林产品物流系统研究现状与展望

陈 诚，邱荣祖

(福建农林大学交通与土木工程学院，福州350002)

林产品涉及的范围较广，所包括的种类繁多，品种多样。从国际通用的口径来看，林产品是包括以森林资源为基础而生产的木材和以木材为原料的各种产品，主要包括原木、锯材、木质人造板、各种木质成品和半成品、木浆、以木材为原料的各种纸及纸制品和林化产品等。从我国目前的统计口径来看，林产品除了包括上述各类产品外，同时还包括种苗、花卉、种子、林区土特产品和林果类产品等［1］。一般地，可以把林产品分为两大类:木质林产品和非木质林产品。木质林产品主要包括原木类、锯材类、单板类、胶合板、纤维板、刨花板、木制品、纸类、家居类和其他［2］。

林产品物流是指为了满足消费者需求以最小成本而进行的林产品物质实体及相关信息从生产者到消费者之间的物理性流动;包括林产品生产、收购、运输、储存、装卸、搬运、包装、配送、流通加工、分销和信息活动等一系列环节。

林产品物流系统效率的高低将对森林资源效率产生重要影响。森林资源虽然是可再生资源，但由于树木生长周期较长，且森林对于生态环境具有重要作用，因此要求林产品物流系统在运作时需要充分考虑其特殊性。第一，森林资源分布的地域性，森林资源的分布并不与其需求地成对应关系，因而可能造成物流路线长，物流节点多的情况;第二，森林资源产出的季节性，由于森林砍伐和培育受自然条件的影响较大，因而森林资源的产出具有明显的季节性;第三，森林资源产出量的有限性，树木的生长有一定的周期性，因而在某一特定的砍伐策略下，一定面积林地的木材产量是有限的。这将影响森林资源(木材)供应作为供应链源头的原材料供应量。

1 国内外研究现状

已有文献中有关林产品物流系统的研究多集中于木质林产品物流系统的研究。研究对象主要是以森林生产中的木质产品为核心的林产品供应链，包括原木用于锯木的生产，纸浆木用于制浆造纸的生产，枝桠材作为人造板的生产以及采伐剩余物用于生物质能源的生产等。

有关林产品物流系统的研究内容大致可以分为4大类。第一类是林产品供应物流的研究，主要研究林产品(生物质)作为原材料的供应情况。第二类是林产品生产物流的研究，主要研究针对林产品供应链的一种原料，多种产品的特性进行生产物流系统决策，以达到系统最优。第三类是林产品物流网络的研究，多集中于林产品加工厂、物流中心和配送中心等物流节点的选址以及最优运输路径选择方面的研究。第四类是组合研究，即以上三类的两者或三者的组合研究。

1．1 国外研究现状

国外已有的林产品物流文献的研究对象大致可以分为3大类。一类是森林提供传统原木到锯木厂进行加工成板材运送至客户处。第二类是纸浆木经由制浆造纸再运送至客户处。第三类是近年逐渐成为研究热点的森林砍伐剩余物、小径材和枝桠材等用于生物质能源的生产，如热能、电能或者是生物质燃料。

1．1．1 有关传统木材物流的研究

Dykstr等研究设施选址在森林砍伐区域的应用问题［3］;Forsberg等设计了瑞典森林区域木材运输规划决策支持系统，运输方式包括卡车运输和长途的火车运输，考虑企业间的协作，通过统筹减少跨区域运输量［4］;Chauhan等研究了多品种林产品调运问题，考虑了木材生产的不同区块以及造材的影响，木材需求者则设为木材加工厂［5］;Hirsch和Derigs等研究了从森林伐区至需材工厂间的卡车运输问题，分别利用禁忌搜索算法和多层邻域搜索算法求解了使运输车辆总空驶路径最短的运输方案［6-7］。

也有一些文献利用仿真模型对木材物流系统进行研究。Moyaux等和Santa-Eulalia等利用基于A-gent的方法建立了森林供应链的模型，对供应链效率进行评价［8-9］;Kärhä进行了小径材切片作业地点选择的仿真研究，利用模拟模型对不同的作业地点进行分析［10］;Spinelli等则利用仿真模型研究了山地森林条件下，装车前捆扎作业的必要性［11］。

早期有较多文献对森林生产优化问题进行了研究，近期人们将森林生产和木材物流活动结合起来研究［12-13］;Troncoso等则利用混合整数规划模型将森林生产和物流规划问题结合起来，同时求解了木材砍伐量的确定、木材物流中心选址和木材至须材点的调研问题三个子问题［14］;Vila等根据森林生产发散性的特点设计了发散工业的生产网络，将发散型生产中的产品组合生产决策和生产工厂选址结合起来进行决策［15］;Chauhan等将造材决策结合到木材物流网络设计中［16］;Acuna等则研究了切片作业与运输车辆调度的联合优化［17］。

1．1．2 有关林浆纸物流系统的研究

林浆纸物流系统的研究报道也不少见。其中较典型的是以瑞典森林纸浆公司(Södra Cell AB)为例，Bredstrǒm等对制浆工厂的生产物流系统进行了规划，求解结果为日生产计划［18］;Carlsson等阐述了包括从森林立木开始，砍伐、分类、运输到节点、切片和制浆造纸的供应链环节，描述了供应链规划中的决策支持工具的使用［19-20］;Gunnarsson等研究了制浆工厂多周期的生产计划和配送整合的优化问题，考虑的决策变量有制浆厂的产品组合、库存、纸浆产品从工厂到客户的配送方案，使用两种不同的启发式算法进行求解［21］。

Koskinen阐述分析了制浆造纸公司的全球化物流策略，主要针对部门间工作的整合及协作策略［22］;Jones等考虑土地获得成本和轮伐期，将轮伐期作为决策变量并假设木材需求量是一个独立的、具有确定分布的变量求解了林浆纸一体化工厂原料供应问题［23］;Santos等将制浆、造纸和能源生产车间三者的生产规划结合在一起进行求解，使收益最大［24］。

1．1．3 有关森林生物质用于能源生产的研究

近年来，随着森林资源利用技术的提高以及人们环保意识的增强，有关森林生物质用于能源生产的研究越来越多。Gunnarsson等研究了生物质燃料供热厂的物流问题，包括厂址选择，原材料供应及存储;建立了问题的混合整数线性规划模型，并进行了求解［25］。Gronalt等对澳大利亚从森林供应木质生物质给转化车间的总费用进行了评价，比较了集中切片和分散切片两种方式的费用，总系统费用包括运输费用、操作费用等［26］，但未包括砍伐费用。Flisberg等考虑森林燃料供应和普通木材物流的不同:配送前需要切片以及燃料的需求量随温度的不同而不同;并考虑了切片操作与运输能力间的平衡，建立了线性规划模型，决策内容包括切片技术的选择，何时切片以及热处理车间的燃料分配［27］。

有一些文献采用基于GIS的方法进行了森林生物质物流系统的研究。Panichelli等提出了一个基于GIS的以最小费用的生物能源工厂选址为目的的决策支持系统，能处理生物质出厂价变化较大以及在同一区域有多个规模已知的生物能源工厂的选址问题;通过基于最小费用的生物质数量的定位-分配模型的使用解决能源工厂间的资源竞争问题［28］。Zhang等提出了确定生物燃料工厂最佳位置的两阶段方法论［29］。第一阶段，利用GIS确定潜在可行的生物燃料工厂的位置;第二阶段再应用总运输费用最小模型选择最佳位置。Kurka等研究了中等规模的热电联产车间的选址问题［30］，通过GIS中不同图层的叠加，首先确定出适合的位置，再通过与打分层的叠加，确定出最佳位置。

也有文献采用建立模拟模型的方法对该问题进行了研究。Rauch建立了评价风险情况下森林燃料供应模型的模拟模型［31］，模拟了在随机风险条件下(如暴风雪、虫害等)两种燃料供应模型对一个热电联产车间的原料供应:仅有森林木片的供应及存储以及在木片短缺期利用回收纸浆木的存储补充原料。Mobini等建立了整合的生物质供应分析和物流模拟模型(Integrated Biomass Supply Analysis and Logistics，IBSAL)，对森林生物质的配送费用以及碳排放进行了评价［32］。

1．2 国内研究现状

国内有关林产品物流的研究多集中于林产品物流网络的构建或是网络中的节点和运输路径和运输方式的选择。邱荣祖等研究了林产品物流系统中的集材及运材经济模式;以GIS技术为基础研究了木材运输计划决策支持系统、伐区楞场位置决策系统;将ArcGIS与遗传算法相结合进行了木材物流中心选址问题的研究［33-36］。其中，GIS技术的应用主要用于提供供材地与需材点的空间位置。于蒙等用层次分析法进行了张家港木材流通中心的选址问题研究［37］。林雅惠等用遗传算法进行了木材物流中心选址模型的求解［38］，刘娜翠等用遗传算法进行了木材运输方案的优化［39］，仅考虑了木材运输子系统的优化。张淑芬等构建了伐区运输路线优化模型，确定了伐区木材运输(集材)的最优路线［40］。颜浩龙等讨论了再联合预测下的林产品库存补充模型，通过提高库存补充过程中需求函数的准确度，降低预测结果与实际需求的误差，制定合理的库存补充策略［41］。

因为木材资源的有限性，也有关于废旧木材逆向物流网络的研究［42-43］。郑哲文等建立了第三方逆向物流企业参与情况下的废旧木材再制造逆向物流网络混合整数规划模型，废旧木材产品从回收点运往分类仓库再运往处理中心，经处理后最后进入需求企业，无法利用的部分进行无害化填埋处理，模型求解结果为分类仓库和处理中心的最优选址［42］。张鹰华等就北京市废弃木质材料回收管理问题，提出了包含处理厂、回收中心和初始收集点的三层逆向物流网络优化模型，根据回收中心到处理厂和初始收集点所产生的运输费用以及各回收中心和处理厂的运营费用，选择出最优回收中心位置和最优的回收路径［43］。

2 研究中存在的不足

设施选址、运输、原料供应和生产规划是物流系统中的几个主要问题，有关林产品物流系统的研究也围绕这几个方面展开，取得了不少的进展，但同时也存在一些不足。

2．1 简化为静态问题

林产品物流系统具有明显的动态性。除了需求市场具有和普通产品市场相同的不确定性，其原料供应也因生产周期长、不确定性因素多而呈现出明显的不确定性，如气候、政策和森林经营策略等都将导致不同时期出材量的显著波动。在进行林产品物流系统的规划设计中将供材量及供材地假定为已知量都显然与实际生产不符。

2．2 全局性研究较少

已有研究多局限于对林产品物流系统的某一子系统或子问题进行研究，如集材阶段的运输路线/运输方式、单级木材物流中心选址、两层/三层结构的木材调运方案优化等;从供应链的角度研究林产品物流系统也多集中于对木材作为生产原料的供应物流子系统的研究。而局部优化的结果往往不能使系统全局达到最优。

2．3 优化目标单一

传统的林产品物流系统规划目标较为单一，为费用最小或利润最大。与一般物流系统优化类似，林产品物流系统优化，无论是设施选址还是运输规划都以经济利益作为目标函数进行，仅有少数文章进行了林产品物流系统的碳排放研究。

林产品供应链与一般产品供应链的显著区别是林产品原材料的绿色性以及森林经营的多效益性。森林经营具有经济效益、生态效益和社会效益，好的林产品物流系统应当有利于这三者效益的共同发挥。经济利益仅仅应是林产品物流系统优化考虑的目标之一，有时生态效益和社会效益对物流系统的影响更大，增加的经济利益可能是以生态效益和社会效益为代价的。

2．4 区域性研究

已有的林产品物流系统研究在空间上大多限制在某一区域，尤其是有关物流系统的优化设计的研究，假定不存在跨区域的木材供应，但这与实际是十分不符的。随着经济全球化的发展，木材资源以及林产品的全球化采购和供应十分广泛，林产品物流活动全球化整合的潜在收益和物流系统的战略以及全球化的物流网络(包括生产、配送等战术决策)密切相关。进行全球化林产品物流系统的研究将有利于促进林产品国际贸易的发展，促进林产品在全球范围的流动，进一步提高林产资源的利用效率。各国贸易政策的变化对国际木材供应量和供应价格的影响很大，直接导致木材及林产品的国际价格波动幅度很大。作为资源导向型物流系统，原料供应的成本对其规划决策及策略选择具有决定性作用。已有研究对全球化的林产品物流网络仅停留在概念设计层面，深入详细的策略及技术层面的研究还未涉及。

2．5 信息技术的深入应用不足

信息技术的应用能为物流系统的优化带来显著效益，但现代信息技术在林产品物流上的应用则明显不足［46-47］。在已有文献中，仅有小部分应用了GIS辅助进行林产品物流系统的决策，利用了GIS的一部分空间分析功能和地图显示功能，而GIS强大的信息存储和处理功能并未利用。而很多在一般产品物流系统上已有成功应用的现代信息技术，如条形码、RFID和GPS等在林产品物流系统中的应用仍处于探索阶段。加快信息技术在林产品物流系统中的深入应用有利于促进传统林产品物流系统向现代林产品物流系统的发展，有利于将林产品物流系统规划及优化手段和水平推向一个新的阶段。

3 林产品物流系统研究展望

随着社会经济、技术水平的发展，有关林产品物流的研究将不再局限于已有的研究框架，应用新思想，利用新技术，从新角度对林业物流系统的研究已初现端倪，通过对近期国内外文献的梳理，对林产品物流系统研究趋势作出如下几点展望。

3．1 动态林产品物流系统

将林产品物流系统中的随机因素、不确定性以及风险因素加入到林产品物流系统的研究中是未来研究的重要趋势之一;动态模拟、随机规划和模糊决策等技术也将被引入林产品物流系统的规划设计与管理中。将森林经营管理活动和物流活动结合起来进行综合规划，区分不同阶段的原材料供应特点，确定不同的物流方案和策略。例如，通过动态仿真技术的应用，模拟不同采伐策略和供应链结构对森林结构与功能的长期影响，可作为该领域的一个研究内容。

3．2 全局优化的林产品物流系统

随着研究的深入、研究手段和研究方法的发展，全局性、系统性和综合性对林产品物流系统进行研究势在必行。研究从林产品物流的起点森林开始，经过砍伐、集材运输、物流中心集中、工厂加工生产，直至配送到客户处的整个过程，同时考虑废旧产品的回收再利用，从而得出更科学合理的研究结论，为实际生产决策提供依据。

3．3 多目标优化的林产品物流系统

更全面的对林产品物流系统进行分析和评价，不仅限于传统的经济目标，加入生态影响和社会影响的评价指标，优化目标也相应地从传统的单一优化问题转变成多目标优化问题，优化结果将能更有利于实现可持续发展的现代林产品物流系统的形成。当然，描述多目标优化的林产品物流系统的模型就将成为研究对象，更好的优化工具，效率更高、速度更快的优化手段也将成为研究内容。

3．4 全球化的林产品物流系统

经济全球化的发展必然带来林产品物流活动的全球化，而森林资源在全世界范围内的分布不均以及各国对各级林产品的需求差异较大也加剧了林产品物流活动的全球化发展，进行全球化的林产品物流系统研究是林产品物流系统研究的必然趋势。全球化的物流系统是一个非常复杂的物流系统，具有更多的随机性和风险性，复杂的税费计算、汇率计算、贸易壁垒，更长的运输距离，涉及更多种的运输方式等。对全球化林产品物流系统的设施选址、原料供应、运输等详细规划设计的研究将成为林产品物流系统进一步的研究内容。

3．5 信息技术在林产品物流系统中的深入应用

GIS在林产品物流系统中的进一步深入应用还有待研究。包括利用GIS中存储的海量空间数据进行森林资源的动态监控，从而得出未来木材的动态供应量，辅助林产品物流系统决策;以及利用GIS对某一区域内的林产品加工工厂的动态变化进行分析，合理确定该区域合理的林产品物流设施的位置和规模;还有利用GIS对不同区域的木材流量及流向的动态监控，制定更科学的木材供应及利用规划等。

随着信息化工程的不断深入以及现代信息技术的飞速发展，智慧林业物流系统的建设也是今后的研究发展目标之一。包括RFID技术与条码技术在内的物联网技术在林产品物流系统研究中具有巨大的应用潜力，如利用物联网技术进行木材运输的动态监管，包括林业监管、来源合法性认证、林产品跟踪管理以及木材仓储与库存管理、林产品的质量管理及流向流量跟踪等。

4 结术语

林产品物流系统的发展为森林资源的有效利用及林产品市场的有序流动提供了重要支持;但要建立可持续发展的林产品物流系统，还需要更多的深入研究。本文对现有的有关林产品物流系统研究的文献进行了梳理，对林产品物流系统的研究现状进行了评述;对林产品物流系统的研究进行了初步的分类，根据研究对象把国外研究现状分成了三类;而国内有关林产品物流系统方面的研究明显少于国外，研究差距显而易见。在对国内外现有文献的分析上，总结了林产品物流系统的研究趋势，动态研究、全局研究、多目标研究、全球化研究及信息技术应用研究。

森林资源因其独特性具有多重效益，因而在林产工业的发展中，林产品物流系统的构建和发展与其他物流系统相比有一定的特殊性。在最大限度发挥物流系统流通作用的同时，需要兼顾森林资源的可持续发展，也要注意保持林产品的绿色本质，打造绿色的林产品物流系统。

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