應急物流中心選址與配送路徑優(yōu)化研究

姚紅云，牛 凱 （重慶交通大學 交通運輸學院，重慶 400074）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，更多自然資源的發(fā)現(xiàn)與開發(fā)，導致自然災害以及突發(fā)性事件的頻繁發(fā)生，嚴重威脅了人們的健康和經(jīng)濟的發(fā)展。人類社會進入21世紀以來，諸如“9.11”恐怖襲擊、SARS危機、禽流感、印度洋海嘯和5.12地震等災害性的突發(fā)事件引起了全世界的關(guān)注。突發(fā)性事件的發(fā)生往往伴隨著人員的傷亡與經(jīng)濟的損失，為應對傷者救助、衛(wèi)生防疫以及災后重建等工作，應急物資能否及時供應顯得尤為重要。本文重點研究在考慮相關(guān)影響因素的基礎(chǔ)上，就如何選擇合適位置建設(shè)應急物流中心，在發(fā)生重大突發(fā)性事件時，如何以最快地反應速度將應急物資運送到指定的受災地或者應急事件發(fā)生地，如何優(yōu)化選擇配送路徑，爭取救援物資運送時間最小化進行了研究。

1 應急物流特性及概述

1.1 應急物流的含義

應急物流是指突發(fā)性事件發(fā)生時，為緩解人員傷亡與經(jīng)濟損失，以事發(fā)地所需應急物資為需求，以追求時間效益最大化和災害損失最小化為目標，借助現(xiàn)代科學技術(shù)，整合救援物資的運輸、包裝、裝卸、搬運、倉儲、物流加工、配送及相關(guān)信息處理等各種功能而形成的特殊的物流活動[1]。

1.2 應急物流與一般商業(yè)物流的差異性

應急物流由突發(fā)事件引發(fā)，突發(fā)事件存在的突發(fā)性與信息高度缺失等特征決定了應急物流是一個特殊、非常態(tài)的過程[2]。由于突發(fā)事件的發(fā)生時間與地點的不確定性以及受災程度的無法預測性，使得應急物流與一般商業(yè)物流相對比，在物資配送、配送網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、物資需求終端、救援物資庫存以及運輸方式及工具等五個方面存在差異[3]，物流中心只能臨時選址，建立應急物流中轉(zhuǎn)點。

1.3 應急物流的特性分析

通過對應急物流的概念描述以及對與一般商業(yè)物流的差異性分析，總結(jié)歸納出應急物流具有以下幾個特性[4]：

（1）應急物流系統(tǒng)的時間因素。一旦突發(fā)事件發(fā)生，應急物流系統(tǒng)需作出最快反應，不能錯過最佳的物資配送時間與機會。

（2）應急物流系統(tǒng)信息傳達的時效性與可靠性。突發(fā)性事件發(fā)生時，需實時傳遞路徑優(yōu)化選擇以及周圍環(huán)境等信息。

（3）應急物流系統(tǒng)的應急反應速度。突發(fā)事件的突發(fā)性決定應急物流需要具備應急反應能力，第一時間進行應急物資配送。

（4）應急物流系統(tǒng)的擴散性與發(fā)展性[5]。突發(fā)事件的發(fā)生致使信息的擴散與傳達，因此應急物流系統(tǒng)及時采集信息反應，擴散更多有用信息，發(fā)展應對措施與知識。

1.4 應急物流系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及運作流程

應急物流不同種類對應的系統(tǒng)具體關(guān)鍵技術(shù)也不同，總體來講，應急物流的關(guān)鍵技術(shù)主要涉及有應急保障方案的優(yōu)化選擇、應急物流中心選址、應急物資調(diào)度、應急路徑優(yōu)化選擇以及應急條件下的貨物裝載五個方面[6]。

應急物流系統(tǒng)為了及時應對突發(fā)事件，有其自身的運作流程進行應急物資的配送，運作過程一般包括應急物流協(xié)調(diào)指揮中心、物資供給端、物流中心以及物資需求端幾個環(huán)節(jié)[7-8]，各個部門之間信息互通，實時交流反饋，及時掌握物資需求、配送環(huán)境等信息，保證應急物資以最優(yōu)路徑配送到災區(qū)，具體運作流程如圖1所示。

圖1 應急物流系統(tǒng)運作流程示意圖

2 基于模糊層次分析法的應急物流中心選址模型建立及算例分析

2.1 應急物流中心選址目標分析

應急物流中心選址需綜合考慮環(huán)境因素、社會因素、成本最小化以及效益最大化等因素，以需求為導向，以達到經(jīng)濟效益、社會效益和可持續(xù)發(fā)展能力最優(yōu)為主要目標，并使應急物資運送到目的地的時間最短以及運輸成本最小。

2.2 模糊層次分析法概述

模糊層次分析法是結(jié)合了模糊綜合評價法和層次分析法兩種方法。

模糊綜合評價法是一種評判模型及方法，評價對象是現(xiàn)實中具有模糊性的經(jīng)濟現(xiàn)象，既有嚴格的定量刻畫，又有主觀經(jīng)驗上的定性描述。層次分析法同樣結(jié)合定量分析與定性分析，將主觀經(jīng)驗判斷轉(zhuǎn)換為定量的形式，并進行科學分析與處理，多用于多準則、多目標的社會科學領(lǐng)域的問題決策與分析。

2.3 基于模糊層次分析法的應急物流中心選址模型建立

影響應急物流中心選址的因素較多，本文主要選取自然環(huán)境因素、配送網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施狀況以及社會環(huán)境因素三個方面作為選址主要考慮的因素。

以應急物流中心選址的考慮因素為基礎(chǔ)，從選址目標、原則出發(fā)，結(jié)合模糊層次分析原理，確定出應急物流中心選址的模型結(jié)構(gòu)，如圖2所示：

2.4 算例分析

案例假設(shè)現(xiàn)有四個物流中心地址備選點，相關(guān)專家對相關(guān)影響因素進行打分評價，進而確定最終位置，打分綜合結(jié)果如表1所示（采用10分制）。

對上述實例利用模糊層次分析法進行求解如下：

第一步，建立物流中心選址結(jié)構(gòu)模型，結(jié)構(gòu)依次為目標層、準則層與指標層。

第二步，優(yōu)化關(guān)系矩陣確定，各層次因素之間的相對重要性關(guān)系矩陣（模糊互補矩陣）如表2至表5所示。

圖2 應急物流中心選址的結(jié)構(gòu)模型

表1 專家打分綜合表

第三步，將重要性關(guān)系矩陣轉(zhuǎn)變?yōu)槟：恢戮仃嚕媒Y(jié)果如表6至表9所示。

表2 A~B優(yōu)先關(guān)系矩陣

表3B~C優(yōu)先關(guān)系矩陣（對B1）

表4B~C優(yōu)先關(guān)系矩陣（對B2）

表5B~C優(yōu)先關(guān)系矩陣（對B3）

表6 A~B模糊一致矩陣

表7B~C模糊一致矩陣（對B1）

表8B~C模糊一致矩陣（對B2）

表9B~C模糊一致矩陣（對B3）

案例第二層B層中各因素相對A層的權(quán)重：

案例第三層C層各因素相對B層的權(quán)重：

第五步，對比分析各應急物流中心備選點，確定最終選址地點。根據(jù)表1給出的各物流預案相對應子目標及主目標的評價分數(shù)，設(shè)定各應急物流中心備選點相對應于各評價指標的打分為：Cijs（其中i為主目標，j為子目標，s為應急物流中心備選點）。

利用Cijs可計算各應急物流中心備選點相對于各子目標的重要度Djs，公式為：

由此可得各應急物流中心備選點相對主目標的重要度DS分別為：

表10 應急物流中心備選點相對于各子目標的重要度Djs

將各應急物流中心備選點的綜合評分對比，分值最高的為第二個備選點，因此選址第二個備選點建立應急物流中心。

3 應急物流配送路徑優(yōu)化模型建立及算例分析

3.1 應急物資配送問題概述

應急物資配送的關(guān)鍵是時間與成本，這就要求在配送過程中選擇最優(yōu)最短路徑，實現(xiàn)應急物資的快速配送。通過確定研究對象與研究問題，考慮應急物資配送需求與目標，建立應對突發(fā)事件的應急物資配送模型，考慮模型特性，利用動態(tài)規(guī)劃和標號法算法對設(shè)計問題求解。

3.2 應急物流配送路徑優(yōu)化模型建立

使整個物流配送過程路徑最短及時間最小是配送路徑優(yōu)化的最大目標，盡快實現(xiàn)物流配送整體環(huán)節(jié)，在考慮配送過程中各種影響因素的基礎(chǔ)上，確定約束條件，實現(xiàn)應急物流配送的最大效益化。

考慮配送路徑選擇的目標，根據(jù)對問題的界定，可構(gòu)建應急物資配送路徑問題優(yōu)化模型為：

3.3 算例分析

假設(shè)算例如圖3所示，并利用該算例對研究結(jié)果進行說明。圖3中節(jié)點A和節(jié)點D分別為應急物流中心和應急物資需求點，節(jié)點和枝線的代號分別用大寫英文字母和數(shù)字表示，線段號碼后圓括號內(nèi)數(shù)字代表車輛在該路段上消耗的時間，利用動態(tài)規(guī)劃和標號法求解該實例。

該運輸網(wǎng)絡(luò)中，從A到D可以分成從A到B（B有兩種選擇B1,B2），然后從B到C（C有三種選擇C1,C2,C3），再從C到D，一共三個階段。k=1,2,3。現(xiàn)利用動態(tài)規(guī)劃方法求解該運輸網(wǎng)絡(luò)。

第一步，起始階段，狀態(tài)變量s1只能去狀態(tài)A。由上述優(yōu)化模型式中第二個式子可知，將運輸車輛離開應急物流中心的時刻定義為0，所以f0（s1）=f0（A）=0。

第二步，k=1，狀態(tài)變量s2可取兩種狀態(tài)B1,B2，所以從離開節(jié)點A到離開節(jié)點B1,B2的路徑長度f1（s2）分別為f1（B1）和f1（B2），其中：

第三步，k=2，狀態(tài)變量s3可取三種狀態(tài)C1,C2,C3，所以從離開節(jié)點B到離開節(jié)點C1,C2,C3的路徑長度f2（s3）分別為f2（C1）,f2（C2）,f2（C3），其中：

這說明了由離開節(jié)點A到離開節(jié)點C1的最短時間為6，其路徑A→B2→C1，其相應的決策為u2（C1）=B2。

即由離開節(jié)點A到離開節(jié)點C2的最短時間為4，其路徑為A→B1→C2。相應決策為u2（C2）=B1。

即由離開節(jié)點A到離開節(jié)點C3的最短時間為7，其路徑為A→B1→C3。相應決策為u2（C3）=B1。

第四步，k=3，狀態(tài)變量s4只能取一個點D，所以從離開C節(jié)點到抵達應急事件發(fā)生地點D的路徑長度f3（s4）如以下所示：

即由離開節(jié)點A到離開節(jié)點D的最短時間為7，即其路徑為A→B1→C2→D，相應決策為（u3）D=C2。

所以，車輛沿著“應急物流中心A→枝線1→節(jié)點B1→枝線3→節(jié)點C2→枝線10→應急事件發(fā)生地點D”路徑，將應急物資從應急物流中心地點運送到應急物資需求點，消耗總時間為7，即應急物流配送在考慮路徑優(yōu)化基礎(chǔ)上的最短時間。

4 結(jié)束語

本文在分析應急物流重要性的基礎(chǔ)上，研究應急物流中心選址與配送路徑的優(yōu)化選擇，對突發(fā)事件發(fā)生時人員與經(jīng)濟的保護發(fā)揮了重要作用。應急物流中心選址是決定發(fā)生突發(fā)事件時物流能否發(fā)揮效益的重要因素，因此對其進行科學地選址是應急物流系統(tǒng)實現(xiàn)其功能的前提條件。面對越來越復雜的環(huán)境，必須通過系統(tǒng)的觀點對應急物流中的應急物流中心選址及應急物資配送問題進行優(yōu)化，提高應急物流運送效率，實現(xiàn)各種社會資源的合理整合，以實現(xiàn)社會效益的最大化。為提前應對突發(fā)事件發(fā)生以及制定及時、高效的應急物資配送方案具有重要意義。