基于轴辐式物流配送网络的系统规划研究

韩丽敏

（晋中职业技术学院 山西·晋中 030600）

一、引言及文献评述

物流产业不断向集约化和规模化发展，“轴辐式”物流运营方案有利于集中货运功能，有效降低物流运输成本。物流轴辐系统的研究始自20世纪80年代，一直备受国内外学者的关注。Mayer&Wagner（2002）对轴辐式物流系统中多配置模型进行分析，求解多配置枢纽的运输问题。Harit&Taylo等（2003）研究了零售业物流的分支网络，分析零售业物流配送的敏感度。国内学者对轴辐理论的研究主要集中于Hub枢纽区位模型和物流零售的分支模型，胡青蜜，胡志华（2013）构建了二级轴辐式零担物流系统网络，研究物流资源均衡利用问题。胡娟，海峰，邵校（2010）选取武汉市为例，采用因子分析的方法研究武汉城市圈轴辐物流网络体系。施晓岚，许宗桢，郭晓汾（2008）对应急物资的动态调度进行研究，提出应急物资的轴辐式调度方案。李文博，张永胜（2011）选取浙江省为例，构建浙江轴辐式现代物流网络，从物流产业规模、基础设施、信息化水平和经济发展水平四个方面来确定物流评价等级。综观国内外的研究，对于物流配送轴辐式网络系统的研究主要集中于城市物流规划、应急物资调度以及商品零担物流等方面，而对于轴辐式物流配送网络的研究较少。因此，采用轴辐理论对现代物流配送网络进行系统规划具有较高的研究价值和实践意义。

二、基于轴辐理论的物流网络规划分析

“轴辐”系统是一个“节点—路径”的系统，其空间形态如同车轮形式，具体形式如图1（左）所示。物流的配送需要从不同的出发点达到不同的配送点或者从相同的出发点达到不同的配送点，在轴辐系统中必须先达到一个中心节点，然后在这里进行转运，目的在于集中交通运输流量，享受直达的运输服务，实现物流运输的规模经济。

轴辐理论认为，物流运输网络可分别三类，分别是从辐到枢纽或轴、枢纽之间以及枢纽到辐之间的链路。其中枢纽之间的链路叫支柱网络，枢纽到辐、辐到枢纽或轴之间的链路叫分支网络。大量的实践经验表明：“轴辐”系统的最大特征是在支柱网络中的高度集中，有利于降低物流运输中单位距离的运输成本。基于此优势，即使物流配送的线路稍长，但仍有利于降低整个网络的运输成本。

图1 “轴辐”系统的物流网络（左）及多配置模型（右）

根据辐的配置原则，可将轴辐系统分为单配置模型和多配置模型，其中单配置的每个节点有且仅有一个枢纽与之相连，即每个节点的全部要素必须配置到一个枢纽中，然后从各个枢纽转运至配送点，所以无需对每个节点上的要素进行筛选。多配置模型（如图1右）是指每个节点都有一个或一个以上的枢纽与之相连，因为连接可能超过一个枢纽，因此需要对每个节点的要素进行筛选，虽然多配置模型增加了网络中的链路数量，但也减少了物流配送网络中个体的运输时间，进而降低了物流配送的总成本。

三、物流企业轴辐式物流配送网络规划系统的构建

物流配送网络因物流需求的变化而变化，而物流需求与国内生产总值、产业结构等因素密切相关。物流配送需求因素既包含物流需求现况，也包括物流需求的增长。我国物流需求受国内生产总值、人口数量、工业企业数量、工业增加值以及社会零售商品、货运量等因素的影响。考虑到数据的可获得性和物流需求的主要影响因素，本文认为GDP作为反映一个国家或地区经济发展的最主要的影响因素，是影响物流需求的关键性因素。因此，本文将GDP选为影响物流配送能力的影响指标。因此，针对我国物流水平的发展情况，选取物流需求量为物流配送网络模型中的被解释变量，以国内生产总值为解释变量，那么可建立物流需求的线性回归模型为：

Yi=a+bXi+εi（1）

假定物流企业共需要建立m个物流需求模型，对于 t时期目标函数的拟合值分别为：f1（t），f2（t），…，fm（t）；那么，物流配送的组合预测模型为：

假定物流配送网络中组合预测模型误差绝对值加权和为S，那么可知：

由于物流市场化程度逐年提高，且近期物流数据对物流预测值的影响要高于远期数据，因此需要对不同时间的物流误差给予不同的折扣系数，本文用 αj（j=1,2,…,n）来表示折扣系数，且离预测值越近的数据的折扣系数越大，反之则越小。

然后，求使得S最小时的最优组合预测权重向量ω。通过转化，可将（3）式表示为下述问题：

由于单项模型误差较大，于是，求解（4）式的组合预测模型采用组合预测方法，不仅可降低单项误差对组合模型的影响，还提高了稳定性。由于此式中含有绝对值，所以不方便求解，因此可令：

将（5）式带入（4）中，可将（4）式转化为一般的线性规划模型：

采用Floyd算法来求解上述模型，该算法的基本思想是在两个任意顶点νi和νj间插入一个顶点νk，然后将νi和νj间的最短路径与插入的顶点νk作为中间顶点，将插入点νk与νi和νj的距离进行比较，取较小值作为新的距离矩阵。如此循环迭代，指导构造出n个矩阵，使得作为任意两个顶点之间的所有顶点最后加权矩阵都反映两个顶点之间的最短距离，此时的矩阵称为距离矩阵。最后对该矩阵的各行元素值的大小进行比较，决定单个或多个最佳配置中心。

为了简化物流配送网络，假定物流企业配送网络体系满足如下基本条件：

一是该企业的物流配送网络的一级分拨中心构成主要的系统物流，也就是 “轴辐”系统中不存在“辐”之间的直接运输，而是由“轴”完全连接的。

二是每一个“辐”节点都需要配送一个或多个枢纽，且枢纽之间的交通享受规模运输的优惠（α）；也就是说“辐”节点→枢纽、枢纽→“辐”节点分别享受α1和α2的优惠，由于轴点或枢纽之间的物流量由大车完成，而辐点之间的物流量由配送小车完成，故仅枢纽间享受优惠。

三是在节点→枢纽的链路上，物流配送货物从起始点i到配送点j（j点为非枢纽点）不需要集中于枢纽再返回，此时物流运费可享受节点→枢纽的优惠价格α1；若从节点i运输至枢纽反向延长线节点j时，也不需要返回枢纽，此时并不享受优惠价格。

四是此物流配送网络系统规划不考虑枢纽的建设成本，也忽略货物周转的装卸成本，假定物流在运输过程中属于无差异运输消耗。

设Xijkl是从节点i到配送点j的分流，在路径中分别通过节点k和l，如果k是枢纽，则yk=1；若k不是枢纽，则yk=0。Cij表示节点i到配送点j的单位流量费用；在枢纽之间交通流享受优惠运价α；那么从节点i到配送点j的经过枢纽k和l的运输费用为：

通过轴辐理论，可将（5）是改写为：

一是科学采用轴辐式物流配送网络规划思想，建立区域物流的一级分拨中心和二级配送点，完善区域轴辐式物流配送的网络系统。加快完善我国的交通设施，继续改造和健全国内的公路设施，快速连接物流运输中的主要干道，为物流配送的规模化发展提供资源设备基础。

其中n表示节点的数量，p表示需要配置枢纽（Hub）的数量，Wij表示节点i到配送点j的交通流；k和l表示物流配送网络中的枢纽；其他字母含义同上。

通过构建轴辐式物流配送网络的系统模型，可知该模型的目标函数是整个物流网络的运输费用最小，且有4个约束条件。其中约束条件（8-1）表示轴辐系统中的存在p个枢纽，也就是该物流配送网络存在多个枢纽（Hup）；约束条件（8-2）表示出发点与配送点之间经过一个或多个枢纽；约束条件（8-3）和（8-4）表示要求运输流途经假设的枢纽。y是衡量经过的节点是否为枢纽的参数，因此其中只能在0或1之间选择，运输流的参数必须是非负数且不能大于1，然后通过上述的Floyd算法求解运输流经过的枢纽，找出物流配送网络中的最优路径。

四、结论及建议

轴辐式物流配送网络规划系统的最大优势在于集中货物流，降低枢纽与枢纽之间的单位运输费用。为充分发挥轴辐式物流配送的优势，针对设计的轴辐式物流配送网络模型，本文提出以下一些建议和对策。

二是充分利用物流运输通道，在提高物流配送服务水平的同时降低物流成本。物流配送运输应集公路、铁路、空运和水运于一体，发挥公路的短途优势、空运的长途优势以及铁路与水运的价格优势，分布实施，统筹各类交通设施发展，完善交通网络。

三是健全和完善物流信息平台，加强片区物流、区域物流与物流建设的联系。利用现代化信息技术，提高物流的运输效率。有效地选择若干个物流运输枢纽，通过快速、便利和大容量的信息化建设，将物流中心与其腹地紧密相连，建立物流配送的供应链服务模块，实现一体化物流配送服务，强化物流的供应链管理。

[1]胡青蜜，胡志华，陶莎.二级轴辐式零担物流网络设计的资源均衡利用问题[J].公路交通科技，2013,30(4):124-131.

[2]胡娟，海峰，邵校.武汉城市圈“轴—辐”物流网络构建研究[J].商业时代，2010(20):36-38.

[3]刘沛，刘超.基于遗传算法的轴辐式物流网络设计研究[J].物流技术，2009,28(12):101-104.

[4]施晓岚，许宗桢，郭晓汾.基于轴辐式结构的应急物资动态调度网络研究[J].物流技术，2008,27(9):87-90.

[5]李文博，张永胜.浙江轴辐式现代物流网络构建的实证研究[J].经济地理，2011(8):1335-1340.