中歐生鮮農產品冷鏈運輸方案研究

王露

摘 要：本文針對生鮮品易腐性和冷鏈物流高能耗特點，綜合考慮運輸途中制冷溫度以及各地區外界氣溫差異性的影響，以運輸、制冷和碳排放成本最小為目標構建優化模型，對運輸路線、方式和各環節制冷溫度進行決策。基于中歐生鮮農產品冷鏈運輸進行研究，并對比分析了中歐間幾大運輸路線。

關鍵詞：生鮮農產品;冷鏈物流;多式聯運;質量衰減;低碳

中圖分類號：U695 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2020）07-0097-03

冷鏈物流在生鮮農產品流通過程中的作用日益突出，并由于人們對品質的更高層次要求而有了更高的時效性要求。對于跨國長距離冷鏈物流而言，需要經過歐洲、亞洲等多個復雜的溫區，合理的溫控與運輸路線將影響冷鏈物流成本，給冷鏈運輸調度工作帶來更大挑戰。

關于冷鏈物流研究，Rong等[1]考慮食品質量受存儲溫度影響，對易腐食品配送進行研究。Gallo等[2]從能量消耗角度，考慮產品質量下降以及制冷溫度設定對制冷能耗的影響。Wang 等[3]假定冷藏溫度和產品質量下降速度一定，分析不同碳稅政策和碳排放下配送路徑對總費用的影響。

王晶[4]考慮蔬菜類食品質量衰減與溫度呈線性函數，并用特定溫度下單位時間冷卻成本表示制冷成本，對網絡節點、配送路線和各環節溫度進行優化。康凱等[5]假設運輸途中環境溫度恒定，腐敗率為常數，產品質量隨時間變化呈現指數變化趨勢。劉松等[6]用單位時間冷藏費用和貨損費用表示制冷和貨損成本，并考慮碳排放量限制，對冷藏集裝箱多式聯運進行優化。

綜上，國內現有研究多將質量衰減與制冷能耗作為恒定參數或是線性函數處理，忽略了制冷溫度與外界環境溫度的影響或是考慮不全。Hu等[7]考慮不同時段外界溫度變化，研究冷藏車輛不同出發時間對制冷成本的影響。為此，本文綜合考慮上述因素構建優化模型，對運輸路線、方式與各環節溫度進行決策，并對中歐生鮮品冷鏈多式聯運方案進行研究。

1 問題描述

有一批生鮮農產品從國外一起運點運至國內一目的點，途徑國內外若干中間節點，各節點和路段存在各自外界環境溫度，且節點間存在公路、鐵路、海運和航空運輸中一種或多種方式可供選擇?？紤]制冷能耗主要由箱體傳熱與漏熱導致，與集裝箱內外表面積、箱體內外溫差、傳熱系數和時間相關;生鮮農產品質量下降速率與溫度、時間相關，遵循阿倫尼烏斯方程，并呈指數衰減趨勢。在滿足最低質量需求約束下，以運輸、制冷和碳排放成本之和最小為目標求解最優運輸方案。

2 模型構建

2.1 假設條件

（1）假設一批貨物不可分批運輸;

（2）假設冷藏集裝箱內溫度均衡，生鮮農產品各部分質量衰減速率一致;

（3）假設航空專用冷藏集裝箱制冷能耗按常規冷藏集裝箱計算方法計算。

2.2 符號說明

2.3.2約束條件

C表示總運輸費用，C1、C3分別表示運輸和制冷成本，C2、C4分別表示運輸和制冷產生的碳排放成本。式（6）表示必選一條起始弧，且該弧上只可選擇一種運輸方式和一個制冷溫度;式（7）表示任一中間節點流入流出相等;式（8）表示必選一條終止弧，且該弧上只可選擇一種運輸方式和一個制冷溫度;式（9）表示任意一條弧最多可選擇一種運輸方式;式（10）表示任一中間節點最多只有一種轉運方式;式（11）和式（12）保證運輸路線與運輸方式的連貫性;式（13）對產品初始質量賦值，式（14）表示節點i+1處的產品質量;式（15）表示任一節點的產品質量要滿足最低質量要求;式（16）和式（17）表示決策變量為0-1變量。

3 算例分析

3.1 算例描述

1個滿載生鮮農產品的20ft冷藏集裝箱從德國漢堡運往河南鄭州，產品初始質量為100，最低質量要求為70，可選制冷溫度有-2℃、-1℃、0℃、1℃、2℃?？紤]選取中歐間主要運輸線路如圖1所示，選取節點及其外界環境溫度如表1所示，路段溫度以兩節點平均溫度計。

線路1：1-2-3-10-11-16-27-33-39-41;線路2：1-2-3-10-11-16-27-34-40-41;線路3：1-2-3-10-11-17-18-25-31-38-41;線路4：1-2-3-10-12-19-20-26-32-38-41;線路5：1-4-6-7-9-14-24-30-37-41;線路6：1-4-6-7-9-15-22-23-29-36-41;線路7：1-5-8-13-21-28-35-40-41;線路8：1-40-41;

3.2 算例結果

對模型求解，得出最優方案線路2，全程鐵路運輸，各路段與節點制冷溫度均為2℃，總成本為38751.85，最終產品質量為83.397。

3.3運輸線路對比分析

設公路、鐵路、海路和航空運輸編號為1、2、3、4，各線路最優運輸方案如表2所示。線路8最佳運輸方案總成本為242461.31元，運輸、制冷和碳排放成本分別為227725元、1615.2元、13121.106元;運距8225千米，運輸時間35.75小時，最終產品質量為97.7148。線路1-7成本對比如圖2，運輸距離、時間和質量如圖3。

對結果進行對比分析可知，在陸運線路中，線路2與線路1、4的總成本相近，途徑高緯度地區，外界環境溫度低，且運輸時間較短因而制冷成本較低;線路3運輸距離與時間最短，且運輸質量最高，體現了公路運輸的速度優勢。在海運線路中，線路5和7相比傳統線路6，各類成本均更優，未來有望成為替補路線;且線路7運距最短、時間最少、成本最低，環境溫度更低，比其他海運線路的制冷成本減少約50%～60%，對冷藏冷凍等易腐物品運輸而言經濟性優勢顯著。總體上看，制冷成本在總成本中占比較大，約為1/4，與外界環境溫度和時間有重要關系;對于長時間冷鏈運輸，通過調節制冷溫度可有效滿足產品質量需求。

4 總結

本文綜合考慮制冷溫度與外界環境溫度對生鮮品質量與制冷成本的影響，對冷鏈運輸進行優化。中歐間生鮮品運輸算例分析表明，經第一亞歐大陸橋的運輸路線具有一定經濟優勢，同時在海運線路中，北冰洋航線運輸費用最低，其與經陸運至瓜達爾港入海的路線具有良好發展潛力。此外，對制冷溫度進行優化可有效保障產品質量，且制冷成本與箱內外溫差與運輸時間密切相關，在總成本中占重要比重。因而，在冷鏈物流中對制冷溫度與外界環境溫度及其差異性進行考量具有重要意義。

參考文獻：

[1]Rong A， Akkerman R， Grunow M. An optimization approach for managing fresh food quality throughout the supply chain[J]. International Journal of Production Economics， 2011， 131（1）：421-429.

[2]Andrea Gallo， Riccardo Accorsi， Giulia Baruffaldi， Riccardo Manzini. Designing Sustainable Cold Chains for Long-Range Food Distribution： Energy-Effective Corridors on the Silk Road Belt[J]. Sustainability， 2017， 9， 2044.

[3]Wang S， Tao F， Shi Y，et al. Optimization of Vehicle Routing Problem with Time Windows for Cold Chain Logistics Based on Carbon Tax[J]. Sustainability， 2017， 9， 694.

[4]王晶，劉昊天，趙然.基于食品安全的生鮮食品冷鏈運營優化研究[J].系統工程理論與實踐， 2018， 38（01）： 122-134.

[5]康凱，韓杰，普瑋，馬艷芳.生鮮農產品冷鏈物流低碳配送路徑優化研究[J].計算機工程與應用，2019，55（02）：259-265.

[6]劉松，邵毅明，彭勇.碳排放限制下的冷藏集裝箱多式聯運路徑優化[J].應用數學和力學， 2020， 41（02）： 204-215.

[7]Hongtao Hu， Ye Zhang， Lu Zhen. A two-stage decomposition method on fresh product distribution problem[J]. International Journal of Production Research， 2017， 2， 4729-4752.