王利，張春陽（遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，大連116029）

大連市生活型物流節(jié)點空間配置優(yōu)化研究

王利，張春陽*
（遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，大連116029）

以大連市為研究區(qū)域，通過建立城市生活型物流節(jié)點配置體系，按照交通原則，運用ArcGIS10.2網(wǎng)絡(luò)分析中的“位置分配”原理，并通過最大化覆蓋模型和最小化阻抗模型對各層級服務(wù)節(jié)點進(jìn)行優(yōu)化分析，提出更真實的多層級物流節(jié)點布局方案。本文根據(jù)大連市人口總量與分布特征、交通狀況以及現(xiàn)有物流節(jié)點布局，通過層級劃分，運用GIS繪制成圖，分析得出6個一級生活型物流節(jié)點和12個二級生活型物流節(jié)點。綜合大連市的物流業(yè)布局以及物流業(yè)的發(fā)展，不僅從微觀技術(shù)層面更加從區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度對大連市生活型物流節(jié)點進(jìn)行系統(tǒng)研究，其結(jié)果證明該方案的可操作性，同時也為該區(qū)域生活型物流節(jié)點選址提供決策依據(jù)。

生活型物流節(jié)點；空間配置；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化；大連市

引言

物流節(jié)點是指專門完成一類或少數(shù)幾類物流貨種的專業(yè)性物流服務(wù)區(qū)域，包括物流中心、物流園區(qū)和物流配送網(wǎng)點。生活型物流節(jié)點是指完成日常生活用品需求的物流服務(wù)節(jié)點，一般物流貨種較多，與居民生活關(guān)系密切。同物流園區(qū)和生產(chǎn)性物流節(jié)點有明顯差異，主要表現(xiàn)在人口數(shù)量與分布密切相關(guān)；受服務(wù)門檻和交通的便捷度影響較大，其層級性有明顯的差異，不同層級服務(wù)的門檻數(shù)量不同。因此生活型物流節(jié)點的選址，首先要遵循滿足居民需求；其次要滿足服務(wù)業(yè)規(guī)模門檻；最后在不考慮低價因素與交通管制的情況，綜合交通成本最低等原則。假設(shè)物流投資足夠，不受總量限制，考慮物流服務(wù)節(jié)點現(xiàn)狀，消費者出行距離以及道路交通狀況等因素。物流節(jié)點需按照克里斯泰勒中心地理論的交通原則即（K=4N）進(jìn)行布局。

考慮物流節(jié)點性質(zhì)、人口數(shù)量、物流需求以及區(qū)域道路網(wǎng)絡(luò)通達(dá)性等因素，需分層級配置城市生活型物流節(jié)點。關(guān)于物流節(jié)點研究內(nèi)容大多集中在廣義的空間配置模式和總體規(guī)劃［1，2］等方面，大多以數(shù)學(xué)方法為基礎(chǔ)［3］，研究尺度為大尺度宏觀研究，技術(shù)方面多為基于GIS利用Dijkstra的最短路徑法，基于泰森多邊形的vorioni圖分析以及基于點線面的緩沖區(qū)分析等方法，從不同角度反映物流節(jié)點空間布局的可達(dá)性［4-6］。

已有成果中關(guān)于中小尺度物流節(jié)點空間布局合理性的研究案例較少。且傳統(tǒng)技術(shù)只單純分析空間的某一關(guān)聯(lián)，對物流節(jié)點選取不夠精確?；贕IS優(yōu)化分析技術(shù)可以合理地確定物流節(jié)點的數(shù)量、位置、服務(wù)半徑以及服務(wù)人口，實現(xiàn)物流節(jié)點優(yōu)化布局［7］。從推動區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展角度出發(fā)，以大連市為研究區(qū)域，以物流節(jié)點為研究對象，利用優(yōu)化分析法，對物流節(jié)點與人口分布進(jìn)行了微觀定量合理性空間分析。

1　研究區(qū)域

大連市地處中國東北遼東半島最南端，位于120°58'-123°31'E、38°43'-40°10'N，面積12573.83平方公里［8］，2015年底人口數(shù)近600萬人，大連市現(xiàn)有國家批準(zhǔn)物流園區(qū)99個，規(guī)劃占地面積591.08平方公里。

2　基本原理與模型選擇

2.1基本原理

基于現(xiàn)有的物流需求和設(shè)施空間分布，利用空間網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)模型，對全市生活型物流節(jié)點做出科學(xué)的規(guī)劃布局，基于生活型物流服務(wù)節(jié)點布局方案= f（城市區(qū)域常住人口數(shù)量，物流需求變化，物流服務(wù)節(jié)點網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，節(jié)點配置優(yōu)化模擬）（圖1，圖2）。

圖1　社區(qū)人口分布圖

圖2　現(xiàn)有交通與物流園區(qū)分布圖

2.2優(yōu)化模型

GIS中的“位置分配”原理是已知請求點和設(shè)施點分布狀況，在給定的候選設(shè)施點中依據(jù)不同的模型挑選出合適的物流節(jié)點布局方案。針對以政府為主體建設(shè)的物流節(jié)點，在優(yōu)化布局時，考慮最小化阻抗和最

式中，Imn是路徑（m，n）上的總阻抗，Smn是路徑（m，n）上所有路段長度之和，Ti為第i個節(jié)點在路上所遇到的阻抗（長度=延遲時間×速度，用時間或長度表示），j為節(jié)點數(shù)量。

2.2.2最大化覆蓋范圍模型

最大化覆蓋范圍是在各節(jié)點數(shù)量給定的情況下，所有備選節(jié)點在最大服務(wù)半徑之內(nèi)需求點最多［2］。即覆蓋的服務(wù)目標(biāo)人群最大，獲取最大的總效益?？紤]某些需求點在設(shè)施覆蓋范圍之外，為避免此情況，對模型進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，其基本數(shù)學(xué)模型如下，見公式（2）（3）：大化覆蓋范圍模型［9］應(yīng)用較廣泛。因此本文采用上述兩種模型對物流節(jié)點進(jìn)行分析。

2.2.1最小化阻抗模型

經(jīng)過模擬使所有需求點到達(dá)距其最近點的距離之和最小，即總出行成本最小化［1］?？紤]出行阻抗，運用Floyd-Warshall算法，計算求解最小化阻抗和最短路徑。其基本數(shù)學(xué)模型如下，見公式（1）：

公式中：βj為需求點j的需求，當(dāng)βj≤R（覆蓋半徑）時：ρj=1，否則ρj=0。公式（2）求解表示在確定條件下的需求效益最大化。公式（3）的約束條件，確定了節(jié)點可以為哪些在給定區(qū)域內(nèi)的居民點提供服務(wù)。μi，ρj是決策變量，αij為二元值系數(shù)，公式（3）的第一個式子為了避免需求點在設(shè)施覆蓋范圍之外，即ρj=1；公式（3）的第二個式子限定了設(shè)施點的數(shù)量。

2.3技術(shù)流程與數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

本文基于GIS10.2網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化分析的“位置分配”構(gòu)建全市道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，模擬物流需求點，物流設(shè)施點，對已有物流設(shè)施的空間分布，候選位置設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，由計算機(jī)通過模擬求解，分析計算結(jié)果，挑選合適的物流節(jié)點區(qū)位。

2.3.1建立基于全市城市街道社區(qū)、農(nóng)村地區(qū)行政村的人口分布GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，明確人口總量和分布特征

按照當(dāng)前戶籍人口近600萬人，預(yù)期目標(biāo)（遠(yuǎn)期人口控制上限）人口1016萬人，全市綜合分為1432個社區(qū)，每個社區(qū)抽象為“點”對象，作為各社區(qū)人口分布節(jié)點?？紤]海上航線運輸?shù)臅r間與速度與陸路運輸不同，研究節(jié)點數(shù)量需去除海上部分節(jié)點（長?？h社區(qū)、莊河石城鄉(xiāng)和王家鎮(zhèn)社區(qū)、螞蟻島等），社區(qū)人口分布節(jié)點數(shù)量變?yōu)?395個［10］（見圖1）。

2.3.2建立全市現(xiàn)狀及近期道路網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫

在MapInfo12.0軟件下，對道路網(wǎng)進(jìn)行矢量化，構(gòu)建UTM Zone 51，Northern Hemisphere（WGS84）坐標(biāo)系，構(gòu)建基礎(chǔ)道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫（見圖2）。利用Universal Translator工具，實現(xiàn)tab格式轉(zhuǎn)換成Shape格式。運用GIS構(gòu)建交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，設(shè)置相應(yīng)阻抗，本文阻力成本代表行使路段的通行時間，包含在每個節(jié)點的停留時間［11］，參考相關(guān)規(guī)定和研究［12］，并結(jié)合大連實際，市區(qū)車行時速主干道40 km/h，支干道30 km/h，步行5 km/h。在不考慮路口紅燈，沿單行道行駛，無需轉(zhuǎn)彎，延遲時間設(shè)為0秒；否則，延遲時間設(shè)為20秒［9］。

2.3.3物流節(jié)點分布數(shù)據(jù)庫

大連沒有明確布局生活型物流節(jié)點，已建成運行的99個物流園作為物流節(jié)點的候選點，在候選點中選出二級生活型物流節(jié)點作為必選項，進(jìn)而優(yōu)化出一級生活型物流節(jié)點。一級二級物流節(jié)點服務(wù)于1395個生活需求點。

2.4層級劃分原則與數(shù)據(jù)選擇

本研究是基于交通網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點優(yōu)化問題，遵循“交通原則”（K=4N）。層級劃分結(jié)合大連市中心區(qū)、區(qū)市縣和鄉(xiāng)鎮(zhèn)村物流節(jié)點配置做法，采用基于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的“位置分配”，遵循克里斯塔勒中心地配置的“交通原則”，將生活型物流節(jié)點分為二個層級，分別是綜合性和區(qū)域性生活型物流節(jié)點，進(jìn)而確定二層級生活型物流節(jié)點的數(shù)量。

第一層級為綜合性生活型物流節(jié)點，服務(wù)人口≥50萬人，服務(wù)半徑50≤R≤100km。物流節(jié)點主要分布在大連市區(qū)、普灣新區(qū)和金州新區(qū)，具體區(qū)位待網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化確定。

第二層級為區(qū)域性生活型物流節(jié)點，服務(wù)人口≤50萬人，服務(wù)半徑≤50km。按照“交通原則”（K=4N）設(shè)定中心地數(shù)量，需布局12個物流節(jié)點，其中第一層級3個物流節(jié)點作為必選項，需再布局9個物流中心。

物流節(jié)點分布區(qū)域具有城鄉(xiāng)差別，因此在借鑒以往研究成果基礎(chǔ)上，將優(yōu)化分析的社區(qū)分為城市型社區(qū)497個，發(fā)展型社區(qū)459個，農(nóng)村型社區(qū)439個（見圖1）?？紤]到社區(qū)的類型差異，三種社區(qū)分別受到城市交通擁堵，紅綠燈，上下班高峰和道路設(shè)施維修的影響依次減弱。需要考慮“最大出行時間”問題。農(nóng)村型社區(qū)相對距離較城市型社區(qū)遠(yuǎn)，因此基于高速公路、國道、省道、干線公路及其他支路（見圖2），不考慮單行道，各路段車行速度一致。由于一級物流節(jié)點考慮高速公路的速度區(qū)別，因此本文選用通行時間作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。物流園區(qū)通行時間設(shè)定為30分鐘，城市地區(qū)居民出行設(shè)定為20分鐘，農(nóng)村地區(qū)居民相對出行距離較城市遠(yuǎn)，設(shè)定40分鐘。一級物流節(jié)點是專門性服務(wù)于二級物流節(jié)點，因此一級物流節(jié)點之間通行時間設(shè)定為60分鐘，城市地區(qū)居民出行設(shè)定為40分鐘，農(nóng)村地區(qū)居民出行設(shè)定為60分鐘。

3　實證分析

3.1物流節(jié)點現(xiàn)狀分析

現(xiàn)有物流園區(qū)數(shù)量較多，主要沿交通干線分布且分布較為集中有扎堆現(xiàn)象，大連中北部地區(qū)農(nóng)村和城市過渡帶缺少物流園區(qū)布局，各職能分工不明顯。且已建成運行的99個物流園區(qū)服務(wù)半徑有大面積的重疊區(qū)域，亟需優(yōu)化。

3.2優(yōu)化布局

在物流節(jié)點現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，深入探討多層級生活型物流節(jié)點優(yōu)化布局，因此本文采用最小化阻抗和最大化覆蓋范圍模型進(jìn)一步對二層級物流節(jié)點進(jìn)行優(yōu)化分析。二級物流節(jié)點服務(wù)的需求點較多且較為復(fù)雜，因此采用最大化覆蓋范圍模型對其進(jìn)行模擬優(yōu)化，使得所有的物流節(jié)點全覆蓋需求點；一級物流節(jié)點是專門性服務(wù)于二級物流節(jié)點，要求需求點到其的距離最近，因此采用最小化阻抗模型較為合適（圖3，圖4）。

3.2.1基于“最大覆蓋范圍”原則分析

考慮物流節(jié)點建設(shè)現(xiàn)狀、建設(shè)規(guī)?；蛲恋赜玫叵拗疲O(shè)定選址條件為：①“最大覆蓋范圍”原則；②沿可通行道路，車行時間≤40分鐘；③遵循K=4N原則；④物流節(jié)點必選點3個，候選點99個。

根據(jù)設(shè)定的前提條件，對物流節(jié)點進(jìn)行優(yōu)化模擬求解，分析得出考慮物流設(shè)施現(xiàn)狀，在實現(xiàn)物流節(jié)點覆蓋范圍內(nèi)40分鐘生活物流圈。

3.2.2基于“最小化阻抗”原則分析

設(shè)定選址條件為：①在二級生活型物流節(jié)點基礎(chǔ)上；②“最小化阻抗”原則；③沿可通行道路，車行時間≤60分鐘；④物流節(jié)點必選點3個，候選點12個。

求解后由分析可知，考慮城市區(qū)域常住人口數(shù)量與物流需求變化，分析可知最佳點是在普灣新區(qū)，其余布局6個物流節(jié)點，在3個物流節(jié)點的基礎(chǔ)上，需增加3個物流節(jié)點，更好的為二級區(qū)域性生活型物流節(jié)點服務(wù)。

圖3　二級物流節(jié)點分布示意圖

圖4　一級物流節(jié)點分布示意圖

4　結(jié)論

采用AcrGIS網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)，對可通行道路進(jìn)行模擬，結(jié)合物流設(shè)施的位置、數(shù)量、出行時間、服務(wù)半徑和服務(wù)人口等因素，對大連市生活型物流節(jié)點建設(shè)規(guī)劃的探討與優(yōu)化做出了合理性的分析，具有一定的指導(dǎo)意義。通過分析結(jié)果表明，普蘭店灣的灣底地區(qū)是大連市整體最佳生活型物流節(jié)點布局區(qū)域。二級區(qū)域性生活型物流節(jié)點在原有基礎(chǔ)上需增加9個物流節(jié)點；一級生活型物流節(jié)點在原有基礎(chǔ)上需增加3個物流節(jié)點，較為合理。香爐礁、普灣、金州、莊河、瓦房店謝屯物流園區(qū)作為1、2層級物流中心，水師營、登沙河、花園口、復(fù)州、蓉花山、青堆作為2層級物流中心。各級生活型物流節(jié)點相互配合、相互作用形成了覆蓋大連市的生活型物流節(jié)點體系。由于數(shù)據(jù)精度和篇幅限制，本研究未將三級四級等物流節(jié)點進(jìn)行總體優(yōu)化分析?？紤]物流節(jié)點布局的復(fù)雜性，分析基于一定的假設(shè)進(jìn)行模擬，模型有待進(jìn)一步完善和探究。

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（2016-06-09收稿M編輯）

Dalian Living Space Logistics Node Configuration Optimization

WANG Li et al
（College of Urban and Environment science，Liaoning Normal University，Dalian 116029，China）

By constructing allocation system for city life logistics center，In accordance with the principle of transportation，using ArcGIS10.1 network analysis method of the location allocation，this paper studied the city life logistics center in Dalian and throughthemaximumcoveragemodelandminimizesthe impedancemodeltooptimizeservicenodeatthelevelof analysis，put forward a more realistic multi-level logistics node layoutscheme.Basedonthecharacteristicsofpopulation distribution，traffic conditions and the existing layout of logistics node in Dalian，by tier of level，the use of GIS plotted，conclude 6 kind of node and 12 second life.Integrated logistics industry layout pattern and the development of the logistics industry in Dalian，notonlyfromtheperspectiveofregionaleconomic development，more were from the technical aspects of microscopic life in Dalian Logistics Center System，the results show that the scheme of maneuverability，but also for the regional life logistics center node location to provide decision-making basis.

Living logistics node；Spatial allocation；Network optimization；Dalian

F259.22

A

1003-7853（2016）03-0021-04

王利（1965-），男，遼寧建平人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事GIS應(yīng)用、空間發(fā)展規(guī)劃、土地利用總體規(guī)劃、現(xiàn)代物流空間規(guī)劃研究。

張春陽。