基于时空消耗法的区域物流枢纽承载能力研究*

□ 刘 进

(华侨大学 工商管理学院，福建 泉州 362021)

现代物流作为网络型产业，其构建的关键在于物流节点尤其是核心节点的建设[1]。国务院颁布的《物流业发展中长期规划(2014-2020年)》中，多次强调了区域物流枢纽和国际物流枢纽建设的重要性。我国“十三五”规划纲要中也明确提出加强区域物流枢纽建设，提升区域物流效率。在区域物流系统供需平衡的决策目标下，物流枢纽承载能力的设计与度量则成为区域物流枢纽建设的核心内容。

当前物流枢纽相关研究主要侧重于物流枢纽概念、内涵与功能、物流枢纽驱动力与演化、物流枢纽与区域经济的关系等视角，部分研究运用了路网容量或交通网络承载力的研究思路与方法，分析物流系统的承载力，主要运用线性规划法、割集法、交通分配模拟法以及狭义路网容量模型法等建立承载力度量模型。已有研究集中于物流枢纽系统内的动态承载力度量，重点考虑物流枢纽内交通网络的承载力，即运输系统的承载力，系统内装卸搬运、物流包装等子系统的动态承载力则考虑较少，而对物流枢纽系统内仓储设施的静态承载力则几无考虑[2-4]。本文运用时空消耗法，基于区域物流枢纽功能，在综合考虑区域物流枢纽动态承载能力和静态承载能力的基础上，建立区域物流枢纽承载能力测量模型。

1 区域物流枢纽与承载力

1.1 区域物流枢纽与功能

区域物流枢纽的概念与内涵暂时还处于模糊状态，与物流园区、物流中心、配送中心、物流集聚区等混淆[4]。国内对区域物流枢纽的概念的认识主要源于区域运输枢纽。借鉴交通枢纽的定义，区域物流枢纽是区域物流网络的中枢节点，具有完整的物流设施与功能的有机系统。物流枢纽的构成要素包括枢纽内交通线路、物流节点(仓储中心、装卸搬运中心、流通加工中心等)、信息设施、管理流程与机制等，是区域物流、资金流、信息流和商流的重要转换点[5]。基于物流术语，区域物流枢纽的作业功能则主要包括区域内运输、仓储、流通加工、物流包装、配送、装卸搬运、物流信息等功能，部分区域物流枢纽具有海关商检、保税等通关功能。

1.2 区域物流枢纽承载力

承载能力概念源于工程领域，其定义为构件或结构所能承受的极限压力。借鉴路网容量或交通网络承载力的概念，区域物流枢纽承载能力则是指在资源、环境等外部约束条件下，在特定空间域、时间域内，利用自身资源，能够承担物流作业数量的限度[6]。

区域物流枢纽承载力由于研究目的的不同，具有狭义承载力与广义承载力的分别。狭义区域物流枢纽承载力可定义为：区域物流枢纽系统度量时间内可能通行的物流量；广义区域物流枢纽承载力则定义为：区域物流枢纽系统在度量时间内，在各种因素制约下，可容纳的物流量。按照约束条件的不同，可分为物理承载力、环境承载力和经济承载力等。物理容量是指受枢纽物理条件、设施条件、交通条件等限制的承载力。环境承载力是指在环境条件制约下的枢纽承载力。经济承载力是根据经济效率、资金约束下的枢纽承载力。本文的研究范畴为区域物流枢纽的广义承载力与物理承载力。

2 时空消耗法与量纲归一化

2.1 时空消耗法

在六十年代初，法国的工程师路易斯·马尚在交通网络容量研究的基础上，提出了“城市的时间与空间消耗”的概念，创建了一种简化的宏观交通需求与供给的预测技术，与线性规划法、割集法、交通分配模拟法以及狭义路网容量模型法等路网容量模型相比较，避免了交通OD量分布与实际不符、模型函数的非凸性、多起终点难以简化，起终点具有随机性等建模突出问题，方法中的路网容量与路段通行能力的一致性保证了该方法在理论上的正确性，在处理总时空资源和交通个体时空资源时兼顾了动态和静态两方面的内容，目前广泛运用于交通网络的战略性研究中[7]。

时空消耗法分为一维模型和二维模型。一维模型是以道路有效运营长度与有效运营时间的乘积作为路网的时空总资源。二维模型则从交通设施有效面积的角度出发，把交通设施的有效面积与时间的乘积作为路网的时空总资源。与一维模型仅计算路网交通密度相比较，二维模型考虑了路段的通行限制能力，更符合实际。本文依据时空消耗法二维模型开展研究，以区域物流枢纽物流设施的有效运营面积(体积)与有效运营时间为时空总资源，计算枢纽系统内物流设施在资源约束下，在度量时间内能服务的货物数量。

2.2 量纲归一化

区域物流枢纽有机整合各项物流设施，承担系统的物流作业功能，不同作业功能在计量时的量纲不完全统一，如通行的货运运载车通常以辆为计量单位，装卸搬运则以吨为计量单位。不同作业功能计量量纲的不统一将阻碍后续的枢纽承载力测量。

区域物流枢纽各作业功能的量纲可划分为交通量、作业量与运输量量纲。以区域物流枢纽的作业功能来划分，运输功能通常以货物运载工具辆、架、艘、节等为量纲，仓储功能则以存储量或吞吐量吨为量纲，流通加工、物流包装、配送功能则多以件为量纲，装卸搬运则多以吨为量纲。

区域物流枢纽承载力与交通枢纽承载力不同，物流枢纽的服务对象为流通货物，以物流各项作业功能为核心。相对以交通工具为计量单位，以作业量吨(t)为量纲更为符合研究目的。不同物流作业功能的量纲(辆、架、艘、节、件)可通过转换系数归一化为作业量吨(t)[8]。

3 区域物流枢纽承载力模型

3.1 度量范围与时间

对于区域物流枢纽内的设施而言，在一定时期内的时空资源都是有限的且相对稳定的。枢纽内的任何一定的货物流都会占用物流设施一定的时间和空间，而其它货物只能使用除此之外的时空资源。

区域物流枢纽内所服务的对象物资必处于某项物流作业状态，即处于运输、仓储、物流包装、流通加工、装卸搬运等某种物流作业状态，消耗系统内的时空资源。而配送作业可分解为运输、仓储和装卸搬运等状态。物流信息处理作业对时空资源的消耗较小且资源可变性较大，同时伴随其他作业功能发生。报关通关作业只在部分物流枢纽开展，且其可分解为仓储、运输等作业，故暂不考虑。

在路网承载力或交通枢纽承载力研究中，承载能力的度量时间通常界定为高峰小时，其考虑从需求出发，如果高峰时期的路网承载力满足交通需求，那么其它时段也将会满足，达到研究的目的。然而高峰时期的一次出行时间与出行次数无法界定，更有可能研究对象在高峰时期内不能完成一次出行周期，故部分研究界定承载能力的度量时间为24小时[7]。区域物流枢纽地域范围较小，通常在24小时内能完成多次物流作业，且枢纽内通常以快速道或主干道连接各种物流节点设施，交通网络与物流设施可连续作业，枢纽内由于对物流量具有较强控制力，区域物流枢纽内的物流量相对保持平稳，故设计区域物流枢纽承载力度量时间为24小时(单位时间)，更为符合研究目的。

3.2 区域物流枢纽承载力

区域物流枢纽承载能力模型建立的前提假设是区域物流枢纽功能设施上布满服务的服务对象个体以及服务对象在各种物流设施中以设计参数或调查参数正常运行。依据以有分析，结合区域物流枢纽物流作业功能，区域物流枢纽承载力可表示为：

C=C1+C2+C3+C4+C5

(1)

式中C为区域物流枢纽承载能力；C1为运输子系统的承载能力；C2为仓储子系统承载力；C3为物流包装子系统承载力；C4为流通加工子系统承载力；C5为装卸搬运子系统承载力。

3.2.1 运输子系统的承载载力

运输子系统承载能力为度量时间内的区域物流枢纽交通网络能够承担货物流的限制，主要受到交通路网服务能力的限制。借鉴路网容量模型，运输子系统的承载力度量模型可表示为：

(2)

式中：C1为度量时间内运输子系统承载力；A1j为第j类路网有效运营面积；T1j为第j类路网有效运营时间；C1j为运载车辆在第j类路网时空资源消耗；S1j为第j类路网车道净面积；R1j为车道等级修正系数；R2j为车道修正系数；R3j为路线使用频率系数；R4j为路线干扰修正系数；Z1j为路网计算运营时间；R5j为交叉口影响折减系数； a1j为运载车辆的动态面积消耗；t1j为运载车辆一次出行时耗； R6为运载车辆车型修正系数；R7为运载车辆与作业量吨(t)转换系数[9]。

3.2.2 仓储子系统的承载力

仓储子系统承载能力为度量时间内的枢纽仓储设施能够承担货物存储的限制，与运输、装卸搬运子系统等度量的动态承载力不同，其度量枢纽的静态承载力，其承载力度量模型可表示为：

(3)

式中：C2为度量时间内仓储子系统承载力；A2j为第j类仓储有效运营空间体积；T2j为第j类仓储有效运营时间；C2j为货物在第j类仓储中的时空资源消耗；D2j为第j类仓储空间净体积；K1j为仓储等级修正系数；K2j为仓储高度修正系数；K3j为仓储货架高度修正系数、K4j为仓储仓容率修正系数；K5j为仓储通道修正系数；Z2j为第j类仓储计算运营时间；d2为货物的体积空间消耗；t2j为仓储中货物一次存储时间消耗；n2为货物在枢纽内储存次数；K6为货物包装类型修正系数。

3.2.3 物流包装子系统的承载力

物流包装子系统承载能力为度量时间内的区域物流枢纽物流包装设施能够承担货物包装作业的限制，其承载力度量模型可表示为：

(4)

式中：C3为度量时间内物流包装子系统承载力；A3j为第j类物流包装场地有效运营面积；T3j为第j类物流包装场地的有效运营时间；C3j为货物在第j类物流包装场地的时空资源消耗；S3j为第j类物流包装场地净面积；M1j为物流包装技术等级修正系数；M2j为物流包装设备面积占用修正系数；M3j为物流包装场地通道修正系数；Z3j为物流包装设备计算运行时间；M4j为物流包装设备维修修正系数；a3j为货物的物流包装动态面积消耗；t3j为货物一次物流包装时间消耗；n3j为货物度量时间内物流包装次数；M5j为货物物流包装技术修正系数。

3.2.4 流通加工子系统的承载力

流通加工子系统承载能力为度量时间内的区域物流枢纽流通加工系统能够承担货物流通加工作业的限制，其承载力度量模型可表示为：

(5)

式中：C4为度量时间内流通加工子系统承载力；A4j为第j类流通加工场地有效运营面积；T4j为第j类流通加工场地的有效运营时间；C4j为货物在第j类流通加工场地的时空资源消耗；S4j为第j类流通加工场地净面积；E1j为流通加工技术等级修正系数；E2j为流通加工设备面积占用修正系数；E3j为流通加工通道修正系数；Z4j为流通加工设备计算运行时间；E4j为流通加工设备维修修正系数； a4j为货物的流通加工动态面积消耗；t4j为货物一次流通加工时间消耗；n4j为货物度量时间内流通加工次数；E5j为货物流通加工类型修正系数。

3.2.5 装卸搬运子系统的承载力

装卸搬运承载能力为度量时间内的区域物流枢纽装卸搬运设施系统能够承担货物装卸搬运作业的限制，其承载力度量模型可表示为：

(6)

式中：C5为度量时间内装卸搬运子系统承载力；A5j为第j类装卸搬运场地有效运营面积；T5j为第j类装卸搬运场地的有效运营时间；C5j为货物在第j类装卸搬运场地的时空资源消耗；S5j为第j类装卸搬运场地净面积；F1j为装卸搬运设备技术等级修正系数；F2j为装卸搬运设备面积占用修正系数；F3j为装卸搬运场地通道修正系数；Z5j为装卸搬运场地计算运行时间；F4j为装卸搬运设备维修时间折扣系数；a5j为货物的装卸搬运动态面积消耗；t5j为货物一次装卸搬运时间消耗；n5j为货物度量时间内装卸搬运次数；F5j为货物装卸搬运包装形态修正系数。

4 结语

基于时空消耗法建立了区域物流枢纽承载能力模型在界定承载力度量时段的前提下，同时考虑了枢纽系统内的静态承载力和动态承载力。以区域物流枢纽内的核心作业与设施为基础，建立了枢纽总承载力模型以及运输子系统、仓储子系统、物流包装子系统、装卸搬运子系统与流通加工子系统承载力度量模型，探讨了有效运营面积、有效运营时间等的修正因素，模型的建立为区域物流枢纽的仿真优化奠定基础。

基于时空消耗法的区域物流枢纽模型具有概念明晰、算法简明，较好的兼容静态承载力和动态承载力的优点，避免了其它技术模型中的OD量分配假设、不能良好的处理静态承载力等突出问题[10]，但存在各种修正系数繁杂且很难标定，变量需通过调查方式获得。如何更科学的设计各种修正系数，更为有效的获取变量值，将是未来进一步研究的重点方向。