成品油配送多车舱车辆指派及路径优化问题研究

王勇

（中国石油运输有限公司重庆分公司，重庆400010）

0 引言

石油是工业的血液，是关系到国家民生、安全稳定的重要战略物资，也是我国经济赖以生存的重要资源，在经济发展中有着不可替代的作用。随着经济的增长和机动车行业的快速发展，国内的机动车数量不断地增加，在提高人民生活质量的同时，也为城市交通带来了压力，使得成品油的需求量不断增长。再加之我国相关政策的改变，社会各界对成品油配送行业也有了更高的要求。因此，为充分满足人们在日常生活中对油量的需求，保障加油站在日常销售中不会出现油量短缺，相关配送企业需要频繁地进行成品油配送工作，成品油的配送成为当前有待解决的问题。

1 成品油配送现状

成品油是指开采出的原油经过分馏、裂化、精炼等过程加工后获得到的产品。成品油可以分为石油燃料、石油焦、石油沥青、石蜡、石油溶剂、润滑剂、化工原料等多个类别。在成品油的各类产品中，产量最多的是石油燃料，大约占成品油产品总产量的90%，而石油燃料又分为汽油、柴油、煤油、航空燃料等。在我国的《成品油市场管理办法》中，以“汽油、煤油、柴油及其他符合国家产品质量标准、具有相同用途的乙醇汽油和生物柴油等替代燃料”作为成品油的定义，因此，人们又将石油燃料称为狭义的成品油。成品油配送是油品供应链中的最后一个环节，相比于其他产品，成品油配送一般具有下述特征：

1.1 高风险性，且不同的产品间是相互排斥的

成品油是极易发生燃烧和爆炸的特殊商品，若在配送的过程中发生泄露或爆炸，将严重威胁到相关工作人员的生命安全。此外，成品油是一种石油加工产品，不能同时装载不同类型的产品，因此，在配送成品油的过程中，必须满足在成品油车辆中专门配送舱位的要求。

1.2 运输距离长

由于对安全方面的考虑，成品油加工厂与油库大多集中在远离城区的地方，在成品油配送时，通常需要长距离行驶。

1.3 运输工具标准化与专用化

目前，国内仍较多地使用中小型单舱配送车，每辆车仅能配送一种成品油，且配送量较少。当成品油需求量较大时，车辆需多次运送，对成品油的配送效率产生严重的影响。因此，我国的成品油配送车辆正在逐步发展标准化和专业化的大容量多舱配送车辆。

近年来，在市场经济的快速发展的背景下，我国对于成品油的需求持续增长，成品油的消耗量也是逐年递增。但由于我国经济发展由高速转为高质量的发展，且乘用车的销量逐渐下降，随着新能源汽车相关技术不断成熟，越来越多的人熟知并选择新能源汽车。这些因素不可避免地对成品油产生了一些影响，也使得成品油配送企业急切需要找到提升配送能力的方法。

成品油市场的配送模式与管理机制随着成品油行业的发展而不断进步，从最开始的需要按照行政区划分，设置相关的分公司来专门负责该区域内的成品油配送，到以市场需求为基础，对油库布局进行调整，再到成品油配送路线优化，成品油配送的每个环节都在不断地优化。

目前，成品油的配送方式主要分为两类：一种是主动配送模式，加油站的油量库存信息与配送中心共享，成品油配送企业根据油量库存信息进行统一配送；另一种是被动配送模式，通常由加油站或终端客户根据销售和油品库存情况进行估算，然后向配送企业发出配送计划，配送企业依次进行被动配送。其中，被动配送模式是当今成品油配送的主要方式。采用被动配送模式，加油站可以根据油量库存情况进行合理规划，但不利于配送企业提高整体配送效率。此外，由于每个加油站和终端客户的需求不同，配送企业通常需要根据客户的需求对配送计划进行调整，更容易导致配送质量不高、数量不均衡、配送比例过低的情况。

2 成品油配送路径探究

2.1 成品油配送问题

成品油配送问题，最早在1981年由布朗和格雷夫斯人提出，随后其他国内外多名学者对此问题进行了深入的研究探讨。国内学者的研究成果主要集中在成品油配送中单车舱车辆的调度问题上，如分别利用改进C-W算法与遗传算法，对多车型成品油单车舱车辆配送问题进行了优化求解。此外，还有一部分学者探究了成品油在配送过程中的时间窗问题，并利用一种启发式方法，对调配运输任务进行了合理的安排；对成品油库存与运输的联合优化问题进行研究，并取得了良好的效果；还有学者提出了一种交互式求解算法，对成品油配送车辆路径问题进行了有效求解。

2.2 成品油配送系统优化

成品油配送系统优化是指利用先进的信息技术和管理方法，对相关系统进行科学合理的改进，实现物流与业务流程的分离，以达到优化成品油配送系统和降低产品运输成本的目的，是提高分销企业经济效益的有效途径。目前，在国内学者关于成品油配送问题的研究中，以配送系统的优化为切入点的研究不在少数，将配送系统与具体的油品销售公司结合起来展开。

还有部分学者从供应链视角对成品油配送系统展开研究，具体可以分为以下几点：首先，分析了我国石油西部地区成品油配送系统中存在的问题，并有针对性地提出将调度系统、设施布局、配送网络一体化下的优化策略。其次，对我国石油的成品油配送系统进行了分析，并从成品油输送效率、节点配置、输送网络系统、应急处置能力四个方面提出相应的改进意见。最后，将成品油配送渠道分为四个等级，零级是指成品油由原油加工工厂直接运输到客户手中；一级是指原油加工工厂通过销售企业或中间商将成品油转交给客户；二级是指原油加工工厂按先后顺序通过相关销售企业与中间商，才能向客户交付其所需要的成品油；三级是指在二级的基础上，在中间商与客户之间还存在加油站。各等级的渠道都有不同的配送网络和形式，配送企业需要结合自身企业的发展情况选择合适的配送渠道和方式。

除此之外，从物联网、组织结构等角度也有相应的研究成果。对配送区域进行动态优化，实现配送信息的实时交互和配送资源的动态规划。成品油二次配送分为四类：成品油供过于求，当供应高于需求时，应检查库存成本。当供应高于需求时，应考虑储存时间，使用表格运算法和较短路线法分别解决运输量和配送成本；一些学者从项目组织的角度总结了中国东北地区成品油分销的现状，并从四个方面分析和讨论了优化中国东北石油分布的优化方案，项目组织框架、储运结构的整合和优化，配送路径优化与配送信息系统建设。

2.3 成品油多车舱车辆配送路径优化

与成品油单车舱车辆配送相比，引入多车舱配送在一定程度上增加了成品油配送的难度和范围。目前，针对多车舱车辆配送的研究主要集中在国外。外国学者科尔尼耶等人针对小规模问题设计了一种精确算法。科尔尼耶针对多周期、车辆数有限的配送问题，将单车配送服务加油站的上限设置为2，并以此设计了多种启发式算法。在2009年发表的文章中，科尔尼耶等人进一步研究了带有时间窗的加油站配送问题，并设计了相应的求解算法。2012年，科尔尼耶等人又将问题转化为带时间窗的多仓库配送，将配送公司的最大利益作为优化的首要目标，设计了基于两阶段路径优化的启发式算法，结果显示，当最大油库数量为6 时，该算法能提高配送企业4%的经济收益，且对于单个油库的问题，启发式算法的性能甚至比同类已发布的其他算法更好。除科尔尼耶等人外，其他的学者也针对成品油多车舱车辆配送进行了多角度的研究。

2.3.1 周期性多车舱车辆配送成品油

特里基等人通过对相关研究的总结发现，尽管多周期配送问题涉及更多影响决策变量的因素，但多周期优化比单周期配送具有更大的成本优势。特里基等人在成品油分销部门引入了联合拍卖机制，提出了一种允许配送企业同时承接多次数多成品油任务的配送模式。而希奈等人专注于座舱车辆的规则分布模型与传统的分布路线周期分析之间的关系。基于加油站是否对多周期的服务次数限制，推导了一系列具有多周期和服务约束的多舱室配送周期问题，并综合求解上述问题的精确算法和启发式算法[1]。

2.3.2 有容量约束的多车舱车辆配送成品油

针对容量约束的多车舱车辆配送问题，在单辆车配送的前提下，一些学者提出了两种启发式算法来求解车辆配置和多配置模式下的调度模型，并证明该车辆的多配置模式比车辆配置模式具有更多的优势。其他学者引入时间窗和多行程约束，设计了启发式算法结合救援算法来解决上述问题，并开发了一套适合石油开采规划的决策支持系统。国内一些学者建立了多车辆优化模型和有容量限制的多舱室配送问题，并采用基于C-W 节约算法和并行邻域搜索算法的车辆装载策略对配送方案进行了优化。通过试验，证明多车舱车辆在油品配送方面具有优越性。

3 成品油多车舱车辆配送探究

3.1 多车舱车辆配送研究

在现代物流和经济市场的快速发展的背景下，多车舱车辆配送得到了广泛的应用。与传统的单车舱配送不同，为了提高货物的装载量，具有排斥性的不同产品实现同时装载运输，从而降低了相关企业的运输成本，大幅度地提高了配送企业的运送效率。在这样的配送模式中，所有的车舱都共用相同的动力系统，货物可以单独装载在不同的车舱或可移动的封闭容器中，在食品配送、石化产品配送等多个领域得到了有效地利用。

埃尔·法拉希与其他学者在2008年第一次对多车舱车辆路径问题进行了定义与描述。首先，通过构建的数学模型对多车舱车辆路径问题的具体形式进行了描述，即针对客户不同的产品需求可以用多个配送车辆来满足，同样的产品的需求不能分开配送。之后，埃尔·法拉希与其他学者还提出了一种“分解-组装”战略，将包括多种产品需求在内的多种车辆路径问题转换成多个车辆路径问题，通过节约算法做出初始解，同时又分别设计了以路径重组为基础的禁忌搜索算法与文化基因算法进行了再次优化。最后，采用等分和随机分割两种方式将传统的车辆路径问题运算例变更为可利用的多车舱车辆路径问题算例，并通过数值实验表明了禁忌搜索的计算耗时相对较长，但与文化基因算法相比寻优能力要强很多，在此之后，其他的一些相关学者也对该问题进行了进一步的讨论研究[2]。

3.2 带容量约束的多车舱车辆

在现有的研究中，考虑集货运出的带容量约束的多车舱车辆主要来自生活中针对城市生活垃圾的多车舱车辆回收路径的优化，里德等人研究出了蚁群系统算法，以算法中蚂蚁路径构造作为前提，通过局部信息素更新策略引导算法寻优，证明了多车舱回收效率要高于单车舱回收。针对同种问题，在成品油配送中，部分国外学者对蚁群算法进行了改进，并采用多种局部搜索算法来实现路径的优化。结果表明，改进的蚁群算法的平均优化率为5%。随后，基于穆尔德曼斯等人以埃尔·法拉希提出的求解步骤，将局部引导搜索算法与邻域表识别策略相结合，使用改进的节约算法构建这类问题的初始解，并使用邻域搜索算法进行优化。结果证明，与埃尔·法拉希的算法相比，该算法具有更快的运行速度和更高的求解质量，并且当车辆体积和负载类型增加时，使用多舱车辆具有更大的成本优势。

3.3 舱容可变的多车舱车辆

与其他类型问题相比，舱容可变的多车舱车辆配送路径问题的特点是，基于恒定的车辆总容量，车厢数量和容量可能会根据成品油配送的需求而变化。因此，此类问题不仅对配送路径与装载方案进行优化外，还需对舱位的分割方案进行合理优化。国外学者德里希斯等人以客户订单为问题求解对象建立模型，并采用多种算法组合求解问题，验证了组合算法的有效性。与穆尔德曼斯以及埃尔·法拉希的算法相比，组合算法的寻优能力更强。

亨克等与德里希斯的研究不同，为保证舱位装载的有效性，引入舱口容量限制，设计了寻求解决方案的变邻域搜索算法，证明了多舱口车辆的工作能够有效减少配送企业成本的支出。在近期，亨克又设计出了解决该问题的分支定界算法，在很大程度上减少了计算的时间成本，提高了相关效率。

4 结语

对成品油多车舱车辆配送及路径优化是合理定制成品油配送计划的关键，对于相关配送企业的发展来说有着十分重要的意义。在对成品油配送进行方案策划时，相关人员需要对配送过程中运输的产品、车辆类型、时间距离等多方面进行考虑。相关企业对此问题应保持极高的重视程度，并结合实际情况对成品油多车舱车辆配送及路径进行有效创新，不仅关乎企业自身工作效率的提升，还关系到我国成品油配送行业的发展，有利于促进我国社会经济的快速进步。