應(yīng)急物流中心選址與配送路徑優(yōu)化研究

姚紅云，牛 凱 （重慶交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院，重慶 400074）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，更多自然資源的發(fā)現(xiàn)與開發(fā)，導(dǎo)致自然災(zāi)害以及突發(fā)性事件的頻繁發(fā)生，嚴(yán)重威脅了人們的健康和經(jīng)濟的發(fā)展。人類社會進入21世紀(jì)以來，諸如“9.11”恐怖襲擊、SARS危機、禽流感、印度洋海嘯和5.12地震等災(zāi)害性的突發(fā)事件引起了全世界的關(guān)注。突發(fā)性事件的發(fā)生往往伴隨著人員的傷亡與經(jīng)濟的損失，為應(yīng)對傷者救助、衛(wèi)生防疫以及災(zāi)后重建等工作，應(yīng)急物資能否及時供應(yīng)顯得尤為重要。本文重點研究在考慮相關(guān)影響因素的基礎(chǔ)上，就如何選擇合適位置建設(shè)應(yīng)急物流中心，在發(fā)生重大突發(fā)性事件時，如何以最快地反應(yīng)速度將應(yīng)急物資運送到指定的受災(zāi)地或者應(yīng)急事件發(fā)生地，如何優(yōu)化選擇配送路徑，爭取救援物資運送時間最小化進行了研究。

1 應(yīng)急物流特性及概述

1.1 應(yīng)急物流的含義

應(yīng)急物流是指突發(fā)性事件發(fā)生時，為緩解人員傷亡與經(jīng)濟損失，以事發(fā)地所需應(yīng)急物資為需求，以追求時間效益最大化和災(zāi)害損失最小化為目標(biāo)，借助現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，整合救援物資的運輸、包裝、裝卸、搬運、倉儲、物流加工、配送及相關(guān)信息處理等各種功能而形成的特殊的物流活動[1]。

1.2 應(yīng)急物流與一般商業(yè)物流的差異性

應(yīng)急物流由突發(fā)事件引發(fā)，突發(fā)事件存在的突發(fā)性與信息高度缺失等特征決定了應(yīng)急物流是一個特殊、非常態(tài)的過程[2]。由于突發(fā)事件的發(fā)生時間與地點的不確定性以及受災(zāi)程度的無法預(yù)測性，使得應(yīng)急物流與一般商業(yè)物流相對比，在物資配送、配送網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、物資需求終端、救援物資庫存以及運輸方式及工具等五個方面存在差異[3]，物流中心只能臨時選址，建立應(yīng)急物流中轉(zhuǎn)點。

1.3 應(yīng)急物流的特性分析

通過對應(yīng)急物流的概念描述以及對與一般商業(yè)物流的差異性分析，總結(jié)歸納出應(yīng)急物流具有以下幾個特性[4]：

（1）應(yīng)急物流系統(tǒng)的時間因素。一旦突發(fā)事件發(fā)生，應(yīng)急物流系統(tǒng)需作出最快反應(yīng)，不能錯過最佳的物資配送時間與機會。

（2）應(yīng)急物流系統(tǒng)信息傳達(dá)的時效性與可靠性。突發(fā)性事件發(fā)生時，需實時傳遞路徑優(yōu)化選擇以及周圍環(huán)境等信息。

（3）應(yīng)急物流系統(tǒng)的應(yīng)急反應(yīng)速度。突發(fā)事件的突發(fā)性決定應(yīng)急物流需要具備應(yīng)急反應(yīng)能力，第一時間進行應(yīng)急物資配送。

（4）應(yīng)急物流系統(tǒng)的擴散性與發(fā)展性[5]。突發(fā)事件的發(fā)生致使信息的擴散與傳達(dá)，因此應(yīng)急物流系統(tǒng)及時采集信息反應(yīng)，擴散更多有用信息，發(fā)展應(yīng)對措施與知識。

1.4 應(yīng)急物流系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及運作流程

應(yīng)急物流不同種類對應(yīng)的系統(tǒng)具體關(guān)鍵技術(shù)也不同，總體來講，應(yīng)急物流的關(guān)鍵技術(shù)主要涉及有應(yīng)急保障方案的優(yōu)化選擇、應(yīng)急物流中心選址、應(yīng)急物資調(diào)度、應(yīng)急路徑優(yōu)化選擇以及應(yīng)急條件下的貨物裝載五個方面[6]。

應(yīng)急物流系統(tǒng)為了及時應(yīng)對突發(fā)事件，有其自身的運作流程進行應(yīng)急物資的配送，運作過程一般包括應(yīng)急物流協(xié)調(diào)指揮中心、物資供給端、物流中心以及物資需求端幾個環(huán)節(jié)[7-8]，各個部門之間信息互通，實時交流反饋，及時掌握物資需求、配送環(huán)境等信息，保證應(yīng)急物資以最優(yōu)路徑配送到災(zāi)區(qū)，具體運作流程如圖1所示。

圖1 應(yīng)急物流系統(tǒng)運作流程示意圖

2 基于模糊層次分析法的應(yīng)急物流中心選址模型建立及算例分析

2.1 應(yīng)急物流中心選址目標(biāo)分析

應(yīng)急物流中心選址需綜合考慮環(huán)境因素、社會因素、成本最小化以及效益最大化等因素，以需求為導(dǎo)向，以達(dá)到經(jīng)濟效益、社會效益和可持續(xù)發(fā)展能力最優(yōu)為主要目標(biāo)，并使應(yīng)急物資運送到目的地的時間最短以及運輸成本最小。

2.2 模糊層次分析法概述

模糊層次分析法是結(jié)合了模糊綜合評價法和層次分析法兩種方法。

模糊綜合評價法是一種評判模型及方法，評價對象是現(xiàn)實中具有模糊性的經(jīng)濟現(xiàn)象，既有嚴(yán)格的定量刻畫，又有主觀經(jīng)驗上的定性描述。層次分析法同樣結(jié)合定量分析與定性分析，將主觀經(jīng)驗判斷轉(zhuǎn)換為定量的形式，并進行科學(xué)分析與處理，多用于多準(zhǔn)則、多目標(biāo)的社會科學(xué)領(lǐng)域的問題決策與分析。

2.3 基于模糊層次分析法的應(yīng)急物流中心選址模型建立

影響應(yīng)急物流中心選址的因素較多，本文主要選取自然環(huán)境因素、配送網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施狀況以及社會環(huán)境因素三個方面作為選址主要考慮的因素。

以應(yīng)急物流中心選址的考慮因素為基礎(chǔ)，從選址目標(biāo)、原則出發(fā)，結(jié)合模糊層次分析原理，確定出應(yīng)急物流中心選址的模型結(jié)構(gòu)，如圖2所示：

2.4 算例分析

案例假設(shè)現(xiàn)有四個物流中心地址備選點，相關(guān)專家對相關(guān)影響因素進行打分評價，進而確定最終位置，打分綜合結(jié)果如表1所示（采用10分制）。

對上述實例利用模糊層次分析法進行求解如下：

第一步，建立物流中心選址結(jié)構(gòu)模型，結(jié)構(gòu)依次為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層與指標(biāo)層。

第二步，優(yōu)化關(guān)系矩陣確定，各層次因素之間的相對重要性關(guān)系矩陣（模糊互補矩陣）如表2至表5所示。

圖2 應(yīng)急物流中心選址的結(jié)構(gòu)模型

表1 專家打分綜合表

第三步，將重要性關(guān)系矩陣轉(zhuǎn)變?yōu)槟：恢戮仃嚕媒Y(jié)果如表6至表9所示。

表2 A~B優(yōu)先關(guān)系矩陣

表3B~C優(yōu)先關(guān)系矩陣（對B1）

表4B~C優(yōu)先關(guān)系矩陣（對B2）

表5B~C優(yōu)先關(guān)系矩陣（對B3）

表6 A~B模糊一致矩陣

表7B~C模糊一致矩陣（對B1）

表8B~C模糊一致矩陣（對B2）

表9B~C模糊一致矩陣（對B3）

案例第二層B層中各因素相對A層的權(quán)重：

案例第三層C層各因素相對B層的權(quán)重：

第五步，對比分析各應(yīng)急物流中心備選點，確定最終選址地點。根據(jù)表1給出的各物流預(yù)案相對應(yīng)子目標(biāo)及主目標(biāo)的評價分?jǐn)?shù)，設(shè)定各應(yīng)急物流中心備選點相對應(yīng)于各評價指標(biāo)的打分為：Cijs（其中i為主目標(biāo)，j為子目標(biāo)，s為應(yīng)急物流中心備選點）。

利用Cijs可計算各應(yīng)急物流中心備選點相對于各子目標(biāo)的重要度Djs，公式為：

由此可得各應(yīng)急物流中心備選點相對主目標(biāo)的重要度DS分別為：

表10 應(yīng)急物流中心備選點相對于各子目標(biāo)的重要度Djs

將各應(yīng)急物流中心備選點的綜合評分對比，分值最高的為第二個備選點，因此選址第二個備選點建立應(yīng)急物流中心。

3 應(yīng)急物流配送路徑優(yōu)化模型建立及算例分析

3.1 應(yīng)急物資配送問題概述

應(yīng)急物資配送的關(guān)鍵是時間與成本，這就要求在配送過程中選擇最優(yōu)最短路徑，實現(xiàn)應(yīng)急物資的快速配送。通過確定研究對象與研究問題，考慮應(yīng)急物資配送需求與目標(biāo)，建立應(yīng)對突發(fā)事件的應(yīng)急物資配送模型，考慮模型特性，利用動態(tài)規(guī)劃和標(biāo)號法算法對設(shè)計問題求解。

3.2 應(yīng)急物流配送路徑優(yōu)化模型建立

使整個物流配送過程路徑最短及時間最小是配送路徑優(yōu)化的最大目標(biāo)，盡快實現(xiàn)物流配送整體環(huán)節(jié)，在考慮配送過程中各種影響因素的基礎(chǔ)上，確定約束條件，實現(xiàn)應(yīng)急物流配送的最大效益化。

考慮配送路徑選擇的目標(biāo)，根據(jù)對問題的界定，可構(gòu)建應(yīng)急物資配送路徑問題優(yōu)化模型為：

3.3 算例分析

假設(shè)算例如圖3所示，并利用該算例對研究結(jié)果進行說明。圖3中節(jié)點A和節(jié)點D分別為應(yīng)急物流中心和應(yīng)急物資需求點，節(jié)點和枝線的代號分別用大寫英文字母和數(shù)字表示，線段號碼后圓括號內(nèi)數(shù)字代表車輛在該路段上消耗的時間，利用動態(tài)規(guī)劃和標(biāo)號法求解該實例。

該運輸網(wǎng)絡(luò)中，從A到D可以分成從A到B（B有兩種選擇B1,B2），然后從B到C（C有三種選擇C1,C2,C3），再從C到D，一共三個階段。k=1,2,3。現(xiàn)利用動態(tài)規(guī)劃方法求解該運輸網(wǎng)絡(luò)。

第一步，起始階段，狀態(tài)變量s1只能去狀態(tài)A。由上述優(yōu)化模型式中第二個式子可知，將運輸車輛離開應(yīng)急物流中心的時刻定義為0，所以f0（s1）=f0（A）=0。

第二步，k=1，狀態(tài)變量s2可取兩種狀態(tài)B1,B2，所以從離開節(jié)點A到離開節(jié)點B1,B2的路徑長度f1（s2）分別為f1（B1）和f1（B2），其中：

第三步，k=2，狀態(tài)變量s3可取三種狀態(tài)C1,C2,C3，所以從離開節(jié)點B到離開節(jié)點C1,C2,C3的路徑長度f2（s3）分別為f2（C1）,f2（C2）,f2（C3），其中：

這說明了由離開節(jié)點A到離開節(jié)點C1的最短時間為6，其路徑A→B2→C1，其相應(yīng)的決策為u2（C1）=B2。

即由離開節(jié)點A到離開節(jié)點C2的最短時間為4，其路徑為A→B1→C2。相應(yīng)決策為u2（C2）=B1。

即由離開節(jié)點A到離開節(jié)點C3的最短時間為7，其路徑為A→B1→C3。相應(yīng)決策為u2（C3）=B1。

第四步，k=3，狀態(tài)變量s4只能取一個點D，所以從離開C節(jié)點到抵達(dá)應(yīng)急事件發(fā)生地點D的路徑長度f3（s4）如以下所示：

即由離開節(jié)點A到離開節(jié)點D的最短時間為7，即其路徑為A→B1→C2→D，相應(yīng)決策為（u3）D=C2。

所以，車輛沿著“應(yīng)急物流中心A→枝線1→節(jié)點B1→枝線3→節(jié)點C2→枝線10→應(yīng)急事件發(fā)生地點D”路徑，將應(yīng)急物資從應(yīng)急物流中心地點運送到應(yīng)急物資需求點，消耗總時間為7，即應(yīng)急物流配送在考慮路徑優(yōu)化基礎(chǔ)上的最短時間。

4 結(jié)束語

本文在分析應(yīng)急物流重要性的基礎(chǔ)上，研究應(yīng)急物流中心選址與配送路徑的優(yōu)化選擇，對突發(fā)事件發(fā)生時人員與經(jīng)濟的保護發(fā)揮了重要作用。應(yīng)急物流中心選址是決定發(fā)生突發(fā)事件時物流能否發(fā)揮效益的重要因素，因此對其進行科學(xué)地選址是應(yīng)急物流系統(tǒng)實現(xiàn)其功能的前提條件。面對越來越復(fù)雜的環(huán)境，必須通過系統(tǒng)的觀點對應(yīng)急物流中的應(yīng)急物流中心選址及應(yīng)急物資配送問題進行優(yōu)化，提高應(yīng)急物流運送效率，實現(xiàn)各種社會資源的合理整合，以實現(xiàn)社會效益的最大化。為提前應(yīng)對突發(fā)事件發(fā)生以及制定及時、高效的應(yīng)急物資配送方案具有重要意義。