農村地區冷鏈物流中心選址規劃

謝龍，張曉東

(北京交通大學 交通運輸學院，北京 100044)

“三農”問題一直是我國政府和民眾關注的熱點，2004—2021年多份中央一號文件聚焦農產品流通的“最初一公里”，明確指出要加快實施農產品倉儲保鮮和冷鏈物流設施建設工程，打造現代化農產品冷鏈倉儲物流體系。2021年3月，《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》提出加強農產品倉儲保鮮和冷鏈物流設施建設，為農村地區倉儲保鮮冷鏈物流中心(以下簡稱冷鏈倉儲中心)的建設提供了有力的政策條件。2014—2020年，我國國內農村電商交易規模年平均增速達58.0%，呈高速增長態勢，為農村地區冷鏈倉儲中心的建設提供了強大的市場條件。據統計，農產品流通過程中上游環節農產品損耗占農產品總體損耗的54%[1]，主要原因是處于農產品上行“最初一公里”的農村地區普遍存在冷鏈基礎設施建設結構失衡等問題，農產品冷藏需求為農村地區冷鏈倉儲中心的建設提供了穩定的需求條件。

與此同時，相關學者探討了農產品冷鏈物流的重要性，如Mercier等[2]提出農產品預冷對于保障其在收獲或生產后的質量至關重要，縮短產品從收獲到預冷、冷藏的時間可以顯著改善易腐食品的保質期。Han等[3]提出農產品收獲后仍然進行著生命活動，通過冷鏈物流保鮮冷藏可降低其生命活動，維持新鮮農產品的質量和安全。因此，隨著農村物流、冷鏈物流在我國物流行業發展中的重要性、必要性、迫切性的愈加凸顯，探究農村地區冷鏈設施的選址問題對于提高我國冷鏈物流發展水平具有重要意義。

針對冷鏈物流的研究，目前主要集中在以下幾個層面。一是分析農村地區冷鏈物流節點選址影響因素，如彭靜等[4]分析了城鄉冷鏈物流節點選址的影響因素，包括供應商選址影響因素、配送中心選址影響因素、加工及服務企業選址的影響因素；王學良等[5]以廣西欽州為例，分析了供應鏈協同創新環境下農村物流中心選址的主要影響因素，包括供應商分布、客戶分布、政策環境、交通條件、自然環境等，并使用層次分析法進行選址。二是提出了物流節點選址模型，如Montanari[6]以倉儲、裝卸、運輸和懲罰費用最小為目標，構建了基于混合整數規劃模型的冷鏈物流網絡模型；Abad等[7]在考慮運輸成本和建設網點數量的前提下，建立了冷鏈物流網絡優化模型；Tang等[8]建立了物流節點的整數線性規劃模型；李蕓嘉等[9]利用鮑摩-瓦爾夫模型評價熱帶農產品在流通過程中的總費用，以總費用最低為目的，通過三次求解確定冷鏈倉儲中心最優選址。三是設計了冷鏈物流節點選址算法，目前冷鏈物流節點選址主要應用啟發式算法進行求解，如高賀云等[10]設計了粒子群算法求解冷鏈配送中心選址模型，黃明琦[11]設計了遺傳-粒子群混合算法求解冷鏈物流前端預冷庫雙層規劃選址模型；較少應用求解器進行求解，如鄭巖[12]、孫雪蓮[13]利用LINGO求解冷鏈物流節點選址模型。

綜上所述，由于農村地區長物流鏈、低消費密度的物流特征[14]，目前大多數研究聚焦于農村冷鏈物流現狀分析、物流發展模式的對策建議和城市冷鏈配送中心選址規劃，缺乏對于農產品“最初一公里”的冷鏈物流選址規劃研究。本文借鑒已有的研究成果，考慮在“互聯網+”技術全面普及以及電商快速發展的背景下[15]，以農產品主產區、特色農產品優勢區、農產品集散區為重點，聚焦鮮活農產品流通“最初一公里”，提出了農產品本地冷藏、產地直發的模式，通過在產地建立農產品冷鏈倉儲中心盤活農村地區冷鏈物流資源，減少農產品流通損耗。在該模式下，農產品在采摘完成即可在本地進行采摘冷卻(預冷處理)、加工包裝、冷藏保鮮處理等，不僅增加農產品保鮮期、降低農產品損失率，也可以延長產業鏈、擴大銷售范圍、增加產品附加值；同時依托農村電商平臺減少流通環節，使生產者能夠直接對接消費者，將傳統冗長的農產品采銷流程精簡為原產地—消費者，節省時間和成本的同時確保農產品質量、減少農產品損耗，助力提高農民收入，解決我國農產品上行痛點，如圖1所示。

圖1 農村地區冷鏈倉儲中心運作示意圖Fig.1 Schematic of the operation of cold chain storage centers in rural areas

1 模型構建

1.1 問題描述

因此，本文對農村地區冷鏈倉儲中心的選址問題描述為：統籌考慮冷鏈倉儲中心建設成本問題，針對已知區域范圍的農產品生產基地，充分考慮產品是否能夠同庫存儲，按照產品存儲需求進行分類，設立農產品生產基地集合I，備選冷鏈倉儲中心建設地址集合J={1,2,3，…，j}，為保證產品質量，需保證冷鏈倉儲中心與生產基地的距離需滿足運輸時效性要求。在所給的備選地區中至多選擇j個點建立倉儲中心，選中的倉儲中心接收所有農產品基地貨物并提供分揀包裝、保鮮、冷藏、冷凍等服務，同時考慮產品存放需求差異，按產品類型對冷鏈倉儲中心進行分類。在每個生產基地存貨需求量、冷鏈倉儲中心的最大服務能力確定的情況下，構建考慮時效性和總成本最低的選址模型，冷鏈倉儲中心選址示意如圖2所示。模型優化的結果是要確定冷鏈倉儲中心的位置、數量以及網絡流量分配。

注：1～5為冷鏈倉儲中心備選點，1和2是根據模型優化選擇的綜合成本最低的冷鏈倉儲中心。圖2 冷鏈倉儲中心選址示意圖Fig.2 Schematic of the location of cold chain storage centers

1.2 模型假設

影響農村冷鏈倉儲中心選址的因素較多，為了便于模型建立，研究假設如下：

(1)考慮此地所產特色農產品主要流向全國各地，故本文不考慮農產品輸出路線對冷鏈倉儲中心選址的影響；

(2)冷鏈倉儲中心為離散的點，且生產基地、冷鏈倉儲中心位置坐標都是已知；

(3)各生產基地的存貨需求量已知，且每個冷鏈倉儲中心的最大處理能力已知，一個生產基地只能由一個冷鏈倉儲中心進行服務；

(4)假設車輛均無超載現象，車輛在生產基地及冷鏈倉儲中心之間為勻速運輸且速度已知，單位運輸費用相同。

3.2 抗炎與免疫調節作用 雖然 MA 的作用機制尚不清楚，但有研究發現對于 CRS，MA 的抗炎作用比抗菌作用更重要[9]。十四元環、十五元環 MA可表現出不同的抗炎及免疫調節能力，包括調節細胞因子、趨化因子的合成，抑制轉錄因子和炎性細胞因子的基因表達，以及免疫調節炎癥細胞、成纖維細胞和上皮細胞等。低劑量、長期（1～3 個月）使用 MA 的治療方案往往有更好的效果。

1.3 模型建立

建立此模型的基本思路是在j個可選地址中選擇若干個合適的地點修建冷鏈倉儲中心，為i個生產基地提供相應的冷鏈倉儲服務，每一個生產基地只能由一個冷鏈倉儲中心提供服務，每一個倉儲中心只能服務存儲需求相近的一類貨物，且要保證在一定時間內完成運輸，同時要最小化物流網絡系統的總費率。模型為冷鏈倉儲中心進行選址，并將生產基地分配由冷鏈倉儲中心進行服務，同時需要考慮冷鏈倉儲中心的能力限制。

1.3.1 模型的變量及意義

為了討論問題方便，定義變量如表1所示。

表1 模型變量及其定義

1.3.2 模型的參數及其意義

根據模型構建思路，定義模型參數如表2所示。

表2 模型的參數及其定義

1.3.3 目標函數

目標函數為最小化總經濟成本，包括運輸成本、運營成本、維護成本[16-17]。運輸成本主要是農產品由生產基地運輸到冷鏈倉儲中心的成本，等于單位運輸費用與運輸距離、運輸總量的乘積；運營成本主要是與配送量有關的管理費用，主要為農產品在冷藏過程中產生的裝卸搬運、包裝等操作產生的成本，同時還包括人力成本、物力成本，運營成本可表示為農產品單位運營成本與農產品流通量的乘積；維護成本以冷鏈倉儲中心折舊費用進行表示。同時考慮農產品季節性差異較大，故以一周為單位周期進行成本計算。

(1)

1.3.4 約束條件

生產基地到冷鏈倉儲中心運輸時間不超過運到時限要求：

WijYjdij/v≤Tmax,?i∈I,?j∈J。

(2)

生產基地僅由一個冷鏈倉儲中心進行服務：

(3)

冷鏈倉儲中心服務的生產基地不能超過其最大處理能力：

(4)

不同類型的產品不能放在同一個冷鏈倉儲中心：

(5)

新建冷鏈倉儲中心數量約束：

(6)

生產基地由新建的冷鏈倉儲中心進行服務：

Wij≤Yj, ?i∈I,?j∈J。

(7)

變量非負約束：

dij≥0,qi≥0,v≥0,i∈I,j∈J,v∈R。

(8)

2 模型求解與檢驗

2.1 模型求解

2.1.1 案例背景

已知Z縣為農產品電商銷售50強縣，全縣注冊的電商企業有2 000多家。Z縣共有40個農產品生產基地，分布在全縣各個區域，行銷全國的主要有草莓、蘋果、水產品、鮮奶四大特色農產品，考慮這四種農產品的冷鏈存儲需求不同，將其分為水產品類、水果類(草莓、蘋果)、鮮奶類，并分別存放在不同的冷鏈倉儲中心。目前Z縣暫無倉儲保鮮設施，造成農產品在流通過程中產生大量損耗，嚴重影響了該地農產品品牌化發展。因此Z縣計劃建設冷鏈倉儲中心，由于冷鏈倉儲中心的特殊性，其建設需考慮到政策法規、交通條件、區域環境、租金與電價、地質條件、勞動力價格等影響因素，綜合考慮以上條件，目前初步選擇出10個冷鏈倉儲中心備選點(編號：A、B、C、D、E、F、G、H、M、N)。根據Z縣各產品產量及分布情況,通過模型求解需建立的冷鏈倉儲中心數量及類型，冷鏈倉儲中心需覆蓋所有生產基地，滿足生產基地的冷藏需求。

2.1.2 模型數據

本文將200 t服務能力倉儲中心的建設成本統一定為20萬元，預計殘值率為5%，折舊年限為8年，按照直線法得到的周折舊費用約為450元。具體參數信息如表3所示。40個農產品生產基地的類型及產量qi如表4所示。

表3 參數信息表

表4 各生產基地產品產量及類型

根據Z縣農產品生產基地及冷鏈倉儲中心備選點地理位置，繪制Z縣農產品生產基地及備選冷鏈倉儲中心布局示意圖如圖3所示。通過百度地圖測距可獲得各生產基地與冷鏈倉儲中心直線距離，并作為本文生產基地與冷鏈倉儲中心的運輸距離。

圖3 Z縣農產品生產基地及備選冷鏈倉儲中心分布Fig.3 Distribution of agricultural produce bases and alternative cold chain storage centers in County Z

2.1.3 求解結果

通過Python編程調用Gurobi優化器進行求解。將已知參數代入模型中，得到模型優化結果為建立A、D、E、F、H、M、N共7個冷鏈倉儲中心時成本最低，為10 968.39元。其中，A為鮮奶倉儲中心，服務鮮奶類產品171.1 t；E、F為水產品倉庫，分別服務水產品84.7、98.7 t；D、H、M、N為水果倉庫，分別服務水果類產品195.4、194.6、165.0 t。滿足各倉庫的最大處理能力要求，生產基地與冷鏈倉儲中心選址對應情況如表5所示，其中，B、C、G沒有分配。

表5 生產基地產品分配情況

2.2 模型檢驗

通過證明上述計算結果的正確性，來驗證模型的科學性、合理性。因此需要證明上述計算結果為成本的最小值。下面將驗證其他滿足約束條件選址情況下的總成本，并與上述結果進行比較分析。

Z縣所有生產基地一周產量為1 105.9 t，按照每個冷鏈倉儲中心200 t的最大服務能力，至少需要建立6個倉儲中心。因此，可通過給定冷鏈倉儲中心新建數量為6、7、8、9、10代入模型進行求解，其最低成本如表6所示。通過對冷鏈倉儲中心在不同選址數量情況下最低成本的比較，可知當選址數量為7個時，總經濟成本最低。因此，可驗證模型對本案例所得結果是正確的。由此可見，本模型能夠正確地得出冷鏈倉儲中心選址方案，以使物流總成本最小。

表6 不同選址數量下的最低成本

2.3 模型評價

由上面的分析可以看出,使用此模型可以準確地選擇冷鏈倉儲中心，并針對不同產品對冷鏈倉儲中心進行分類，以實現整個環節的物流成本最低，同時可以給出各倉儲中心服務的生產基地。通過模型的輸出可知，模型的求解時間為0.64 s，因此使用Python編程調用Gurobi優化器進行求解，可以方便快速地求出結果，所以此模型具有較好的實用性。即使面對更大規模的冷鏈倉儲中心選址問題，該模型及求解方法也能在求解結果的正確性及速度上給予保證。

3 結論

本文針對農村地區倉儲保鮮設施選址問題進行了研究，采取0-1整數規劃方法來建立數學模型，以總成本最小為優化目標，并考慮了運輸成本、運營成本以及維護成本。以Z縣區域內的生產基地以及冷鏈倉儲中心規劃為例，對模型算法進行了實例分析，結果表明本文構造的基于成本最優的選址模型能夠區分產品類型，滿足不同產品不能同庫存放的需求，并能夠利用Gurobi快速準確地確定冷鏈倉儲中心的位置、數量、最小成本以及生產基地的產品分配方案。

但是本文仍存在一些不足之處：(1)本文所有冷鏈倉儲中心服務能力相同、建設成本相同，未根據冷鏈倉儲中心服務的實際服務貨量進行動態調整，最優成本還有一定的下降空間；(2)模型只能對給出的若干選址點進行優化。今后可在本文選址結果的基礎上，研究該地區運輸路徑及運輸配送模式等問題，完善該地區冷鏈物流網絡。