低碳約束下城市冷鏈物流配送系統優化研究

李亞男　劉聯輝　李曉曼　李冬冬

[摘要]在城市冷鏈物流配送過程中，頻繁往返運送貨物的車輛，由于動力與恒溫制冷的燃油消耗及其尾氣排放，不僅增加了企業的物流配送成本，而且給城市環境帶來污染。冷鏈物流路徑優化是冷鏈物流企業不可忽視的現實課題。文章基于城市發展理念，以碳排放為約束條件，構建冷鏈物流配送網絡優化模型，并根據配送運輸網絡模型求解的復雜性，使用遺傳算法得出優化模型的最優解，以期為企業物流決策提供依據，實現冷鏈物流企業減少碳排放、降低物流配送成本的雙重目標。

[關鍵詞]低碳約束；冷鏈物流；配送系統優化

1 引 言

冷鏈物流配送系統優化是整個城市配送工程重要組成部分，城市低碳物流配送系統建設是城市物流業必須面對的現實課題，也是低碳城市建設的必然要求。基于此，國內外學者對低碳與冷鏈物流問題進行了研究。如劉倩晨[1]（2010）在冷鏈物流基礎上考慮碳排放量，建立包含碳排放的冷鏈庫存模型，得到低碳目標下的最優庫存策略；于一秀、邱燦華[2]（2009）從當今資源戰爭、節能減排角度，分析如今物流業的發展趨勢，得出發展低碳物流是理性選擇，并且從低碳包裝、低碳運輸、低碳訂貨和低碳生產方向給企業提出建議；Zimmermann[3]（2009）在維持產品新鮮度的條件下，從使冷鏈運行維護成本和能量消耗最小的角度進行分析，并得出策略；劉鎮、徐優香[4]（2013）在針對冷鏈物流配送車輛路徑優化問題上時，利用云計算模式處理配送車輛實時路徑的優勢；呂俊杰、孫雙雙[5]（2013）、李雅萍[6]（2013）分別利用蟻群算法和節約里程法對鮮活農產品的配送路徑進行優化，使得配送成本最少，其中呂俊杰、孫雙雙考慮的成本有固定成本、變動成本、貨損成本、能源成本，李雅萍在考慮上述成本基礎上，增加了時間懲罰成本。但是前者忽視了配送點對配送時間的要求，后者在考慮能源成本時，只考慮了配送過程中的能源成本，卻忽視了在配送點進行裝卸時，也會出現能源消耗。故為實現低碳城市交通的管理目標，促進城市冷鏈物流產業配送運輸成本節約，本文在保證城市對冷凍食品需求的基礎上，以碳排放為約束條件構建冷鏈物流配送網絡優化模型，并根據配送運輸網絡模型求解的復雜性，利用遺傳算法得到最優解，以期為城市物流管理模式創新提供決策參考。

2 模型構建

假設配送中心（用0表示）有K車輛，基本不會出現缺少車輛問題，配送點或者超市共有n個。配送過程中所考慮的配送成本有車輛的啟動成本（固定成本和變動成本）、碳排放成本、制冷成本以及時間懲罰成本。

2.1 固定成本和變動成本

冷鏈物流配送中，必須要承擔固定成本（司機工資，車輛折舊費用等）和變動成本（燃油消耗、車輛維護和保養、路橋通行費用等），兩者之和用c1表示，其中，變動成本大致與運輸時間成正比。則成本表示為：

2.2 碳排放成本

城市冷鏈物流配送過程中，能源消耗量大，車輛碳排放量相對較高，故將碳排放成本納入考慮因素，用c2表示。根據碳排放量的計算公式，得到如下排放成本式子：

2.3 制冷成本

冷凍設備所消耗的能源成本主要是制冷劑的成本，主要考慮配送運輸過程中的制冷成本c31和打開車門過程中的制冷成本c32。則總制冷成本c3為：

2.4 時間懲罰成本

實際配送中，顧客希望在約定的時間段進行配送，但是實際情況（城市交通堵塞、配送調度疏失等）卻無法如此理想，故顧客是可以接受約定時間外的一定范圍內進行配送。若假設最理想配送時間段是（tai，tbi），可以接受的提前到達時間點為ta′i，最遲到達時間為tb′i。

上述約束條件中，式（1）表示車輛所載貨物不超過最大載重量；式（2）表示每個顧客點只有一輛車滿足其需求，且車輛的起點和終點都在配送中心；式（3）表示車輛能夠配送全部的顧客點；式（4）表示車輛在配送顧客點時，滿足其配送時間需求；式（5）表示車輛在配送下一配送點時滿足此配送點的時間需求。

3 算例分析

某市某物流配送中心向城市的15個超市進行鮮奶配送，該配送中心擁有同種冷藏車型號。在配送期間，溫度必須保持為10℃，假設各超市之間的交通條件相同，車速均為50km/h，根據計算，單位運輸成本為1.0元/噸，鮮奶的單位價格為10000元/噸。各超市在時間窗的基礎上能夠接受提前30min或者推遲30min進行配送，根據經驗每次配送所需的固定成本為200元/車，每輛車每千米大約消耗為2.5元。超市對鮮奶的需求量與配送時間如表1所示。

根據上述算例利用MATLAB軟件使用遺傳算法，進行10次求解，第7次運行獲得最優配送方案，其迭代第91次時收斂，最優總成本為9363.3元，最優配送路徑有7條：

路線1：0—超市12—超市11—0

路線2：0—超市2—超市13—超市7—0

路線3：0—超市1—超市15—0

路線4：0—超市8—超市6—0

路線5：0—超市4—超市5—0

路線6：0—超市9—超市3—0

路線7：0—超市14—超市10—0

上述結果中，隨機選擇一條路徑0-12-7-0-4-14-0-8-11-0-1-15-10-0-9-6-0-5-13-3-2-0，將此路徑和所獲得的最優配送路徑進行比較得到表2：

對表2進行觀察、分析，可以發現：相較于隨機路徑，最優路徑所需的總成本和釋放的二氧化碳量有大幅度下降，其中總成本減少35.9%，計5235.2元，碳排放量減少4.8%，計1.5噸。

4 結 論

文章中，對運輸成本和碳排放量兩個方面進行研究，構建了城市冷鏈網絡優化模型。利用遺傳算法和MATLAB對目標函數進行分析和計算，得到最優路徑，使得運輸成本最少，碳排放量最少，這對于企業和環境都具有很強的現實意義。

參考文獻：

[1]劉倩晨.考慮碳排放的冷鏈物流研究[D].北京：清華大學，2010.

[2]于一秀，邱燦華.我國低碳物流問題研究[J].廣西財經學院學報，2010（5）：63-65.

[3]Zimmermann R.Energy efficiency Quality and freshness along the distribution of the cold chain： Intelligent direction reduces consumption of energy and minimizes operational costs[J].Fleischwirtschaft，2009，89（6）：54-55.

[4]劉鎮，徐優香，王譯.基于云計算的冷鏈物流配送車輛路徑優化方法研究[J].電子設計工程，2013（17）：122-127.

[5]呂俊杰，孫雙雙.基于鮮活農產品冷鏈物流配送的車輛路徑優化研究[J].廣東農業科學，2013（9）：178-181.

[6]李雅萍.鮮活農產品冷鏈物流配送路徑優化研究[J].價值工程，2013，31：25-27.