高校智能快递柜网点选址问题研究

张悦

摘 要：高校快递量剧增，使得传统配送模式配送时间、服务水平不能满足现有需求。为了提高高校快递配送效率和服务质量，建设智能快递柜成为首选。结合智能快递柜特点、高校环境和师生购物喜好分析选址影响因素，构建考虑企业总成本和师生满意度的双层规划选址模型。运用主要目标法简化求解，将双目标模型转化为单目标模型，以算例验证模型的有效性，为在高校推广智能快递柜提供了参考。

关键词：高校快递;智能快递柜;网点选址;双层规划

中图分类号：F259.23 文献标识码：A 文章编号：2096-0298（2021）01（a）--03

年轻一代逐渐成为拉动消费增长的主力军，最为瞩目的当属高校学生。在校生追求个性和潮流，未来是消费升级群体，企业赢得他们青睐，也就赢得未来市场。《校园快递行业发展报告（2019）》指出，全国校园快递数量从2018年的25亿件预计2019年将增加到30亿件。如果按全国高校在校生3800余万人计算的话，意味着高校学生人均快递数量达到78件，为全国数量的1.8倍[1]。面对如此广阔的市场，高校快递仍存在运营成本高、安全隐患多、服务水平不能适应市场需求等诸多问题。为解决校园快递安全、提高校园师生幸福感，更好服务师生学习和生活，“驿站”和“快递柜”在高校陆续持证上岗，这对于快递末端生态建设的日趋完善具有推进作用。

智能快递柜在高校具有良好的应用前景。朱溪亭[2]从苏州建雄职业技术学院快递业务存在的问题切入，提出构建校园智能快递柜服务点，以整合校园快递业务、提高服务水平。王俊等[3]通过收集数据和调研分析合工大校区得出校园智能柜的应用前景优势。林长弘[4]运用SWTO分析法，以贵州大学为例分析得到智能快递柜在高校市场普及应用具有很大机遇，并从优劣势、策略发展三方面提出建议。解婷婷[5]基于回归模型和数据挖掘分析邻近宝在高校使用情况，得出智能快递柜有助于提高校园快递管理水平和师生取件满意度。如何建设和规划高校智能快递柜对企业、学校和师生三方都具有重要意义。张晶蓉等[6]对大学城如何选址智能快递柜服务网点进行研究。在确定最大服务半径情况下，将辐射半径和容量作为约束，建立以最少网点覆盖尽可能多需求点的集合覆盖模型;然后从学生便利和企业收益角度考虑，运用综合打分法确定最理想方案。施书彪等[7]定性和定量研究智能柜在校园投放的可行性，建立配送成本、租金成本和惩罚成本之和最小的校园智能柜选址模型，以上海海事大学为实例进行验证分析。王海花等[8]从学生取件角度研究校内智能快递柜选址问题，在满足所有学生取件需求情况下，建立考虑和不考虑快递柜服务半径的最短取件总路程模型，根据算例结果分析研究不足。

常见的研究智能快递柜选址问题的方法有定性分析、定量分析，或定性定量结合分析。定性分析过于强调主观意识，研究结果不能提供细致、可靠的参考数据，而定量方法目前并不多，且主要针对一般选址问题。智能快递柜与其他一般物流网点在作用主体上存在很大差异，所以选址方法上也不可照搬硬套，如配送中心是中转站，选址时侧重考虑送货过程，而智能快递柜是末端节点，涉及送货和取货两个过程，需要更多考虑用户体验感，选址时不仅要利于企业配送也要方便顾客取货。

基于此，本文从企业和师生两个层面出发，综合考虑企业总成本和师生满意度，建立双层规划选址模型，对高校智能快递柜网点选址问题进行研究，为高校推广智能快递柜提供一些参考。

1 高校智能快递柜双层规划选址模型

1.1 问题描述

智能快递柜配送流程是由配送员按照订单从配送中心向智能快递柜网点配送货物，过程采用环形遍历方式，即从配送中心出发到第一个智能快递柜，卸下该网点快递后，再从该网点出发到第二个智能快递柜，以此类推，将快递依次送到其他网点，最后回到配送中心。已知网络中各节点的位置，智能快递柜网点位置、需求量均根据师生需求点位置、需求量确定，从备选智能快递柜网点中选取一定数量的网点设立智能快递柜，使得企业总成本最小且师生满意度最大。

为方便研究，本文做出以下假设：

（1）各智能快递柜网点只能为一个需求点服务。

（2）根据地理位置将师生群体划分为子用户群，不考虑子群内部用户之间的距离大小。

1.2 符号说明

配送中心集合;师生用户群集合;智能快递柜的备选集合;师生群的需求量，;智能快递柜所服务范围内的总的师生群需求量;编号智能快递柜，;配送中心到达智能快递柜距离;师生到达智能快递柜距离;企业用于建设智能快递柜网点的规划成本;智能快递柜的建设费用;智能快递柜的建设套数上限;单位箱格网络成本;单套智能快递柜的容量;智能快递柜的维护成本;智能快递柜的候选点的建设套数;智能快递柜的最大服务能力;智能快递柜为客户提供自提服务时产生的单位运营成本;配送中心为智能快递柜配送快递时产生的单位运输费用;为0-1变量，时表示智能快递柜开放，时表示智能快递柜不开放;为0-1变量，表示客户分配为智能快递柜，表示客户未分配给智能快递柜。

1.3 模型建立

企业总成本包含智能快递柜建设成本、运营成本和快件配送成本，其中建设成本为一次性投入成本，运营成本和快件配送成本均为日常支出成本;用户满意度以师生取货距离量化指标。

1.3.1 企业总成本

建设成本包括前期企业在筹备时需支付的购买智能快递柜的柜体成本、铺设设备成本、场地租賃成本等，以及后期智能快递柜投入使用后产生的折旧成本、网络成本和维护维修成本等，其中网络成本主要是指在快递柜使用过程中平台向用户发送取件通知而产生的通讯资费。建设成本与建设投入的快递柜套数、容量有关，投入的快递柜数量越多，建设成本越大。但具体大小在不同地区存在差异，本文视为固定值。运营成本包括针对网购产品进行流通、存储的成本。此外，运营成本还包括装卸成本以及配送员使用快递柜时需要缴纳的使用格口费等。配送成本在企业运送快件时产生。快件由企业从配送中心运送至智能快递柜中，然后用户自主完成取件流程。因此在选址时，配送成本由距离及单位运输成本确定。

1.3.2 师生满意度

假设师生期望取货距离，最大可接受取货距离为。如果取货距离在范围内，则用户满意度最大;如果在范围内，则与偏差越小，用户满意度越大;如果超过，则用户满意度最小。将用户对智能快递柜的取货距离隶属度函数定义为：

式 （1）中为客户到智能快递柜的实际距离。

1.3.3 选址模型

基于上述分析，建立如下目标函数：

智能快递柜的建设成本应小于规划成本。

为使企业投入成本最小，子需求只能由一个智能快递柜网点满足。

为了满足所有用户的需求，智能快递柜容量不小于需求点的需求量。

建设智能快递柜数量不能超过候选点建设数量上限。

配送员从配送中心出发的配送量，用各个智能快递柜网点服务的子需求量之和来表示。

智能快递柜网点只有建立后才能为用户提供服务。

1.4 模型求解

基于以上内容，本文对高校智能快递柜网点选址问题的研究包括企业总成本和用户满意度两个目标同时优化，在是否建立智能快遞柜和建立智能快递柜数量的约束下两个目标是相互矛盾的关系，所以本文建立的模型属于双目标优化。双目标优化问题指两个相互矛盾的目标需同时优化的优化问题，一般定义为在一组约束条件下的两个目标函数的最优。另外，高校智能快递柜选址优化涉及智能快递柜数量、服务用户数量和用户取货时间等，这些参数变量均采用整数计量标记，且目标函数为双目标组合最优求解，所以该问题属于双目标整数规划。

相对于单目标优化问题，双目标优化不能同时使两个目标函数都达到各自的最优值解，这是因为两个目标的关系是反相关的，一个目标函数获得优解时将会使得另一个目标函数得到劣解，所以双目标优化问题无法产生两个目标同时最优的解，只能得到相对平衡的最优解，即平衡最优解。故本文利用双目标转化为单目标方法，将用户满意度最大化转化为约束条件，设置满意度最低限值（0.85）对用户满意度的最小值进行约束，将企业总成本最小作为单目标，力求得到最优的智能快递柜选址方案。

2 算例分析

假设华东交通大学有11个备选智能快递柜网点，成本预算为264万元，选取宿舍楼、教学楼等71个活动场所作为师生需求点。在校师生约3万人，日平均快递需求量为 0.155件，由候选点的活动人数计算可得各需求点的日均需求量。通过Web服务坐标拾取系统，得到需求点到候选点的距离。选取南昌保税物流中心作为配送中心。将部分数据表示见表1。

根据以上数据运用 Lingo10.0 编程，并运行程序可得选取智能快递柜网点共6处，分别是大学生活动中心、京东派、交大快递中心、南区图书馆、火山驿站和北区图书馆。具体选址方案见表5，此时企业总成本为184.14万元，师生满意度为65.59。

3 结语

针对高校智能快递柜网点选址问题，本文同时考虑了总成本最小和满意度最大，建立了双目标优化模型，通过主要目标法将师生满意度转化为约束，以企业总成本最小为单目标。同时，以华东交通大学为例，运用 Lingo10.0 对模型进行求解，得到了智能快递柜网点的位置、建设数量及各智能快递柜网点的服务范围，说明本文建立的智能快递柜网点选址双目标优化模型可有效解决高校智能快递柜网点选址问题。

参考文献

中国教育后勤协会，阿里巴巴研究院.校园快递行业发展报告（2019）[R].2019.

朱溪亭.基于智能快递柜的校园快递终端业务整合探究——以苏州健雄职业技术学院为例[J].中国商论，2015（27）.

王俊，徐凯彬.快递智能柜在校园快递配送中的应用研究——以合工大宣城校区为例[J].现代商业，2018（14）.

林长弘.高校普及智能快件箱的SWOT分析——以贵州大学智能快件箱的发展为例[J].物流工程与管理，2019，41（11）.

解婷婷，王定国，关维娟.高校智能快递服务满意度研究——以“近邻宝”智能快递为例[J].统计与管理，2018（08）.

张晶蓉，曹沙沙，王振肖，等.大学城内智能快递柜服务网点选址研究——以郑州市龙子湖大学城为例[J].物流技术，2018，37（04）.

施书彪，黄有方，严伟.智能柜在校园快递配送中的应用研究[J].计算机仿真，2015，32（09）.

王海花，吴伊楠，刘秀玲.考虑服务半径的校园智能快递柜选址问题研究[J].物流工程与管理，2018，40（08）.