运输企业联盟场站选址优化研究

王恩童，赵鲁华

(山东科技大学 交通学院，山东 青岛 266590)

运输企业联盟场站选址优化研究

王恩童，赵鲁华*

(山东科技大学 交通学院，山东 青岛 266590)

车辆共享策略下，运输网络的布局形式是影响甩挂运输效率的重要因素。对运输企业联盟场站进行合理的构建，是对运输网络进行优化的有效手段。针对场站选址这一重要环节，以运输企业与站场间的普通货运、场站与场站间的甩挂运输为基本出发点，兼顾场站“一对多”式的服务需求，提出运输企业联盟进行单种类产品运输的站场如何进行选址的问题，并构建以总运输费用最低为目标函数的场站选址规划模型。以模糊层次综合分析法对初期规划区选址，得出候选场站；设计0-1型整数规划算法的流程，对候选场站进行准确计算、规划，得到最优场站选址。通过对实例进行相应的求解验证，运算结果表明本文构建的选址模型及求解方法是可行、有效的，为甩挂场站的选址提供了一定的依据。

运输企业联盟；场站选址；模型构建；模糊层次综合分析法；0-1型整数规划法

0 引言

随着甩挂运输的推进和发展，“车辆共用、场站互租、信息共享”的理念促进甩挂运输网络化大范围的推进、发展。其中，甩挂运输场站的规划建设成为不可或缺的重要环节。甩挂场站在货运过程中具有中转、配送和存储等重要的作用。场站的合理选址规划可有效促使甩挂运输向组织化、科学化、综合化方面发展，以促进社会化甩挂运输的发展[1-2]。

目前，我国大部分场站是传统运输模式下的场站，功能单一、设备不完善、管理水平落后，无法满足甩挂运输快速发展的需求。当前对于甩挂站场的研究大都停留于物流配送下的场站选址：靳志宏等人结合山东甩挂运输现状，以改进的层次分析法定量分析进行场站选址[3]；余伟等人以改进的重心法，得出合理的选址地点[4]；M.T.Melo等人提出了多期选址模型[5]。以上研究从规划角度、利益最大化、评价体系等方面求解场站的选址，使得物流配送达到最优化。然而对于车辆共享策略下的运输企业联盟如何选址以达到企业效益最优、利益最大化的研究很少。基于前人经验，本文在车辆共享策略下，对运输企业联盟进行单种类产品运输的甩挂站场选址配送模型进行研究，并采用模糊层次综合分析法与0-1型整数规划法相结合对其进行分析、求解。

1 甩挂场站选址模型的构建

1.1 运输网络描述

如图1所示，构建运输企业与场站之间的位置关系。运输企业联盟通过规划、选址，构建最优位置场站，实现货物集聚。各运输企业的货物通过场站记录、分配，以甩挂运输的方式将货物运输到目的地附近的主流场站(需求稳定且与始发场站间存在大批量货物运输关系的场站)。借助甩挂运输实载率高、节能减排等优势提升地区间的运输水平[6]。以运输企业A为例来说明一个运输的流程，运输企业A运送货物到达场站C，通过装卸环节，将货卸下，并返回A企业。而场站的货物则通过甩挂运输的方式运往其他场站。在总运费最优的情况下，如何找出最佳的场站C选址点成为本文研究的重点。

图1 运输企业与场站的位置关系Fig.1 The location relationship between the transport enterprises and the stations

1.2 初期场站规划区的选择

场站选址要根据选址影响因素进行规划区的确定。依据精确数据从多个规划区选择场站会耗费较大的人工成本和经济成本。依据模糊层次综合分析法对候选场站进行确定，有助于决策者初期场站选址的规划。影响场站选址的因素有：

(1)场站的选址应依据其服务的运输企业密度以及对不同运输企业的重要作用程度进行选择。场站的辐射半径(本文以普通货运车的最佳运距R为标准)应从货运距离对场站的影响及相应的货运需求角度进行判断[7]。

(2)场站的位置应考虑交通条件，依托于主要运输干线，便于货物的运输[8]。

(3)场站规划选址应考虑货运主要流向，以减少运输成本。

(4)基于分散布局的原则，各场站间的距离不宜过小，避免资源的浪费。

(5)场站的规模由企业对场站的选择决定。即依据场站服务企业数量的不同，场站规模不同。

(6)场站建设的成本应考虑各地土地费用，土地价格是决定场站规模大小、场站功能齐全的决定性因素。

图2 选址因素体系Fig.2 Location factor system

如图2所示，可得出相应的选址因素体系。通过层次分析法可确定各影响因素的权重值Wi。利用专家打分法对各影响因素相对重要性进行打分，建立判断矩阵A。如公式(1)～(3)所示[9-10]，对各影响因素进行权重求解。

将判断矩阵按列归一化：

(1)

bij矩阵行求和，归一化运算：

(2)

(3)

通过公式(4)-(5)来检验判断矩阵的一致性，结论的可靠性。RI通过随机一致性指标表进行查阅验证，CR<0.1时，判断矩阵具有一致性。

判断矩阵特征值：

(4)

判断矩阵一致性指标：

(5)

判断矩阵一致性程度：

(6)

通过模糊综合评价法对候选场站进行确定。通过建立评语集V=[V1，V2...Vn]=[一级场站，二级场站...n级场站]，并量化评语集V中各元素：V=[n，n-1，...1](数值越高，位置越优)。专家依据评语集中量化的元素进行各个打分，建立模糊评价矩阵。

模糊矩阵建立：

(7)

指标Bij对评语集隶属向量：

Ci=Wi*Ri(i=1，2，...n)。

(8)

计算准则层Bi的模糊综合评价值：

Gi=Ci*VT(i=1，2，...n)。

(9)

即得到初期各选址地的评价值，从中选取候选场站。由于模糊层次综合分析法定性分析选址影响因素，依赖于主观的判断，因此只能定性确定初期候选场站。

1.3 模型的构建依据

在确定候选场站的前提下，从运输企业联盟角度考虑场站选址，需考虑的因素有货运效率、运输成本、运输距离。将运输距离、运输时间转化为易于衡量的经济指标进行衡量。在跨省货物运输的前提下，以市为单位进行场站规划区的选择。假设货运距离可以两市距离进行衡量、土地价格可以场站所在市郊区价格为标准。企业联盟实现车辆共享，相同的车辆标准便于模型中货运量的运算和车辆的调度。运输企业运输过程中未满载的车辆成本与满载车辆成本比较，均消耗了管理费用、运输成本、时间费用，因此两者间存在误差可忽略不计。场站投资费用包括用地费用和建设费用，由于区域内各地建设费用差别不大，本文以土地规模为基准，仅考虑土地费用。因此可依据上述分析对模型进行构建。

1.4 模型的基本假设

根据运输的运作流程及相应环节，对构建的模型进行以下假设：

(1)各企业生产、运输同一类产品。即仅考虑单产品条件下的企业间进行场站选址的问题。

(2)每个场站的容量都能满足企业进行货运中转、暂时存储的需求，并收取固定的管理费用。

(3)为简化分析，假设货运起点和终点为同一点，均采用普通货运车进行运输。场站与货运主流场站的长途货运采用甩挂运输。

1.5 构建选址模型

基于图2的货运行驶路线，构建以运输总费用为目标函数的货物运输模型。其包括场站的初期建设费用、场站管理费用，企业与场站间运输成本、运输时间成本，甩挂运输的运输成本、运输时间成本[11-15]。具体模型如图3所示。

图3 货运行驶路线Fig.3 Freight route

(10)

WQ=cQQ(k=1，2，3...n)。

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

2 甩挂场站模型的求解

2.1 0-1型整数规划法

0-1型整数规划算法是在符合约束条件的情况下，将所求解赋值0或1对原问题进行探寻最优解的方法。在0-1型整数规划方法中，引入0-1变量，就可以将所有情况的线性规划问题统一在一个问题中进行讨论，直至找出最优解。

0-1型整数规划法是枚举法的一种，对问题进行求解的基本思路如下：

(1)从M个规划点中选取n个点，那么选址模型中这n个就默认为站点，依据约束条件进行最优求解minz1，作为局部最优解。

(3)比较minz1与minz2的大小，若minz2

2.2 实例分析

已知青岛、烟台、济南、石家庄、北京和天津的5家玻璃运输企业结成运输企业联盟，其产品销售主流为上海，运输流程如图1所示。经初期选址标准的分析，候选场站有潍坊、莱芜、德州、滨州和沧州。现欲从5个候选场站中选择一个最合适位置进行甩挂场站的建设。见表1至表4，需要数据如下：各地运输企业到目的地的运输量(数据来自参考文献[12])，运输企业到候选场站的距离(数据来自百度地图)，候选场站到目的地的距离(数据来自百度地图)，各候选场站的土地价格(数据来自土地资源网，为所在城市郊区价格)。为简便运算，此处假设普通货车运输速度为70 km/h，甩挂运输车运输速度为80 km/h；场站管理费用相同，每次每辆车为100元；经数据查证，普通货运车单位公里运价约为3元，假定各企业与场站间的往返运输的单位公里运输成本均为3元；甩挂车单位公里运价约为1.4元，假定场站到主流场站的单位公里运输成本均为1.4元。普通货车最佳运距为520 km，普通货车载量为8 t，甩挂车载量35 t。λ值由司机收入与工作时间决定，本文λ1取20，λ2取值为30。对于初期投资建设Q，假定：

单位为元/(hm2·70 a)。

表1 各企业运输到目的地的货运量

表2 各候选场站到目的地的运输距离

表3 各地区企业到候选场站的距离

表4 各地区企业到候选场站的土地价格

2.3 模型求解

依据0-1型整数规划算法进行求解，其中m=5，n=1，运输距离、货运量、土地价格矩阵已知，以matlab程序对场站进行选址，得到最优候选场站情况下运输总费用的情况。程序中，按潍坊、莱芜、德州、滨州和沧州的顺序将求解结果分别存入到总运输费用A中，得到相应结果r=1，minz=3 190 400。其中r=1表示最小值是该矩阵的第一个元素，即潍坊。

通过Matalb计算各候选场站情况下的运输总费用，见表5。

表5 各候选场站运输费用

根据结果可得出潍坊是最优的选址位置，因此，程序的准确性得到验证。

3 结论

本文在模糊层次综合分析法宏观选址规划的基础上，以0-1型整数规划法分析了单产品运输企业联盟运输场站选址问题。以总运输费用为目标函数，兼顾运输企业与场站间的运输、场站间的甩挂运输两阶段的不同，建立场站选址的模型。该模型的选址优势在于充分考虑各运输企业间的距离、利益关系，使得场站的选址更加合理。并借助matlab对相应的实例进行求解分析，保证方法的可行性。为运输企业联盟规划场站提供了一定的决策依据。

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TheOptimizationStudyofSiteSelectionofTrailerPick-upEnterpriseAllianceStudyofOptimizationofSiteSelectionofTransportationEnterpriseAlliance

Wang Entong，Zhao Luhua*

(College of Transportation，Shandong University of Science & Technology，Qingdao 266590)

According to the vehicle sharing strategy，the layout of the transport network is a significant factor affecting the efficiency of dumping.It is an effective means to optimize the transportation network by constructing the station of the transportation enterprise alliance station reasonably.In view of the important section of site selection，taking the general freight transportation between enterprises and the stations and the dumping transportation between the stations as the basic starting point，considering the station "one-to-many" type of service needs，the site selection problem of the single category products transportation station was put forward，and the station location planning model was established with the lowest total transportation cost as the objective function.Through the corresponding solution，the calculation results show that the model and the solution methods are feasible and effective，and can provide a basis for the site selection of the dumping station.

Transportation enterprise alliance；site selection；model construction；fuzzy hierarchical comprehensive analysis method；0-1 type integer programming method

U 492.312

A

1001-005X(2017)06-0088-05

2017-05-09

山东科技大学人才引进基金项目(2015RCJJ033)；山东科技大学教学拔尖人才项目资助(BJRC20170505)

王恩童，硕士研究生。研究方向：交通运输规划管理。E-mail：15764225418@163.com

*通信作者：赵鲁华，博士，讲师。研究方向：交通运输规划管理。E-mail：luhuazhao@163.com

王恩童，赵鲁华.运输企业联盟场站选址优化研究[J].森林工程，2017，33(6)：88-92.