基于省市县三级防灾仓库的运输调度模式研究*

□ 颜浩龙,王 晋

(湖南工业职业技术学院，湖南 长沙 410208)

近年来，我国洪涝灾害愈加频繁，全国受到洪涝灾害威胁的地方越来越多，据中国国家防汛抗旱总指挥部秘书长、应急管理部副部长兼水利部副部长周学文介绍，截至2020年8月13日，2020年洪涝灾害造成6346万人次受灾、直接经济损失1789.6亿元，比前5年均值偏多12.7%和15.5%。这些损失主要分布在灾前、灾中和灾后三个阶段，及时有效地将防灾物质运输配送到防灾点有助于将洪涝灾害的损失降到最低，本文针对洪涝灾害影响地区的防灾物资的运输调度问题展开研究。

1 文献综述

国内外专家学者对相关问题的研究主要集中在应急物流中路径规划的建模与算法问题上。英升贺、李毅鑫[1]利用动态规划和整数规划研究了非受灾区应急物资发送点与受灾区应急物资接收点之间的配送网络问题。李双东、王丽霞、祝静静[2]在考虑到构建成本的前提下，运用谱图理论构建环形放射状应急配送网络来研究应急网络问题。高鑫宇、倪静[3]以救援效率最大化为目标建模研究发现混合贪心蚁群优化算法能够有效处理动态路由问题，以提高救援的效率。田军、马文正等[4]针对应急物流中需求信息模糊、需求紧急程度差异和路网动态变化的复杂情况，建立了通过设计粒子群优化算法，采用“离散-连续向量混合编码”方案获得了快速求解算法。李双琳、马祖军等[5]采用二维编码的非支配排序多目标遗传算法研究了震后应急物资配送的多目标选址-多式联运问题。姚红云、牛凯[6]构建了基于模糊层次分析法的应急物流中心选址模型，研究了灾害过程中应急物资配送路径优化问题。何珊珊[7]通过建立铁路应急物资配送和失效线路抢修的多目标集成优化模型，研究了铁路应急物资配送响应问题。王宁、左添丞等[8]通过分析军事物资应急配送需求分级影响因素，构建军事物资应急配送需求分级评价指标体系，并采用主成分聚类分析方法对评价指标进行优化。杨双鹏、郭秀萍等[9]针对新冠疫情提出“卡车+无人机”的“无接触”联合配送模式，并构造三阶段求解方法。陈畴镛、马宇晴等[10]构建了应急物资运输时间最短及运输次序不公平造成的惩罚成本之和最小的多目标模型，并利用蚁群算法进行求解。周爱莲、蒋利等[11]研究了应急物流中的卡车-无人机共同配送问题，并在考虑卡车可达性的情况下，以总配送时间最短为目标建立了混合整数规划模型。周愉峰、陈娜等[12]建立了一个适用于震后救援初期的应急设施选址-分配模型，并设计了一种整数编码的混合遗传算法。冯江博[13]针对应急物资储备库的储备量小于受灾点需求量的情况，运用B型关联度TOPSIS方法确定各个受灾点的需求紧迫程度，将需求满足率最大化作为目标建立基于公平性的应急物资配送模型。

综上所述，国内外专家学者对应急物流中运输调度问题的研究主要是面向灾中救援物质的配送展开的，并对灾中道路的损坏等多种因素进行了全面的考虑，有针对性地提出了相应的算法与解决方案。但是对多级仓库下的防灾、救灾物质调度模式和响应速度研究较少，特别是对不同灾情预测等级下不同物流响应时间下的防灾物质调度情况研究得更是匮乏，本文对省市县三级防灾库存体系下的防灾救灾物质调度问题进行研究，构建了省市县三级防灾仓库体系下的防灾救灾物质调度的系统动力学仿真模型，并对不同等级灾情下不同调度模式的效果进行了模拟仿真。

2 基于三级防灾仓库的配送模式分析

2.1 省市县三级仓库防灾救灾调度模式

运用新一代信息技术如大数据技术、互联网技术，以及各防灾仓库灾情统一共享，整个仓储体系中的物质调动协同共用协议，可以做到全省统一调度，全省的调度体系采用联动机制，如当某防灾点预报防灾物质突然增加时，同一时间在全省范围内启动配送和调仓安排，减少延时现象。设计如下三种不同灾情的调度模式。

①三级灾情调度模式。

图1 三级灾情调度模式

如图1所示，当洪涝灾害预测等级为三级时，采用省级、市级、县级三级仓库逐级调配的单渠道配送模式，当灾情发生时，防灾点需求物质从县级仓库调配，县级仓库所需物质由市级仓库调配，市级仓库所需物质再由省级仓库调配，而随着灾情的等级突破到二级灾情时，物质配送模式则升级为二级灾情调度模式。

②二级灾情调度模式。

图2 二级灾情调度模式

如图2所示，当洪涝灾害预测等级升级为二级时，采用市级、县级两级仓库联合供给防灾点的双渠道配送模式，灾情发生时，当防灾点防灾物质需求量小于县级仓库时，直接由县级仓库调度，一旦县级仓库供给量小于防灾点防灾物质需求量，超出县级仓库供给的部分由市级仓库供给，从而实现双渠道供给，满足防灾需求。二级灾情下市级仓库所需补充物质由省级仓库供给，随着灾情的等级突破到一级灾情时，防灾物质配送模式则升级为一级灾情调度模式。

③一级灾情调度模式。

图3 一级灾情调度模式

如图3所示，当洪涝灾害预测等级升级为一级时，采用省级、市级、县级两级仓库联合供给防灾点的三渠道配送模式，灾情发生时，当防灾点防灾物质需求量小于市级和县级仓库联合供给量时，直接由市级和县级仓库联合供给，一旦市级和县级仓库供给量小于防灾点防灾物质需求量，超出市县两级仓库联合供给的部分由省级仓库供给来实现三渠道同时供给，满足防灾需求。一级灾情下省级仓库所需补充物质由生产商启用紧急补货模式补充，确保满足一级灾情下各防灾点的物质需求。

2.2 省市县三级仓库防灾救灾调度系统动力建模

采用美国Ventana公司的Vensim PLE 8.1软件建模，根据不同灾情级别下的调动模式逐一构建三级、二级和一级灾情调度模式系统动力学模型，如图4、图5和图6所示，这三种灾情调度模式系统动力学模型主要采用RANDOM NORMAL( {min},{max},{mean},{stdev},{seed} )函数来预测灾情级别、DELAY1I( {in},{dtime},{init} )函数来模拟物流延时状况、IF THEN ELSE( {cond},{ontrue},{onfalse} )函数来仿真复杂决策。

图4 三级灾情调度模式系统动力学建模

图5 二级灾情调度模式系统动力学建模

图6 一级灾情调度模式系统动力学建模

3 基于三级防灾物质配送模式仿真

3.1 基本假设

先根据省-市-县三级防灾物质仓库网络下的多运输方式分层配送模式建模，再根据不同的配送模式来进行仿真建模，针对三种不同级别的灾情预报，一一对应构建三种不同反应速度的配送模式，并一一构建系统动力学模型进行建模仿真。

①1天响应配送模式：所有仓库采用机械化装卸，实现快速装车，调度均采用智能化调度系统。县仓到防灾点的配送工作，车辆调度方面，由各防灾点自备车辆和县仓组织社会车辆组成，所有车辆划归县仓统一调度，车辆调度实现5小时调度到位，采用机械化装车，按50个防灾点配送来计算，采用半挂车，15分钟一车，一个月台每小时可以装车4辆，实现50个防灾点同时装车发运，需要准备50套叉车及操作员；配送路径选择方面，采用表上作业法，但是将优先级加入到表上作业法中，根据物流效应来划分防灾点的同车配送区域，最后才考虑满载率问题。市级仓到县级仓的配送工作，由市属范围内组织好物流公司车辆和社会车辆，并实现灾情预先组织车辆的问题，每个市仓岛负责5个县仓的配送， 紧急情况下，由市级仓直配到重大防灾点。省级仓到市级仓的配送工作，在省属范围内组织好物流公司车辆和社会车辆，并实现灾情预先组织车辆的问题，每个省级仓负责5个市仓的配送， 紧急情况下，由省级仓直配到县级仓或重大防灾点。

②2天响应配送模式：省级仓和市级仓采用托盘、叉车等快速装卸设备，县级仓库采用传统人力装卸，县仓到防灾点的配送工作，车辆调度方面，由各防灾点自备车辆，由各级乡镇组织车辆到指定仓库装车，车辆调度实现1天调度到位，装车由各乡镇自己组织，按50个防灾点配送来计算，采用半挂车，2小时一车，一个月台每12小时可以装车6辆，实现50个防灾点2天内物质调拨到位。市级仓到县级仓的配送工作，由市属范围内组织好物流公司车辆和社会车辆，并实现灾情预先组织车辆的问题，每个市仓负责5个县仓的配送， 2天内完成市仓到县仓的调拨运输，紧急情况下，由市级仓直配到重大防灾点。省级仓到市级仓的配送工作，在省属范围内组织好物流公司车辆和社会车辆，并实现灾情预先组织车辆的问题，每个省级仓负责5个市仓的配送，紧急情况下，由省级仓直配到县级仓或重大防灾点。

③3天响应配送模式：省级仓和市级仓采用托盘、叉车等快速装卸设备，县级仓库采用传统人力装卸，县仓到防灾点的配送工作，车辆调度方面，由各防灾点自备车辆，由各级乡镇组织车辆到指定仓库装车，车辆调度实现1-2天调度到位，装车由各乡镇自己组织，按50个防灾点配送来计算，采用半挂车，2小时一车，一个月台每12小时可以装车6辆，实现50个防灾点3天内物质调拨到位。市级仓到县级仓的配送工作，由市属范围内组织好物流公司车辆和社会车辆，并实现灾情预先组织车辆的问题，每个市仓负责5个县仓的配送， 3天内完成市仓到县仓的调拨运输。省级仓到市级仓的配送工作，在省属范围内组织好物流公司车辆和社会车辆，并实现灾情预先组织车辆的问题，每个省级仓负责5个市仓的配送，3天内完成市仓到县仓的调拨运输。

3.2 不同灾情预报情况下的外省物质运输配送模式仿真

如图7所示，在三级灾情发生时,响应为三级灾情配送模式，三级灾情下防灾救灾物质配送采用的是逐级仓库调配模式，从仿真模拟结果可以看出，当三级灾情发生时：①终端的县级防灾点防灾物质储存量会随着灾情的不断变化而不断增加，以满足防灾点的防灾物质需求；②当县级防灾点需求发生较大阶跃级需求时，县级仓库库存量会产生短暂性阶跃性增长，随着县级防灾点后续阶跃性物质需求幅度的降低，县级仓库库存量会在设定区间内逐级下降；③当县级仓库发生阶跃性需求时，市级仓库库存量会相应产生阶跃性库存增加，然后随着县级防灾点库存下降而还原到设定库存状态；④三级灾情下，各防灾仓库的防灾物质需求联动下，省级防灾仓库库存量随着各级防灾物质的配送需求而逐步下降；⑤县级仓库、市级仓库和省级仓库全程没有出现库存量为负数的情况，说明当前的配送模式和库存策略能满足三级灾情需求。

图7 三级灾情调度模式仿真

如图8所示，在二级灾情发生时,响应为二级灾情配送模式，二级灾情下防灾救灾物质配送采用的是市级仓库和县级仓库双仓调配模式，从仿真模拟结果可以看出，当二级灾情发生时：①终端的县级防灾点防灾物质储存量会随着灾情的不断变化而不断增加，以满足防灾点的防灾物质需求；②当县级防灾点需求大幅度增加时，县级仓库库存量会迅速地补充到对应的较高库存量，并会持续到二级灾情解除才能结束；③在县级防灾仓库和县级防灾点双渠道并发的情况下，市级防灾仓库库存量会响应物质需求使得仓库库存连续降低，并随着省级仓库供给物质到仓库迅速提升库存量到较高水平，再响应双渠道需求而随之下降，整个过程中市级仓库库存没有出现负值，说明二级配送模式下市级仓库能满足灾情物质供给需求；④二级灾情下，在县级防灾点、县级仓库、市级仓库三渠道需求联合下，省级防灾仓库库存量随着三渠道防灾物质的配送需求而急剧下降，稍后随着供应商紧急配送物质的到仓而得到迅速补充，之后随着三级渠道的持续输出而逐步降低；⑤县级仓库、市级仓库和省级仓库全程没有出现库存量为负数的情况，说明当前的配送模式和库存策略能满足二级灾情需求。

图8 二级灾情调度模式仿真

如图9所示，在一级灾情发生时,响应为一级灾情配送模式，一级灾情下防灾救灾物质配送采用的是省级仓库、市级仓库和县级仓库双仓调配模式，从仿真模拟结果可以看出，当二级灾情发生时：①终端的县级防灾点防灾物质储存量会随着灾情的发生而急剧增加，以满足防灾点的防灾物质需求；②当县级防灾点需求大幅度增加时，县级仓库库存量会急剧下降，后随着紧急供给物质的到库而快速提升到峰值，随后会随灾情变化而逐步降低库存量；③在县级防灾仓库和县级防灾点双渠道并发的情况下，市级防灾仓库库存量会响应物质需求使得仓库库存量快速降低，随后会随着省级仓库供给物质到达仓库使库存量逐步提升到一定水平;④一级灾情下，在县级防灾点、县级仓库、市级仓库三渠道需求联合下，省级防灾仓库库存量随着供应商紧急配送物质的到仓而得到快速补充，库存量随着对县级防灾点、县级仓库、市级仓库三渠道的持续输出而相应降低，并根据输出量进行相应的供给补充；⑤县级仓库、市级仓库和省级仓库全程没有出现库存量为负数的情况，说明当前的配送模式和库存策略能满足一级灾情需求。

图9 一级灾情调度模式仿真

4 结论

洪涝灾害防灾物质的运输调度是应急物流的重要组成部分，高效的运输调度模式是有效防御洪涝灾害的重要一环。本文将洪涝灾害等级划分为三级，分别根据三种不同等级灾情下的防灾物质运输调度需求对应研究设计了三种运输调度模式，并一一使用VENSIM软件构建了系统动力学仿真模型，仿真结果显示三种不同灾情等级下省市县三级防灾仓库库存都没有出现缺货和爆仓的情况，说明三种运输调度模式均能满足对应灾情下的运输调度需求，可以有效支撑整个洪涝灾害应急物流体系的有效运转。