基于两阶段的超大型城市物流网络选址与服务路径优化_张得志.pdf

第 20 卷 第 4 期2023 年 4 月铁道科学与工程学报Journal of Railway Science and EngineeringVolume 20 Number 4April 2023基于两阶段的超大型城市物流网络选址与服务路径优化张得志1，张湘鹏1，王润泽2，李双艳3(1.中南大学 交通运输工程学院，湖南 长沙 410075；2.中国科学技术大学 管理学院，安徽 合肥 230026；3.中南林业科技大学 物流与交通学院，湖南 长沙 410004)摘要：建设高效、绿色、可持续的城市物流系统是我国中长期发展战略的重要内容，而目前我国大城市物流配送中存在交通拥堵和物流能耗高等亟待解决的现实难题。基于此，研究基于两阶段的超大型城市物流网络选址与服务路径优化问题。从可持续城市物流体系视角出发，研究基于“外集内配”的超大型城市物流网络布局与小运转列车路径优化问题，构建总成本最小化为优化目标的两阶段物流配送网络布局与服务路径优化模型。针对该优化模型特征，设计基于改进的遗传算法求解。以北京市绿色物流配送网络布局与路径优化为例，进行相应的实证分析，验证上述优化决策模型及其求解算法的有效性，并对模型关键参数进行灵敏度分析。研究发现：1)基于“外集内配”的物流配送体系是解决超大型城市供应物资物流网络布局问题的有效方案；2)二级节点的运转能力对“外集内配”物流系统的运营效率有重要影响，当其转运能力比例达到70%左右时，总成本最低；3)小运转列车的开行频率对城市物流系统总成本有重要影响。研究结果可为我国超大型城市绿色物流布局与服务路径优化决策提供相应理论依据，助力超大型城市高效可持续绿色物流体系建设。关键词：超大型城市绿色物流；外集内配；网络布局；路径优化；遗传算法中图分类号：U12；U29 文献标志码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7029（2023）04-1270-10Network layout and route optimization of logistics network in megacities based on two-echelon methodZHANG Dezhi1,ZHANG Xiangpeng1,WANG Runze2,LI Shuangyan3(1.School of Transportation Engineering,Central South University,Changsha 410075,China;2.School of Management,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China;3.College of Logistics and Transportation,Central South University of Forestry and Technology,Changsha 410004,China)Abstract:The construction of efficient,green and sustainable urban logistics system is an important part of Chinas medium-and long-term development strategy.At present,there are traffic congestion and high energy consumption in logistics distribution of megacities in China.Based on this,this paper studied the logistics network design and service route optimization of megacities.First,from the perspective of a sustainable urban 收稿日期：2022-04-27基金项目：国家自然科学基金资助项目(71672193)通信作者：张得志(1976)，男，湖南祁东人，教授，博士，从事物流优化研究；E-mail：DOI:10.19713/ki.43-1423/u.T20220845第 4 期张得志，等：基于两阶段的超大型城市物流网络选址与服务路径优化logistics system,this paper studied the distribution network layout and route optimization of small running trains in megacities based on“external collection and internal distribution”,and built a two-stage logistics distribution network layout and service route optimization model with total cost minimization as the optimization goal.Second,according to the characteristics of the optimization model,we designed an improved genetic algorithm to solve the optimization model.Finally,we took the layout and route optimization of a green logistics distribution network in Beijing as an example,conducted corresponding empirical analysis,verified the effectiveness of the above optimization decision model and its solving algorithm,and conducted sensitivity analysis on the key parameters of the model.The results show that:(1)the logistics distribution system based on“external collection and internal distribution”is an effective scheme to solve the distribution problem of the supply material logistics network in megacities;(2)the operation capacity of secondary nodes has an important impact on the operation performance of the logistics system based on“external gathering and internal distribution”.When the proportion of its transshipment capacity reaches about 70%,the total cost is the lowest;(3)The operating frequency of small running trains has an important impact on the total cost of urban logistics system.This study provides a theoretical basis for the optimization of green logistics layout and service path in Chinas megacities,and helps to build a low-carbon，sustainable green logistics system in megacities.Key words:green logistics in megacities;external collection and internal distribution;path optimization;network layout;genetic algorithm(GA)超大型城市(常住人口规模为1 000万以上)具有巨大的生活性物资运输需求，以公路运输为主的供应现状引发的交通拥堵和物流能耗高等亟待解决的现实难题，更容易影响到城市的经济发展以及城市化进程的推进，建设高效、绿色、可持续的城市绿色物流系统成为了我国中长期发展战略的重要内容。2018 年，国务院办公厅印发的推进运输结构调整三年行动计划中明确提出要推进城市生活性物资公铁联运，构建“外集内配、绿色联运”的公铁联运城市配送新体系。超大型城市内部建有发达的运输路网及货场资源，为运用公铁联运运输生活性物资提供了可靠的基础保障，对超大型城市供应物资物流网络布局进行研究现实可行。“外集内配”物流运作模式是指在超大型城市的外围设置物流基地(物流园区)、城市内部核心功能区设置专业的物流中心，物流基地与物流中心之间利用铁路班列进行运输，而城市内部则用卡车进行末端配送的公铁联运城市配送模式，这种模式可以充分发挥铁路大运能、低排放、铁路货场深入城市腹地的优势，缓解城市内部交通拥堵等问题，促进城市物流配送节能减排1。因此，如何从战略层对物流网络进行布局优化，以及从运作层对物流服务路径进行优化，是构建我国超大型城市可持续绿色物流体系亟待解决的重要问题。目前国内外相关研究主要体现在以下几个方面。外集内配绿色物流模式涉及枢纽节点的选址和公铁联运模式下的车辆路径优化等研究，目前相关研究较为丰富。枢纽节点选址方面，赵泉午等2设计了混合式算法求解超大型城市物流配送网络的枢纽节点选址及末端需求点的服务分配联合优化模型，并以重庆主城核心区域为实例进行测算。易海燕等3研究了成都市社区团购电商的配送中心选址优化问题。KAVEH等4针对不确定性条件下的城市公共交通网络设计，提出了一种考虑多分配和容量约束的双目标多模态枢纽选址问题。李孟良等5构建基于多分配p-中位多式联运枢纽选址优化模型，并采用禁忌搜索元启发式算法进行求解。ALUMUR等6联合考虑了运输成本和旅行时间，研究多模式枢纽选址和枢纽网络设计问题。李国旗等7研究了高速铁路快递转运枢纽选址优化问题，设计了相应的遗传算法。SHAHPARVARI等8研究了多物流中心布局多目标优化问题，提出了一种基于k-均值的启发式求解算法。公铁联运路径优化相关的学术研究包括单车场和多1271铁 道 科 学 与 工 程 学 报2023 年 4月车场车辆路径问题，对于单车场车辆路径问题的研究，NI等9提出了基于“外集内配”城市绿色铁路物流发展模式，从理论研究层面探讨了城市公铁联运物流网络建设方案。张振江等10针对低碳快捷货运运输方式选择及路径规划问题，建立多目标模糊机会约束规划模型，采用TOPSIS决策法进行求解。LI等11将碳排放引入到联运路径研究中，建立了低碳环境下的联运路径选择模型。尹传忠等12针对随机机会约束的多式联运多目标优化问题，设计了改进的自适应 NSGA-II的混合启发式算法求解。谢海红等13建立了以客户物流费用最低为目标的路径选择模型，求解公铁联运配送最优方案。此外，对于多车场车辆路径问题的研究，DU等14建立了一个模糊双层规划模型，以使货物从多个仓库向客户交付时的总预期运输成本最小为目标。LAHYANI等15针对多车场开放式车辆路径问题，提出了一种混合自适应大邻域搜索算法求解。ZHANG等16针对不确定性条件下的低碳多式联运路径