低碳约束下城市冷链物流配送系统优化研究

李亚男　刘联辉　李晓曼　李冬冬

[摘要]在城市冷链物流配送过程中，频繁往返运送货物的车辆，由于动力与恒温制冷的燃油消耗及其尾气排放，不仅增加了企业的物流配送成本，而且给城市环境带来污染。冷链物流路径优化是冷链物流企业不可忽视的现实课题。文章基于城市发展理念，以碳排放为约束条件，构建冷链物流配送网络优化模型，并根据配送运输网络模型求解的复杂性，使用遗传算法得出优化模型的最优解，以期为企业物流决策提供依据，实现冷链物流企业减少碳排放、降低物流配送成本的双重目标。

[关键词]低碳约束；冷链物流；配送系统优化

1 引 言

冷链物流配送系统优化是整个城市配送工程重要组成部分，城市低碳物流配送系统建设是城市物流业必须面对的现实课题，也是低碳城市建设的必然要求。基于此，国内外学者对低碳与冷链物流问题进行了研究。如刘倩晨[1]（2010）在冷链物流基础上考虑碳排放量，建立包含碳排放的冷链库存模型，得到低碳目标下的最优库存策略；于一秀、邱灿华[2]（2009）从当今资源战争、节能减排角度，分析如今物流业的发展趋势，得出发展低碳物流是理性选择，并且从低碳包装、低碳运输、低碳订货和低碳生产方向给企业提出建议；Zimmermann[3]（2009）在维持产品新鲜度的条件下，从使冷链运行维护成本和能量消耗最小的角度进行分析，并得出策略；刘镇、徐优香[4]（2013）在针对冷链物流配送车辆路径优化问题上时，利用云计算模式处理配送车辆实时路径的优势；吕俊杰、孙双双[5]（2013）、李雅萍[6]（2013）分别利用蚁群算法和节约里程法对鲜活农产品的配送路径进行优化，使得配送成本最少，其中吕俊杰、孙双双考虑的成本有固定成本、变动成本、货损成本、能源成本，李雅萍在考虑上述成本基础上，增加了时间惩罚成本。但是前者忽视了配送点对配送时间的要求，后者在考虑能源成本时，只考虑了配送过程中的能源成本，却忽视了在配送点进行装卸时，也会出现能源消耗。故为实现低碳城市交通的管理目标，促进城市冷链物流产业配送运输成本节约，本文在保证城市对冷冻食品需求的基础上，以碳排放为约束条件构建冷链物流配送网络优化模型，并根据配送运输网络模型求解的复杂性，利用遗传算法得到最优解，以期为城市物流管理模式创新提供决策参考。

2 模型构建

假设配送中心（用0表示）有K车辆，基本不会出现缺少车辆问题，配送点或者超市共有n个。配送过程中所考虑的配送成本有车辆的启动成本（固定成本和变动成本）、碳排放成本、制冷成本以及时间惩罚成本。

2.1 固定成本和变动成本

冷链物流配送中，必须要承担固定成本（司机工资，车辆折旧费用等）和变动成本（燃油消耗、车辆维护和保养、路桥通行费用等），两者之和用c1表示，其中，变动成本大致与运输时间成正比。则成本表示为：

2.2 碳排放成本

城市冷链物流配送过程中，能源消耗量大，车辆碳排放量相对较高，故将碳排放成本纳入考虑因素，用c2表示。根据碳排放量的计算公式，得到如下排放成本式子：

2.3 制冷成本

冷冻设备所消耗的能源成本主要是制冷剂的成本，主要考虑配送运输过程中的制冷成本c31和打开车门过程中的制冷成本c32。则总制冷成本c3为：

2.4 时间惩罚成本

实际配送中，顾客希望在约定的时间段进行配送，但是实际情况（城市交通堵塞、配送调度疏失等）却无法如此理想，故顾客是可以接受约定时间外的一定范围内进行配送。若假设最理想配送时间段是（tai，tbi），可以接受的提前到达时间点为ta′i，最迟到达时间为tb′i。

上述约束条件中，式（1）表示车辆所载货物不超过最大载重量；式（2）表示每个顾客点只有一辆车满足其需求，且车辆的起点和终点都在配送中心；式（3）表示车辆能够配送全部的顾客点；式（4）表示车辆在配送顾客点时，满足其配送时间需求；式（5）表示车辆在配送下一配送点时满足此配送点的时间需求。

3 算例分析

某市某物流配送中心向城市的15个超市进行鲜奶配送，该配送中心拥有同种冷藏车型号。在配送期间，温度必须保持为10℃，假设各超市之间的交通条件相同，车速均为50km/h，根据计算，单位运输成本为1.0元/吨，鲜奶的单位价格为10000元/吨。各超市在时间窗的基础上能够接受提前30min或者推迟30min进行配送，根据经验每次配送所需的固定成本为200元/车，每辆车每千米大约消耗为2.5元。超市对鲜奶的需求量与配送时间如表1所示。

根据上述算例利用MATLAB软件使用遗传算法，进行10次求解，第7次运行获得最优配送方案，其迭代第91次时收敛，最优总成本为9363.3元，最优配送路径有7条：

路线1：0—超市12—超市11—0

路线2：0—超市2—超市13—超市7—0

路线3：0—超市1—超市15—0

路线4：0—超市8—超市6—0

路线5：0—超市4—超市5—0

路线6：0—超市9—超市3—0

路线7：0—超市14—超市10—0

上述结果中，随机选择一条路径0-12-7-0-4-14-0-8-11-0-1-15-10-0-9-6-0-5-13-3-2-0，将此路径和所获得的最优配送路径进行比较得到表2：

对表2进行观察、分析，可以发现：相较于随机路径，最优路径所需的总成本和释放的二氧化碳量有大幅度下降，其中总成本减少35.9%，计5235.2元，碳排放量减少4.8%，计1.5吨。

4 结 论

文章中，对运输成本和碳排放量两个方面进行研究，构建了城市冷链网络优化模型。利用遗传算法和MATLAB对目标函数进行分析和计算，得到最优路径，使得运输成本最少，碳排放量最少，这对于企业和环境都具有很强的现实意义。

参考文献：

[1]刘倩晨.考虑碳排放的冷链物流研究[D].北京：清华大学，2010.

[2]于一秀，邱灿华.我国低碳物流问题研究[J].广西财经学院学报，2010（5）：63-65.

[3]Zimmermann R.Energy efficiency Quality and freshness along the distribution of the cold chain： Intelligent direction reduces consumption of energy and minimizes operational costs[J].Fleischwirtschaft，2009，89（6）：54-55.

[4]刘镇，徐优香，王译.基于云计算的冷链物流配送车辆路径优化方法研究[J].电子设计工程，2013（17）：122-127.

[5]吕俊杰，孙双双.基于鲜活农产品冷链物流配送的车辆路径优化研究[J].广东农业科学，2013（9）：178-181.

[6]李雅萍.鲜活农产品冷链物流配送路径优化研究[J].价值工程，2013，31：25-27.