低碳经济下冷链物流配送中心选址设计

潘茜茜， 干宏程， 刘 勇 PAN Xi-xi, GAN Hong-cheng, LIU Yong

（上海理工大学 管理学院， 上海200093）

(Management School, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China)

0 引 言

随着经济规模的持续壮大， 工业化过程中不断消耗的能源导致了温室气体增加， 全球气候变暖也日益显著， 因此发展低碳经济已成为各国之间的共同目标。 而实现低碳经济是一项复杂而巨大的工程， 它除了政策、 法律、 科学技术的支持以外， 更需要物流系统的支撑[1]。 因为物流系统包括供应商生产、 运输、 配送等多项活动， 这些活动中都会产生能源消耗， 所以将碳排放理念加入到物流活动中， 合理设计物流设施和物流活动， 对于实现低碳经济具有重要现实意义[2]。 基于此， 越来越多的学者开始做相关研究。 赵松岭[3]分析我国目前低碳物流存在的问题， 阐述发展低碳物流的必要性并从物流企业、 低碳运输等方面提出相应的对策； 有些学者将碳排放加入到整个供应链中： 沈链梅、 杨勇生、 杨斌等[4]在设计两级物流选址问题时考虑碳排放因素，建立一个闭环网络总成本最小、 正向网络中总时间最少以及闭环网络中总碳排放成本最小的多目标模型； Chaabane、 Ramudhin& Paquet[5]在设计供应链时考虑碳排放约束， 将供应链中各个物流节点布局不同产生的路径长度、 使用密度以及产生的碳排放量相互结合， 并给出供应链设计方案， 通过实例表明当以路径长短作为供应链设计目标时， 考虑碳排放与不考虑碳排放的结果是不一样的； 盛丽丽、 汪传旭[6]在结合低碳背景下， 将经济学上的博弈模型加入到选址规划中， 从而对普通物流配送中心的竞争性选址进行研究， 通过实例表明博弈模型可以为两个竞争的公司提供更优的选址决策； Elhedhli 和Merrick[7]采用一个凹函数来表示碳排放量和车辆载重量之间的关系， 通过模型验证了考虑碳排放能够使供应链的配置达到更优。 对于加入碳排放的物流网络优化设计求解方法也是一个研究重点： 刘慧、 杨超、 杨珺[8]在基于成本—碳排放权衡的物流网络设计模型中， 采用标准化正规化约束法求解多目标问题的Pareto 前沿， 并且对影响模型的重要参数做了灵敏度分析； 孙元鹏等[9]在设计配送中心选址时考虑了车辆调度问题， 并基于遗传算法提出了一种新的选址模型； 戴卓、 胡凯[10]建立一个以碳排放最小和成本最低的多目标闭环供应链网络优化模型， 求解时将遗传算法和ε 约束法相结合， 得到双重目标条件下的Pareto 非劣最优解， 从而验证了算法的有效性。

以上相关研究， 主要针对普通物流配送中心选址研究。 该文在汲取其他学者研究优点的前提下， 将碳排放因素考虑到冷链物流配送中心选址规划中， 构成一个在低碳经济下的冷链物流配送中心选址模型。 结果表明考虑碳排放的冷链物流配送中心选址使得社会总成本更低， 从而更有益于社会资源的配置。

1 问题描述以及数学模型

1.1 问题描述

本文考虑多个供应商、 多个备选的配送中心和多个客户需求点， 实际操作过程中主要涉及以下几个问题： 确定物流配送中心的个数， 各个供应商分别负责哪些配送中心的供应以及配送中心为哪些需求点进行服务。

在建立模型之前做以下假设：

（1） 备选配送中心的车辆数量不限； （2） 供应商的位置和最大生产能力已知； （3） 配送中心的位置和最大容量已知；（4） 每个需求点可以由多个配送中心共同完成配送； （5） 每个需求点至各个配送中心的距离以及需求量都是已知的。

1.2 模型变量和参数设定

s： 供应商，s=1,2,…,S；

w： 备选的配送中心；w=1,2,…,W；

c： 客户需求点，c=1,2,…,C

lsw： 供应商与配送中心之间的距离；

lwc： 配送中心与客户需求点的距离；

qsw： 供应商到配送中心的配送量；

qwc： 配送中心到客户的配送量；

dc： 客户c的需求量；

Qs： 供应商s的最大生产量；

Vw： 配送中心w的最大容量；

p1： 易腐农产品的单位价格；

p2： 车辆单位运量的运输费用；

p3： 单位重量产生的碳排放处理成本；

pw： 配送中心w处理单位产品产生的碳排放成本；

α： 运输途中的腐败速率系数；

β： 配送过程碳排放系数；

Fw： 表示配送中心w的固定成本；

Xw： 当Xw=1 时表示备选的配送中心被选择， 否则为0。

1.3 模型建立

考虑碳排放因素的冷链物流配送中心选址模型如下：

约束条件：

目标函数以各项总成本最小为优， 等式右边分别表示运输费用， 被选配送中心的固定成本， 配送过程中碳排放的处理成本， 配送中心处理货物时的碳排放处理成本以及配送过程中产生的货损成本。

约束条件：

（1） 供应商至配送中心的运输量不得大于供应商的最大供应量；

（2） 供应商到配送中心的送货量等于配送中心到客户的送货量；

（3） 供应商至配送中心的输出量不得超过配送中心的最大容量；

（4） 被选的配送中心送至客户的运输量不得小于客户的需求量。

2 实例分析

假设存在3 个供应商s1、s2、s3， 其最大供应量分别为8t、 9t、 7t； 7 个客户需求点c1,c2,…,c7的需求量分别为2t,3t,3t,2t,3t,4t,4t 以及5 个物流配送中心备选点w1,w2,…,w5的容量分别为8t,7t,8t,9t,9t， 固定建设费用分别为27.5、 20、 30、 35、 30 万元，农产品的价格为5 000 元/t， 农产品在运输配送过程中的腐败速率系数0.001， 车辆单位距离运输成本为2 元/t， 配送中心处理单位产品的碳排放量为0.1,0.15,0.25,0.22,0.16m3/t， 所有路线上的碳排放率为0.2m3/kg*km， 每单位的碳排放量处理费用为50元/m3。

供应商到配送中心的距离和配送中心到客户需求点的距离如表1、 表2 所示：

表1 供应商到配送中心的距离

表2 配送中心到客户需求点的距离

2.1 求解结果

根据案例， 当考虑碳排放时：

利用Lingo11.0 进行编码求解， 对于5 个备选配送中心其中配送中心w1、w2、w3被选， 配送中心w1为客户c1、c6、c7进行配送服务， 配送中心w2服务客户c2、c7， 配送中心w3服务客户c3、c4、c5。 被选配送中心的固定成本分别为2.75*105元、2*105元和3*105元； 从供应商到配送中心以及配送中心到客户产生的运输成本为84 000 元； 供应商到配送中心的运输途中产生54 420 元碳排放处理成本， 从配送中心到各个客户需求点产生的碳排放处理成本为11 210 元， 而对于被选的配送中心在处理货物时产生的碳排放成本为177.5 元； 农产品由于特殊性在运输过程中产生的货损成本为210 元。 因此考虑碳排放后进行配送中心选址时产生的企业总成本为925 017.5 元。

当不考虑碳排放时：

被选的配送中心为配送中心w1、w2、w5， 其中配送中心w1服务客户c4和客户c7， 客户c5和客户c6分别由配送中心w2完成配送， 配送中心w5为客户c1、c2、c3、c4进行配送。 企业总成本主要包括： 被选配送中心的固定成本分别为2.75*105元，2*105元和3*105元； 从供应商到配送中心以及配送中心到客户产生的运输成本为84 000 元以及农产品由于特殊性而在运输过程中产生210 元的货损成本。 因此不考虑碳排放后进行配送中心选址时产生的企业总成本为859 210 元。

事实上， 当企业在不考虑碳排放进行配送中心选址的时候， 车辆在运输配送过程中仍然是有碳排放的产生。 从供应商到配送中心产生的碳排放处理成本为72 120 元， 从配送中心到客户需求点产生的碳排放处理成本为13 190 元， 并且在配送中心进行货物中转时也会产生碳排放成本， 大小为149.5 元， 所以整个物流过程中产生了94 279.5 元的碳排放总成本。 只是这一部分的处理碳排放费用一般由政府承担进行环境治理， 所以企业在未考虑碳排放进行物流中心选址时产生的社会总成本应为953 279.5 元。

综合比较考虑碳排放的物流中心选址和不考虑碳排放的物流中心选址的企业成本、 碳排放成本和社会总成本如表3 所示。

表3 各项总成本综合比较 单位： 元

由上可知： 从社会角度而言， 在配送中心进行选址时考虑碳排放后更有益于社会总成本的降低； 但是对于企业而言， 企业在考虑碳排放后所承担的成本更大， 大多数企业都是以经济利益为导向的， 不愿意主动承担产生的处理环境成本， 此时就需要政府进行调控。 一方面， 对于政府而言： 可以对那些在进行物流配送中心选址时考虑碳排放因素的企业进行财政补贴： 企业不考虑碳排放而进行物流中心选址时产生的碳排放一般由政府进行支付， 支付金额为94 279.5 元， 而考虑碳排放后进行物流中心选址时产生的碳排放处理成本为65 807.5 元， 政府可以考虑对企业补贴的区间为65 807.5 元至94 279.5 元， 对于政府而言就是降低了环境处理成本； 另一方面， 对于生产企业而言： 不考虑碳排放进行物流配送中心选址时产生的企业所需支付的成本为859 210 元， 考虑碳排放进行物流中心选址时产生的企业所需支付的成本为925 017.5 元， 但是后者企业能够得到政府补贴， 所以企业实际上真正支付的成本最多为859 210 元， 最少可为830 738 元， 因此在配送中心选址时考虑碳排放的因素， 不管是对企业还是对政府而言都是一个互利的措施。

3 结束语

面对全球温室效应日益严峻这一现实背景， 本文在对冷链物流配送中心选址建模时加入碳排放这一因素， 综合考虑物流系统中各个环节产生的碳排放的影响， 通过实例研究表明考虑碳排放因素比不考虑碳排放因素能够更好整合社会资源、 实现低碳经济。 在未来的研究中， 可以考虑将碳排放因素加入到冷链物流配送路径优化中， 以使得在整个供应链中实现各个节点碳排放量的控制， 更深层次地实现绿色物流。

[1] 穆东. 物流资源整合及其低碳化研究现状[J]. 中国流通经济， 2015(1):17-24.

[2] 秦新生. 国外物流企业供应链碳足迹管理创新与启示[J]. 物流科技， 2015(2):15-18.

[3] 赵松岭. 低碳物流发展对策研究[J]. 物流科技， 2012(10):60-62.

[4] 沈连梅， 杨勇生， 杨斌,等. 考虑碳排放的多目标闭环物流网络选址规划[J]. 武汉理工大学学报（交通科学与工程版） ， 2014(2):409-412,417.

[5] Chaabane A, Ramudhin A, Paquet M. Design of sustainable supply chains under the emission trading scheme[J]. International Journal of Production Economics, 2012,135(1):37-49.

[6] 盛丽丽， 汪传旭. 考虑碳排放的物流配送中心竞争选址[J]. 上海海事大学学报， 2014(3):51-56.

[7] Elhedhli S, Merrick R. Green supply chain network design to reduce carbon emissions[J]. Transportation Research Part D:Transport and Environment, 2012,17(5):370-379.

[8] 刘慧， 杨超， 杨珺. 基于成本—碳排放权衡的物流网络设计问题研究[J]. 工业工程与管理， 2013(5):61-66,73.

[9] 孙元鹏， 孙钦国， 苏强盛,等. 基于遗传算法的配送中心选址问题研究[J]. 物流科技， 2014(8):59-60.

[10] 戴卓， 胡凯. 多目标低碳闭环供应链网络优化模型及算法[J]. 计算机应用研究， 2014(6):1648-1653,1660.