基于复杂网络的城乡物流网络重构研究—以湖北省嘉鱼县为例

潘 林，陶君成，初叶萍

（湖北经济学院 物流与工程管理学院，湖北 武汉 430205）

基于复杂网络的城乡物流网络重构研究—以湖北省嘉鱼县为例

潘 林，陶君成，初叶萍

（湖北经济学院 物流与工程管理学院，湖北 武汉 430205）

城乡物流网络是连接“农田”到“餐桌”的重要桥梁，是着力推动经济一体化发展的动力支撑，研究城乡物流网络体系的构建具有重要的意义。考虑城乡物流网络具有结构复杂、连接多样性、多复杂性等特点，结合复杂网络理论的研究方法，对当前湖北省嘉鱼县的区域物流网络体系现状进行分析，以此为基础，提出基于渠道资源整合思想下的物流网络重构策略，建立数学模型，并通过MATLAB和UCINET软件进行求解，以嘉鱼县实例数据验证重构模型的可行性，并从网络成本和效率的角度对重构前后的网络体系进行比较分析，总结相关管理启示。

复杂网络理论；城乡物流；网络重构

1 引言

互联网经济的兴起，促使我国物流业快速发展，尤其是在农村电子商务的带动下，城乡物流已经成为社会关注的焦点，如何通过城乡物流网络的构建破解“田间”和“餐桌”最后一公里等一系列问题是学术界和企业共同面对的重要课题，亟需解决。为推动城乡一体化经济的发展，各大物流企业纷纷布局农村，依托其渠道结构，构建自己的配送网络体系，实现农产品双向流通，例如，阿里集团的菜鸟网络、中国邮政的农村“e邮”站点以及商务部的“万村千乡”工程。然而，在物流网络系统构建过程中，企业通常是以自身渠道主体为出发点，忽视或

缺失渠道间协调与共享的联合发展理念，造成物流节点的分布不均衡（如经济发展较好的乡村存在多种渠道的站点，而偏远地区或未形成产业经济的乡村配送站点较少），从而导致资源的浪费，并最终使得整体城乡物流网络成本上升和效率下降。因此，注重协调整合农村物流渠道资源，全局统筹重构城乡物流网络体系迫在眉睫。

围绕城乡物流，大量的学者展开了广泛的研究。美国学者John F.Crowell（1901）在给政府递交的《关于农产品的配送》研究报告中首次提出城乡物流配送的问题。Yasusada Murata（2002）认为“降低中间产品成本”是协调城乡关系的关键措施，构建基于“农-工”结合的城乡物流体系是实现城乡经济共同发展的有效途径。在参照国标《物流术语》（2006）关于物流网络概念的基础上，杨光华对城乡物流网络进行了定义，他指出城乡物流网络是城市与乡村间产品流通中相互联系的个体、组织、信息和设施的集合。周凌云（2013）指出城乡物流一体化内容包括农村到城市（农产品流通）和城市到农村（工业品流通）两种不同物流类型的双向流通的运作协调，涉及到农商对接、供销社及第三方物流等资源的整合与优化配置。

综上所述，大多数文献是从城乡网络构成要素出发，分析其网络特点和功能，很少有学者从复杂网络的视角去探讨城乡物流网络的效率、成本及构建问题。基于以上分析，考虑物流网络具有节点多样性、连接多样性、多复杂性融合及自组织等特点，结合复杂网络理论的研究方法，对当前湖北省嘉鱼县的区域物流网络体系现状进行分析，以渠道资源整合的视角对物流网络进行重构，并从网络成本和效率的角度对重构前后的网络体系进行比较分析，总结相关管理启示。

2 嘉鱼县城乡物流网络现状分析

2.1 问题描述

本文以湖北省嘉鱼县城乡物流网络为研究主体，通过复杂网络理论的相关方法，对其多渠道结构下的三级物流网络体系进行现状分析。嘉鱼县正在积极构建“县—镇—村”三级物流网络体系，通过一级节点物流园区、二级节点配送中心及三级节点农村物流服务中心建立了覆盖嘉鱼县、镇及各自然村的农村物流网络体系，初步形成“布局合理、双向高效”的农村物流网络节点体系，如图1所示，各节点的具体分布情况见表1。

图1 嘉鱼县三级城乡物流网络体系

表1 嘉鱼县主要涉农节点分布情况

2.2 模型构建及假设

嘉鱼县城乡物流网络建模方法如下：结合表1的资料可知，嘉鱼县城乡物流网络节点总数为176，依据供给点、需求点及物流节点的相互连接关系可知，节点边数为343。依据调查获知的相关数据，建立基于城乡节点的复杂物流网络模型，构建相应的网络拓扑图，为使研究问题更贴近实际，进行如下假设：

假设1：将供给点、配送点及需求点视为网络中的节点，节点间的配送需求及线路作为网络中的边，若两个节点存在配送关系，则视为网络结构中的一条边。

假设2：Aij是节点组成的邻接矩阵，若两个节点有连接，则在其邻接矩阵里记为1，否则为0，若用矩阵元素 aij表示网络节点i与j的连接关系，则满足：

假设3：考虑城乡物流特点，同时为简化分析，暂不考虑节点间的方向性，即节点A到节点B与节点B到节点A的联通性是一致的，因此节点间的年配送需求表示两个节点间正反两个方向的总需求，整个网络抽象为无权无向网络。

假设4：设集合N表示嘉鱼县城乡物流系统中的节点集合，包括供给点、物流节点及需求点，而集合 E表示节点中的边，则物流网络G=（N,E）。

基于以上假设，并将一个176×176的矩阵，导入到UCINET软件里进行处理和分析，可求解嘉鱼县城乡物流网络的整体特征见表2。

表2 嘉鱼县物流网络整体参数统计

由表2数据可知，嘉鱼县的物流网络可以初步划分为三个团体，单个团体间的联系十分紧密，但不同团体间的联系较少。依据嘉鱼县的物流节点资料，三个团体分别为邮政物流网络、万村千乡网络及第三方物流菜鸟网络。同时，各社团间的网络效率相对较高，但是整体网络效率却大幅度降低，这是因为不同渠道的物流企业在选择配送节点时是以自身网络为出发点进行区域布局，企业之间缺乏协同及整合思想，他们均投入大量资金构建自身的物流网络体系以提升网络间的连通效率，降低配送时间，提升运输时效。但从嘉鱼县整体物流网络视角出发，其网络效率降低，成本较高，存在优化空间，亟需进行网络重构。

3 基于渠道整合的城乡物流网络重构策略

通过运用复杂网络分析方法对嘉鱼县当前的物流网络体系进行了分析，统计参数表明，嘉鱼县物流体系主要由三个渠道团体构成，即邮政物流渠道、万村千乡物流渠道及第三方物流渠道，各渠道间网络效率较高，但整体网络效率偏低；嘉鱼县关键性节点主要由四个大型物流中心构成，但每个物流中心的度值并不高，且整体网络聚类系数偏低，平均路径较长，说明关键点的连接及整合效应并不明显。同时，通过对嘉鱼县物流节点的网络拓扑图和其网络密度值分析可知，其物流节点分布不均匀，整体布局结构不合理。造成上述现象的主要原因是，三方物流渠道均是以自身角度进行节点布局，追求的是各自网络效率的最优化，从而忽略了整体网络的效率及布局问题。

基于以上分析，下面将从网络整体视角出发，通过对三方渠道体系的物流节点进行资源整合，运用全局优化理念，对嘉鱼县网络节点进行适当的合并、消除及新增，从渠道及资源整合的角度，重构嘉鱼县城乡物流网络系统。

4 模型建立与求解

4.1 物流节点重构模型

在物流配送网络中，节点的增加和删除会引起节点度的变化。这是由于在重构前，物流配送网络中有mo（mo≥1）个少量孤立的配送中心节点，一方面，依据渠道整合的理念，通过平台化的运营模式，物流网络呈现信息共享化、流通双向化的特点，使得各配送节点存在多个路径选择空间；另一方面，从整体网络的视角出发，依据需求或供给特点，物流配送网络中会增加新的配送节点，这样会使网络中形成新的连接，因此增加了新的路径，与此同时会有若干旧的配送节点被删除，这样与原有配送中心相连的路径也被删除。基于以上分析，本文通过构建数学模型，对网络物流节点进行重新布局。

嘉鱼县的物流网络由三个物流渠道构成，以下从供给数量、需求数量及配送节点的服务半径及配送能力出发，对物流节点进行重构。首先将物流网络按地域分为k0个区域，并将每个区域的物流节点进行编号，不包括供给点和需求点。

nk表示第k个区域物流节点的总数量；

若yi为1时，表示保留第k个区域的第i个节点，反之则删除该节点；表示第k个区域中，节点i与节点j的距离；表示第k个区域中，节点i的服务半径；表示第k个区域中，节点i的服务能力，即配送流量；

dk表示第k个区域中，总配送需求，包括供给点和需求点的需求。

本文数据基础源于嘉鱼县交通物流发展局、武汉现代物流研究院有限公司联合编制的《嘉鱼县农村物流融合发展规划（2016-2020）》，通过MATLAB软件可以求解模型结果。重构前的物流节点为124，供给节点35，需求节点17，节点总数176，基于资源整合思想，根据节点辐射范围及配送能力对配送节点进行重构与优化，得到新的物流节点为101，供给需求节点不变。通过上一节介绍的相关方法，可以对重构后的物流网络参数进行统计分析，详细结果见表3。

表3 重构后嘉鱼县物流网络参数统计

由表3可知，重构后的网络虽然物流节点减少，但是各节点间的联系增加，网络效率明显提升。各配送中心的紧密中心度值较之前明显提高，区域中转中心能力表现较强，三级物流网络中的中转效率显著增强；社团数量由3个变为1个，K核包括所有配送节点，最大节点度明显上升，说明该网络具有良好的连接功能，各节点间联系紧密，网络多渠道整合效应明显；平均路径减少一个单位，显示配送节点的路径连接距离更短，网络传输效率更高；同时，网络可靠性亦得到进一步改善，表示重构后的网络体系鲁棒性更好，抗打击能力强。

4.2 物流网络效率成本模型

（1）网络效率。网络效率是网络节点间的连通率，反映的是物流在网络中传递的有效性。由于本文是从网络全局优化的角度出发，因此用整体网络效率指标反映物流传递的有效性，其定义为：

（2）网络成本。当对网络效率进行分析时，一个重要的考虑因素是网络成本。一方面，可以通过增加网络节点中的联系，即增加边的数量来提升网络效率；另一方面，在现实物流网络中，对于边的数量和长度的增加（在有权网络中的权值）都要支付一定的成本。因此，在实际的物流网络中，通常是围绕如何通过最优的成本实现最佳的网络效率，即协调网络效率与成本间的均衡问题。参照相关文献（祝彪，2007），将网络成本定义为：

其中，aij表示临界矩阵，取值为1或0；lij表示节点i与节点j的最短距离；f（lij）表示成本计算因子函数，当两节点连接，且距离为lij时所需要的连接成本。为简化分析，假设每两个节点连接的成本为一固定值，即满足 f（lij）=c0。故网络成本为：

根据定义可知，网络成本取值为实际连通成本与完全连通成本的比值，故满足0＜C（G）≤1，当网络节点全部连通时，即为全耦合网络时，此时成本最高为1，且效率亦最高为1。

在嘉鱼县的物流网络成本中，假设在短时间内需求和供给节点不会发生变化，网络重构的焦点是物流节点网络，需求节点和供给节点的连接线路不会发生变化，因此，网络不具有全耦合特征，网络成本和效率的极值无法达到1。表4是嘉鱼县物流网络重构前后成本效率对比表。

表4 嘉鱼县物流网络效率成本对比表

5 算例分析

网络连接成本和连接边数量将会对物流网络效率产生重要影响，本节通过数值仿真的方法解析边数增加带来的效率与成本的均衡问题，动态分析网络边数和单位成本对网络效率和成本的影响。为便于对比分析，本文以嘉鱼县重构前和重构后的两种物流网络模型为研究对象，分别变动其网络边数和单位连接成本，动态对比分析两种模型网络成本及效率的变化规律，获取相关管理启示。

（1）增加网络边数对效率及成本的影响。假设重构前后单位节点连接成本一定，即令c0=0.2,c1=0.3，c0表示重构前单位网络连接成本，c1表示重构后单位网络连接成本，由于存在整合、协调等成本，满足c0＜c1。将网络边数增量参数Z从0增加到1 000，最小变动单位为100，即Z∈［ ］0,1 000，动态分析Z的变化对网路效率及成本的影响。详细结果如图2所示。

图2 Z的变化对网路效率及成本的影响

由图2可知，随着边数的增加，重构前模型的网络效率始终低于重构后的网络效率，这是因为重构前的物流网络是由多方渠道构成，节点分布不均衡，节点之间服务区域存在重复，导致节点数量过多（124），通过优化重构后，节点数量降低到101，因此当增加相同边数时，重构后的网络模型由于节点数量少，且节点间分布更加合理，使得网络效率更高。然而，重构后的网络体系由于存在整合及协调成本，当增加边数较少时，成本的规模效应不明显，此时重构后的网络成本较高；当增加边数较多时，成本规模效应显著，重构成本相对较低。

（2）重构成本对网络成本及效率的影响。假设增加边数N=500，c0=0.2，令动态分析重构成本变动下对网络成本及效率的影响，结果如图3所示。

由图3可知，随着重构成本的增加，重构网络的整体成本亦会上升，网络效率成本的比值降低。与基本模型的结果比较分析可知，当重构成本大于一定值时，重构模型的成本要高于基本模型，在网络效率一定的情况下（当连接边数一定时，网路连通率不变），重构策略不可行。这说明，在现实物流市场中，当整合成本较高时（例如，社团较多导致协调成本较大或网络节点过多或过少，导致整合费用过大，不满足经济批量和规模效应规律），进行物流网络重构的时机还不够成熟。当遇到这种情况，一方面，决策者应该积极采取措施，降低重构成本；另一方面，决策者应进一步做好市场调研，动态预测供给和需求增量，等待时机成熟进行网络重构。

图3 重构成本c1对网络成本及效率的影响

6 结语

从复杂网络理论的视角对湖北省嘉鱼县城乡物流网络进行了探讨分析。首先对当前嘉鱼县的区域物流网络体系现状进行分析，并以此为基础，提出基于渠道资源整合思想下的城乡物流网络重构策略，建立数学模型，并通过MATLAB和UCINET软件进行求解，以嘉鱼县实例数据验证重构模型的可行性。最后从网络成本和效率的角度对重构前后的网络体系进行比较分析，进一步探讨网络重构成本与网络效率的均衡问题，总结相关管理启示。

［1］鞠颂东.物流网络：物流资源的整合与共享［M］.北京：社会科学文献出版社,2008.

［2］鞠颂东,徐杰,物流网络理论及其研究意义和方法［J］.中国流通经济,2007,（8）：10-13.

［3］周凌云,周君,赵钢.江苏城乡物流一体化网络布局与对接模式［J］.江苏商论,2013,（7）：28-31.

Study on Restructuring of Urban-rural Logistics Network Based on Complex Network：In the Case of Jiayu，Hubei

Pan Lin,Tao Juncheng,Chu Yeping
（School of Logistics Project Management, Hubei University of Economics, Wuhan 430205, China）

In this paper, considering the characteristics of the urban-rural logistics network, and in connection with the method of thecomplex network theory, we analyzed the current status of the regional logistics network of Jiayu, Hubei, then on such basis, proposed thestrategy for its restructuring following the principle of channel resource integration, built the corresponding mathematical model beforesolving it using the MATLAB and UCINET programs, and next, verified the feasibility of the model using the empirical data of Jiayu. At theend, we compared the network system before and after the restructuring in terms of cost and efficiency and summarized the insights gained forthe management of the network.

complex network theory； urban-rural logistics； network restructuring

F259.2

A

1005-152X（2016）09-0047-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.09.011

2016-08-15

国家社会科学基金项目“大数据时代城乡物流网络重构研究”（14BJY139）

潘林（1987-），男，湖北武汉人，湖北经济学院物流与工程管理学院讲师，主要研究方向：物流与供应链管理；陶君成（1957-），男，湖北仙桃人，湖北经济学院物流与工程管理学院教授，主要研究方向：物流经济、农产品流通；初叶萍（1963-），女，湖北武汉人，湖北经济学院物流与工程管理学院教授，主要研究方向：物流与供应链管理。