@163.com

*通信作者：趙魯華，博士，講師。研究方向：交通運(yùn)輸規(guī)劃管理。E-mail：luhuazhao@163.com

王恩童，趙魯華.運(yùn)輸企業(yè)聯(lián)盟場站選址優(yōu)化研究[J].森林工程，2017，33(6)：88-92.