利用最小費(fèi)用法研究鐵路物流基地選址

胡 全 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司總工程師室

為推動鐵路從運(yùn)輸生產(chǎn)型企業(yè)向運(yùn)輸物流型企業(yè)轉(zhuǎn)型，適應(yīng)鐵路貨運(yùn)向現(xiàn)代物流發(fā)展要求，降低社會物流成本，更好服務(wù)社會經(jīng)濟(jì)，中國鐵路總公司于2015年印發(fā)了《鐵路物流基地布局規(guī)劃及2015-2017年建設(shè)計劃》。近年來鐵路物流基地建設(shè)不斷推進(jìn)，許多物流基地也已經(jīng)建成投入使用，2018-2020年鐵路物流基地建設(shè)計劃也正在進(jìn)一步研究中。在眾多鐵路物流基地建設(shè)過程中，鐵路物流基地選址一直是一個非常重要的環(huán)節(jié)，對物流基地鐵路物流基地建設(shè)工程實(shí)施進(jìn)展以及建成運(yùn)營效果都具有較強(qiáng)影響。

1 鐵路物流基地選址的基本要求

（1）符合城市總體規(guī)劃，鐵路物流基地選址與城市發(fā)展規(guī)劃及產(chǎn)業(yè)布局相吻合，能夠與工業(yè)園區(qū)、物流園區(qū)、電子商務(wù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)、廠礦企業(yè)和港口碼頭等貨源聚集地形成有效銜接，降低短駁成本。

（2）具備多式聯(lián)運(yùn)條件，鐵路物流基地選址應(yīng)盡量緊鄰港口、機(jī)場、公路樞紐，形成多式聯(lián)運(yùn)的綜合交通運(yùn)輸體系，同時考慮鐵路物流基地對外集疏運(yùn)道路通行能力，減少中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)貨物高效轉(zhuǎn)運(yùn)。

（3）利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，鐵路物流基地選址要符合鐵路樞紐（地區(qū)）總圖規(guī)劃，盡量充分利用既有車站設(shè)施設(shè)備，所接軌車站的配空轉(zhuǎn)運(yùn)作業(yè)條件較好，原則上不新開接軌站，與接軌站間距離不宜過長，降低運(yùn)營管理及取送作業(yè)成本。

（4）滿足環(huán)境保護(hù)要求，鐵路物流基地選址應(yīng)避讓自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、飲用水源保護(hù)區(qū)，確實(shí)無法避讓時，能夠通過采取切實(shí)可行的保護(hù)措施后，滿足有關(guān)法律、法規(guī)的規(guī)定，不會對自然環(huán)境造成影響。

（5）具備良好的市政配套設(shè)施，鐵路物流基地選址要統(tǒng)籌考慮市政道路配套，物流運(yùn)貨車輛具備暢通的進(jìn)出條件，并考慮周圍市政雨水、污水系統(tǒng)或附近河流的排水能力，優(yōu)先利用市政或附近河流的排水設(shè)施。

2 物流基地選址的常用方法分析

2.1 SWOT分析法

SWOT分析法是20世紀(jì)80年代初由美國舊金山大學(xué)的管理學(xué)教授韋里克提出，它是一種較客觀的態(tài)勢分析方法，通過調(diào)查的形式挖掘與研究對象發(fā)展相關(guān)的優(yōu)勢（Strengths）、劣勢（Weaknesses）、機(jī)遇（Opportunities）與威脅（Threats），從地方規(guī)劃、貨源吸引、規(guī)模能力、社會環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面，找出有利因素以及不利且需要回避的因素，采用定性方式綜合比較，確定出最終選址結(jié)果。SWOT分析法主要依據(jù)定性分析觀點(diǎn)，決策者綜合比較，本身受主觀決策側(cè)重因素影響較大。

2.2 層次分析法

層次分析法是70年代著名運(yùn)籌學(xué)家T.L.saaty首先提出的。它的原理是將要決策的問題的有效影響因素層次化，根據(jù)決策問題的特征及其內(nèi)在性質(zhì)，將決策問題分支成若干個相互獨(dú)立的子問題，在此基礎(chǔ)上，按照子問題對總決策問題的影響程度，對子問題中的元素進(jìn)行兩兩比較，確定子問題中元素的相對重要程度，進(jìn)而確定各個子問題的相對重要性，逐次合成，最終可以得到?jīng)Q策因素對整個系統(tǒng)目標(biāo)重要性排序。層析分析法建模時，將決策因素量化成指標(biāo)集，通過歸一、迭代等計算后，確定出量化的重要程度，最終根據(jù)各方案在因素中優(yōu)劣程度，計算出各方案排序，選出結(jié)果。該方法雖然相對降低了主觀影響，但量化指標(biāo)時多是根據(jù)定性比較而來，且指標(biāo)量化也缺乏具體、統(tǒng)一的方法。

2.3 重心法

重心法是一種靜態(tài)抽象模擬方法，通過選擇最優(yōu)設(shè)施位置來使成本降低。在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，重心法把成本看成運(yùn)輸距離和運(yùn)輸數(shù)量的線性函數(shù)，利用地圖確定各交通點(diǎn)的位置，通過將一坐標(biāo)重疊在地圖上確定各交通點(diǎn)的位置。重心法將交通系統(tǒng)中的產(chǎn)生點(diǎn)和吸引點(diǎn)看成是分布在同一平面范圍內(nèi)的物體系統(tǒng)，各點(diǎn)到發(fā)量看成是物體的重量，物體系統(tǒng)的重心作為物流基地的最佳設(shè)置點(diǎn)。鐵路物流基地實(shí)際上不能在一片區(qū)域任意點(diǎn)進(jìn)行選址建設(shè)，因此重心法選址結(jié)果往往與城市規(guī)劃不符，或沒有工程實(shí)施條件，實(shí)際應(yīng)用意義不大。

2.4 P-中值法

P-中值問題的最先提出者是Hakimi，其原理是預(yù)選出P個備選設(shè)施位置，以需求點(diǎn)至設(shè)施間總的加權(quán)距離最小為目標(biāo)。P-中值模型進(jìn)行鐵路物流基地選址時，可以結(jié)合物流基地選址原則和工程可實(shí)施性確定若干個備選物流基地選址方案，通過計算各需求點(diǎn)至備選點(diǎn)費(fèi)用，最終獲得選址結(jié)果，使得整個系統(tǒng)達(dá)到費(fèi)用最優(yōu)的目標(biāo)。P-中值模型沒有主觀因素干擾，同時也確保了工程的可實(shí)施性，但僅僅考慮了需求點(diǎn)至物流基地的運(yùn)輸費(fèi)用，沒有考慮到其他費(fèi)用影響，全面性還不夠。

3 最小費(fèi)用法鐵路物流基地選址模型

通過前面鐵路物流基地選址常用方法分析可知，各種方法都存在一定優(yōu)缺點(diǎn)。相對來講，P-中值法更加客觀，容易掌握。本次在P-中值法基礎(chǔ)上，研究建立最小費(fèi)用法模型，以滿足鐵路物流基地選址要求。

3.1 模型所考慮費(fèi)用

模型同時考慮兩方面費(fèi)用，鐵路物流基地建設(shè)費(fèi)用和貨物運(yùn)輸費(fèi)用。運(yùn)營管理費(fèi)用與鐵路物流基地的選址關(guān)系不大，模型不予考慮。

（1）鐵路物流基地建設(shè)費(fèi)用

鐵路物流基地因選址不同，因不同的工程技術(shù)條件、既有鐵路場站布局、周邊配套情況、自然環(huán)境要求等原因，造成建設(shè)費(fèi)用相差懸殊。建設(shè)費(fèi)用屬一次性投資，而貨物運(yùn)輸費(fèi)用逐年發(fā)生，為使兩者時間上保持一致，模型結(jié)合基本建設(shè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價年限將建設(shè)費(fèi)用折合到每年進(jìn)行考慮。

（2）貨物運(yùn)輸費(fèi)用

從貨物運(yùn)輸過程看，貨物運(yùn)輸費(fèi)用應(yīng)包括貨物運(yùn)輸需求點(diǎn)至鐵路物流基地的發(fā)送（到達(dá)）短駁、鐵路運(yùn)輸、貨物裝卸、倉儲等費(fèi)用。鐵路物流基地不同選址對貨物裝卸、倉儲費(fèi)用影響不大，模型僅考慮發(fā)送（到達(dá)）短駁、鐵路運(yùn)輸費(fèi)用。

發(fā)送（到達(dá)）短駁費(fèi)用產(chǎn)生在鐵路運(yùn)輸?shù)膬啥耍挥斜捐F路物流基地所在端的短駁費(fèi)用才會與研究選址有關(guān)，因此僅考慮本端費(fèi)用。

根據(jù)鐵路貨運(yùn)價格規(guī)則的有關(guān)規(guī)定可知，鐵路貨物運(yùn)輸費(fèi)用與鐵路貨物運(yùn)價里程表計算的計價里程有關(guān)，計價里程一般由貨運(yùn)站及各運(yùn)費(fèi)結(jié)算站間里程相加，因此模型中鐵路運(yùn)輸費(fèi)用僅需考慮鐵路物流基地所在貨運(yùn)站至控制運(yùn)費(fèi)結(jié)算站的費(fèi)用。鐵路的建設(shè)基金、電氣附加等費(fèi)用受選址影響不大，模型中不再考慮。

3.2 模型假設(shè)

（1）備選鐵路物流基地建成后能力均能滿足貨運(yùn)需求;（2）各個備選鐵路物流基地從己有的貨運(yùn)站中篩選，運(yùn)營管理費(fèi)用相同；

（3）各個貨運(yùn)需求點(diǎn)貨運(yùn)量已知，到各個備選鐵路物流基地的運(yùn)輸費(fèi)率已知；

（4）各個備選鐵路物流基地建設(shè)費(fèi)用己知;

（5）各個貨運(yùn)需求點(diǎn)分配至各控制運(yùn)費(fèi)結(jié)算站方向的貨運(yùn)量己知，適用的鐵路貨物運(yùn)價號已知。

3.3 模型構(gòu)建

其中xj為決策變量，其他為常量，各變量意義如下：

aij為單位貨物從貨運(yùn)需求點(diǎn)i到備選鐵路物流基地j單位運(yùn)輸距離的短駁運(yùn)輸費(fèi)率;

bjk、cjk分別指單位貨物從備選鐵路物流基地j至鐵路控制運(yùn)費(fèi)結(jié)算站k適用的鐵路貨物運(yùn)價號基價1、基價2;

dij為貨運(yùn)需求點(diǎn)i到備選鐵路物流基地j的短駁運(yùn)輸距離;

tjk為備選鐵路物流基地j至鐵路控制運(yùn)費(fèi)結(jié)算站的鐵路運(yùn)費(fèi)計價里程;

Qij為貨運(yùn)需求點(diǎn)i到備選鐵路物流基地j的貨運(yùn)量；

qik為貨運(yùn)需求點(diǎn)i分配至控制運(yùn)費(fèi)結(jié)算站k方向的貨運(yùn)量;

xj為備選鐵路物流基地j是否建設(shè)的0-1整數(shù)變量;

Ej為備選鐵路物流基地j的建設(shè)費(fèi)用；

n為基本建設(shè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價年限。

4 模擬案例應(yīng)用

4.1 案例設(shè)定

假設(shè)某城市鐵路線路場站及貨運(yùn)需求點(diǎn)的布局如圖1所示，符合城市總體規(guī)劃且具備建設(shè)鐵路物流基地工程實(shí)施條件的貨運(yùn)站有j1、j2、j3三個，其中j0為鐵路線路交匯車站，根據(jù)貨物運(yùn)輸去向確定的鐵路控制運(yùn)費(fèi)結(jié)算站有K1、K2兩個，根據(jù)運(yùn)量調(diào)查確定的貨運(yùn)需求點(diǎn)有I1、I2、I3、I4、I5五個。建立平面坐標(biāo)系，并為各點(diǎn)賦予坐標(biāo)值。

圖1 城市鐵路線路場站及貨運(yùn)需求點(diǎn)布局

4.2 相關(guān)參數(shù)確定

（1）為避免進(jìn)行大量的道路情況調(diào)查及運(yùn)輸距離計算，本案例假定各貨運(yùn)需求點(diǎn)至各備選鐵路物流基地間的直線距離等于短駁運(yùn)輸距離，由圖1的坐標(biāo)求出各貨運(yùn)需求點(diǎn)至各備選鐵路物流基地的短駁運(yùn)輸距離，結(jié)果見表1。

表1 貨運(yùn)需求點(diǎn)至鐵路物流基地短駁運(yùn)輸距離 單位：km

（2）根據(jù)鐵路貨物運(yùn)價里程計算方法，根據(jù)圖1鐵路線路銜接情況（鐵路線路均按直線考慮）及各鐵路車站的坐標(biāo)，可以求出各備選鐵路物流基地至各鐵路控制運(yùn)費(fèi)結(jié)算站的計價里程，結(jié)果見表2。

表2 物流基地至鐵路控制運(yùn)費(fèi)結(jié)算站計價里程 單位：km

（4）其他參數(shù)確定。結(jié)合部分物流企業(yè)網(wǎng)上公路運(yùn)輸報價，本案例暫定所有貨物的貨運(yùn)需求點(diǎn)至鐵路物流基地短駁運(yùn)輸費(fèi)率均為0.5元/tkm；據(jù)了解，目前鐵路貨物運(yùn)輸費(fèi)用計價采用4號運(yùn)價的較多，本案例暫定所有貨物的鐵路物流基地至鐵路運(yùn)費(fèi)控制結(jié)算站運(yùn)價均按現(xiàn)行4號運(yùn)價執(zhí)行，即基價1為16.3元/t，基價2為0.098元/tkm；根據(jù)鐵路建設(shè)項目經(jīng)濟(jì)評價方法與參數(shù)的有關(guān)規(guī)定，基本建設(shè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價年限采用30年；結(jié)合對部分鐵路物流基地建設(shè)費(fèi)用分析情況，本案例假設(shè)j1、j2、j3鐵路物流基地建設(shè)費(fèi)用分別為359297406元、368510160元、353155570元。

4.3 計算結(jié)果

該模型實(shí)際為0-1整數(shù)規(guī)劃問題，如涉及數(shù)據(jù)求解工作量大時，可使用LINGO軟件編程求解，本案例數(shù)據(jù)求解工作量不大，可直接采用枚舉法得出j1、j2、j3物流基地的目標(biāo)費(fèi)用分 別 為 80000252.21 元/年 、72846200.63 元/年 、80240904.18元/年。在 點(diǎn)的目標(biāo)費(fèi)用明顯最低，則該城市鐵路物流基地應(yīng)在 點(diǎn)選址建設(shè)。

5 結(jié)論

使用最小費(fèi)用法進(jìn)行鐵路物流基地選址，可以根據(jù)鐵路線路、場站及貨運(yùn)需求點(diǎn)分布和貨運(yùn)量大小情況，結(jié)合投資和運(yùn)輸費(fèi)率情況，直接通過計算確定選址結(jié)果，科學(xué)客觀，容易掌握，具有一定的實(shí)際應(yīng)用意義，但鐵路物流基地涉及到的費(fèi)用存在費(fèi)率變化可能，下一步還需加強(qiáng)研究相對準(zhǔn)確的費(fèi)率確定方法。

（3）為避免進(jìn)行大量的貨運(yùn)量調(diào)查工作，本案例結(jié)合部分鐵路物流基地運(yùn)量水平，采用隨機(jī)生成方法得出各貨運(yùn)需求點(diǎn)運(yùn)量及分配至各鐵路控制運(yùn)費(fèi)結(jié)算站去向的運(yùn)量，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)貨運(yùn)量調(diào)查情況確定，詳見表3。

表3 貨運(yùn)需求點(diǎn)運(yùn)量及分配情況 單位：t/年