浙江省物流通道空間布局優(yōu)化

唐占峰，朱雨鳳，王 翰，殷艷紅

（寧波大學(xué) 海運學(xué)院，浙江 寧波 315000）

0 引言

2019年國家發(fā)展改革委和交通運輸部聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于做好2019 年國家物流樞紐建設(shè)工作的通知》，指出要形成一個高效便捷的“通道+樞紐+網(wǎng)絡(luò)”物流運作體系[1]。物流通道作為貨物流動的具體通道和物質(zhì)載體，是物流系統(tǒng)的重要組成部分，其空間布局的合理性影響物流系統(tǒng)運行效率的高低。因此，開展物流通道的空間布局優(yōu)化有著重要研究意義和現(xiàn)實意義。

關(guān)于物流通道空間布局優(yōu)化，國內(nèi)外研究主要是通過模型和算法來選擇物流通道。如，丁以中[2]基于路徑選擇模型和節(jié)點選址模型對物流通道路線和節(jié)點選定進行了優(yōu)化。張騏[3]構(gòu)建了突變模型來選擇物流通道。張健[4]開發(fā)了基于層級式遺傳算法來求解的模型，得出優(yōu)化運載的組合規(guī)劃方案。國外方面，Yuan和Wang[5]運用優(yōu)化的Dijkstra 算法和蟻群優(yōu)化算法對緊急物流的物流通道選擇進行決策。Duque[6]對物流成本和雙目標(biāo)中物流通道選擇之間的相關(guān)性進行了探討，給出相應(yīng)算法，并將算法應(yīng)用到多目標(biāo)中物流最短路徑的選擇問題中。Mayer 和Wagner[7]建立了基于容量限制的模型來解決軸輻式物流通道系統(tǒng)問題。Topcauglu[8]提出一種優(yōu)化后的遺傳算法，很好地簡化了計算過程。上述研究對物流通道的選擇和優(yōu)化做出了較大貢獻(xiàn)，但仍有缺陷。如只針對單一的物流通道來討論其空間選擇與優(yōu)化，或只研究同一運輸方式內(nèi)物流通道的選擇和優(yōu)化，這與多種運輸方式并存并用的現(xiàn)實情況相差較大。為此，本研究提出新的物流通道空間布局方法，以浙江省物流通道為例，分析不同運輸方式間的物流通道選擇，以及同運輸方式內(nèi)物流通道的選擇，以實現(xiàn)物流系統(tǒng)整體效率最高，從而確定最優(yōu)物流通道空間布局方案。

1 空間布局優(yōu)化方法

物流通道空間布局優(yōu)化方法包括兩部分：不同運輸方式間物流通道選擇以及同運輸方式內(nèi)物流通道選擇。

1.1 不同運輸方式間物流通道的選擇

1.1.1 基于競爭力的Logit選擇模型的構(gòu)建。本文主要選用長距離、大規(guī)模的貨運通道作為物流通道，根據(jù)其運輸方式分為鐵路、公路、水路、航空以及管道五種。由于管道承載的貨物類型特殊，與其他四類物流通道之間無明顯競爭關(guān)系，所以本文只考慮鐵路、公路、水路及航空的物流通道。分擔(dān)率是貨運量在兩種或兩種以上類型的物流通道間的分配可能性,四種運輸方式物流通道的分擔(dān)率可根據(jù)其競爭力的大小來確定?？茖W(xué)合理地預(yù)測分擔(dān)率是優(yōu)化物流通道的重要前提，也是決定貨運策略的關(guān)鍵依據(jù)。分擔(dān)率的Logit 模型見式（1）。式中Pi是選擇第i種物流通道的貨流分擔(dān)率，Ui是第i種類型物流通道的競爭力，n是可選擇的物流通道數(shù)。

運輸方式的競爭力可從運載能力、運輸成本、運輸速度、安全性這四個方面來體現(xiàn)。基于四個影響因素構(gòu)建運輸方式的競爭力函數(shù)見式（2）。Ei、Fi、Gi、Hi分別是第i種物流通道的運載能力、運輸成本、運輸速度、事故率。b0是常量，b1、b2、b3、b4是影響指標(biāo)的特征系數(shù)。

運載能力、運輸成本、運輸速度、事故率的計算分別見式（3）-式（6）。

式（3）中Ei代表第i種物流通道的運載能力，Ki代表第i種物流通道一段時間內(nèi)的貨運總量，Wi代表第i種物流通道的運輸工具總量。式（4）中Fi代表第i種物流通道的運輸成本，Ri代表第i種物流通道的單位運價率，Li代表第i種物流通道的運輸距離。式（5）中Gi表示第i種物流通道的運輸速度，Si表示第i種物流通道的總運輸距離，Ti表示第i種物流通道的運輸工具的總運輸時間。式（6）中Hi表示第i種物流通道的事故率，ai表示第i種物流通道中每年的傷亡人數(shù)。

1.1.2 競爭力函數(shù)的標(biāo)定。選用全國2000-2018 年19年間的各物流通道的統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)[9]作為參考，以各物流通道每年的運載能力、運輸成本、運輸速度、事故率的值作為自變量，以該通道貨運量占四種運輸方式物流通道貨運總量的占比作為因變量,通過SPSS 軟件進行回歸分析標(biāo)定競爭力函數(shù)的參數(shù)，結(jié)果如式（7）-式（10）。

1.2 同運輸方式內(nèi)物流通道的選擇

1.2.1 基于通行效率最大的通道選擇模型構(gòu)建。同一運輸方式內(nèi)部還有不同種類的物流通道，例如，公路就包括高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路?？紤]到有些通道運量小，主要承擔(dān)送達(dá)功能，本文主要考慮承擔(dān)通過功能的大運量物流通道，具體為鐵路包括客貨共線鐵路和貨運專線鐵路，公路通道包括高速公路、國道和省道，水路通道包括沿海航道和五級以上的內(nèi)河航道，航空通道包括民航的貨運航線和非定期的通用航線。

同一類型物流通道的通行效率主要由時間成本決定，本文將出行時間作為變量來表達(dá)通行效率，構(gòu)建通行效率最大即時間最小的模型來解決這個問題，具體見式（11）和式（12）。

式中W(x)表示同類型物流通道總的通行效率，Z(x)表示同類型物流通道總的出行時間，Xa是物流通道a的貨運量。ta(xa)是以貨運量為自變量的阻抗函數(shù)。t0表示物流通道a的自由流通過時間，ca表示物流通道a的通行能力。

將阻抗函數(shù)進行式（14）的變換后，可以將新得到的阻抗代入式（11）中進行求解。

1.2.2 模型的求解

步驟4 確定迭代步長：用二分法求式（15）中的λ。

步驟6 收斂性檢驗：計算式（16），η是預(yù)先給定的誤差限值。如果條件滿足，則就是要求的解，計算結(jié)束；否則令n=n+1，返回步驟2。

2 實證研究

2.1 浙江省物流通道概況

浙江地理位置優(yōu)越，處于“絲綢之路經(jīng)濟帶”和“21 世紀(jì)海上絲綢之路”的交匯地帶，同時又處于我國五大經(jīng)濟圈之一的長江三角洲，是促進我國整體物流網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化的重要環(huán)節(jié)。本實證以浙江省物流節(jié)點城市之間的物流通道為研究對象，包括杭州、寧波、紹興、嘉興、湖州、舟山、衢州、金華、麗水、溫州、臺州共11 個物流節(jié)點城市之間的各類物流通道。具體包括35 條高速公路，其中連接省內(nèi)節(jié)點城市的有19 條高速，途經(jīng)浙江省以上物流節(jié)點的國道有4 條，連接以上11 個節(jié)點城市的省道有22 條。主要貨運鐵路有3 條，即蕭甬鐵路（147km）、金溫貨線（251km）、甬臺溫鐵路（282km）。五級及以上的內(nèi)河航線共有10條，如京杭運河、杭申線等。浙江省內(nèi)兩個主要的航空貨運航線，分別為杭州與金華、義烏之間的航空線以及杭州與寧波之間的航空線。

2.2 浙江省物流通道空間布局優(yōu)化

2.2.1 不同運輸方式物流通道選擇與貨量分配。根據(jù)浙江省統(tǒng)計局統(tǒng)計年鑒的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，得到2019 年浙江省不同類型物流通道的變量值，算出浙江省不同類型物流通道的競爭力，再將浙江省不同類型物流通道的競爭力代入貨運分擔(dān)率函數(shù)，計算不同運輸方式的物流通道的貨運量預(yù)測分擔(dān)率。得出鐵路預(yù)測分擔(dān)率為1.085%，公路預(yù)測分擔(dān)率為81.393%，水路的預(yù)測分擔(dān)率為17.504%，航空預(yù)測分擔(dān)率為0.018%。根據(jù)余釗[10]對浙江省各物流節(jié)點城市之間的貨運量的估算結(jié)果，結(jié)合上述預(yù)測的分擔(dān)率，得到浙江省各物流節(jié)點城市之間不同運輸方式物流通道的貨運量分配量（見表1）。

表1 浙江省物流節(jié)點城市間不同類型物流通道的貨運量分擔(dān)表 單位：萬t

2.2.2 同一運輸方式內(nèi)物流通道選擇及貨運量分配參照浙江省物流協(xié)會的統(tǒng)計年報[11]，得到每種物流通道具體貨運通道的設(shè)計速度和平均行駛速度，同時參考周張穎[12]的研究得到每種貨運通道的通行能力。根據(jù)浙江省物流協(xié)會統(tǒng)計年報提供的浙江省內(nèi)連接各物流節(jié)點城市的公路水路具體貨運通道的基本數(shù)據(jù)，得到浙江省物流節(jié)點城市間同類型物流通道具體通道空間布局優(yōu)化結(jié)果。

優(yōu)化后的浙江省高速公路貨運需求量顯示，浙江省內(nèi)連接物流節(jié)點城市的高速公路需求貨運量都較大，其中，常臺高速的需求貨運量最大，杭長高速的需求貨運量相對來說是最少的，具體如圖1 所示。優(yōu)化后的浙江省國道和省道貨運需求量如圖2所示，浙江省內(nèi)連接物流節(jié)點城市的國道中，104國道的需求貨運量最大，320國道的需求貨運量最小。而相比于國道，省道貨運需求量普遍更小，其中S103需求貨運量最大，S210需求貨運量最小。

圖1 浙江省內(nèi)高速公路布局優(yōu)化結(jié)果

圖2 浙江省內(nèi)國道與省道布局優(yōu)化結(jié)果

優(yōu)化后的內(nèi)河通道貨運量如圖3所示，杭湖錫線的需求貨運量最大，甌江的需求貨運量最小。優(yōu)化后的沿海通道貨運量如圖4所示，寧波至舟山航道的需求貨運量最大，寧波和溫州的航道1和寧波和溫州的航道2所分配貨運量最小。

圖3 浙江省內(nèi)內(nèi)河貨運航道布局優(yōu)化結(jié)果

圖4 浙江省內(nèi)沿海貨運航道布局優(yōu)化結(jié)果

優(yōu)化后的鐵路和航空通道貨運量如圖5所示，甬臺溫鐵路的需求貨運量最大，蕭甬鐵路的需求貨運量最小。航空通道的需求貨運量都較少，杭州-寧波航線多于杭州-金華航線。

根據(jù)浙江省物流通道系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果，可以看出優(yōu)化后公路貨運通道的貨運量減少，水路貨運通道的貨運量增加，水運貨運總量增加較多。優(yōu)化后鐵路貨運只有一條貨運通道的貨運量增加，變化較少。優(yōu)化后航空貨運兩條貨運通道的貨運量的增量不大，但是因為航空貨運本身貨運量偏小，因此航空貨運總量的變化較大。綜上，浙江省物流通道系統(tǒng)的布局優(yōu)化中，公路貨運總量明顯減少，減少的貨運量主要增加到水路貨運上，鐵路貨運和航空貨運有少量增加。

3 結(jié)語

本文通過分別對公路、水運、鐵路、航空四種物流通道類型的選擇，以及各種類型具體通道貨流的分配，提出了基于通行效率最優(yōu)的物流通道空間布局優(yōu)化方法，并應(yīng)用此方法對浙江省物流通道進行布局優(yōu)化。主要結(jié)論如下：（1）物流通道空間布局優(yōu)化可分為基于不同運輸方式的物流通道選擇和同一運輸方式內(nèi)部物流通道的選擇進行。（2）對于不同運輸方式的物流通道的選擇，本文構(gòu)建了基于競爭力的分擔(dān)率模型。對于同一類型物流通道具體通道的選擇，以出行時間作為變量表示通行效率，以通行效率最大為目標(biāo)，構(gòu)建了同一類型物流通道具體通道選擇的阻抗模型。（3）將空間優(yōu)化布局的方法運用到浙江省物流通道系統(tǒng)，得到浙江省物流通道空間布局優(yōu)化方案。

本文提出的物流通道空間布局優(yōu)化方法，從整體物流效率出發(fā)，針對不同類型間的物流通道和同類型內(nèi)的物流通道進行了選擇和優(yōu)化，為浙江省城市物流通道的布局和規(guī)劃提供了參考，具有較強的現(xiàn)實意義。