应急物流中心选址与配送路径优化研究

姚红云，牛 凯 （重庆交通大学 交通运输学院，重庆 400074）

0 引言

随着社会经济的快速发展，更多自然资源的发现与开发，导致自然灾害以及突发性事件的频繁发生，严重威胁了人们的健康和经济的发展。人类社会进入21世纪以来，诸如“9.11”恐怖袭击、SARS危机、禽流感、印度洋海啸和5.12地震等灾害性的突发事件引起了全世界的关注。突发性事件的发生往往伴随着人员的伤亡与经济的损失，为应对伤者救助、卫生防疫以及灾后重建等工作，应急物资能否及时供应显得尤为重要。本文重点研究在考虑相关影响因素的基础上，就如何选择合适位置建设应急物流中心，在发生重大突发性事件时，如何以最快地反应速度将应急物资运送到指定的受灾地或者应急事件发生地，如何优化选择配送路径，争取救援物资运送时间最小化进行了研究。

1 应急物流特性及概述

1.1 应急物流的含义

应急物流是指突发性事件发生时，为缓解人员伤亡与经济损失，以事发地所需应急物资为需求，以追求时间效益最大化和灾害损失最小化为目标，借助现代科学技术，整合救援物资的运输、包装、装卸、搬运、仓储、物流加工、配送及相关信息处理等各种功能而形成的特殊的物流活动[1]。

1.2 应急物流与一般商业物流的差异性

应急物流由突发事件引发，突发事件存在的突发性与信息高度缺失等特征决定了应急物流是一个特殊、非常态的过程[2]。由于突发事件的发生时间与地点的不确定性以及受灾程度的无法预测性，使得应急物流与一般商业物流相对比，在物资配送、配送网络设施、物资需求终端、救援物资库存以及运输方式及工具等五个方面存在差异[3]，物流中心只能临时选址，建立应急物流中转点。

1.3 应急物流的特性分析

通过对应急物流的概念描述以及对与一般商业物流的差异性分析，总结归纳出应急物流具有以下几个特性[4]：

（1）应急物流系统的时间因素。一旦突发事件发生，应急物流系统需作出最快反应，不能错过最佳的物资配送时间与机会。

（2）应急物流系统信息传达的时效性与可靠性。突发性事件发生时，需实时传递路径优化选择以及周围环境等信息。

（3）应急物流系统的应急反应速度。突发事件的突发性决定应急物流需要具备应急反应能力，第一时间进行应急物资配送。

（4）应急物流系统的扩散性与发展性[5]。突发事件的发生致使信息的扩散与传达，因此应急物流系统及时采集信息反应，扩散更多有用信息，发展应对措施与知识。

1.4 应急物流系统的关键技术及运作流程

应急物流不同种类对应的系统具体关键技术也不同，总体来讲，应急物流的关键技术主要涉及有应急保障方案的优化选择、应急物流中心选址、应急物资调度、应急路径优化选择以及应急条件下的货物装载五个方面[6]。

应急物流系统为了及时应对突发事件，有其自身的运作流程进行应急物资的配送，运作过程一般包括应急物流协调指挥中心、物资供给端、物流中心以及物资需求端几个环节[7-8]，各个部门之间信息互通，实时交流反馈，及时掌握物资需求、配送环境等信息，保证应急物资以最优路径配送到灾区，具体运作流程如图1所示。

图1 应急物流系统运作流程示意图

2 基于模糊层次分析法的应急物流中心选址模型建立及算例分析

2.1 应急物流中心选址目标分析

应急物流中心选址需综合考虑环境因素、社会因素、成本最小化以及效益最大化等因素，以需求为导向，以达到经济效益、社会效益和可持续发展能力最优为主要目标，并使应急物资运送到目的地的时间最短以及运输成本最小。

2.2 模糊层次分析法概述

模糊层次分析法是结合了模糊综合评价法和层次分析法两种方法。

模糊综合评价法是一种评判模型及方法，评价对象是现实中具有模糊性的经济现象，既有严格的定量刻画，又有主观经验上的定性描述。层次分析法同样结合定量分析与定性分析，将主观经验判断转换为定量的形式，并进行科学分析与处理，多用于多准则、多目标的社会科学领域的问题决策与分析。

2.3 基于模糊层次分析法的应急物流中心选址模型建立

影响应急物流中心选址的因素较多，本文主要选取自然环境因素、配送网络基础设施状况以及社会环境因素三个方面作为选址主要考虑的因素。

以应急物流中心选址的考虑因素为基础，从选址目标、原则出发，结合模糊层次分析原理，确定出应急物流中心选址的模型结构，如图2所示：

2.4 算例分析

案例假设现有四个物流中心地址备选点，相关专家对相关影响因素进行打分评价，进而确定最终位置，打分综合结果如表1所示（采用10分制）。

对上述实例利用模糊层次分析法进行求解如下：

第一步，建立物流中心选址结构模型，结构依次为目标层、准则层与指标层。

第二步，优化关系矩阵确定，各层次因素之间的相对重要性关系矩阵（模糊互补矩阵）如表2至表5所示。

图2 应急物流中心选址的结构模型

表1 专家打分综合表

第三步，将重要性关系矩阵转变为模糊一致矩阵，所得结果如表6至表9所示。

表2 A~B优先关系矩阵

表3B~C优先关系矩阵（对B1）

表4B~C优先关系矩阵（对B2）

表5B~C优先关系矩阵（对B3）

表6 A~B模糊一致矩阵

表7B~C模糊一致矩阵（对B1）

表8B~C模糊一致矩阵（对B2）

表9B~C模糊一致矩阵（对B3）

案例第二层B层中各因素相对A层的权重：

案例第三层C层各因素相对B层的权重：

第五步，对比分析各应急物流中心备选点，确定最终选址地点。根据表1给出的各物流预案相对应子目标及主目标的评价分数，设定各应急物流中心备选点相对应于各评价指标的打分为：Cijs（其中i为主目标，j为子目标，s为应急物流中心备选点）。

利用Cijs可计算各应急物流中心备选点相对于各子目标的重要度Djs，公式为：

由此可得各应急物流中心备选点相对主目标的重要度DS分别为：

表10 应急物流中心备选点相对于各子目标的重要度Djs

将各应急物流中心备选点的综合评分对比，分值最高的为第二个备选点，因此选址第二个备选点建立应急物流中心。

3 应急物流配送路径优化模型建立及算例分析

3.1 应急物资配送问题概述

应急物资配送的关键是时间与成本，这就要求在配送过程中选择最优最短路径，实现应急物资的快速配送。通过确定研究对象与研究问题，考虑应急物资配送需求与目标，建立应对突发事件的应急物资配送模型，考虑模型特性，利用动态规划和标号法算法对设计问题求解。

3.2 应急物流配送路径优化模型建立

使整个物流配送过程路径最短及时间最小是配送路径优化的最大目标，尽快实现物流配送整体环节，在考虑配送过程中各种影响因素的基础上，确定约束条件，实现应急物流配送的最大效益化。

考虑配送路径选择的目标，根据对问题的界定，可构建应急物资配送路径问题优化模型为：

3.3 算例分析

假设算例如图3所示，并利用该算例对研究结果进行说明。图3中节点A和节点D分别为应急物流中心和应急物资需求点，节点和枝线的代号分别用大写英文字母和数字表示，线段号码后圆括号内数字代表车辆在该路段上消耗的时间，利用动态规划和标号法求解该实例。

该运输网络中，从A到D可以分成从A到B（B有两种选择B1,B2），然后从B到C（C有三种选择C1,C2,C3），再从C到D，一共三个阶段。k=1,2,3。现利用动态规划方法求解该运输网络。

第一步，起始阶段，状态变量s1只能去状态A。由上述优化模型式中第二个式子可知，将运输车辆离开应急物流中心的时刻定义为0，所以f0（s1）=f0（A）=0。

第二步，k=1，状态变量s2可取两种状态B1,B2，所以从离开节点A到离开节点B1,B2的路径长度f1（s2）分别为f1（B1）和f1（B2），其中：

第三步，k=2，状态变量s3可取三种状态C1,C2,C3，所以从离开节点B到离开节点C1,C2,C3的路径长度f2（s3）分别为f2（C1）,f2（C2）,f2（C3），其中：

这说明了由离开节点A到离开节点C1的最短时间为6，其路径A→B2→C1，其相应的决策为u2（C1）=B2。

即由离开节点A到离开节点C2的最短时间为4，其路径为A→B1→C2。相应决策为u2（C2）=B1。

即由离开节点A到离开节点C3的最短时间为7，其路径为A→B1→C3。相应决策为u2（C3）=B1。

第四步，k=3，状态变量s4只能取一个点D，所以从离开C节点到抵达应急事件发生地点D的路径长度f3（s4）如以下所示：

即由离开节点A到离开节点D的最短时间为7，即其路径为A→B1→C2→D，相应决策为（u3）D=C2。

所以，车辆沿着“应急物流中心A→枝线1→节点B1→枝线3→节点C2→枝线10→应急事件发生地点D”路径，将应急物资从应急物流中心地点运送到应急物资需求点，消耗总时间为7，即应急物流配送在考虑路径优化基础上的最短时间。

4 结束语

本文在分析应急物流重要性的基础上，研究应急物流中心选址与配送路径的优化选择，对突发事件发生时人员与经济的保护发挥了重要作用。应急物流中心选址是决定发生突发事件时物流能否发挥效益的重要因素，因此对其进行科学地选址是应急物流系统实现其功能的前提条件。面对越来越复杂的环境，必须通过系统的观点对应急物流中的应急物流中心选址及应急物资配送问题进行优化，提高应急物流运送效率，实现各种社会资源的合理整合，以实现社会效益的最大化。为提前应对突发事件发生以及制定及时、高效的应急物资配送方案具有重要意义。