区域物流系统及物流园规划方法 _ 工业工程网

物流规划理论的研究在国际上是一个非常活跃的研究领域,但是在我国的发展还相对滞后,基本处于研究的起步阶段,没有形成科学的方法体系,不能为区域物流系统和物流园规划提供足够的决策支持和理论依据,导致我国物流建设过程中出现了诸多问题,比如重复建设、设施雍余、服务瓶颈等等。为了提高我国物流规划和建设的科学性,加快区域物流系统和物流园规划理论的研究,形成科学的、操作性强的决策方法是我国物流理论与方法研究的当务之急和重点研究方向。
  在对物流系统进行规划时,只有综合考虑各组成部分,合理配置,才能实现物流系统的整体功效。根据物流系统各个组成部分的特点和相关性,可以将物流系统分为“基础设施系统‘、“物流作业系统‘和“物流信息系统‘ 三大部分。物流系统的基础设施是物流系统高效运作的基本前提和条件。虽然各组成部分的功能和作用不同,但就物流系统的整体最优而言,各组成部分都具有不可或缺和相关性。物流作业系统包括运输、储存、包装、装卸搬运、配送和流通加工等。其中,运输子系统在物流过程中具有非常重要的作用,因为物品的有效移动是物流系统最基本的职能。所以区域运输线路网络和网络节点(物流园、配送中心)的规划是物流作业系统优化的基本前提和设施保障,也是本文讨论的重点。
  1. 规划总体框架
  在研究国外物流规划理论最新发展的基础上,根据我国物流发展的现状,将区域物流系统规划分为两大部分:区域物流网络规划和物流园规划。如下图1所示为物流规划理论研究的内容和方法构成。
  物流规划理论与关键技术描述体系图
  从图1可以看出区域物流系统规划分为网络规划和节点规划两部分,其中网络规划沿用传统的运输规划程序(即“四阶段法‘)的思想,节点规划则根据节点功能的不同划分为:生产型配送、消费型配送和运输转运三类中心进行选址和规模的研究和规划。物流园规划主要包括物流园功能预测、物流园用地规划、物流园交通影响分析和物流园微观仿真评价四个部分。图1中椭圆表示将区域物流系统及物流园规划的理论方法用软件工程理论进行设计,用计算机语言实现,形成实用的物流规划设计软件。
  所以物流规划理论应该囊括区域物流网络、物流节点和物流园内部规划设计的方法的研究,从宏观层面到微观层面对构成区域物流系统要素及其之间的关系进行深入、细致地论述和研究,才能使物流规划理论的研究朝着正确的方向发展,并为物流建设提供科学的理论依据。以下将分节对物流规划理论的主要部分进行阐述,和介绍国外在该领域的研究进展和应用,同时指出我国物流规划理论研究存在的问题,并指出今后研究主要方向。
  2. 区域物流系统设计
  区域物流系统设计分为网络规划和网络节点规划两部分。
  2.1 网络规划
  所谓物流网络是指实现物流系统各项功能的要素之间所形成的网络,包括物理层面上的网络和信息网络。本课题研究的范围为物理层面上的物流网络。
  规划是指在一个确定的目标下选择的解决手段,广义的规划还包括目标的选定,即政策的拟定等。物流网络规划就是为了更加有效地进行物流活动,充分、合理地实现物流系统的各项功能,使物流网络在一定外部和内部条件下达到最优化,而对影响物流系统内部、外部各要素及其之间关系进行分析、权衡,确定物流网络的设施数量、容量和用地等。
  物流网络长期规划主要是解决物流基础设施和大型物流设备的建设问题,按照物流需求制定建设方案、分析方案优劣,并对规划方案的实施进行指导,从而使物流网络的建设满足规划年的需求的过程。
  和客运规划一样,在货运规划的发展中也曾引入了很多方法和模型。但是至今为止,学者和专家还是认为交通四阶段法是有效的,当然其中采用的模型有异于客运中采用的模型。货运规划和客运规划最大的区别在于货物运输决策者的多样化(货主、托运人、运输者等)、货物量度的多样化(有用吨、车、件等等度量单位描述的)和数据采集的困难(特别是非集计数据的采集),所以货运规划较之客运规划更复杂。交通四阶段法在货运规划中的应用和含义如下:
  产生、吸引:对研究区域中各小区产生和吸引的货运量进行预测,单位一般为吨(t),也可能以货币作为单位。
  分布:预测各小区之间的货物往来量,得到区域的货运OD量。
  货运模式分担:预测不同运输方式所承担的货运量,得出不同运输方式(公路、铁路、航空、水路、管道和联运方式等)所承担的不同种类货物的数量,即分货种分模式的货运OD量。
  分配:在将货运量(吨)转换为运载工具辆之后,按照费用最小的原则将车辆分配到运输网络(道路、铁路等等)之上。
  如图2所示为区域物流网络战略规划的流程图,其中右边是模型,左边是由模型输出的数据及数据流向。基本思想是:首先预测区域产生、吸引的货运量(包括进出货运量、区域内部的货运量),再对不同运输模型所承担货运量经常预测,得到分货种分模式的货运量OD,进而转换为不同种类货车的OD,最后分配到不同的运输网络上,以到达优化区域物流网络的目的。从图中可以看出,其基本思想沿用了传统的运输规划程序,但是由于物流概念的引入和货运本身的复杂性,所以除了传统的“四阶段法‘采用的模型之外,规划框架中引入了一些客运规划所没有的转换模型,比如价值-重量模型、时间分布模型和货物-车辆模型。
  以下将对网络规划各步骤中所采用的模型、方法进行简单地介绍,包括国外的发展和应用现状。
  (1)  宏观经济模型
  主要用于预测规划期区域的经济指标和区域内各小区与研究区域外进行的不同货物的贸易量(单位一般为货币),其中预测的经济指标一般包括GDP、人口、行业就业人口等。预测小区的进出口贸易量的模型(以下称为货运贸易模型)是传统的“四阶段法‘中很少采用的,模型所采用的形式一般为重力模型,变量为GDP、人口和小区对外交易的阻抗等,有时也采用Input/Output模型,输出为各小区对外贸易OD量(单位为货币),最终通过价值-重量模型转换为小区对外货运OD量(单位为吨)。
  (2)  区域货运模型
  区域货运模型用于预测区域内各小区发生、吸引的货运量及在各小区之间的分布,即包括“四阶段法‘中的产生、吸引和分布两个步骤的模型。货运需求取决于区域的经济活动,而经济活动受很多因素的影响,所以区域货运模型的主要目的是预测在经济正常发展水平的前提下,经济和政策的变化在中长期对该区域货运需求的影响。因此区域货运模型关注的不是短期的需求,也不仅仅是对货运发生、吸引增长率的预测,而是在于描述未来产业结构的变化与货运需求的关系。
  区域货运发生、吸引量的预测方法一般有趋势法、系统动态模型、Input/Output模型和增长率模型等。趋势法有简单的增长率法和复杂的自回归法两种,经常选取的外部变量有GDP等,该方法由于需要的数据少、简单易行,所以得到了广泛的应用,但是趋势法无法考虑政策因素对货运量的影响,所以一般只用于短期的预测。系统动态模型主要对在一定时期内经济、土地利用、环境与货运量之间的关系进行模拟,同时可以对货运量的分布、货运模式分担进行预测,该方法不需要大量的数据,而且模型中可以考虑诸如土地利用和政策因素等,但是该方法很难对参数进行统计检验。Input/Output模型(同时可以预测货物的分布)是各国货运规划最常用的模型之一,可以考虑区域经济、政策因素等,但是需要Input-Output表(投入产出表)和严格的假设。从国外的理论研究和实际应用来看,对区域货运发生、吸引量预测方法的研究并没有多大的进展,主要集中在对Input/Output模型的改造上和对原有模型标定方法的改进上。而国内这方面的研究很少,在发表的刊物上常见的研究多集中在增长率法、回归模型和神经网络模型之上。
  分布模型就是用于预测各小区之间的货运量。使用得最广泛的是重力模型,即两小区之间的货运量与小区的产生、吸引货运量成正比,与小区间的阻抗(比如小区间的运输费用等)成反比,关于重力模型应用的关键在于阻抗的确定,这点我们将在本文的其余部分进行介绍。
  (3)  价值-重量模型
  建立不同种类货物的重量和货物价格之间的关系,将贸易量(货币)转换为货运量(吨)。预测货物的价值是一件相当棘手的工作,到现在为止除了时间序列法之外还没有研究出更合理的模型或者方法。国外在货运规划中对货物价值-重量模型的研究始于上世纪80年代,如1983年的TPR模型、1994年的VTI模型等,而至今国内还没有关于这方面研究的报导。
  (4)  时间分布模型
  预测不同货种不同时段的产生、吸引量,输出分货种分时段的货运OD量(单位为t)。应用该模型的主要目的是求出区域在规划年间的货运高峰量,根据规划的需求可以是区域货运的季度高峰、月高峰、日高峰和小时高峰货运量等。随着划分的细化,模型也趋于复杂,所以至今无论是国外还是国内还没有研究人员就这一问题提出完备适用的研究成果。
  (5)  模式分担模型
  模式分担模型是运输规划中的关键模型之一,用于预测货运模式分担率,包括公路、铁路、航空、海运、管道和由不同运输方式组合而成的联运方式的分担率,输出分货种分模式的货运OD量,如果输入的是分货种分时段的货运OD量,则输出的是分货种分时段分模式的货运OD量。在货运规划中常用的模型有:弹性模型、集计分担模型、非集计模型、微观仿真模型和多模式网络模型等。弹性模型反应单一变量(比如运输费用)对模式分担的影响,主要用于粗略的预测或者在缺少数据的时候采用。集计分担模型主要有两项式和多项式logit模型,使用以小区为单位的集计数据,在实际的货运规划中使用最广泛。非集计模型一般有多项式logit和树状logit模型,它与集计模型的区别在于所使用的数据的不同,上个世纪90年代以来,非集计分担模型成为国外货运分担模型研究和应用主流。多模式网络模型同时进行模式分担预测和货运分配,典型的有美国的STAN软件包,其核心部分是运输成本函数。表1为常用的模式分担模型及特点。
  (6)  货物-车辆模型
  将不同种类的货物量(t或者t/km)转换为不同车辆类型的货车量(辆),即运输OD(单位为辆)。因为不同的运输要求不同的运输旅程长度和物流流程,所以货物-车辆模型处理的是货运所需的不同车辆的数量这个问题。在货物-车辆模型中,一个关键的问题是如何在模型中考虑空载率的问题;二是在进行货物-车辆的转换中如何考虑客运与货运对运输资源占用的相互制约关系。
  货物-车辆模型的重要性还在于区域货运对环境影响的评价方面。因为运输(特别是公路运输)对环境的影响相对严重,所以只有计算出车辆数才能准确评价货运对环境的影响程度。
表1.常用货运模式分担模型
            模型名称
            优点
            缺点
                  弹性模型
            快速简便、所需数据少
            只考虑单一因素、不全面
                  集计分担模型
            所需数据少
            理论依据薄弱、难以考虑政策因素的影响
                  非集计模型
            理论依据强、可以考虑不同的影响因素
            需要非集计数据，货运调查实施复杂
                  多模式网络模型
            理论依据强、所需数据少
            难以考虑政策因素的影响、难以对参数进行统计检验
        
  (7)  网络分配模型
  网络分配模型和货运模式分担模型一样是货运规划中最重要的模型之一,但是在众多的网络分配模型中很少有考虑货运分配的,即使有也只是作为客运分配中的一小部分加以考虑,比如剩以一个转换系数(PCEs)。但是上实际90年代以来,随着人们对货运的愈来愈重视,研究人员纷纷对货运分配模型加以研究。常用到的分配模型有:全无全有、随机分配法、拥挤分配法、动态分配法等。但是这些分配方法往往只是在客运规划模型的基础上进行改进,在国外的货运规划中已很少得到应用,现在基本上采用美国的STAN货运分配软件包。
  从以上的阐述可以看出在区域物流系统规划中,我国的研究还存在很多空白或者是不完善的地方,比如模式分担模型和货运网络分配模型是区域物流网络优化最关键的模型,也是国际上的研究热点。而我国对上述两类模型的研究很少,大多沿用客运的相关模型,已很难适应物流规划发展的需要。还比如货物价值-重量、时间分布模型和货物-车辆模型在我国就鲜有研究,所以要进一步完善我国物流规划理论,则必须对这些模型进行深入、细致地研究。
  除此之外,以下的相关研究也是同样重要的:
  (1)  基于物流特征的货物分类
  货运分类是否合理对于整个区域物流系统的规划起着至关重要的作用。自从物流的概念引入货运规划以来,各物流发达的国家均对该国的货物分类进行了调整,比如欧洲的CPA货物分类法、NST/R等等。这些新的货物分类法除了考虑货物的物理特征(密度、大小、形态等)之外,还将货物的其它属性,比如对运输服务的要求(运输频率、对时间的要求等)、货物的价值、货物运输所采用的容器等等与物流相关的属性,比如表2表示基于物流某一类货物的描述。从表1可以看出基于物流特征的货物分类与传统的货物分类的区别,而我国在应用各种货运规划模型时,依然常用诸如工业品、农产品等传统的、粗略的分类方法,这样往往由于同一分类中不同产品对运输的需求特征相差太大,导致模型很难适合该分类中的所有产品,增大计算的误差。
  (2)  货运调查方法的研究
  前面已经提到货运规划所需数据的难度,所以为了保证货运规划模型得到所需的、有效的数据必须对货运调查方法、调查数据的处理等相关问题进行研究。由于在现在货运规划中倾向于使用非集计模型(比如货运需求模型、模式分担模型等),所以国外关于货运调查方法的研究主要其中在SP调查方法研究上,我国鲜有关于SP的调查和应用。
  (3)  费用函数的研究
  在前面介绍的货运需求模型、模式分担模型和网络分配模型中均提到了费用函数,即不同种类的货物采用不同运输方式进行运输时的费用,包括线路上的费用和节点上的费用(比如转运等),一般采用的度量单位为货币。其中涉及到最主要的方面是如何确定时间的价值(VOT)。
表2基于物流特征的货物描述
            货物
            价格
            配送大小
            密度
            运输包装
            运输温度
            运输风险
            运输
    服务水平
                  纸张、印刷品等
            中
            大
            高
            包裹
            没有要求
            中
            高
        
表3 模型及输出变量说明


            模型名称
            模型说明
            常用模型
                  宏观经济模型
            预测相关经济指标和区域各类货物的进出口量 (单位为货币)
            I/O模型、线性模型、Make/Use法、时序法、增长率法
                  区域货运模型
            预测区域内各小区之间分货种的货运量，输出分货种的货运OD量(单位为t)
            趋势法、系统动态模型、神经网络模型、重力模型、增产率法
                  价值-重量模型
            建立不同种类货物的重量和货物价格之间的关系，将贸易量转换为货运量
            时间系列法
                  时间-分布模型
            预测不同货种不同时段的产生、吸引量，输出分货种分时段的货运OD量(单位为t)
            主要采用数理统计模型
                  模式分担模型
            预测货运模式分担率，包括公路、铁路、航空、海运、管道和由不同运输方式组合而成的联运方式的分担率，输出分货种分时段分模式的货运OD量
            弹性模型、集计模型、非集计模型、宏观仿真模型、多模式网络模型
                  货物-车辆模型
            将不同种类的货物量(t或者t/km)转换为不同车辆类型的货车量(辆)，即运输OD
            主要是车辆类型-不同货种的荷载率之间的数学关系-
                  网络分配模型
            将运输OD(辆)分配到不同的运输网络上
            多模式-多货种的网络分配模型
        
  
2.2节点规划
  所谓物流节点就是物流网络中连接物流线路的连结之处,一般也称为货运中心,其在物流网络中起着越来越重要的作用。所以区域物流系统是否合理,物流节点选址、节点规模的确定等都至关重要。
  (1)  节点选址
  网络节点的服务功能特性决定了它大都布局在城市边缘,交通条件好、用地充足的地方。运输是物流的核心,物流活动必须依赖各种运输方式所具有的安全性、高效性的特点,组成有效的运输系统,及时准确地将商品送达客户。区域物流网络节点的选址应尽可能选择交通枢纽中心地带,使节点与运输网络相适应,同时还要考虑节点的经济合理性,比如地价区位、劳动力条件、消费群体分布、服务水平要求等。常用的选址模型有数值分析法、重心法、Kuehn-Hamburger模型和模糊评价法等。
  数值分析法是用坐标和费用函数求出的节点至客户之间配送费用最小的地点的方法;重心法对于单一配送中心的选址是一种很有效的选址方法,所以在实践中广泛被采用;Kuehn-Hamburger模型则是60年代发展起来的考虑库存费用的选址模型,此类其它的代表模型还有Baumol-wolfe模型、Elson模型等,属于混合整数规划问题;模糊评价方法是一种广泛应用于工程、项目和方案评价的方法,很多研究人员也尝试应用该方法对物流中心选址进行研究,基本思想是引用层次分析法评价各影响因素的权重值,采用模糊评价法评价备选地址与理想目标的接近程度,并依此优选中心的地址。
  以上几种方法都是目前物流中心选址最常用的方法。但是在应用这些方法时并没有考虑由于不同类型的网络节点所带来的选址原则的不同。选址依据的原则很多,例如竞争原则、交通原则、最低运费原则、最小时间原则等,只有根据这些不同的原则,统筹兼顾,充分考虑,才能合理地对网络节点进行选址。
  根据网络节点功能的不同,可以将节点大致划分为生产型物流中心、消费型物流中心和运输转运物流中心。
  生产型物流中心指服务于产品生产的物流中心,在供应链中它的上游是生产资料供应商,下游是商品、产品批发商等,选址的基本原则是成本最小,不仅考虑运输成本,还要考虑对于生产有着重要作用的其它因素,比如原材料地的分布、劳动力条件等,一般认为重力法较为适合该类物流中心的选址需要,而在应用重力法的过程中如何选择影响因素及相互之间的权重是值得研究的方面。
  消费型物流中心指拥有商品保管、在库管理机能,同时又进行商品配送的物流中心,其上游是厂家或者批发商,下游是零售商或者批发商,比如很多从事生活消费品销售的企业自建的配送中心等,选址的基本原则在给定服务水平(主要是指一定的服务时间)物流中心可覆盖的客户数量最大化,国内对于该类物流中心选址的研究并没有把握好该类物流中心的选址原则,往往采用的是重力法、模糊评价法等,而两者均不能正确的考虑覆盖率最大的选址需求,所以应该采用最短路径的搜索算法,求出一定服务水平下,能覆盖最大客户群的地点,这样才符合该类物流中心的功能和使用性质。
  运输转运物流中心是主要从事商品的运输和集散的物流中心,比如港口、公路货运站和铁路货运站等都属此类物流中心,虽然该类物流中心的上游、下游都比较复杂,但是与其它类型的物流中心相比,运输转运物流中心的功能更为单纯,选址的基本原则是运输费用最小化,包括线路运输费用和节点转运费用等,该类物流中心的选址模型应该沿用网络分配模型的思想。
  从上可以看出,不同类型的物流中心具有不同的选址原则,所以物流中心选址模型的研究尚有待深入研究,而不能一概套用现有的模型。
  (2)  节点规模
  主要是根据物流中心货运进出量、功能设置、设施量以及作业空间需求来确定。
  (3)  模式分担
  网络节点规划中的模式分担与网络规划中的模式分担概念是一样的,主要考虑到有些网络节点,特别是在其物流活动中采用了两种或者两种以上的运输方式的物流中心,典型的比如港口、公路铁路联运站等。此处的模式分担主要是预测和确定进出物流中心不同运输方式的分担率,以确定不同运输方式所占用的资源,比如停车场、车辆数等。
3. 物流园内部规划设计
  如图3所示,物流园内部规划顺序为:物流园功能预测、设施设备选择、作业空间预估、物流园用地规划、物流园交通影响分析和微观仿真评价。通过这些子模块,可以得到物流园的初步规划方案。
  3.1 物流园功能规划设计
  所谓物流园功能规划设计,即确定物流园应该具备的功能之后,根据设备、设施选型、运作流程和停车场规划的理论和原则,确定功能中各个要素的数量、容量等特征,定出物流设施规划方案和辅助设施规划方案两部分。
  物流设施规划主要对库存区、装卸平台和拣货区、进货暂存区、理货区等进行设施规划,包括确定容量、形式和数量等重要指标。然后根据设施的形式和操作要求,选择所需的物流设备的形式(比如容器设备、储存设备、拣取设备、物料搬运设备、流通加工设备和装卸载设备等的形式)。
  辅助设施根据物流园的功能不同而有所区别,比如作为综合性节点的物流园,一般包括:停车场、加油站、修理场、结算中心、商务区、信息中心、生活区及其它附属设施(比如水电设施等)等,需对这些功能所需设备及活动空间做出详细分析。
  此部分规划涉及到设备、设施选型和停车场规划的理论和原则,规划的详细程度视要求而定。物流园功能规划设计是否正确合理取决于对物流园功能及其构成的研究、物流设备的研究和车辆行为的研究是否正确,而我国目前尚缺少相应的数据、标准和规范,比如关于装卸平台的停车行为的研究及相关参数、指标等,所以还有待进一步深入研究。
  3.2 物流园用地规划
  物流园用地规划主要包括用地布置规划和用地容量设计两部分。首先根据物流流程,通过分析物流园内各个功能区的活动关系、作业空间关系等,进行物流园空间区域的布置规划,也就是对各个单体进行合理的布置,国际上已经有较为成熟的空间布置分析系统或者软件,比如CRAFT(位置配置法)、CORELAP(相互关系法)、PLANET(分析评价法)等。
  然后根据土地规划原则和方法,利用功能预测的结果(单体数量、形式等)对物流园内部的用地进行规划,包括各类单体的用地面积、容积率、用地红线及机动车道路和步行道路系统的规划(走向、红线宽度等)。在该部分中我国缺少的是关于物流园用地指标的研究。
  3.3 物流园交通影响分析
  对于一个物流园来说,其物流功能是否能够得到顺利的实现,其物流流程是否顺畅和富有效率,很大程度取决于物流园内部的交通组织是否科学、合理。所以用地规划之后,首先要进行物流园的交通组织主要包括机动车交通组织(包括货运车辆和客运车辆),自行车交通组织,步行交通组织以及标志、标线、信号灯等。
  同时物流园作为一个新开发项目,由此所诱发的新增交通需求会使物流园周边地区的交通设施乃至整个路网的服务水平下降,所以进行物流园交通影响分析是有必要的。
  3.4物流园规划仿真及评价
  以上的规划均属宏观规划评价系统,但是不能对物流园内部的敏感物流设施、交通设施进行评价分析,而这些均是目前物流园规划和建设中急需解决的问题。为了对宏观规划进行详细的评估,有必要进行更为详细的规划及评价。
  (1)  物流园微观仿真评价
  通过对物流园企业的物流流程进行调查,得到与物流操作相关的数据,进行统计分析获得相关参数,结合交通流理论,利用微观仿真技术对物流园内部的物流行为和交通行为进行仿真,并对仿真结果进行评价,以确定物流园的服务水平。该模块的评价体系主要包括:1)装卸平台服务水平评价;2)停车服务水平评价;3)交通服务水平评价等。
  (2)  物流园经济分析评价
  利用经济分析评价方法,比如费用效益分析法、费用效益分析与环境评价结合的分析方法等,对物流园规划方案进行评价,主要包括:成本分析、效益分析和服务水平分析。
  4. 物流园规划设计CAD
  根据我国对物流理论与应用的迫切性,也为了使我国物流园的规划、建设朝更科学、合理的方向发展,同时推动物流理论的应用,物流园规划设计CAD的开发有着重要的意义,使得我国的物流系统和物流园规划设计实现计算机化。
  从以上分析可以看出,在区域物流系统和物流园规划理论与方法方面,我国还处在起步阶段,有相当多的理论和方法尚待研究。要实现我国把物流做为新的经济增长点的发展策略,物流规划理论与方法的研究必须扎实地展开。

very good

我是个凑数的。。。