考慮運輸安全投入自營物流的危化品制造企業供應鏈網絡均衡研究

摘 ?要：隨著我國經濟的快速發展，危險化學品的需求量飛速增長，同時危化品物流規模也迅速擴大。危化品生產企業以自營物流為主，道路運輸事故頻發，造成大量人員傷亡和巨大的經濟損失。結合以上情況，文章將使用變分不等式、空間價格理論等，在考慮運輸安全投入的前提下，構建兩層供應鏈網絡模型，結合實例進行算例分析。研究結果表明，當自營物流的危化品制造企業采用不同的成本投入決策時，供應鏈網絡整體利潤更大。文章旨在為廣大的危險化學品企業提供供應鏈網絡整體決策建議與優化。

關鍵詞：危化品;價格均衡理論;供應鏈網絡均衡

中圖分類號：F506文獻標志碼：ADOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2024.11.030

Abstract： With the rapid development of China's economy， the demand for hazardous chemicals is rapidly increasing， and the scale of hazardous chemical logistics is also rapidly expanding. Hazardous chemical production enterprises mainly rely on self operated logistics， and road transportation accidents occur frequently， resulting in a large number of casualties and huge economic losses. Based on the above situation， this paper will use variational inequalities， spatial price theory， and other methods to construct a two-layer supply chain network model considering transportation safety investment. Combined with examples， numerical analysis will be conducted. The research results indicate that when self operated hazardous chemical manufacturing enterprises adopt different cost input decisions， the overall profit of the supply chain network is greater. This study aims to provide overall decision-making suggestions and optimization for the response chain network for a large number of hazardous chemical enterprises.

Key words： hazardous chemicals; price equilibrium theory; supply chain network balancing

0 ?引 ?言

危險化學品簡稱危化品，具有毒害、腐蝕、爆炸、燃燒、助燃等性質，是對人體、設施、環境具有危害的劇毒化學品和其他化學品[1]。同時危化品需要進行安全、可靠、有效的運輸產生了危化品物流，危化品物流主要服務對象是危化品制造及流通企業，主要包括與危化品相關的運輸和倉儲服務等。由于危化品的特殊性，因此危化品物流的運營操作復雜、安全性要求高、技術要求嚴格、設備專業化程度高。危化品的物流運輸方式主要包括公路運輸、水路運輸、鐵路運輸。由于國內化工原料產銷分布不均，公路運輸的靈活性優勢突出，占據了主要地位。2020年我國危化品物流市場規模超過2萬億元。危化品物流行業以公路運輸為主，2020年公路運輸量約為12億噸，占總量的69%。由于危化品的特殊性，且危化品物流的運營操作復雜、安全性要求高、技術要求嚴格、設備專業化程度高，在運輸量龐大和操作危險的情況下，危化品公路運輸事故頻發。2017年8月，山東省內一起由于某物流公司超資質違規裝載過氧化二叔丁基而引發的爆炸事故，造成5人死亡、11人受傷，多輛汽車損毀。2020年6月13日16時41分許，臺州溫嶺市發生一起液化石油氣運輸槽罐車重大爆炸事故，造成20人死亡，175人入院治療，其中24人重傷，直接經濟損失9 477.815萬元。我國危化品公路運輸事故頻發，造成大量人員的傷亡和數億的經濟財產損失，遏制危險化學品道路交通事故高發、降低交通事故傷害迫在眉睫。因此，本文將著眼于危化品的主要運輸途徑——道路運輸安全問題展開研究。

危化品相關企業都會對運輸安全進行相關投入，以降低事故的風險。運輸安全投入包括對人員投入、安全設備投入、環境監控和管理等的支出，同時這幾個方面投入也會降低這些因素對危險化學品道路運輸的影響，換而言之會降低危險化學品發生事故的概率，安全投入可以降低危化品運輸事故的風險。

如圖1所示，首先對人的投入包含了培訓、保險等方面投入。通過對駕駛員和監督管理人員的培訓能夠提高危化品運輸的安全性，駕駛員需要接受專業的培訓，了解危化品的特性和運輸規定，掌握正確的駕駛技能和應急處理能力，也會為駕駛員和貨物購買相應的保險。同時為了避免駕駛員的不安全行為（打電話、看手機、疲勞駕駛等），可以安裝實時監控系統，對駕駛員的不安全行為進行提醒。對管理人員的投入，讓其了解相關法規和標準，制定科學的安全管理制度，督促企業對員工進行安全意識培訓和安全技能培訓。

然后，安全設備的投入可以提高危化品運輸的安全性。例如，可以用于購買更加安全的運輸車輛，對現有車輛進行設備升級，更換新的零部件，保障并提高危化品運輸車輛的安全性能;安裝傳感器、監控設備等，可以實時監測車輛的運行狀態，及時發現問題并采取措施。此外，投入防火、防爆等設備也能有效降低事故的風險。

其次，安全投入同樣可以減少惡劣環境對危化品道路運輸的影響。如購買防滑鏈、防滑輪胎。可以購買危化品運輸專用的GPS導航，其與普通的導航系統有以下不同點，包含了危化品道路交通管制信息，提供危化品道路交通管制信息，幫助車輛避免進入禁行區域或遵循特定通行規定，有些城市會針對危化品運輸車輛設置時段限行措施;提供危化品運輸道路限制信息，提供危化品運輸車輛不適宜通過、受限制的道路和區域信息，例如橋梁承重限制、隧道高度限制等;提供危化品事故救援站點信息，以便在發生事故時可以及時獲得緊急幫助;提供衛星監控技術來跟蹤車輛的位置和方向，確保危化品運輸車輛始終在安全路線上行駛，也可以對最優路線進行規劃，提高運輸的安全性;可以提供實時氣象信息，以預測天氣對車輛駕駛的影響，從而做出相應的調整。

最后，管理投入可以提高危化品運輸的安全性。管理投入包括監管、檢查、整改等方面的支出，可以及時發現問題并采取措施。例如，安全投入可以用于建設完善的危化品運輸安全管理體系，規范運輸過程中的操作流程和管理流程，提高運輸過程的安全可控性;對危化品運輸企業進行定期的安全檢查和督導，對發現的問題進行整改，可以有效降低事故的發生率;可以用于建設完善的應急預案和應急設備，提高危化品運輸事故應急處置的能力，減少事故的損失。

安全成本的投入對危化品運輸的影響非常重要，可以提高運輸的安全性，減少事故的發生率，企業應該加強對危化品運輸安全的投入，提高危化品運輸的安全水平。

同時，如果危化品企業在運輸安全方面沒有投入足夠的資金或時間，可能會面臨事故的風險，一旦發生事故不僅會影響企業自身導致直接的損失，如人員傷亡和物資損毀，還可能引起沿著供應鏈傳播的連鎖反應，進一步放大對危化品供應鏈造成影響。鐘慧玲[2]、謬小紅等[3]認為危險化學品供應鏈是一種雙層供應鏈，分為實體的生產制造供應鏈與虛擬的服務供應鏈，實體供應鏈與傳統的生產制造供應鏈相似，服務供應鏈包含了應急處理、危險源識別等服務。如圖2所示，危險品的供應鏈中，由制造商自己承擔物流占總體的70%以上，占據了市場主導地位，余下的會委托第三方物流公司。本文將研究危化品制造企業自營物流的相關問題。

運輸安全投入也是一種危險化學品供應鏈網絡的成本因素，會對節點企業產業影響。宏觀層面上看，危險化學品供應鏈網絡節點企業成本是指在危險化學品供應鏈網絡中，節點企業為了保證危險化學品安全、高效地運輸和儲存所投入的各項成本的綜合。供應鏈網絡的成本擾動是指供應鏈網絡中各個組成部分之間的聯系和協調所需的成本。這些成本可能會受到各種因素的影響，如運輸成本、存儲成本等，為了最大程度地優化供應鏈網絡的效益，企業需要對這些成本進行全面的分析和管理。學者索晨霞和鄧子瓊[4]通過流程環節法，指出供應鏈成本主要包含了定貨成本、購買成本、存貨存儲成本、倉儲成本、運輸成本、管理成本、交易成本、資金轉移成本、信息成本、生產成本、財務費用和經營成本。具體來說，危險化學品供應鏈網絡節點企業成本包括以下幾個方面：

生產成本：指企業生產危險化學品的成本。生產成本包括原材料、人工費等。

基礎運輸成本：指危險化學品從供應商到終端客戶的運輸成本。運輸成本包括運輸車輛的費用、油費、人工費用等。

庫存成本：指企業將危險化學品存儲在倉庫中的庫存成本。倉儲成本包括倉庫租金、倉庫管理費用、保險費用等。

安全運輸成本：指企業為保障危險化學品運輸和儲存安全所投入的成本。安全成本包括安全培訓費用、安全設備費用、安全管理費用等。

環境成本：指企業為保護環境所投入的成本。環境成本包括廢棄物處理費用、環境保護費用等。

銷售成本：指企業為保證危險化學品的銷量所投入的成本。銷售成本包括廣告費、銷售策略費用等。

管理成本：指企業為保障危險化學品供應鏈網絡的高效運作所投入的成本。管理成本包括人員培訓費用、信息系統建設費用等。

如果危化品企業在運輸安全方面沒有投入足夠的資金或時間，或者未能及時發現和處理潛在的風險，那么它可能會面臨事故的風險，從而對整個供應鏈造成影響。這不僅會導致直接的損失，如人員傷亡和物資損毀，還可能引起沿著供應鏈傳播的連鎖反應，進一步放大損失。同時安全運輸投入不僅會增加危險化學品直接成本，影響企業的盈利能力，還可能會增加產品的售價，影響銷售量，影響到下層企業的需求，從上游企業開始影響到危化品供應鏈網絡整體。節點企業成本是多方面的，需要全面考慮各方面成本，制定合理的成本控制策略和安全運輸投入策略，以提自身在高危險化學品供應鏈網絡的效率和競爭力。因此，需要建立對應的考慮運輸安全投入的供應鏈網絡模型，來研究運輸安全投入對危化品供應鏈網絡的影響。

一方面，可以研究安全運輸投入對總成本的影響，并進一步確定供應鏈中的關鍵環節，有助于成本管理和維護供應鏈網絡優化，另一方面，由于危化品供應鏈網絡是一個多級的網絡，成員之間有復雜供需關系，單個供應鏈成員的運輸安全投入成本不僅影響整個網絡的成本分配特性，還影響成員之間的供需關系。

學者尚文芳和祁明[5]在總結前人研究的基礎上，全面分析了供應鏈成本構成因素，指出供應鏈網絡中節點企業的成本包括直接成本和間接成本。Tranvouez and Ferrarini等[6]研究指出，供應鏈網絡是節點企業之間相互作用形成的復雜系統，產品需求、供應量、價格等節點企業的決策進一步影響整個供應鏈網絡。同時學者YU G and QI X[7]認為以下方面的因素會影響供應鏈網絡的均衡狀態：供應鏈網絡環境變化、系統參數發生意外變化、可用資源改變、商業環境改變、系統性能的不確定性、臨時出現的新事件、消費者投訴等都可能對供應鏈網絡運行中需求、生產、價格等方面的擾動。在供應鏈網絡中，各成員的利益經常在發生沖突的同時又相互依賴與影響，主要表現為同層成員間的競爭和上下層成員之間的協調關系，當今供應鏈網絡研究主要就是探求均衡條件及尋求最優。Nagurney等[8]構建了一個確定性均衡模型。Dong and Zhang等[9]建立了考慮隨機需求假設的由零售商和需求市場組成的二級供應鏈網絡均衡模型。李伯齊[10]研究如何通過服務水平調整來應對擾動，并且將擾動因素擴展到需求擾動和生產成本擾動同時發生，分別建立了集中式和分散式供應鏈擾動管理的基準模型。陳安和李銘祿[11]認為擾動管理的核心是能夠使事件回到原始狀態，決策者所面臨的是存在較小偏離的事件，期望通過調整來消除負面影響。尚文芳等[5]研究了供應鏈中發生的所有成本，發現多數節點企業沒有考慮各個節點企業之間因為成品交易、信息交換等產生的交易成本，只考慮了直接成本和間接成本，成本管理缺乏全面性。R Canan Savaskan等[12]研究解決了從客戶處收集廢舊產品時選擇合適的逆向渠道結構的問題，同時證明了可以設計簡單的協調機制，使得零售商的收集努力和供應鏈利潤達到與中心協調系統相同的水平。Yang等[13]研究生產成本擾動對供應鏈網絡的均衡的影響，節點企業面對生產成本擾動如何決策才能使得影響降低。

綜上所述，危化品供應鏈中的節點企業成本是多方面的，需要全面考慮各方面成本，制定合理的成本控制策略和安全運輸投入策略，以提自身在高危險化學品供應鏈網絡的效率和競爭力。因此需要建立對應的考慮運輸安全投入的供應鏈網絡模型，同時為了突出運輸安全投入的重要性，并且減少危化品供應鏈網絡的復雜性，先前學者的研究已經表明運輸安全投入可以作為成本因素，影響節點企業自身的決策，并會由小及大影響整個危化品供應鏈網絡均衡。成本總是與交易量相關，具有一一對應的函數關系，后續研究將以運輸安全投入為主研究對危化品供應鏈網絡的影響，將對制造商的庫存成本、基礎成本、環境成本、管理成本和銷售成本相整合，減少供應鏈網絡的復雜性進行研究。本文在以上的研究基礎之上，先構建一個具有多個危化品制造商和多個需求市場的兩層供應鏈網絡模型，通過變分不等式和空間價格均衡理論對其進行研究，得出了危化品制造商利潤最大化模型，分析了需求市場的均衡條件。最后根據案例危化品制造企業的實際情況，考慮了當危化品制造商的成本與需求市場的需求函數對稱與不對稱的兩種情況，并用Lingo11.0求解了算例。

1 ?考慮安全運輸投入的制造商自營物流二層供應鏈網絡模型

1.1 ?問題描述

本文研究的是生產相同品質產品的m個危化品制造商和n個需求市場的二層供應鏈網絡，i表示第i個i=1，…，m制造商，j表示第j個j=1，…，n需求市場，如結構圖3所示。

由于危化品供應鏈網絡的復雜性，在不改變研究問題實質的基礎下，對一些復雜的情況加以簡化，并在模型構建前有以下幾點假設：

（1）在二層危化品供應鏈網絡中制造商層的決策者為Nash非合作競爭關系，決策者追求利潤最大化。

（2）費用函數中，為了降低問題的復雜性，將制造商的成本由直接成本和間接成本簡化為運輸安全投入成本和交易成本。

（3）所有的費用函數都是連續可微的凸函數。

假設決策變量如表1所示：

假設其費用函數如表2所示：

1.2 ?危化品制造商利潤模型

在二層危化品供應鏈網絡中制造商為大型的危險化學品生產企業，其子公司或者單獨的職能部門承擔了物流運輸，所以其運輸安全投入屬于制造商內部的成本之中，一方面運輸安全投入會影響制造商本身的定價策略，另一方面貨物運輸的安全性和價格也會影響需求市場的定價。對于制造商本身需要制定合理的安全運輸成本，在使得自身綜合成本最低的情況下，實現利潤最大化的目標。

危化品制造商的利潤U等于制造商i從n個需求市場的得到的總收入減去總成本，制造商i利潤記為U，最大化的模型為：

MaxU=dt-S

tt-cTs.t. t≥0 ??（1）

制造商層的利潤最大化模型為：

Maxdt-S

tt-cTs.t. t≥0 ??（2）

1.3 ?需求市場模型與均衡條件

在二層危化品供應鏈網絡中制造商層的決策者為Nash非合作競爭關系，決策者追求利潤最大，根據空間價格模型，所有的參與者都希望能買入滿足需求的商品，并且以合理的價格進行交易。從需求市場的角度看，其均衡條件為：

且對任意一個i， j，都有：t=t， p=t。

式（3）表示：即只有交易價格加上交易成本不超過該產品的需求價格，需求市場j才會與制造商i之間產生交易。式（4）表示：當需求市場j需求q價格大于零時，需求市場j與制造商i的需求量等于制造商i對需求市場j的供應量。

根據上述式子，在需求市場都是非合作競爭等假設前提下，需求市場j會根據制造商的供應量t、供貨價格d和自身的需求量p來進行決策。

故構建一個集合K：K=D，T，P，同時t=t， p=t。

需求市場j的均衡條件可以表示為變分不等式：若D，T，P∈K是均衡解，當且僅當D，T，P∈K時：

即如制造商i與需求市場j之間存在交易量，即q>0，那么其需求量p一定與供應量t相等，制造商i與需求市場j之間的邊際收益等于該次交易的邊際機會成本。

1.4 ?供應鏈網絡整體均衡條件

在供應鏈網絡整體追求利潤最大化的前提下，根據變分不等式相關定理，將正向的制造商與逆向的需求市場均衡條件下利潤相加，即可得到整個供應鏈網絡的總利潤：

Maxdt-S

tt-cT+pqs.t. t≥0

同時還應該滿足以下條件：

所以制造商自營物流的二層供應鏈網絡利潤最大化的問題可以優化如下：

（6）

2 ?算例分析

上文已將制造商自營物流的二層供應鏈網絡利潤最大化模型解出，其上層是一個利潤最大化求解，下層是一個變分不等式約束，將求解危化品供應鏈利潤問題轉化為變分不等式的兩層規劃問題，并用罰函數法求解。函數法是一種常用的優化算法，用于將約束條件轉化為目標函數的一部分，從而將約束條件納入優化問題中。罰函數法的基本思想是，在目標函數中添加一個罰項，以懲罰不滿足約束條件的解，從而使優化問題的解滿足約束條件。罰函數法的優點是可以將約束條件轉化為目標函數的一部分，從而使得求解約束優化問題變得更加容易，罰函數法廣泛應用于各種優化問題，如非線性規劃、整數規劃、擬凸規劃等。

根據調研得知CB企業是C市最大的危化品生產企業，從事危險化學品的生產、運輸、銷售和研發，公司為江蘇省綠色精細化工科技創新服務平臺的牽頭及核心建設單位。CB企業具有兩個主要的生產基地和物流運輸基地，分別輻射長江以北和長江以南地區的需求市場。如圖4所示，由于CB企業自己負責運輸，會涉及兩種情況，一種生產和物流部門采取相同決策，即有對稱成本函數和對稱的需求函數情況下，即制造商1和制造商2的成本函數對稱，需求市場1和需求市場2需求函數對稱時供應鏈整體的均衡和最大利潤;另一種是采取不同決策，即成本函數和需求不對稱，將通過算例來對比分析這兩種情況，為企業決策指明方向。

詳細式子如下：

當兩個制造商的成本函數和需求市場需求函數對稱時，對應的生產成本函數為：

共計迭代46次，解得供應鏈總利潤為152.632，t=3.421 053，t=1.842 105，t=3.421 053，t=1.842 105。

當兩個制造商的成本函數和需求市場需求函數不對稱時，對應的生產成本函數為：

共計迭代28次，解得供應鏈總利潤為204.835，t=7.434 524，t=0，t=3.910 714，t=1.988 095。

綜上得出結果如表3所示。

根據算例結果，可以得知需求市場對制造商可能沒有產生交易量，因為其供應價格沒有符合需求價格，但不會影響供應鏈網絡整體的均衡。同時當供應鏈網絡的制造商安全投入和成本與需求市場的需求、價格函數具有對稱性時，供應鏈的總利潤為152.632，不對稱時供應鏈的總利潤為204.835，前者小于后者。說明在危險化學品供應鏈網中，當危險化學品制造商采用相同的安全投入和成本函數，需求市場采用相同的需求價格和需求量策略時，供應鏈整體的利潤偏低，其結果符合Nash均衡。危化品制造商的物流部門或者子公司，即使身處同一個制造商之下，應該針對需求市場制定出不同的運輸安全投入決策，來滿足不同需求市場的需求，例如根據目的地和道路的情況，進行不同的運輸設備的投入，或者根據需求市場的時間和安全性需求，來進行供應鏈優化;同時制造商本身也要制定不同的交易成本策略，這樣才能保證其整體利潤的最大化。

3 ?自營物流的危化品制造商對策研究

安全運輸投入能改善運輸設備，提升危化品運輸安全水平，降低事故風險。為保障安全，罐車應根據危險品種類和運輸條件進行設計。罐體材質應具有耐腐蝕、耐壓、防泄漏等特性，以便在發生事故時減少危險。危化品企業應該采用先進的技術和設備，確保生產過程的自動化、智能化和數字化，降低生產過程中發生意外事故的風險，減少人為干預，保證工人和環境的安全，從而避免事故的發生;企業應配備必要的安全設備，例如耳塞、防護手套、呼吸器、眼鏡等;應確保使用的車輛都經過嚴格檢查，防止出現機械故障，并保證一切設備都處于良好狀態;選購必要的硬件設備：選擇化學品實時監測儀器，如氣體檢測儀、液體檢測儀等。另外還需要攝像頭、溫濕度計等配套設備。

定期維護危化品運輸設備，危化品運輸設備的維護和保養，直接關乎人員安全、運營成本等企業的核心利益。危化品本身就具有較高的危險性質，而運輸設備在經過長時間運營后，可能會產生機械磨損、腐蝕、老化、滲漏等情況，加重了裝載、卸載、儲存及使用過程中的安全隱患，通過定期維護和修理，可以減少運輸設備故障導致事故的風險。定期按照設備制造商的指南檢查和保養設備，包括潤滑、清洗、檢查管路和閥門是否正常，確保減震器和其他重要組件不會出現損壞或老化等。裝車前正確存儲危險化學品信息，并貼上合格的標記和標簽，以便識別化學品的種類、性質和風險等級，確保安全運輸。確保在危化品裝車和卸車時的安全性，裝車前運輸危險品的罐車必須進行清潔，卸車后運輸危險品的也需進行清潔，如果有殘留物或其他物質附著在內部或外部表面上，可能會與新貨物混合，從而導致事故的發生。

由于危化品制造企業不僅要負責危化品的生產，還需要負責危化品的存儲、運輸等。危化品企業需要整合安全生產與安全運輸等一系列活動，有機統一，構建整體的安全管理制度。制造企業需要建立一套完善的涵蓋安全運輸的整體化安全管理制度體系，確保各項安全措施的有效執行和監督，以提高危化品生產企業的安全水平。如HSM（Health， Safety and Environment）管理體系，可以幫助企業符合安全生產與安全運輸的要求，可以有效提高企業運輸危險物質的安全性，降低事故發生的風險，保障員工生命安全以及減少對環境的損害。危化品運輸企業應了解自身的生產流程、設備設施、危險化學品種類及用途、人員素質等信息，進而評估存在的風險因素，借此確定相應的安全運輸管理制度，包括安全標準、操作規程、應急預案等，在建立安全運輸管理制度時需參照相關法規和標準的要求進行制定，確保生產和運輸過程中人員、設備、環境的安全。企業應建立追溯化學品流向的體系，確保原材料到成品的全過程可追溯。

本文指出，在自營物流的制造商危險化學品供應鏈網中，負責運輸的是危化品制造商的物流子公司或者物流部門，當危險化學品制造企業采用不相同的安全投入和成本函數，供應鏈整體的利潤會更高。制造商物流部門或物流子公司應該根據需求市場的目的地、路線，進行規劃，對車輛設備進行安全投入，可以根據需求市場要求的交貨日期，進行供應鏈優化，合理安排司機和罐車，雖然一定程度上使得部門與總體的決策缺乏統一性，但是會使得制造商的利潤增加。

4 ?不足與展望

本文構建了二層危險化學品供應鏈網絡，研究了當危險化學品供應鏈網絡制造商的成本與需求市場的價格函數對稱與不對稱的兩種情況，用Lingo11.0求解其均衡條件下的交易量和供應鏈網絡最大利潤。結果表明，危險化學品供應鏈網絡的制造商的成本與需求市場的價格函數不對稱時，供應鏈網絡整體利潤更大。因此危險化學品制造商應該對不同的需求市場制定不同的生產和運輸策略，同時需求市場也要根據制造商制定不同的需求和價格策略，這樣才能實現共贏。但本文只考慮了由危化品生產企業和需求市場構成的二層供應鏈網絡模型，沒有考慮到委托危險化學品物流企業的情況，所以需要進一步研究來使得模型更加全面。

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收稿日期：2023-06-09

基金項目：國家自然科學基金項目“‘政府-供應鏈聯動作用下中小企業積極安全生產行為形成與引導研究”（72004081）

作者簡介：朱 ?毅（1997—），男，江蘇揚州人，江蘇大學管理學院物流工程與管理碩士研究生，研究方向：危化品供應鏈網絡。

引文格式：朱毅. 考慮運輸安全投入自營物流的危化品制造企業供應鏈網絡均衡研究[J]. 物流科技，2024，47（11）：119-124.