陕西省公路煤炭物流网络节点布局优化研究——基于AHP—因次分析法

王新平，王亚宁 （西安科技大学管理学院，陕西 西安 710054）

从2006 年到2020 年，虽然我国煤炭资源消费量占能源消费总量的比重从72.4%下降至56.8%，呈现不断下降的趋势，但在未来十年甚至更长一段时间内，我国的能源结构仍将以煤炭资源为主。中国作为全球最大的煤炭消费国家，其煤炭资源密集省份物流节点的条件以及功能不断完备，已形成较稳定的物流节点类型，主要包括煤矿、大型物流园区、存储加工基地以及煤炭消费客户。陕西、山西、内蒙古等地区煤炭资源比较密集，煤炭运输主要采用以铁路、公路为主，水路为辅的运输方式。铁路运输应用范围较广泛，主要适合长途运输，由于线路基本固定，而我国地域辽阔，煤炭资源生产地与需求地不平衡，因而铁路运输方式目前仍有较大局限性。相比之下，公路运输则具有较强的灵活性和适应性。随着我国公路交通网络体系的不断发展与完善，煤炭公路运输已成为发展速度最快的一种运输方式。公路煤炭物流网络是指以实现煤炭存储、加工、配送为目的的物流节点、节点间的公路运输线路及方式组成的运行高效、要素协同的网络。

目前，随着我国大型煤炭基地产能的不断提升，现有公路运力的扩张速度低于煤炭市场扩张速度，常常会造成主干道路拥堵。陕西作为我国煤炭资源大省，每年大约有63%的煤炭运往外省，其余煤炭用于本省的火力发电、煤化工以及生活供热等。因此，为降低煤矿运输成本、缓解公路运输压力，需要依据不同地区的资源密集程度以及运输方式特征，确定城市物流的发展规划和定位。在成本可控的条件下，降低库存，优化公路煤炭物流网络各级节点的合理布局。综上所述，本文主要研究陕西省公路煤炭物流网络节点的布局优化问题。

1 文献综述

国内外学者从不同视角出发，对煤炭物流网络优化问题进行了研究。关于物流网络模型构建方面的研究较为丰富，大多以利润最大化、客户满意度最大化等作为单一或多目标进行研究。Peng 等以最大化利润与客户满意度为目标，构建了煤炭综合物流系统关于生产运输问题的动态优化模型。彭永涛等以煤炭企业的运输能力和仓储能力为限制约束，构建了煤炭物流网络均衡模型，并求解出煤炭物流网络中均衡条件下各级设施间的运输量以及煤炭产品价格。范志强以最小化成本为目标，构建了混合整数规划模型，研究了煤炭物流网络优化问题。

袁旭梅等在文献的研究基础上，综合考虑港口的物流能力以及固定设施成本，构建了海运煤炭物流网络混合整数规划模型，并发现港口的物流能力以及成本关系系数均为影响网络优化结果的重要因素。Benalcazar 等提出了一种用于煤炭生产贸易公司的仓储和配送网络重构的混合整数线性规划模型。Zhou 等建立了两级随机整数规划模型，以解决多级煤炭物流在不确定性条件下的联合产能规划和配电网络优化问题。为了提高求解效率，李丹等建立了以利润最大化为目标的煤炭物流网络优化模型，并通过实证分析得出该模型可用于解决大型煤炭企业实际问题。

关于物流网络的系统分析方面的研究，主要是物流理论、系统的影响因素以及节点的布局优化等。彭晨等对基于信息共享的煤炭物流开放式功能体系结构进行了研究。金飞等建立了煤炭物流网络中企业选择合作伙伴的评价指标体系。韩丽萍等分析了内蒙古煤炭物流网络节点存在的主要问题，并对该省的煤炭物流网络布局进行了优化研究。

综上，现有研究成果大多是采用运筹学等方法对煤炭物流的决策体系结构以及生产各环节进行优化研究，但对于煤炭物流网络布局进行综合性分析或采用定性定量相结合的方法来优化公路煤炭物流网络的文献相对较少。陕西作为我国能源资源领域不可或缺的重要基地，研究其公路煤炭物流网络节点布局优化问题具有较为重要的理论与实践意义。

本文拟通过科学分析陕西省煤炭物流网络节点的属性和功能来探讨其公路煤炭物流节点布局的影响因素，通过对节点的选取建立AHP—因次分析法量化标准模型，对公路煤炭物流节点布局进行科学合理的研究，优化陕西省公路煤炭物流网络节点布局。

2 陕西省公路煤炭物流网络节点布局现状

陕西省煤炭资源丰富且分布较为密集，煤炭产品种类多且质量较高，煤炭产能约占国内总产能的1/6。国家能源局于2019 年3 月15 日公布的数据显示，陕西省生产煤矿共有239 家，合计产能44 378 万吨/年，建设煤矿共有153 家，新增煤炭产能合计为15 237 万吨/年，煤矿分布具体情况如表1 所示。

表1 陕西省各市煤矿分布情况

通过调研发现，陕西省煤炭物流网络具有煤炭产量高、分布广、品种多等优势特征，但是在运输过程和物流节点等方面仍然存在如下问题：

（1） 公路煤炭运输的过程中，运输路线安排不合理，存在着重复运输、过长运输等现象，造成此类现象的主要原因有两种：其一是煤炭产品原本可以直接运往目的地，但是由于仓储中心的设置不合理，从而造成运输过程中煤炭不停周转；其二是煤炭产品的过远运输，目的地超出了煤炭货物的辐射范围。这两种问题延长了煤炭的运输距离和在途时间，无形中增加了运输费用。因此，煤炭运输前需要进行处理加工，这样可以降低煤炭运输成本，并且提高煤炭产品的质量。

（2） 在物流节点方面：首先，节点层级划分不明确。目前，陕西省公路煤炭物流节点较多，但是节点功能没有明确定位且较为分散，存在同质化、功能定位交叉等现象，各个物流节点单独运作，因此，需要对物流节点进行合理的层级划分。其次，节点现代化程度较低。物流企业与煤炭客户之间信息不对称，信息的共享程度较低，难以维护客户关系。再者，在仓储方面，缺乏自动化的设备，效能较低，信息化水平落后。最后，物流节点出现资源浪费问题。科学数字化配煤的技术已经成熟，但是在实际的配煤加工过程中，技术人员经常依靠以往经验进行工作，部分企业未严格采用科学配煤技术，往往会造成煤炭资源的浪费。

3 基于AHP—因次分析法的陕西省公路煤炭物流网络节点布局优化

通过对煤炭物流网络布局进行优化可有效降低煤炭运输的成本，因而本文聚焦陕西省公路煤炭物流现状以及各级节点选址所存在的问题，通过对各级节点的功能属性进行评估，并且采用定量与定性相结合的AHP—因次分析法来优化公路煤炭物流网络节点布局问题。

基于AHP—因次分析法的公路煤炭物流网络优化主要包括三个步骤：首先，提炼影响因素指标并计算各指标权重；然后，根据类别计算出不同节点各个评价指标的数值；最后，根据各指标值分析评价结果，并依据指标值的大小以及与该节点有关联的其余节点，确定最终的公路煤炭物流网络布局。

3.1 建立影响因素指标体系

3.1.1 定量因素

通过查找《统计年鉴》并结合现有的相关研究成果，本文选取的煤炭物流节点的定量因素包括：各煤炭产能、煤矿分布数量以及公路里程数。

（1） 煤炭产能

煤炭产能是影响煤炭物流网络节点布局的关键因素，它直接反映该节点所要承担的煤炭运输量，决定节点的功能定位以及重要程度。煤炭产能较高的地区通常需要根据实际情况设置多个大中型物流园区或者物流中心，以保证煤炭的正常运输和配煤加工，满足物流节点的运输集散效应。

（2） 煤矿分布数量

煤矿数量是影响煤炭物流选择的重要因素，包括生产煤矿数量和建设煤矿数量。地区的煤矿分布数量可以间接反映该地区的煤炭运输压力、辐射范围的大小和煤炭资源的密集程度。若一个地区的煤矿分布越密集，则周围的煤炭开采企业越多，相应地对于物流园区的需求量也会增多。因此，煤矿分布数量是选择物流节点的重要因素。

（3） 公路里程数

公路里程数是衡量一个地区运输密度、运输压力等的重要指标，可以反映该地区公路建设的发展规模及速度，也间接反映了该地区的交通运输水平。

3.1.2 定性因素

结合现有相关研究成果与企业实际调研，陕西省公路煤炭物流网络节点布局的定性因素主要有：备选节点的经济发展水平、交通运输能力、客户规模以及环境情况4 个指标，如图1 所示。

图1 定性因素的衡量指标体系

对各指标进行如下具体解释：

（1） 经济发展水平

物流行业的发展速度与物流节点地区的经济发展水平是相互促进的。一般来说，一个地区的经济发展水平越高，那么该地区的商品贸易越发达，对于交通运输的需求和投入也会越高，物流行业的发展速度就越快。与之对应的是，物流行业的不断发展，同样会给该地区带来经济效益，从而提高经济发展水平。因此，在选择节点时需要考虑地区生产总值以及经济增加值等。

（2） 交通运输能力

四通八达的交通运输网络是公路煤炭物流网络的基础条件。大型物流网络节点通常需要建立在公路、铁路等各种运输方式的交点位置，因为交通运输能力约束着煤炭物流节点的运营效率以及运输速率，是该节点能否进行煤炭集散的前提条件，并且影响服务质量以及客户满意度。交通运输能力一般通过该地区的公路里程数、公路货运量、公路周转量、公路交通网的建设情况等指标进行衡量。

（3） 客户规模

物流节点的职能是为客户服务，上游为煤炭生产企业，下游是消费者。客户规模的大小决定着该节点的建设规模。因此，物流节点的客户规模不能过小，并且需要具有合适大小的辐射区域。

（4） 环境情况

近年来，煤炭物流的发展逐渐转向绿色可持续发展，实现煤炭企业与大自然和谐共处。煤炭物流节点的选择需要考虑对环境的影响程度，遵守国家相关规定，尽量降低对大自然的消极影响。环境情况通过环境污染、环境质量等指标进行衡量。煤炭物流的环境影响越小，可持续竞争能力就越大，就越有潜力成为备选物流节点。

3.2 因次分析法计算定量因素的重要性因子Ti

根据定量因素重要性因子的计算结果来看，物流节点的优先排序依次为：榆林市、延安市、渭南市、咸阳市、汉中市、安康市、宝鸡市、铜川市、商洛市、西安市。

表2 陕西省备选物流节点定量因素权重值

3.3 AHP—因次分析法计算定性因素重要性因子Li

3.3.1 AHP 确定定性因素各级指标权重

根据图1 所建立的定性因素评价指标体系，运用专家打分法（发放问卷25 份，回收25 份） 分别对一级和二级指标的重要性程度进行评价，通常采用1～9 及其倒数的数量标度方法来对指标进行两两比较，从而构造各级指标的判断矩阵。

首先建立经济发展水平、交通运输能力、客户规模和环境情况4 个一级评价指标的判断矩阵X，具体的权重赋值如下所示：

同样，构建经济发展水平、交通运输能力、客户规模和环境情况4 个一级评价指标下对应的二级评价指标的判断矩阵X、X、X和X，具体的权重赋值如下所示：

其中：RI 表示平均一致性指标，通过查找参考表，可得RI=0.90。结果表明，一级评价指标判断矩阵X 通过了一致性检验，其权重赋值均满足要求。

采用同样方法来计算二级评价指标的判断矩阵，得出权重分配与一致性指标数值，如表3 所示：

表3 二级指标权重分配与一致性指标

3.3.2 因次分析法确定定性因素重要性因子

通过AHP 方法确定了一级指标和二级指标的相对权重。首先根据二级指标及其权重确定各节点二级指标下的重要程度，然后使用一级指标的相对权重计算出各节点总的重要程度。那么，各备选节点的某一定性因素j 的重要性程度因子D为该节点定性因素重要性与重要性程度总和的比值，公式如下：

通过查阅《2020 陕西省统计年鉴》、《2020 陕西省生态环境状况公报》等相关材料及文献，对定性因素指标进行量化，并对陕西省备选物流节点定性因素进行分析计算，得出各物流节点的定性因素的重要性程度汇总表，如表4 所示。

表4 陕西省备选物流节点定性因素重要性程度汇总

3.4 综合计算总的重要性因子Si

备选节点总的重要性因子S为定量因素与定性因素分别乘其权重并相加，其公式为：

假设定性和定量因素的影响程度相同，均为0.5，那么备选物流节点总的重要性因子排序如表5 所示。陕西省公路煤炭物流备选节点综合重要性程度的优先排序为：榆林市、渭南市、咸阳市、延安市、汉中市、安康市、宝鸡市、西安市、铜川市和商洛市。

表5 陕西省备选物流节点重要性因子排序

3.5 陕西省公路煤炭物流网络布局方案

根据AHP—因次分析法最终的计算结果，结合各节点的煤矿分布情况以及交通运输条件，依次选取煤炭物流节点，直至选取节点总的辐射范围可以覆盖陕西省所有煤矿，从而可形成陕西省公路煤炭物流网络节点布局方案，如图2 所示。

从图2 中可以看出，榆林市节点处于关键的交通枢纽位置，并且可以辐射到大部分煤矿，因此划分到一级煤炭物流节点，其主要功能是大型综合物流园区，可为采用多项运输方式的混合运输提供仓储、中转等服务；二级节点需要覆盖剩余煤矿区域，因此渭南市、咸阳市、延安市、汉中市、安康市、宝鸡市及西安市可划分为二级煤炭物流网络节点，功能定位为大中型物流中心；三级物流节点的数量相对较多，对一级节点和二级节点进行重要补充，从而覆盖煤矿分布地区，其主要功能为中小型煤炭配送中心，主要有：神木县、府谷县、榆阳区、横山县、黄陵县、子长县、镇巴县、旬邑县、彬县、商州区、韩城、澄城和合阳县。

图2 陕西省公路煤炭物流网络优化布局方案

陕西省公路煤炭物流节点的层级划分可以全面地了解各备选节点的优势、劣势和物流发展水平，从而合理地配置地区资源。不同层级的节点对整个物流网络布局的重要程度是有差异的，可针对不同层级的节点建立相应的信息共享和监督平台，更有目的性地完善节点的固定设施和功能。

4 结 论

本文分析了陕西省公路煤炭物流网络节点的布局问题，考虑节点的煤矿分布、煤炭产能、交通运输、经济发展等重要因素，使用AHP—因次分析法，将定性因素定量化，从而将定量因素和定性因素的重要程度进行综合计算，得到各备选节点的重要性因子排序，并对备选节点进行了层级划分，分别得到一级、二级和三级公路煤炭物流网络节点，最终确定了陕西省公路煤炭物流网络的最优化布局方案，该方案可为政府进行公路煤炭物流网络整体规划提供建议。

根据物流网络的优化布局，可以降低煤炭物流网络的运输成本，将公路运输压力进行了合理地分配，使得各备选节点可以缓解榆林、延安等煤矿密集区的公路运输压力，解决煤炭运输主要交通枢纽的拥堵问题，并且解决了各个备选节点的功能定位不清晰以及数量多且服务重叠等问题。陕西省公路煤炭物流网络布局的实例分析表明，该方法具有较强的可操作性以及广泛的适用性，可为管理者提供可靠性参考。