基于Shapley值法的港口冷链物流投资分析方法

杨　勇，董　娜，卢尔赛（交通运输部科学研究院，北京 100029）

基于Shapley值法的港口冷链物流投资分析方法

杨勇，董娜，卢尔赛
（交通运输部科学研究院，北京 100029）

从客户的角度出发，旨在建立一套与投资额度、客户满意程度相关联的港口冷链物流投资分析方法，为决策者在财务分析之外提供另一个分析视角。将港口冷链物流划分为冷藏存储、冷藏加工、冷藏运输、客户服务4个环节。首先利用层次分析法确定各个环节在整条供应链的权重，然后引入效用理论确定各个环节投资产生的效用，通过Shapley值法实现了各个环节在整条供应链权重和各个环节投资效用的有机结合，使得发展瓶颈随投资的变动而改变，从而更加符合实际情况。通过实例分析，此方法能够充分考虑投资效用的影响，也能够减少专家打分等定性方法产生的主观偏差。

港口；冷链物流；客户满意度；效用；Shapley值；层次分析法

0　引言

随着我国农产品储藏保鲜技术迅速发展，冷链运输发展环境和条件不断改善，农产品冷链物流得到较快发展。近年来，我国的生鲜农产品产量快速增长，蔬菜产量约占全球总产量的60%，水果和肉类产量占30%，禽蛋和水产品产量占40%，每年约有4亿t生鲜农产品进入流通领域，冷链运输比例逐步提高。据测算，2012年中国冷链需求已达8 211.2万t，果蔬、肉类、水产品的冷藏运输率已达到15%、30%和40%。与逐步扩大的冷链物流需求量相比，冷链物流供给发展相对滞后，不仅在规模上存在缺口，在质量上也存在差距，需要加大投资力度[1]。

而在投资决策分析方面，已有的研究大多从财务分析着手，通过比较分析、趋势分析、因素分析、比率分析、现金流量分析、同型分析、结构分析等手段，确定最终的决策方案。从财务分析进行评价能够明确地预估投资项目在财务方面是否可行，但由于是从经营者自身的角度出发，对客户的感知、投资效果的考虑相对薄弱[2]。同时，考虑到港口冷链物流总体仍处于起步期，大多港口投资时没有历史运营数据作为参考，不能从内部找出短板以确定投资环节。因此，本文以客户感知的服务效用为衡量标准，按4个环节对冷链物流投资效用进行评估，并且结合财务分析手段，进而找出最佳的投资环节。

1　港口冷链物流业务分析

港口是区域冷链货物进出口的集散中心，处于整个冷链物流网络的始点和终点，其冷链物流处于物流链的上端，不涉及末端配送及销售环节[3]。其组成部分冷库和分拨中心在空间上是一体的，共同组成了冷链物流中心，是整个业务流程的核心。同时，业务流程中包括进出口业务，与一般的冷链物流业务流程有所差异[4]（见图1）。

图1　港口冷链物流运作一般流程

由于集疏港和通关业务需要，冷藏储存环节的重要性更加突出。在缺少冷库存储的情况下，冷藏存储环节主要是由冷藏货柜和港口冷藏箱堆场来完成。目前针对冷藏货物的加工服务业务暂未开展，针对货物开展的流通加工业务是拆拼箱作业。冷藏运输环节是以集卡配冷藏货柜方式的大批量运输，不涉及门到门的配送服务。港口针对的客户主要为大型批发商或者工厂类的货主，虽然不涉及末端销售环节，但是仍存在客户沟通以及信息服务，故用客户服务环节替代冷藏销售环节。因此，参照一般冷链物流的营运环节，港口冷链物流的流程可划分为冷藏存储、冷藏加工、冷藏运输及客户服务4个环节[5]。

2　投资分析方法

2.1投资分析思路

港口冷链物流是一个系统工程，各个环节的局部最优并不能带来整体最优。引入各个环节对整体提升作用的投资效用权重，一定程度上能为管理者的投资决策提供全局视野。具体的决策步骤如下：

（1）通过数据收集，分析计算出现状下各个环节的投资效用权重，从而判断出瓶颈，确定投资标的并分析其投资的必要性；

（2）对备选投资方案集进行效用评估，计算出各个方案实施后各个环节的投资效用权重，比较得出最优方案；

（3）对选择的方案进行财务分析，若财务分析可行，则采取该方案；若财务分析不可行，在备选方案中去掉该方案，回到步骤（2），重复进行，直到选择出最优结果。

理想状态下，解决瓶颈应该是类似于网络计划图的优化过程：①投资薄弱环节，即投资效用权重最大的环节，该环节的投资效用权重降低，其余环节的投资效用上升；追加投资直到该环节与其余某一个环节的投资效用权重相同，即瓶颈环节变为两个或者更多；②同时投资多个瓶颈环节，直到有新的瓶颈环节加入；③重复前一步骤，直到所有环节的投资效用权重都相同，即不再存在瓶颈环节。

在实际操作中，考虑到建设周期等因素，不可能频繁地对各个环节进行间断性的投资。而最终结果将是各个环节的投资效用权重相同，因此认为，实施后瓶颈环节的效用权重越接近，但不小于所有效用权重中的最小值，则该方案越优于其他方案。具体思路如图2所示。

图2　基于效用评价的投资分析思路图

2.2冷链物流的服务评价指标体系

基于客户满意的物流服务质量评价体系一般用9个指标来评价物流服务质量：人员沟通质量、信息质量、订购过程、货品精确率、货品完好程度、货品质量、误差处理、时间性[6]。冷链物流和普通物流相比要求更高，尤其为保证货物品质需要极高的组织协调性[7]。港口冷藏货物基本上是大批量运输，主要目的是为集疏港，故而运输上不考虑配送，业务以存储环节为主。考虑到涉及通关，存储环节中的便利也至关重要。借鉴传统的基于客户满意的物流服务质量评价体系[8]，建立适合港口冷链物流的服务评价指标体系[9]，如表1所示。

表1　港口冷链物流服务指标体系

表1（续）

利用AHP层次分析法、德尔菲法[10]，计算出4个环节对整条供应链的贡献权重分别为：冷藏储存0.596 4、冷藏加工0.232 6、冷藏运输0.106 1、客户服务0.064 9。将计算所得的权重数填入评估模型，如图3所示。

2.3各环节效用评估

本文中通过调查问卷形式，采用对比提问法来确定效用曲线[11]。假设决策者面临两种方案选择A1、A2。A1表示可无任何风险地获得一笔金额x1；A2表示以概率p得到一笔金额x2，或者以概率1-p损失金额x3，且x1>x2>x3。令U（x1）表示金额x1的效用值。若在某些条件下，决策者认为方案A1、A2等价，则可表示为：

依据港口冷链物流流程的冷藏存储、冷藏加工、冷藏运输、客户服务4个环节，分别对应冷库投资、人员投入、车辆投入、信息系统投资。基于效用理论，建立投资额和客户感知的服务质量效用之间的效用曲线。一共发出50份效用调查问卷，收回43份。从最大可能性角度思考，统计结果如表2所示。

表2　效用询问结果统计表

图3　冷链物流服务评估体系及其权重

通过计算机拟合出趋势图，得到冷藏存储的投资效用曲线y1=0.4008ln(x+9000)-3.3645，R2=0.9909；冷藏加工的投资效用曲线y2=-5×10-10x3+1×10-6x2+ 0.0003x+0.016，R2=0.9995；冷藏运输的投资效用曲线y3=0.0006(x+200)-0.0118，R2=0.9821；客户服务的投资效用曲线y4=0.3147ln(x+200)-1.4373，R2=0.9919。

2.4基于Shapley值法的效用评价

本文中，把当前投资产生的效用看作合作的“总收益”。因为效用来自于客户的感知，效用越大，越缺乏投资的必要，即效用值越大，边际效用越小。因此计算出的权重值与效用值负相关。把这个“总收益”向各个业务环节进行分配，利用分配的结果来确定出基于效用的各个环节的投资权重。Shapley分配公式为：

式中：N代表n个局中人的集合；S为其的任一子集且对应一个实值函数V(S)；|S|为子集S中的局中人数目，根据Shapley值法，得出各环节i的效用权重计算公式：

设：

可将公式（3）简化为：

得出当前效用权重后，与层次分析模型的固定权重求积，再归一化处理，即得出随着投资效用变化而变化的各个环节的投资权重。计算公式为：

3　实例分析

某港口计划提升其冷链物流的服务水平，拟对冷藏存储环节进行投资，有3种方案可以选择，3种方案均财务可行：A方案，建设大型专业化冷库，项目投资22 200万元；B方案，建立中型专业化冷库，项目投资16 300万元；C方案，建立小型专业化冷库，项目投资9 710万元。运用本文的方法对该港口投资行为进行分析。

3.1投资环节准确性分析

根据现状调查结果，通过效用曲线得出4个环节的投资效用为0.25、0.02、0.108、0.23。设立集合N=｛1，2，3，4｝，代表4个可投资环节，计算出各个子集贡献度如表3所示。

表3　Shapley值法子集

利用公式（4）计算得出：E1=0.2415，E2= 0.0817，E3=0.1442，E4=0.2276。进而利用公式（5）得：W效1=0.22，W效2=0.29，W效3=0.27，W效4= 0.23。代入公式（6），得到目前各环节的投资权重为：W1=0.54，W2=0.28，W3=0.12，W4=0.06，判断出投资存储环节是最为恰当的。

3.2投资方案选择

3.2.1A方案的投资效用评价

投资22 200万元后，依据效用曲线，代入y1= 0.4008ln(x+9000)-3.3645，计算得到投资后仓储环节的效用为0.783。其余的环节未投资，效用不变。通过Shapley值法计算效用贡献度，如表4所示。

表4　A方案的Shapley值法子集

同理得出 E2=-0.0441， E3=0.0184， E4= 0.1017，计算得出当前效用权重为：W效1=0.045，W效2=0.36，W效3=0.322，W效4=0.273。代入公式（6），求得当前各环节的投资权重如表5所示。投资后，冷藏存储的投资权重从先前的0.54下降到0.165，比最小值0.109相差0.56，接近但不小于所有效用权重中的最小值。表明采用方案A后，存储环节得以改善，冷藏加工成为新的瓶颈环节。

表5　A方案投资后4环节的投资效果表

3.2.2B方案的投资效用评价

投资16 300万元后，依据效用曲线，代入y1= 0.4008ln(x+9000)-3.3645，计算得到投资后仓储环节的效用为0.699。其余的环节未投资，效用不变。计算得出当前效用权重为：W效1=0.0484，W效2=0.361，W效3=0.321，W效4=0.269。求得当前各环节的投资权重如表6所示。投资后，冷藏存储的投资权重从先前的0.54下降到0.176，与最小值0.106相差0.7，接近但不小于所有效用权重中的最小值。表明采用方案A后，存储环节得以改善，冷藏加工成为新的瓶颈环节。

表6　B方案投资后4环节投资的效果表

3.2.3C方案的投资效用评价

投资9 710万元后，依据效用曲线，代入y1= 0.4008ln(x+9000)-3.3645，计算得到投资后仓储环节的效用为0.578。其余的环节未投资，效用不变。计算得出当前效用权重为：W效1=0.053，W效2= 0.364，W效3=0.32，W效4=0.263。求得当前各环节的投资权重如表7所示。投资后，冷藏存储的投资权重从先前的0.54下降到0.188，与最小值0.102相差0.86，接近但不小于所有效用权重中的最小值。表明采用方案A后，存储环节得以改善，冷藏加工成为新的瓶颈环节。

表7　C方案投资后四环节投资的效果表

3.2.4方案选择

由于0.56<0.7<0.86，表明方案A实施后瓶颈环节的效用权重最接近、但不小于所有效用权重中的最小值，并且方案A的财务评价可行，因此认为A方案，即该港口投资22 200万元建设专业化冷库是投资决策的优选方案。

4　结语

港口冷链物流处于国内冷链物流网络的起止端，其冷链物流的发展水平对整个冷链物流网络的影响深远。本文从客户的角度出发，建立了一套基于客户满意度的服务质量评价指标体系，寻找的发展瓶颈与投资额度相互关联，从而更加符合实际情况，对于实际操作有一定参考价值。但本文中的方法是从整体考虑，比较适合注重长期整体收益的投资决策，对于短期、局部的投资指导作用不明显。

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Investment Analysis Method of Port′s Cold Chain Logistics Based on Shapley Value

YANG Yong,DONG Na,LU Er-sai
(China Academy of Transportation Sciences,Beijing 100029,China)

From the perspective of customers,an investment analysis method of port′s cold chain logis⁃tics was proposed,which was related with the amount of investment and customer satisfaction,in order to provide another analysis perspective for decision maker besides the financial analysis.The port′s cold chain logistics was divided into four links:storage,processing,transportation and customer service.First⁃ly,the weight of each link was determined by using analytic hierarchy process.Secondly,the investment utility of each link was determined through the introduction of the utility theory.Then,the organic combi⁃nation of the weight and investment utility of each link was implemented by the Shapley value method. In this case,it was more in line with the actual that the bottleneck of the development did evolve when investment changed.Through the analysis of examples,the influence of investment utility was fully con⁃sidered,and the subjective bias such as the expert scoring methods was avoided.

port;cold chain logistics;customer satisfaction;utility;Shapley value;analytic hierar⁃chy process

U692

A

2095-9931（2015）02-0053-05

10.16503/j.cnki.2095-9931.2015.02.010

2014-12-31

杨勇（1986—），男，四川德阳人，工程师，硕士，主要从事交通运输及物流领域的规划和政策方面的研究工作。E-mail:young_5@163.com。