突發(fā)事件下應(yīng)急冷鏈物流配送模型

鄒安全，羅杏玲

(長沙大學(xué)經(jīng)濟管理系，湖南 長沙 410022；

中南林業(yè)科技大學(xué)交通運輸與物流學(xué)院，湖南 長沙 410004)

摘要：以響應(yīng)災(zāi)害事件發(fā)生后應(yīng)急冷鏈物流資源調(diào)度時間最短為目標，構(gòu)建了應(yīng)急冷鏈物流調(diào)度的數(shù)學(xué)模型，并基于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和線性規(guī)劃優(yōu)化思想，運用啟發(fā)式算法對應(yīng)急冷鏈物流調(diào)度模型進行求解，再采用MATLAB算法語言設(shè)計了冷鏈物流的仿真程序，最后提出相應(yīng)的對策建議。

關(guān)鍵詞：突發(fā)事件；應(yīng)急物流；冷鏈；配送模型

中圖分類號:F252；F224

文獻標識碼：A

文章編號：1008-4681(2015)01-0036-05

收稿日期：2014-12-07

基金項目：湖南省科技廳軟科學(xué)重點項目“突發(fā)事件下應(yīng)急冷鏈物流配送模式及對策研究”，編號: 2014zk2058；國家社科基金資助項目“低碳經(jīng)濟下鋼鐵供應(yīng)鏈碳排放測量與控制研究”，編號: 12BJY020。

作者簡介：鄒安全(1964— )，男，湖南長沙人，長沙大學(xué)經(jīng)濟管理系教授，博士。研究方向：物流流程優(yōu)化理論與方法、工業(yè)工程。羅杏玲(1991— )，女，湖南長沙人，中南林業(yè)科技大學(xué)交通運輸與物流學(xué)院碩士生。研究方向：物流與供應(yīng)鏈管理。

Abstract：In order to response to the disaster event as shortly as possible,the paper builds a mathematical model of the emergency cold chain logistics scheduling, and uses a heuristic algorithm to solve the mode based on the network optimization and linear programming optimization,and then designs the cold chain logistics simulation program by MATLAB. Finally, it puts forward corresponding countermeasures.

重大自然災(zāi)害、交通事故以及安全事件等，給人類和社會造成了較大損失。有關(guān)資料表明，我國每年因突發(fā)事件造成的經(jīng)濟損失占GDP的6%，如汶川地震造成的直接經(jīng)濟損失達4000億元，相當(dāng)于中國GDP的3%[1]。在天災(zāi)人禍頻發(fā)的今天，對應(yīng)急物流系統(tǒng)進行研究具有重要的現(xiàn)實意義。應(yīng)急冷鏈物流是應(yīng)急物流體系中的重要組成部分，高質(zhì)高效地供給應(yīng)急物資在應(yīng)對突發(fā)事件時至關(guān)重要，能直接降低突發(fā)事件造成的危害和損失。因此，關(guān)于應(yīng)急冷鏈物流的配送模式研究具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。

關(guān)于應(yīng)急物流的研究，很多學(xué)者從概念、特征、系統(tǒng)體系構(gòu)建、保障機制等角度對其進行了探討。如Thomas(2002)將應(yīng)急物流分為部署、維持和重新配置3個階段，主要由籌集、分發(fā)、儲存、運輸、救援設(shè)備和人員的一整套過程與方法組成[2]。Sheu，Jiuh-Biing(2005)指出應(yīng)急物流不同于一般商業(yè)物流,它具有難預(yù)見性、不確定性、非常規(guī)性等顯著特征[3]。宋愛華(2011)結(jié)合我國國情，從國家應(yīng)急管理中心、物流指揮中心、信息平臺等方面構(gòu)建了我國應(yīng)急物流體系[4]。歐忠文等(2005)探討了應(yīng)急物流保障機制、實現(xiàn)方法以及途徑，比較了國內(nèi)外在建立應(yīng)對突發(fā)性事件時的應(yīng)急保障法規(guī)、機制和所采取的措施[5]。國內(nèi)外學(xué)者不僅對應(yīng)急物流進行了定性分析，還主要從應(yīng)急物流設(shè)施選址研究、應(yīng)急物流資源調(diào)度模型研究和應(yīng)急物流選址調(diào)度集成研究三大類對應(yīng)急物流模型構(gòu)建進行了定量分析。Balcik等(2008)構(gòu)建了能夠確定急救中心的數(shù)量和分布、物資供應(yīng)的數(shù)量的設(shè)施選址模型[6]。曾敏剛等(2010)針對減災(zāi)系統(tǒng)中的應(yīng)急服務(wù)設(shè)施選址和應(yīng)急資源運輸路線安排這兩個子問題建立了LRP模型，利用啟發(fā)式算法進行了求解[7]。從上述文獻的分析可以看出，國內(nèi)外關(guān)于應(yīng)急物流的理論研究成果頗多。但是，應(yīng)急冷鏈物流除了具有應(yīng)急物流的共性以外，還會受到運輸設(shè)備、運輸?shù)攸c、不同突發(fā)事件不同需求類型的影響。因此，應(yīng)急冷鏈物流配送模式的研究，有別于普通意義上的應(yīng)急物流問題的研究，其應(yīng)急設(shè)施的選址、應(yīng)急資源調(diào)度模型的約束條件、求解方法具有自身的特點。本文將考慮實際災(zāi)害事故二次災(zāi)害發(fā)生的情況對多資源多受災(zāi)點應(yīng)急冷鏈物流調(diào)度問題的研究。

一應(yīng)急冷鏈物流內(nèi)涵及現(xiàn)狀分析

(一)應(yīng)急冷鏈物流內(nèi)涵

應(yīng)急冷鏈物流是指為了應(yīng)對突發(fā)性災(zāi)難事件，以追求災(zāi)難損失最小化、時間效用最大化、冷鏈物品保質(zhì)保量送達需求地的特殊物流活動。該物流活動的開展是應(yīng)急冷鏈資源的運輸、配送、儲藏等多個部門根據(jù)突發(fā)事件的發(fā)展和應(yīng)急冷鏈物流力量的實際情況協(xié)調(diào)管理的一個動態(tài)過程。應(yīng)急冷鏈物流作為應(yīng)急物流的一個專業(yè)化模塊，主要針對重大突發(fā)事件，如地質(zhì)災(zāi)害等自然災(zāi)害，重大交通運輸事故等事故災(zāi)難，重大傳染病疫情等突發(fā)公共衛(wèi)生事件和突發(fā)社會安全事件。應(yīng)急冷鏈物流的突發(fā)性、非常規(guī)性等特征使得應(yīng)急冷鏈物流的風(fēng)險尤為突出，為了提高應(yīng)急冷鏈物流資源調(diào)度的有效性，應(yīng)充分考慮應(yīng)急冷鏈物流的風(fēng)險識別問題，進而從根本上保證應(yīng)急冷鏈物流的有效開展。

應(yīng)急冷鏈物流最顯著的特點表現(xiàn)在：要求在災(zāi)害事件發(fā)生后最短的時間內(nèi)保證品質(zhì)合格的冷鏈物流資源抵達受災(zāi)點。也就是說，決策者應(yīng)該根據(jù)應(yīng)急救護人員、岀救點冷鏈物流資源供給量，從n個可供選擇且有應(yīng)急冷鏈資源數(shù)量約束的出行點確定m個受災(zāi)點以及各自的資源數(shù)量和行駛路線，使冷鏈物流資源在盡可能短的時間內(nèi)到達應(yīng)急地點從而保證應(yīng)急開始時間最早。因此，本文認為，應(yīng)急冷鏈物流的關(guān)鍵技術(shù)指標約束應(yīng)包括：時間約束、品質(zhì)安全以及應(yīng)急冷鏈資源供應(yīng)量制約。

(二)應(yīng)急冷鏈物流管理現(xiàn)狀分析

應(yīng)急冷鏈物流在我國尚屬一個新興概念，目前我國應(yīng)急物流管理缺乏系統(tǒng)深入的理論與實踐研究，具體現(xiàn)狀及存在的問題如下[8-12]：

1.法律法規(guī)薄弱，組織機制不健全。由于應(yīng)急冷鏈物流涉及的行業(yè)多，各行業(yè)的標準制定又有分散性和獨立性，造成了冷鏈物流各行業(yè)之間難以統(tǒng)一和配合，在標準的制定上協(xié)調(diào)性、一致性較差。目前在國內(nèi)尚缺乏關(guān)于應(yīng)急冷鏈物流方面內(nèi)容的統(tǒng)一性標準和相關(guān)法律法規(guī)。同時，突發(fā)事件下應(yīng)急冷鏈物流的組織多為缺乏溝通交流與整合、缺乏系統(tǒng)性和預(yù)見性的臨時性組織，組織機制不健全，指揮績效低，缺乏能充分利用民間非政府組織力量的統(tǒng)一的領(lǐng)導(dǎo)機構(gòu)與專業(yè)的應(yīng)急冷鏈物流人才。

2.信息化程度偏低，配送網(wǎng)絡(luò)欠發(fā)達。應(yīng)急冷鏈物流對于硬件水平、信息化的配置等都有較強的剛性要求。目前我國網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展很快，但現(xiàn)行應(yīng)急冷鏈物流信息化程度偏低，不能很好的利用EDI、GPS、GIS等現(xiàn)代信息技術(shù)進行災(zāi)害營救工作。另外，缺乏統(tǒng)一的應(yīng)急物流信息共享和發(fā)布平臺。如災(zāi)區(qū)冷鏈物質(zhì)需求情況、冷鏈物資供應(yīng)情況、冷鏈運力情況等信息不能及時發(fā)布和傳遞，導(dǎo)致信息不對稱，進而影響救災(zāi)工作的效率和效果。同時，我國應(yīng)急物資配送網(wǎng)絡(luò)欠發(fā)達，配送環(huán)節(jié)的供需信息傳遞渠道不通暢。

3.儲備倉庫布局不合理，運輸組織銜接不暢。我國用于應(yīng)急條件下的冷藏、冷凍設(shè)備不足，冷藏保溫汽車的占有率低，儲備倉庫布局也不合理。目前我國僅在沈陽、天津、武漢等10 個城市設(shè)立了中央急救物資儲備庫，倉庫多集中于中東部，且物資儲備單一，多為帳篷、棉被等基本生活物資。同時，運輸工具的落后和應(yīng)急運輸專業(yè)隊伍數(shù)量較少，嚴重影響了應(yīng)急物流的運輸保障效率。

二應(yīng)急冷鏈物流配送數(shù)學(xué)模型

(一)問題假設(shè)

根據(jù)突發(fā)事件應(yīng)急冷鏈物流的特點以及技術(shù)指標約束的要求，將動態(tài)規(guī)劃的最短路問題以及整數(shù)規(guī)劃中的指派問題應(yīng)用于應(yīng)急冷鏈物流配送數(shù)學(xué)模型的建立。同時考慮到當(dāng)突發(fā)災(zāi)害事故發(fā)生時，受災(zāi)點及其他區(qū)域往往伴隨著二次災(zāi)害的發(fā)生，而且二次災(zāi)害的發(fā)生往往讓人措手不及，因而也會有對應(yīng)急冷鏈物流資源需求的情況。在這種情況下，對原發(fā)災(zāi)害和二次災(zāi)害應(yīng)急冷鏈物流應(yīng)該進行統(tǒng)一調(diào)度，從而可將應(yīng)急冷鏈物流配送問題轉(zhuǎn)化為多資源應(yīng)急冷鏈物流的分類調(diào)度問題。

為了簡化決策模型和分析過程，考慮存在原發(fā)災(zāi)害和二次災(zāi)害的情況下對多資源應(yīng)急冷鏈物流建模約定如下假設(shè)條件：

1.災(zāi)害鏈中原發(fā)災(zāi)害與二次災(zāi)害同質(zhì)，原發(fā)災(zāi)害點到二次災(zāi)害點為供給網(wǎng)格最近距離，除需求量不同外，同種冷鏈剩余物質(zhì)可以就近輸送。

2.假定應(yīng)急冷鏈物流網(wǎng)格任意兩地間的運輸時間為常數(shù)，忽略運輸?shù)膽?yīng)急冷鏈物質(zhì)的種類對運輸效果及要求的影響。

3.統(tǒng)籌調(diào)配應(yīng)急冷鏈物流資源，將應(yīng)急冷鏈資源的需求劃分為原發(fā)災(zāi)害需求和二次災(zāi)害需要，并且滿足概率獨立性要求。

4.假定應(yīng)急管理部門在事前已經(jīng)將應(yīng)急冷鏈資源供給的網(wǎng)格布局及供給量優(yōu)化。

(二)模型構(gòu)建

模型構(gòu)建的目標為響應(yīng)災(zāi)害事件發(fā)生后兩類應(yīng)急冷鏈物流資源調(diào)度時間之和為最短，因而可以建立如下抽象的數(shù)學(xué)模型：

s.t

其他定義如下：

從岀救點i到原發(fā)災(zāi)害點f的最短耗用時間tif，i∈F,c∈G∪H

從岀救點i到災(zāi)害點v(可能發(fā)生)的最短耗用時間tiv，i∈F,c∈G∪H

從原發(fā)災(zāi)害點f到災(zāi)害點v(可能發(fā)生)的最短耗用時間tfv，v∈G,f∈H

決策變量：

Ufv表示出救點i的救援物質(zhì)到達受災(zāi)點f能夠繼續(xù)馳援災(zāi)害點v則為1，否則為0。

約束條件說明如下：

(三)算法及程序

本文的應(yīng)急冷鏈資源調(diào)度模型屬于混合整數(shù)規(guī)劃問題，傳統(tǒng)方法主要是使用精確算法中的整數(shù)規(guī)劃方法求解。但是混合整數(shù)規(guī)劃是NP-完全問題，當(dāng)問題規(guī)模較大時，精確算法具有指數(shù)復(fù)雜性，不存在多項式算法，很難得出有效解[13]。所以，對于具有時間緊迫性的多資源應(yīng)急物流調(diào)度問題，傳統(tǒng)解法都不能滿足實時性要求。為此，受Min等所提出的先分類-分配后安排運輸線路的二級啟發(fā)式算法思路的啟發(fā)，針對上述數(shù)學(xué)模型中的約束條件和目標，設(shè)計多資源的分類調(diào)度的響應(yīng)算法[14]。

1.算法的基本思路。本算法的基本思路是先對應(yīng)急冷鏈資源需求進行分類，再對根據(jù)受災(zāi)點情況對應(yīng)急冷鏈資源分級。首先根據(jù)災(zāi)害鏈中原發(fā)或二次災(zāi)害點的應(yīng)急冷鏈資源需求規(guī)律，將應(yīng)急冷鏈資源分為兩類：一類是僅是原發(fā)或二次受災(zāi)點單獨應(yīng)急需要的冷鏈資源；另一類是原發(fā)和二次受災(zāi)點都需要的公用應(yīng)急冷鏈資源。

對僅是原發(fā)或二次應(yīng)急需要的冷鏈資源，分別根據(jù)原發(fā)災(zāi)害受災(zāi)點需求量和二次災(zāi)害受災(zāi)點需求期望建立受災(zāi)點資源供給規(guī)則，然后按照領(lǐng)域?qū)缇赛c搜索方法分配資源；對于原發(fā)和二次災(zāi)害都需要的公用應(yīng)急冷鏈資源，則需要分級處理。原發(fā)和二次災(zāi)害都需要的公用應(yīng)急冷鏈資源，在給定的應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)中，進行統(tǒng)籌調(diào)度。先滿足原發(fā)災(zāi)害點冷鏈物流資源的需求量，然后再從原發(fā)災(zāi)害點選擇適當(dāng)?shù)倪\輸線路將同類應(yīng)急冷鏈物流資源運往二次災(zāi)害點，以降低問題的復(fù)雜性，減少算法的計算時間。

2.變量定義。根據(jù)算法的基本思路，作如下定義：

Wf表示原發(fā)災(zāi)害受災(zāi)點f的冷鏈資源調(diào)度方案，f∈G，Wv表示二次災(zāi)害受災(zāi)點v的冷鏈資源調(diào)度方案，v∈H，則有：

第j行表示各岀救點向受災(zāi)點f(或v)調(diào)度第j種冷鏈資源的向量，第i列表示岀救點Ai向受災(zāi)點f(或v)調(diào)度的冷鏈資源向量。

3.預(yù)備知識。預(yù)備知識一：任一方案w，如果上述矩陣定義中某個行向量能夠滿足目標函數(shù)中的約束方程，那么方案w關(guān)于某種冷鏈資源是最優(yōu)的，如果對于?j∈R皆成立，則稱方案w為可行方案。

預(yù)備知識二：將岀救點集合中的任一岀救點到受災(zāi)點c(既包括原發(fā)災(zāi)害點也包括二次災(zāi)害點)的時間距離組按降序排序，也就是說，記λ1c為最長距離，λ2c為次長距離，…，λ|L|c為最短距離。這樣，可以構(gòu)造一個岀救點到受災(zāi)點的距離排序矩陣：

其中矩陣D|F|×|G∪H|的每一個元素D(ρ,c)=(iρc,λρc)為一個二元組，第一項表示到受災(zāi)點c第ρ-短距離的岀救點(iρc∈L),第二項為對應(yīng)的最短距離。

4.算法程序。針對應(yīng)急冷鏈物流管理的特點，設(shè)計應(yīng)急管理配送方案。研究發(fā)現(xiàn)，冷鏈物流應(yīng)急管理具有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量大、不同節(jié)點需求波動大，節(jié)點對物流反應(yīng)時間要求強等特點。設(shè)計方案中，采用分級配送與移動倉庫相結(jié)合的方式實現(xiàn)快速、及時和魯棒的配送方案。在每個配送周期到來以前，快速預(yù)測網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點配送需求，考察一段合理的配送時間，可以得到配送需求矩陣D：

其中dij表示第i個節(jié)點，第j個時間周期內(nèi)的需求量。

每個列向量表示當(dāng)前時刻網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點需求，根據(jù)這一需求，可以采用移動倉庫實現(xiàn)快速配送，即將某區(qū)域的所有配送物質(zhì)轉(zhuǎn)載在一輛大型貨車(移動倉庫)上，大型貨車(移動倉庫)開到指定地點以后，再采用分級配送。

其關(guān)鍵問題是，移動倉庫的位置和每次需要配送的物資總量。這一部分采用matlab建模，具體程序如下：

functionw=MoveWarehouseLocation(a,b)

%a為輸入?yún)?shù)，為n*n的矩陣，用加權(quán)網(wǎng)絡(luò)來表示被配送網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)%

%b為輸入?yún)?shù)，為1*n的向量，用來表示被配送網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點的物流需求量%

%w為輸出參數(shù),為給定網(wǎng)絡(luò)和需求條件下的移動倉庫位置%

n=size(a);

%表示網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模%

c0=inf*ones(n);

%中間存儲變量%

%采用floyd算法求解最短路矩陣%

n=length(a);

d0=a;

d1=d0;

d2=d1;

d=0;

fori=1:n

d1=d2;

forj=1:n;

l=zeros(1,n);

fork=1:n

d=d1(i,k)+d1(k,j);

l(k)=d;

end

min_d=min(l);

d2(i,j)=min(d1(i,j),min_d);

end

end

l=d2;

%中間存儲變量%

fori=1:n

forj=1:n

ifi~=j

ll=l;

l0=zeros(n);

l0(i,:)=ll(i,:);

l0(:,i)=ll(:,i);

l0(j,:)=ll(j,:);

l0(:,j)=ll(:,j);

fork=1:n

ifl0(k,i)>=l0(k,j);

l0(i,k)=0;

else

l0(j,k)=0;

end

end

l0(:,j)=0;

l0(:,i)=0;

cc=b*l0;

c0(i,j)=sum(cc);

end

end

end

w=(find(min(min(c0))==c0))

%w為所求的移動倉庫位置%

三結(jié)論與對策

本文以突發(fā)事件的情況下冷鏈物流配送模式為研究對象，以達到為需要低溫保存的應(yīng)急物資提供了穩(wěn)定可靠的質(zhì)量保證和及時有效的配送保障的目的。從應(yīng)急冷鏈物流的內(nèi)涵及特點出發(fā)，總結(jié)出其關(guān)鍵技術(shù)約束指標：時間約束、品質(zhì)安全以及應(yīng)急冷鏈資源供應(yīng)量制約。在此基礎(chǔ)上考慮原發(fā)災(zāi)害和二次災(zāi)害中的應(yīng)急冷鏈物流應(yīng)進行統(tǒng)一調(diào)度的特點，將應(yīng)急冷鏈物流配送問題就轉(zhuǎn)化為多資源應(yīng)急冷鏈物流的調(diào)度問題。接著以響應(yīng)災(zāi)害事件發(fā)生后應(yīng)急冷鏈物流資源調(diào)度時間最短為目標，構(gòu)建了應(yīng)急冷鏈物流調(diào)度的數(shù)學(xué)模型，并基于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和線性規(guī)劃優(yōu)化思想，運用啟發(fā)式算法對應(yīng)急冷鏈物流調(diào)度模型進行求解，再采用MATLAB算法語言設(shè)計了冷鏈物流的仿真程序，最后提出相應(yīng)的對策建議，具體如下：

(一)加強應(yīng)急冷鏈物流立法，構(gòu)建統(tǒng)一指揮中心

系統(tǒng)全面的應(yīng)急冷鏈物流政策法規(guī)體系是保障應(yīng)急冷鏈物流各項職能正常運行的關(guān)鍵。結(jié)合突發(fā)性自然災(zāi)害的具體情況以及應(yīng)急冷鏈物質(zhì)的相關(guān)特性完善現(xiàn)有應(yīng)急冷鏈物流立法中的不足之處，適時適量地進行各種應(yīng)急事件預(yù)演。建立一個專門用于應(yīng)急冷鏈物流指揮工作和整合資源的聯(lián)動機制，調(diào)集多方力量聯(lián)合處理突發(fā)事件，特別是有秩序地組織非政府民間救援者，并把軍事物流很好的結(jié)合起來，保障應(yīng)急冷鏈物流高效運行。

(二)完善應(yīng)急冷鏈物流設(shè)施建設(shè)，建立專用通道

重點投資和建設(shè)冷庫設(shè)施、冷藏技術(shù)以及交通運輸薄弱的環(huán)節(jié)，構(gòu)建冷藏車輛多元化、交通運輸系統(tǒng)水陸空多維立體化的運輸網(wǎng)絡(luò)。開通一條或者多條應(yīng)急冷鏈物流專用通道，構(gòu)建政府與第三方物流企業(yè)相結(jié)合的應(yīng)急冷鏈物流配送中心，保障冷藏救援物資及相關(guān)技術(shù)人員能夠在24小時之內(nèi)送至受災(zāi)地區(qū)，降低了應(yīng)急冷鏈物流中心的運營成本，縮短應(yīng)急冷鏈物流作業(yè)時間，最大限度地減少損失。

(三)搭建應(yīng)急冷鏈物流信息平臺，推進技術(shù)創(chuàng)新

依托政府公共信息平臺建立應(yīng)急冷鏈物流信息網(wǎng)絡(luò)，完善自然災(zāi)害監(jiān)測管理體系。優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)信號，擴大覆蓋范圍，增強網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳遞承載能力，盡快消除通訊盲點，及時準確地發(fā)布受災(zāi)情況，以及冷鏈倉儲及運輸?shù)淖钚滦畔ⅲ岣邞?yīng)急冷鏈物流的實施效率。鼓勵應(yīng)急冷鏈物流專業(yè)型人才推動應(yīng)急冷鏈技術(shù)的創(chuàng)新和開發(fā)，學(xué)習(xí)借鑒國外先進技術(shù)和經(jīng)驗，開創(chuàng)具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新型應(yīng)急冷鏈物流技術(shù)和專業(yè)設(shè)施設(shè)備。

參考文獻：

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A Distribution Model of Cold Chain Logistics in the Case of Emergencies

ZOU Anquan, LUO Xingling

(Department of Business Administration,Changsha University,Changsha Hunan 410022,China；

School of Transportation & Logistics，Central South University of Forestry & Technology,

Changsha Hunan 410004,China)

Key Words：emergency logistics;cold chain;scheduling;distribution model

(作者本人校對)