基于Shapley值法的港口冷鏈物流投資分析方法

楊　勇，董　娜，盧爾賽（交通運輸部科學研究院，北京 100029）

基于Shapley值法的港口冷鏈物流投資分析方法

楊勇，董娜，盧爾賽
（交通運輸部科學研究院，北京 100029）

從客戶的角度出發，旨在建立一套與投資額度、客戶滿意程度相關聯的港口冷鏈物流投資分析方法，為決策者在財務分析之外提供另一個分析視角。將港口冷鏈物流劃分為冷藏存儲、冷藏加工、冷藏運輸、客戶服務4個環節。首先利用層次分析法確定各個環節在整條供應鏈的權重，然后引入效用理論確定各個環節投資產生的效用，通過Shapley值法實現了各個環節在整條供應鏈權重和各個環節投資效用的有機結合，使得發展瓶頸隨投資的變動而改變，從而更加符合實際情況。通過實例分析，此方法能夠充分考慮投資效用的影響，也能夠減少專家打分等定性方法產生的主觀偏差。

港口；冷鏈物流；客戶滿意度；效用；Shapley值；層次分析法

0　引言

隨著我國農產品儲藏保鮮技術迅速發展，冷鏈運輸發展環境和條件不斷改善，農產品冷鏈物流得到較快發展。近年來，我國的生鮮農產品產量快速增長，蔬菜產量約占全球總產量的60%，水果和肉類產量占30%，禽蛋和水產品產量占40%，每年約有4億t生鮮農產品進入流通領域，冷鏈運輸比例逐步提高。據測算，2012年中國冷鏈需求已達8 211.2萬t，果蔬、肉類、水產品的冷藏運輸率已達到15%、30%和40%。與逐步擴大的冷鏈物流需求量相比，冷鏈物流供給發展相對滯后，不僅在規模上存在缺口，在質量上也存在差距，需要加大投資力度[1]。

而在投資決策分析方面，已有的研究大多從財務分析著手，通過比較分析、趨勢分析、因素分析、比率分析、現金流量分析、同型分析、結構分析等手段，確定最終的決策方案。從財務分析進行評價能夠明確地預估投資項目在財務方面是否可行，但由于是從經營者自身的角度出發，對客戶的感知、投資效果的考慮相對薄弱[2]。同時，考慮到港口冷鏈物流總體仍處于起步期，大多港口投資時沒有歷史運營數據作為參考，不能從內部找出短板以確定投資環節。因此，本文以客戶感知的服務效用為衡量標準，按4個環節對冷鏈物流投資效用進行評估，并且結合財務分析手段，進而找出最佳的投資環節。

1　港口冷鏈物流業務分析

港口是區域冷鏈貨物進出口的集散中心，處于整個冷鏈物流網絡的始點和終點，其冷鏈物流處于物流鏈的上端，不涉及末端配送及銷售環節[3]。其組成部分冷庫和分撥中心在空間上是一體的，共同組成了冷鏈物流中心，是整個業務流程的核心。同時，業務流程中包括進出口業務，與一般的冷鏈物流業務流程有所差異[4]（見圖1）。

圖1　港口冷鏈物流運作一般流程

由于集疏港和通關業務需要，冷藏儲存環節的重要性更加突出。在缺少冷庫存儲的情況下，冷藏存儲環節主要是由冷藏貨柜和港口冷藏箱堆場來完成。目前針對冷藏貨物的加工服務業務暫未開展，針對貨物開展的流通加工業務是拆拼箱作業。冷藏運輸環節是以集卡配冷藏貨柜方式的大批量運輸，不涉及門到門的配送服務。港口針對的客戶主要為大型批發商或者工廠類的貨主，雖然不涉及末端銷售環節，但是仍存在客戶溝通以及信息服務，故用客戶服務環節替代冷藏銷售環節。因此，參照一般冷鏈物流的營運環節，港口冷鏈物流的流程可劃分為冷藏存儲、冷藏加工、冷藏運輸及客戶服務4個環節[5]。

2　投資分析方法

2.1投資分析思路

港口冷鏈物流是一個系統工程，各個環節的局部最優并不能帶來整體最優。引入各個環節對整體提升作用的投資效用權重，一定程度上能為管理者的投資決策提供全局視野。具體的決策步驟如下：

（1）通過數據收集，分析計算出現狀下各個環節的投資效用權重，從而判斷出瓶頸，確定投資標的并分析其投資的必要性；

（2）對備選投資方案集進行效用評估，計算出各個方案實施后各個環節的投資效用權重，比較得出最優方案；

（3）對選擇的方案進行財務分析，若財務分析可行，則采取該方案；若財務分析不可行，在備選方案中去掉該方案，回到步驟（2），重復進行，直到選擇出最優結果。

理想狀態下，解決瓶頸應該是類似于網絡計劃圖的優化過程：①投資薄弱環節，即投資效用權重最大的環節，該環節的投資效用權重降低，其余環節的投資效用上升；追加投資直到該環節與其余某一個環節的投資效用權重相同，即瓶頸環節變為兩個或者更多；②同時投資多個瓶頸環節，直到有新的瓶頸環節加入；③重復前一步驟，直到所有環節的投資效用權重都相同，即不再存在瓶頸環節。

在實際操作中，考慮到建設周期等因素，不可能頻繁地對各個環節進行間斷性的投資。而最終結果將是各個環節的投資效用權重相同，因此認為，實施后瓶頸環節的效用權重越接近，但不小于所有效用權重中的最小值，則該方案越優于其他方案。具體思路如圖2所示。

圖2　基于效用評價的投資分析思路圖

2.2冷鏈物流的服務評價指標體系

基于客戶滿意的物流服務質量評價體系一般用9個指標來評價物流服務質量：人員溝通質量、信息質量、訂購過程、貨品精確率、貨品完好程度、貨品質量、誤差處理、時間性[6]。冷鏈物流和普通物流相比要求更高，尤其為保證貨物品質需要極高的組織協調性[7]。港口冷藏貨物基本上是大批量運輸，主要目的是為集疏港，故而運輸上不考慮配送，業務以存儲環節為主。考慮到涉及通關，存儲環節中的便利也至關重要。借鑒傳統的基于客戶滿意的物流服務質量評價體系[8]，建立適合港口冷鏈物流的服務評價指標體系[9]，如表1所示。

表1　港口冷鏈物流服務指標體系

表1（續）

利用AHP層次分析法、德爾菲法[10]，計算出4個環節對整條供應鏈的貢獻權重分別為：冷藏儲存0.596 4、冷藏加工0.232 6、冷藏運輸0.106 1、客戶服務0.064 9。將計算所得的權重數填入評估模型，如圖3所示。

2.3各環節效用評估

本文中通過調查問卷形式，采用對比提問法來確定效用曲線[11]。假設決策者面臨兩種方案選擇A1、A2。A1表示可無任何風險地獲得一筆金額x1；A2表示以概率p得到一筆金額x2，或者以概率1-p損失金額x3，且x1>x2>x3。令U（x1）表示金額x1的效用值。若在某些條件下，決策者認為方案A1、A2等價，則可表示為：

依據港口冷鏈物流流程的冷藏存儲、冷藏加工、冷藏運輸、客戶服務4個環節，分別對應冷庫投資、人員投入、車輛投入、信息系統投資。基于效用理論，建立投資額和客戶感知的服務質量效用之間的效用曲線。一共發出50份效用調查問卷，收回43份。從最大可能性角度思考，統計結果如表2所示。

表2　效用詢問結果統計表

圖3　冷鏈物流服務評估體系及其權重

通過計算機擬合出趨勢圖，得到冷藏存儲的投資效用曲線y1=0.4008ln(x+9000)-3.3645，R2=0.9909；冷藏加工的投資效用曲線y2=-5×10-10x3+1×10-6x2+ 0.0003x+0.016，R2=0.9995；冷藏運輸的投資效用曲線y3=0.0006(x+200)-0.0118，R2=0.9821；客戶服務的投資效用曲線y4=0.3147ln(x+200)-1.4373，R2=0.9919。

2.4基于Shapley值法的效用評價

本文中，把當前投資產生的效用看作合作的“總收益”。因為效用來自于客戶的感知，效用越大，越缺乏投資的必要，即效用值越大，邊際效用越小。因此計算出的權重值與效用值負相關。把這個“總收益”向各個業務環節進行分配，利用分配的結果來確定出基于效用的各個環節的投資權重。Shapley分配公式為：

式中：N代表n個局中人的集合；S為其的任一子集且對應一個實值函數V(S)；|S|為子集S中的局中人數目，根據Shapley值法，得出各環節i的效用權重計算公式：

設：

可將公式（3）簡化為：

得出當前效用權重后，與層次分析模型的固定權重求積，再歸一化處理，即得出隨著投資效用變化而變化的各個環節的投資權重。計算公式為：

3　實例分析

某港口計劃提升其冷鏈物流的服務水平，擬對冷藏存儲環節進行投資，有3種方案可以選擇，3種方案均財務可行：A方案，建設大型專業化冷庫，項目投資22 200萬元；B方案，建立中型專業化冷庫，項目投資16 300萬元；C方案，建立小型專業化冷庫，項目投資9 710萬元。運用本文的方法對該港口投資行為進行分析。

3.1投資環節準確性分析

根據現狀調查結果，通過效用曲線得出4個環節的投資效用為0.25、0.02、0.108、0.23。設立集合N=｛1，2，3，4｝，代表4個可投資環節，計算出各個子集貢獻度如表3所示。

表3　Shapley值法子集

利用公式（4）計算得出：E1=0.2415，E2= 0.0817，E3=0.1442，E4=0.2276。進而利用公式（5）得：W效1=0.22，W效2=0.29，W效3=0.27，W效4= 0.23。代入公式（6），得到目前各環節的投資權重為：W1=0.54，W2=0.28，W3=0.12，W4=0.06，判斷出投資存儲環節是最為恰當的。

3.2投資方案選擇

3.2.1A方案的投資效用評價

投資22 200萬元后，依據效用曲線，代入y1= 0.4008ln(x+9000)-3.3645，計算得到投資后倉儲環節的效用為0.783。其余的環節未投資，效用不變。通過Shapley值法計算效用貢獻度，如表4所示。

表4　A方案的Shapley值法子集

同理得出 E2=-0.0441， E3=0.0184， E4= 0.1017，計算得出當前效用權重為：W效1=0.045，W效2=0.36，W效3=0.322，W效4=0.273。代入公式（6），求得當前各環節的投資權重如表5所示。投資后，冷藏存儲的投資權重從先前的0.54下降到0.165，比最小值0.109相差0.56，接近但不小于所有效用權重中的最小值。表明采用方案A后，存儲環節得以改善，冷藏加工成為新的瓶頸環節。

表5　A方案投資后4環節的投資效果表

3.2.2B方案的投資效用評價

投資16 300萬元后，依據效用曲線，代入y1= 0.4008ln(x+9000)-3.3645，計算得到投資后倉儲環節的效用為0.699。其余的環節未投資，效用不變。計算得出當前效用權重為：W效1=0.0484，W效2=0.361，W效3=0.321，W效4=0.269。求得當前各環節的投資權重如表6所示。投資后，冷藏存儲的投資權重從先前的0.54下降到0.176，與最小值0.106相差0.7，接近但不小于所有效用權重中的最小值。表明采用方案A后，存儲環節得以改善，冷藏加工成為新的瓶頸環節。

表6　B方案投資后4環節投資的效果表

3.2.3C方案的投資效用評價

投資9 710萬元后，依據效用曲線，代入y1= 0.4008ln(x+9000)-3.3645，計算得到投資后倉儲環節的效用為0.578。其余的環節未投資，效用不變。計算得出當前效用權重為：W效1=0.053，W效2= 0.364，W效3=0.32，W效4=0.263。求得當前各環節的投資權重如表7所示。投資后，冷藏存儲的投資權重從先前的0.54下降到0.188，與最小值0.102相差0.86，接近但不小于所有效用權重中的最小值。表明采用方案A后，存儲環節得以改善，冷藏加工成為新的瓶頸環節。

表7　C方案投資后四環節投資的效果表

3.2.4方案選擇

由于0.56<0.7<0.86，表明方案A實施后瓶頸環節的效用權重最接近、但不小于所有效用權重中的最小值，并且方案A的財務評價可行，因此認為A方案，即該港口投資22 200萬元建設專業化冷庫是投資決策的優選方案。

4　結語

港口冷鏈物流處于國內冷鏈物流網絡的起止端，其冷鏈物流的發展水平對整個冷鏈物流網絡的影響深遠。本文從客戶的角度出發，建立了一套基于客戶滿意度的服務質量評價指標體系，尋找的發展瓶頸與投資額度相互關聯，從而更加符合實際情況，對于實際操作有一定參考價值。但本文中的方法是從整體考慮，比較適合注重長期整體收益的投資決策，對于短期、局部的投資指導作用不明顯。

[1]劉澤勤.食品冷藏鏈的國內外發展狀況比較及我國的改進措施探討[J].制冷空調與電力機械，2006，30（3）：5-10.

[2]王霞.投資項目傳統財務評價動態方法的缺陷與改進[J].現代商貿工業，2009（9）：149-150.

[3]鄧汝春.冷鏈物流運營實務[M].北京：中國物資出版社，2007.

[4]邱祝強.基于冷藏鏈的生鮮農產品物流網絡優化及其安全風險評價研究[D].長沙：中南大學，2007.

[5]鮑長生.冷鏈物流運營管理研究[D].上海：同濟大學，2007.

[6]劉宏偉.食品行業的冷鏈物流[J].中國物流與采購，2004 （12）：46-47.

[7]吳建勛，牛志華.基于顧客滿意的第三方物流服務質量評價體系[J].商品儲運與養護，2008（6）：17-19.

[8]謝瑩.冷鏈物流管理成熟度評價指標體系的構建[J].經濟論壇，2009（20）：134-135.

[9]陳紅麗，陸華.冷鏈物流服務過程的質量評價[J].中國流通經濟，2013（1）：34-39.

[10]趙達薇，劉喬，劉靜.農產品冷鏈物流服務能力評價研究[J].管理現代化，2013（1）：46-48.

[11]譚妮.基于效用函數下的投資組合研究[J].金融經濟，2013（7）：130-132.

Investment Analysis Method of Port′s Cold Chain Logistics Based on Shapley Value

YANG Yong,DONG Na,LU Er-sai
(China Academy of Transportation Sciences,Beijing 100029,China)

From the perspective of customers,an investment analysis method of port′s cold chain logis?tics was proposed,which was related with the amount of investment and customer satisfaction,in order to provide another analysis perspective for decision maker besides the financial analysis.The port′s cold chain logistics was divided into four links:storage,processing,transportation and customer service.First?ly,the weight of each link was determined by using analytic hierarchy process.Secondly,the investment utility of each link was determined through the introduction of the utility theory.Then,the organic combi?nation of the weight and investment utility of each link was implemented by the Shapley value method. In this case,it was more in line with the actual that the bottleneck of the development did evolve when investment changed.Through the analysis of examples,the influence of investment utility was fully con?sidered,and the subjective bias such as the expert scoring methods was avoided.

port;cold chain logistics;customer satisfaction;utility;Shapley value;analytic hierar?chy process

U692

A

2095-9931（2015）02-0053-05

10.16503/j.cnki.2095-9931.2015.02.010

2014-12-31

楊勇（1986—），男，四川德陽人，工程師，碩士，主要從事交通運輸及物流領域的規劃和政策方面的研究工作。E-mail:young_5@163.com。