浙江省物流通道空间布局优化

唐占峰，朱雨凤，王 翰，殷艳红

（宁波大学 海运学院，浙江 宁波 315000）

0 引言

2019年国家发展改革委和交通运输部联合印发了《关于做好2019 年国家物流枢纽建设工作的通知》，指出要形成一个高效便捷的“通道+枢纽+网络”物流运作体系[1]。物流通道作为货物流动的具体通道和物质载体，是物流系统的重要组成部分，其空间布局的合理性影响物流系统运行效率的高低。因此，开展物流通道的空间布局优化有着重要研究意义和现实意义。

关于物流通道空间布局优化，国内外研究主要是通过模型和算法来选择物流通道。如，丁以中[2]基于路径选择模型和节点选址模型对物流通道路线和节点选定进行了优化。张骐[3]构建了突变模型来选择物流通道。张健[4]开发了基于层级式遗传算法来求解的模型，得出优化运载的组合规划方案。国外方面，Yuan和Wang[5]运用优化的Dijkstra 算法和蚁群优化算法对紧急物流的物流通道选择进行决策。Duque[6]对物流成本和双目标中物流通道选择之间的相关性进行了探讨，给出相应算法，并将算法应用到多目标中物流最短路径的选择问题中。Mayer 和Wagner[7]建立了基于容量限制的模型来解决轴辐式物流通道系统问题。Topcauglu[8]提出一种优化后的遗传算法，很好地简化了计算过程。上述研究对物流通道的选择和优化做出了较大贡献，但仍有缺陷。如只针对单一的物流通道来讨论其空间选择与优化，或只研究同一运输方式内物流通道的选择和优化，这与多种运输方式并存并用的现实情况相差较大。为此，本研究提出新的物流通道空间布局方法，以浙江省物流通道为例，分析不同运输方式间的物流通道选择，以及同运输方式内物流通道的选择，以实现物流系统整体效率最高，从而确定最优物流通道空间布局方案。

1 空间布局优化方法

物流通道空间布局优化方法包括两部分：不同运输方式间物流通道选择以及同运输方式内物流通道选择。

1.1 不同运输方式间物流通道的选择

1.1.1 基于竞争力的Logit选择模型的构建。本文主要选用长距离、大规模的货运通道作为物流通道，根据其运输方式分为铁路、公路、水路、航空以及管道五种。由于管道承载的货物类型特殊，与其他四类物流通道之间无明显竞争关系，所以本文只考虑铁路、公路、水路及航空的物流通道。分担率是货运量在两种或两种以上类型的物流通道间的分配可能性,四种运输方式物流通道的分担率可根据其竞争力的大小来确定。科学合理地预测分担率是优化物流通道的重要前提，也是决定货运策略的关键依据。分担率的Logit 模型见式（1）。式中Pi是选择第i种物流通道的货流分担率，Ui是第i种类型物流通道的竞争力，n是可选择的物流通道数。

运输方式的竞争力可从运载能力、运输成本、运输速度、安全性这四个方面来体现。基于四个影响因素构建运输方式的竞争力函数见式（2）。Ei、Fi、Gi、Hi分别是第i种物流通道的运载能力、运输成本、运输速度、事故率。b0是常量，b1、b2、b3、b4是影响指标的特征系数。

运载能力、运输成本、运输速度、事故率的计算分别见式（3）-式（6）。

式（3）中Ei代表第i种物流通道的运载能力，Ki代表第i种物流通道一段时间内的货运总量，Wi代表第i种物流通道的运输工具总量。式（4）中Fi代表第i种物流通道的运输成本，Ri代表第i种物流通道的单位运价率，Li代表第i种物流通道的运输距离。式（5）中Gi表示第i种物流通道的运输速度，Si表示第i种物流通道的总运输距离，Ti表示第i种物流通道的运输工具的总运输时间。式（6）中Hi表示第i种物流通道的事故率，ai表示第i种物流通道中每年的伤亡人数。

1.1.2 竞争力函数的标定。选用全国2000-2018 年19年间的各物流通道的统计年鉴数据[9]作为参考，以各物流通道每年的运载能力、运输成本、运输速度、事故率的值作为自变量，以该通道货运量占四种运输方式物流通道货运总量的占比作为因变量,通过SPSS 软件进行回归分析标定竞争力函数的参数，结果如式（7）-式（10）。

1.2 同运输方式内物流通道的选择

1.2.1 基于通行效率最大的通道选择模型构建。同一运输方式内部还有不同种类的物流通道，例如，公路就包括高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路。考虑到有些通道运量小，主要承担送达功能，本文主要考虑承担通过功能的大运量物流通道，具体为铁路包括客货共线铁路和货运专线铁路，公路通道包括高速公路、国道和省道，水路通道包括沿海航道和五级以上的内河航道，航空通道包括民航的货运航线和非定期的通用航线。

同一类型物流通道的通行效率主要由时间成本决定，本文将出行时间作为变量来表达通行效率，构建通行效率最大即时间最小的模型来解决这个问题，具体见式（11）和式（12）。

式中W(x)表示同类型物流通道总的通行效率，Z(x)表示同类型物流通道总的出行时间，Xa是物流通道a的货运量。ta(xa)是以货运量为自变量的阻抗函数。t0表示物流通道a的自由流通过时间，ca表示物流通道a的通行能力。

将阻抗函数进行式（14）的变换后，可以将新得到的阻抗代入式（11）中进行求解。

1.2.2 模型的求解

步骤4 确定迭代步长：用二分法求式（15）中的λ。

步骤6 收敛性检验：计算式（16），η是预先给定的误差限值。如果条件满足，则就是要求的解，计算结束；否则令n=n+1，返回步骤2。

2 实证研究

2.1 浙江省物流通道概况

浙江地理位置优越，处于“丝绸之路经济带”和“21 世纪海上丝绸之路”的交汇地带，同时又处于我国五大经济圈之一的长江三角洲，是促进我国整体物流网络布局优化的重要环节。本实证以浙江省物流节点城市之间的物流通道为研究对象，包括杭州、宁波、绍兴、嘉兴、湖州、舟山、衢州、金华、丽水、温州、台州共11 个物流节点城市之间的各类物流通道。具体包括35 条高速公路，其中连接省内节点城市的有19 条高速，途经浙江省以上物流节点的国道有4 条，连接以上11 个节点城市的省道有22 条。主要货运铁路有3 条，即萧甬铁路（147km）、金温货线（251km）、甬台温铁路（282km）。五级及以上的内河航线共有10条，如京杭运河、杭申线等。浙江省内两个主要的航空货运航线，分别为杭州与金华、义乌之间的航空线以及杭州与宁波之间的航空线。

2.2 浙江省物流通道空间布局优化

2.2.1 不同运输方式物流通道选择与货量分配。根据浙江省统计局统计年鉴的统计数据，得到2019 年浙江省不同类型物流通道的变量值，算出浙江省不同类型物流通道的竞争力，再将浙江省不同类型物流通道的竞争力代入货运分担率函数，计算不同运输方式的物流通道的货运量预测分担率。得出铁路预测分担率为1.085%，公路预测分担率为81.393%，水路的预测分担率为17.504%，航空预测分担率为0.018%。根据余钊[10]对浙江省各物流节点城市之间的货运量的估算结果，结合上述预测的分担率，得到浙江省各物流节点城市之间不同运输方式物流通道的货运量分配量（见表1）。

表1 浙江省物流节点城市间不同类型物流通道的货运量分担表 单位：万t

2.2.2 同一运输方式内物流通道选择及货运量分配参照浙江省物流协会的统计年报[11]，得到每种物流通道具体货运通道的设计速度和平均行驶速度，同时参考周张颖[12]的研究得到每种货运通道的通行能力。根据浙江省物流协会统计年报提供的浙江省内连接各物流节点城市的公路水路具体货运通道的基本数据，得到浙江省物流节点城市间同类型物流通道具体通道空间布局优化结果。

优化后的浙江省高速公路货运需求量显示，浙江省内连接物流节点城市的高速公路需求货运量都较大，其中，常台高速的需求货运量最大，杭长高速的需求货运量相对来说是最少的，具体如图1 所示。优化后的浙江省国道和省道货运需求量如图2所示，浙江省内连接物流节点城市的国道中，104国道的需求货运量最大，320国道的需求货运量最小。而相比于国道，省道货运需求量普遍更小，其中S103需求货运量最大，S210需求货运量最小。

图1 浙江省内高速公路布局优化结果

图2 浙江省内国道与省道布局优化结果

优化后的内河通道货运量如图3所示，杭湖锡线的需求货运量最大，瓯江的需求货运量最小。优化后的沿海通道货运量如图4所示，宁波至舟山航道的需求货运量最大，宁波和温州的航道1和宁波和温州的航道2所分配货运量最小。

图3 浙江省内内河货运航道布局优化结果

图4 浙江省内沿海货运航道布局优化结果

优化后的铁路和航空通道货运量如图5所示，甬台温铁路的需求货运量最大，萧甬铁路的需求货运量最小。航空通道的需求货运量都较少，杭州-宁波航线多于杭州-金华航线。

根据浙江省物流通道系统的优化结果，可以看出优化后公路货运通道的货运量减少，水路货运通道的货运量增加，水运货运总量增加较多。优化后铁路货运只有一条货运通道的货运量增加，变化较少。优化后航空货运两条货运通道的货运量的增量不大，但是因为航空货运本身货运量偏小，因此航空货运总量的变化较大。综上，浙江省物流通道系统的布局优化中，公路货运总量明显减少，减少的货运量主要增加到水路货运上，铁路货运和航空货运有少量增加。

3 结语

本文通过分别对公路、水运、铁路、航空四种物流通道类型的选择，以及各种类型具体通道货流的分配，提出了基于通行效率最优的物流通道空间布局优化方法，并应用此方法对浙江省物流通道进行布局优化。主要结论如下：（1）物流通道空间布局优化可分为基于不同运输方式的物流通道选择和同一运输方式内部物流通道的选择进行。（2）对于不同运输方式的物流通道的选择，本文构建了基于竞争力的分担率模型。对于同一类型物流通道具体通道的选择，以出行时间作为变量表示通行效率，以通行效率最大为目标，构建了同一类型物流通道具体通道选择的阻抗模型。（3）将空间优化布局的方法运用到浙江省物流通道系统，得到浙江省物流通道空间布局优化方案。

本文提出的物流通道空间布局优化方法，从整体物流效率出发，针对不同类型间的物流通道和同类型内的物流通道进行了选择和优化，为浙江省城市物流通道的布局和规划提供了参考，具有较强的现实意义。