劉文博 （遼寧省交通高等專科學校，遼寧 沈陽110122）

LIU Wenbo (Liaoning Provincial College of Communications, Shenyang 110122, China)

0 引 言

隨著世界工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，二氧化碳排放量越來越大，世界氣候面臨越來越嚴重的問題，已經(jīng)嚴重危害到人類生存環(huán)境和健康安全。中國已向世界承諾：二氧化碳排放2030 年左右達到峰值并爭取盡早達峰，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%～65%。Baranzini 等[1]認為，碳稅是降低碳排放最有效率的政策之一。蘇明等[2]深入研究了《環(huán)境保護稅法（征求意見稿）》，提出了政策建議，未來將碳稅作為一個稅目開征。楊雨薇[3]認為低碳物流已經(jīng)成為物流業(yè)發(fā)展的趨勢，走低碳化發(fā)展離不開國家宏觀層面支持，微觀層面也應積極尋求物流各環(huán)節(jié)節(jié)能減排途徑，力求實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益最大化。

生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應鏈[4]（Supply Chain of Agriculture Fresh Products） 是由生鮮農(nóng)產(chǎn)品的供應商、物流服務商、銷售商等相關主體組成的網(wǎng)絡。供應商的各主體承擔著生鮮農(nóng)產(chǎn)品的供應、生產(chǎn)、加工、配送及銷售等職能。生鮮農(nóng)產(chǎn)品的供應商、生產(chǎn)商、銷售商以及消費者通過物流、信息流、資金流連接起來，旨在實現(xiàn)生鮮農(nóng)產(chǎn)品快速、高效并安全地從產(chǎn)地到消費者的移動，并重點考慮食品安全、流通過程中的碳排放控制、生鮮農(nóng)產(chǎn)品保鮮等問題。

生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應鏈跨越多個產(chǎn)業(yè)，涉及農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)、物流業(yè)、批發(fā)與零售業(yè)、信息技術服務業(yè)、環(huán)保業(yè)，也會受到金融業(yè)和房地產(chǎn)業(yè)的影響。由于供應鏈上各主體地理位置分散，各地氣候、地理條件差異很大，還有生鮮農(nóng)產(chǎn)品鮮活和易損性的特點，對采收、裝卸、運輸、配送等各環(huán)節(jié)在時間和包裝技術要求很高，需要快速、高效的物流配送體系，才能降低成本，提高效益。

Chaabane 等[5]提出了一個考慮碳排放的閉環(huán)供應鏈網(wǎng)絡問題，構建了一個混合整數(shù)規(guī)劃模型，該模型體現(xiàn)了供應鏈的戰(zhàn)略規(guī)劃與運營策略，并以原鋁生產(chǎn)供應鏈網(wǎng)絡為實證案例進行了數(shù)值實驗。Cachon[6]從供應鏈運作和物流角度分析了商店與工廠因地理位置差異造成碳排放量的不同，最后給出最佳選址方案實現(xiàn)碳排放量最小。

本文以生鮮農(nóng)產(chǎn)品為研究對象，考慮碳排放的前提下通過合理的運量分配及配送中心的啟動決策實現(xiàn)整個生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應鏈運輸成本最小且碳排放成本最低的目標。在生鮮農(nóng)產(chǎn)品行業(yè)面對未來必將到來的碳稅政策時，可以通過供應鏈設計與優(yōu)化，大幅度降低二氧化碳排放量，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。

1 問題描述與數(shù)學模型

1.1 問題描述

目前生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應鏈發(fā)展迅速，很多農(nóng)業(yè)龍頭企業(yè)紛紛采取“公司—基地—農(nóng)戶”、“基地—農(nóng)戶—公司—超市”等多種形式的供應鏈結構。由于農(nóng)產(chǎn)品品種多、品質差異大，其流通形式也有所不同。比較典型的“農(nóng)戶+加工企業(yè)”模式，其供應鏈成員包括供應商、農(nóng)戶、加工企業(yè)、批發(fā)商、零售商等。這一模式中，農(nóng)戶種植的農(nóng)產(chǎn)品并不直接進入流通渠道，而是通過加工企業(yè)進行增值，轉換成附加值更高的產(chǎn)品，再以更高的價格進入流通渠道。本文所建的數(shù)學模型是依托于該種運作模式，供應鏈首端是生鮮農(nóng)產(chǎn)品的供應商，中間環(huán)節(jié)是提供深加工及配送服務的企業(yè)，供應鏈末端是離消費者最近的生鮮超市，其供應鏈示意圖如圖1 所示。

為了構建數(shù)學模型，首先提出合理假設，表示如下：

假設1 所有生鮮超市的需求必須得到滿足；

假設2 不能超過供應商的供給能力；

假設3 運輸費用與單位產(chǎn)品運量呈線性比例關系；

假設4 運輸過程中涉及的碳排放量與單位產(chǎn)品運量呈線性比例關系。

針對假設3 和4，即使參數(shù)間存在一些復雜的非線性關系，但經(jīng)過線性轉化，并不影響模型求解結果。

圖1 生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應鏈示意圖

1.2 數(shù)學模型

該問題的集合、參數(shù)和決策變量的定義如下：

集合：I：生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應商集合；J：加工配送中心集合；K：生鮮超市集合。

參數(shù)：Si：第i個供應商的供應量（噸）；Cj：第j個加工配送中心的處理能力（噸）；Dk：第k個生鮮超市的需求量（噸）；dij：從供應商i到加工配送中心j每單位運量的運輸費（元/噸）；djk：從加工配送中心j到生鮮超市k每單位運量的運輸費（元/噸）；mij：從供應商i到加工配送中心j每單位運量的CO2排放量（kg/噸）；mjk：從加工配送中心j到生鮮超市k每單位運量的CO2排放量（kg/噸）；vj：來自第j個加工配送中心單位運量的可變CO2排放量（kg/噸）；fj：來自第j個加工配送中心單位運量的固定CO2排放量（kg/噸）；α：碳排放稅（元/kg）。

決策變量：xij：從供應商i到加工配送中心j的送貨量（噸）；xjk：從加工配送中心j到生鮮超市k的送貨量（噸）；yj：第j個加工配送中心是否啟動，yj為1，即啟動；yj為0，則不啟動；xijk：從供應商i通過加工配送中心j向生鮮超市k的送貨量（噸）；Zj：通過加工配送中心j的運量，即

采用上述參數(shù)和決策變量，建立的數(shù)學模型表示如下：

模型中，目標函數(shù)式（1） 包含五項，分別是從供應商到加工配送中心的運輸費用及相應的碳稅成本、從加工配送中心到生鮮超市的運輸費用及相應的碳稅成本以及加工配送中心要承擔的固定及可變的碳稅成本。約束式（2） 表示對于每個供應商，運往各加工配送中心的運量總和與其供應量持平。約束式（3） 表示對于每個生鮮超市，從各加工配送中心運來的運量總和與該超市的需求量持平。約束式（4） 表示對于每個加工配送中心，其處理能力不小于從各供應商送來的運量。約束式（5） 表示對于每個加工配送中心，其處理能力應大于等于送往各生鮮超市的運量總和。約束式（6） 表示從供應商i通過加工配送中心j向生鮮超市k運量的關系式。約束式（7） 和式（8） 表示變量的取值范圍。

該模型程序是在Windows7 環(huán)境下利用Visual Studio 2010 編寫，在CPU 主頻3.1GHz，物理內(nèi)存6GB 的計算機進行測試。通過ILOG CPLEX v12.6.1 優(yōu)化軟件進行求解。

2 仿真實驗

2.1 案例概述

某區(qū)域有5 家加工配送中心，上游供應商共有105 家，單家供應商能力均有限，下游生鮮超市共有286 個。供應商、加工配送中心、生鮮超市的地理位置已知，由此均可計算出供應商至加工配送中心及加工配送中心至各生鮮超市之間的距離矩陣。

模型的參數(shù)大部分來源于電話問詢，極個別的數(shù)據(jù)根據(jù)經(jīng)驗和業(yè)內(nèi)專家經(jīng)驗獲得。碳排放稅是參考國內(nèi)外生鮮農(nóng)產(chǎn)品物流行業(yè)的作業(yè)能耗數(shù)據(jù)、轉換系數(shù)以及物流行業(yè)專家經(jīng)驗，在合理范圍內(nèi)隨機產(chǎn)生。

從案例中任意抽取10 個供應商單位、5 個生鮮超市的數(shù)據(jù)為例，表1 為供應商到加工配送中心單位運量的運費及各供應商的供應量；表2 為加工配送中心至生鮮超市單位運量的運費及各生鮮超市的需求量；表3 為供應商到加工配送中心單位運量的CO2排放量；表4 為加工配送中心至生鮮超市的單位運量的CO2排放量；表5 為加工配送中心的固定/可變單位運量的CO2排放量及處理能力。

表1 供應商至加工配送中心的單位運量的運費及各供應商的供應量

表2 加工配送中心至生鮮超市的單位運量運費及各生鮮超市的需求量

表3 供應商至加工配送中心的單位運量的CO2 排放量

表4 加工配送中心至生鮮超市的單位運量的CO2 排放量

表5 加工配送中心的固定/可變單位運量的CO2 排放量及處理能力

2.2 計算結果

針對上面的數(shù)學模型進行求解，假設碳稅率在0.01～0.1 的區(qū)間變化。表6 為不同碳稅率下模型計算結果。

表6 不同碳稅率下模型計算結果

通過表6 的數(shù)據(jù)結果可以看出，隨著碳稅率的增加，加工配送中心開啟數(shù)量逐漸減少，固定碳排放量大的將不被啟動。隨著碳稅率的增加，碳排放量與總費用的整體趨勢是下降的，但二氧化碳排放量以及總費用的降幅隨著碳稅率的上升而上升，由此表明碳稅率越高節(jié)能減排效果越明顯。

3 結 論

本文對考慮了碳排放的生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應鏈問題進行了數(shù)學模型的構建，并通過具體實例進行了定量分析，碳稅率的調節(jié)機制均在不同程度上影響著生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應鏈的運行。考慮了碳稅率指標，加工配送中心的啟動決策會受到影響；碳稅率設置的越高，碳排放量整體上是呈下降趨勢，資金的節(jié)省效果越明顯。針對生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應鏈上的各節(jié)點企業(yè)，要從網(wǎng)絡整體設計和運作優(yōu)化角度進行決策，企業(yè)間相互信任，從大處著眼，力求整個供應鏈的碳排放量最少且總成本最低，以實現(xiàn)企業(yè)長期可持續(xù)的發(fā)展目標。