成品油配送多車艙車輛指派及路徑優化問題研究

王勇

（中國石油運輸有限公司重慶分公司，重慶400010）

0 引言

石油是工業的血液，是關系到國家民生、安全穩定的重要戰略物資，也是我國經濟賴以生存的重要資源，在經濟發展中有著不可替代的作用。隨著經濟的增長和機動車行業的快速發展，國內的機動車數量不斷地增加，在提高人民生活質量的同時，也為城市交通帶來了壓力，使得成品油的需求量不斷增長。再加之我國相關政策的改變，社會各界對成品油配送行業也有了更高的要求。因此，為充分滿足人們在日常生活中對油量的需求，保障加油站在日常銷售中不會出現油量短缺，相關配送企業需要頻繁地進行成品油配送工作，成品油的配送成為當前有待解決的問題。

1 成品油配送現狀

成品油是指開采出的原油經過分餾、裂化、精煉等過程加工后獲得到的產品。成品油可以分為石油燃料、石油焦、石油瀝青、石蠟、石油溶劑、潤滑劑、化工原料等多個類別。在成品油的各類產品中，產量最多的是石油燃料，大約占成品油產品總產量的90%，而石油燃料又分為汽油、柴油、煤油、航空燃料等。在我國的《成品油市場管理辦法》中，以“汽油、煤油、柴油及其他符合國家產品質量標準、具有相同用途的乙醇汽油和生物柴油等替代燃料”作為成品油的定義，因此，人們又將石油燃料稱為狹義的成品油。成品油配送是油品供應鏈中的最后一個環節，相比于其他產品，成品油配送一般具有下述特征：

1.1 高風險性，且不同的產品間是相互排斥的

成品油是極易發生燃燒和爆炸的特殊商品，若在配送的過程中發生泄露或爆炸，將嚴重威脅到相關工作人員的生命安全。此外，成品油是一種石油加工產品，不能同時裝載不同類型的產品，因此，在配送成品油的過程中，必須滿足在成品油車輛中專門配送艙位的要求。

1.2 運輸距離長

由于對安全方面的考慮，成品油加工廠與油庫大多集中在遠離城區的地方，在成品油配送時，通常需要長距離行駛。

1.3 運輸工具標準化與專用化

目前，國內仍較多地使用中小型單艙配送車，每輛車僅能配送一種成品油，且配送量較少。當成品油需求量較大時，車輛需多次運送，對成品油的配送效率產生嚴重的影響。因此，我國的成品油配送車輛正在逐步發展標準化和專業化的大容量多艙配送車輛。

近年來，在市場經濟的快速發展的背景下，我國對于成品油的需求持續增長，成品油的消耗量也是逐年遞增。但由于我國經濟發展由高速轉為高質量的發展，且乘用車的銷量逐漸下降，隨著新能源汽車相關技術不斷成熟，越來越多的人熟知并選擇新能源汽車。這些因素不可避免地對成品油產生了一些影響，也使得成品油配送企業急切需要找到提升配送能力的方法。

成品油市場的配送模式與管理機制隨著成品油行業的發展而不斷進步，從最開始的需要按照行政區劃分，設置相關的分公司來專門負責該區域內的成品油配送，到以市場需求為基礎，對油庫布局進行調整，再到成品油配送路線優化，成品油配送的每個環節都在不斷地優化。

目前，成品油的配送方式主要分為兩類：一種是主動配送模式，加油站的油量庫存信息與配送中心共享，成品油配送企業根據油量庫存信息進行統一配送；另一種是被動配送模式，通常由加油站或終端客戶根據銷售和油品庫存情況進行估算，然后向配送企業發出配送計劃，配送企業依次進行被動配送。其中，被動配送模式是當今成品油配送的主要方式。采用被動配送模式，加油站可以根據油量庫存情況進行合理規劃，但不利于配送企業提高整體配送效率。此外，由于每個加油站和終端客戶的需求不同，配送企業通常需要根據客戶的需求對配送計劃進行調整，更容易導致配送質量不高、數量不均衡、配送比例過低的情況。

2 成品油配送路徑探究

2.1 成品油配送問題

成品油配送問題，最早在1981年由布朗和格雷夫斯人提出，隨后其他國內外多名學者對此問題進行了深入的研究探討。國內學者的研究成果主要集中在成品油配送中單車艙車輛的調度問題上，如分別利用改進C-W算法與遺傳算法，對多車型成品油單車艙車輛配送問題進行了優化求解。此外，還有一部分學者探究了成品油在配送過程中的時間窗問題，并利用一種啟發式方法，對調配運輸任務進行了合理的安排；對成品油庫存與運輸的聯合優化問題進行研究，并取得了良好的效果；還有學者提出了一種交互式求解算法，對成品油配送車輛路徑問題進行了有效求解。

2.2 成品油配送系統優化

成品油配送系統優化是指利用先進的信息技術和管理方法，對相關系統進行科學合理的改進，實現物流與業務流程的分離，以達到優化成品油配送系統和降低產品運輸成本的目的，是提高分銷企業經濟效益的有效途徑。目前，在國內學者關于成品油配送問題的研究中，以配送系統的優化為切入點的研究不在少數，將配送系統與具體的油品銷售公司結合起來展開。

還有部分學者從供應鏈視角對成品油配送系統展開研究，具體可以分為以下幾點：首先，分析了我國石油西部地區成品油配送系統中存在的問題，并有針對性地提出將調度系統、設施布局、配送網絡一體化下的優化策略。其次，對我國石油的成品油配送系統進行了分析，并從成品油輸送效率、節點配置、輸送網絡系統、應急處置能力四個方面提出相應的改進意見。最后，將成品油配送渠道分為四個等級，零級是指成品油由原油加工工廠直接運輸到客戶手中；一級是指原油加工工廠通過銷售企業或中間商將成品油轉交給客戶；二級是指原油加工工廠按先后順序通過相關銷售企業與中間商，才能向客戶交付其所需要的成品油；三級是指在二級的基礎上，在中間商與客戶之間還存在加油站。各等級的渠道都有不同的配送網絡和形式，配送企業需要結合自身企業的發展情況選擇合適的配送渠道和方式。

除此之外，從物聯網、組織結構等角度也有相應的研究成果。對配送區域進行動態優化，實現配送信息的實時交互和配送資源的動態規劃。成品油二次配送分為四類：成品油供過于求，當供應高于需求時，應檢查庫存成本。當供應高于需求時，應考慮儲存時間，使用表格運算法和較短路線法分別解決運輸量和配送成本；一些學者從項目組織的角度總結了中國東北地區成品油分銷的現狀，并從四個方面分析和討論了優化中國東北石油分布的優化方案，項目組織框架、儲運結構的整合和優化，配送路徑優化與配送信息系統建設。

2.3 成品油多車艙車輛配送路徑優化

與成品油單車艙車輛配送相比，引入多車艙配送在一定程度上增加了成品油配送的難度和范圍。目前，針對多車艙車輛配送的研究主要集中在國外。外國學者科爾尼耶等人針對小規模問題設計了一種精確算法。科爾尼耶針對多周期、車輛數有限的配送問題，將單車配送服務加油站的上限設置為2，并以此設計了多種啟發式算法。在2009年發表的文章中，科爾尼耶等人進一步研究了帶有時間窗的加油站配送問題，并設計了相應的求解算法。2012年，科爾尼耶等人又將問題轉化為帶時間窗的多倉庫配送，將配送公司的最大利益作為優化的首要目標，設計了基于兩階段路徑優化的啟發式算法，結果顯示，當最大油庫數量為6 時，該算法能提高配送企業4%的經濟收益，且對于單個油庫的問題，啟發式算法的性能甚至比同類已發布的其他算法更好。除科爾尼耶等人外，其他的學者也針對成品油多車艙車輛配送進行了多角度的研究。

2.3.1 周期性多車艙車輛配送成品油

特里基等人通過對相關研究的總結發現，盡管多周期配送問題涉及更多影響決策變量的因素，但多周期優化比單周期配送具有更大的成本優勢。特里基等人在成品油分銷部門引入了聯合拍賣機制，提出了一種允許配送企業同時承接多次數多成品油任務的配送模式。而希奈等人專注于座艙車輛的規則分布模型與傳統的分布路線周期分析之間的關系。基于加油站是否對多周期的服務次數限制，推導了一系列具有多周期和服務約束的多艙室配送周期問題，并綜合求解上述問題的精確算法和啟發式算法[1]。

2.3.2 有容量約束的多車艙車輛配送成品油

針對容量約束的多車艙車輛配送問題，在單輛車配送的前提下，一些學者提出了兩種啟發式算法來求解車輛配置和多配置模式下的調度模型，并證明該車輛的多配置模式比車輛配置模式具有更多的優勢。其他學者引入時間窗和多行程約束，設計了啟發式算法結合救援算法來解決上述問題，并開發了一套適合石油開采規劃的決策支持系統。國內一些學者建立了多車輛優化模型和有容量限制的多艙室配送問題，并采用基于C-W 節約算法和并行鄰域搜索算法的車輛裝載策略對配送方案進行了優化。通過試驗，證明多車艙車輛在油品配送方面具有優越性。

3 成品油多車艙車輛配送探究

3.1 多車艙車輛配送研究

在現代物流和經濟市場的快速發展的背景下，多車艙車輛配送得到了廣泛的應用。與傳統的單車艙配送不同，為了提高貨物的裝載量，具有排斥性的不同產品實現同時裝載運輸，從而降低了相關企業的運輸成本，大幅度地提高了配送企業的運送效率。在這樣的配送模式中，所有的車艙都共用相同的動力系統，貨物可以單獨裝載在不同的車艙或可移動的封閉容器中，在食品配送、石化產品配送等多個領域得到了有效地利用。

埃爾·法拉希與其他學者在2008年第一次對多車艙車輛路徑問題進行了定義與描述。首先，通過構建的數學模型對多車艙車輛路徑問題的具體形式進行了描述，即針對客戶不同的產品需求可以用多個配送車輛來滿足，同樣的產品的需求不能分開配送。之后，埃爾·法拉希與其他學者還提出了一種“分解-組裝”戰略，將包括多種產品需求在內的多種車輛路徑問題轉換成多個車輛路徑問題，通過節約算法做出初始解，同時又分別設計了以路徑重組為基礎的禁忌搜索算法與文化基因算法進行了再次優化。最后，采用等分和隨機分割兩種方式將傳統的車輛路徑問題運算例變更為可利用的多車艙車輛路徑問題算例，并通過數值實驗表明了禁忌搜索的計算耗時相對較長，但與文化基因算法相比尋優能力要強很多，在此之后，其他的一些相關學者也對該問題進行了進一步的討論研究[2]。

3.2 帶容量約束的多車艙車輛

在現有的研究中，考慮集貨運出的帶容量約束的多車艙車輛主要來自生活中針對城市生活垃圾的多車艙車輛回收路徑的優化，里德等人研究出了蟻群系統算法，以算法中螞蟻路徑構造作為前提，通過局部信息素更新策略引導算法尋優，證明了多車艙回收效率要高于單車艙回收。針對同種問題，在成品油配送中，部分國外學者對蟻群算法進行了改進，并采用多種局部搜索算法來實現路徑的優化。結果表明，改進的蟻群算法的平均優化率為5%。隨后，基于穆爾德曼斯等人以埃爾·法拉希提出的求解步驟，將局部引導搜索算法與鄰域表識別策略相結合，使用改進的節約算法構建這類問題的初始解，并使用鄰域搜索算法進行優化。結果證明，與埃爾·法拉希的算法相比，該算法具有更快的運行速度和更高的求解質量，并且當車輛體積和負載類型增加時，使用多艙車輛具有更大的成本優勢。

3.3 艙容可變的多車艙車輛

與其他類型問題相比，艙容可變的多車艙車輛配送路徑問題的特點是，基于恒定的車輛總容量，車廂數量和容量可能會根據成品油配送的需求而變化。因此，此類問題不僅對配送路徑與裝載方案進行優化外，還需對艙位的分割方案進行合理優化。國外學者德里希斯等人以客戶訂單為問題求解對象建立模型，并采用多種算法組合求解問題，驗證了組合算法的有效性。與穆爾德曼斯以及埃爾·法拉希的算法相比，組合算法的尋優能力更強。

亨克等與德里希斯的研究不同，為保證艙位裝載的有效性，引入艙口容量限制，設計了尋求解決方案的變鄰域搜索算法，證明了多艙口車輛的工作能夠有效減少配送企業成本的支出。在近期，亨克又設計出了解決該問題的分支定界算法，在很大程度上減少了計算的時間成本，提高了相關效率。

4 結語

對成品油多車艙車輛配送及路徑優化是合理定制成品油配送計劃的關鍵，對于相關配送企業的發展來說有著十分重要的意義。在對成品油配送進行方案策劃時，相關人員需要對配送過程中運輸的產品、車輛類型、時間距離等多方面進行考慮。相關企業對此問題應保持極高的重視程度，并結合實際情況對成品油多車艙車輛配送及路徑進行有效創新，不僅關乎企業自身工作效率的提升，還關系到我國成品油配送行業的發展，有利于促進我國社會經濟的快速進步。