方文凱 廖志高

摘? 要：伴隨著廣西自貿(mào)區(qū)的建立以及一帶一路的延伸，廣西與東盟各國物流運(yùn)輸量逐漸增多。傳統(tǒng)的高耗能高污染運(yùn)輸模式已無法滿足日益增長的需求，必須做出相應(yīng)的改革，而發(fā)展綠色多式聯(lián)運(yùn)則是解決問題的重要方式。以自貿(mào)區(qū)為背景建立多目標(biāo)非線性規(guī)劃模型。不同于傳統(tǒng)研究以時間或成本為目標(biāo)，研究如何在綠色環(huán)保狀態(tài)下使運(yùn)輸達(dá)到低成本、按時達(dá)到以及高質(zhì)量服務(wù)為目標(biāo)。借助理想點(diǎn)法將多目標(biāo)轉(zhuǎn)換成單目標(biāo)模型，運(yùn)用LINGO12軟件求解，驗(yàn)證該模型的實(shí)用性，為廣西自貿(mào)區(qū)打造綠色高效多式聯(lián)運(yùn)機(jī)制提供一定的借鑒性。

關(guān)鍵詞：綠色多式聯(lián)運(yùn);路徑優(yōu)化;自貿(mào)區(qū);多目標(biāo)規(guī)劃

中圖分類號：U116.2? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： One belt， one road extension， is the establishment of Guangxi free trade zone， and the volume of logistics and transportation between Guangxi and ASEAN countries is increasing. The traditional transportation mode with high energy consumption and high pollution can not meet the growing demand， so corresponding reform must be made， and the development of green multimodal transport is an important way to solve the problem. Taking the free trade zone as the background， a multi-objective nonlinear programming model is established. Different from the traditional research， which takes time or cost as the goal， it studies how to make transportation achieve low cost， on time and high-quality service in the state of green and environmental protection. With the help of the ideal point method， the multi-objective model is transformed into a single objective model， which is solved by LINGO12 software to verify the practicability of the model and provide a certain reference for Guangxi free trade zone to build a green and efficient multimodal transport mechanism.

Key words： green multimodal transport; path optimization; free trade zone; multiobjective programming

0? 引? 言

伴隨著廣西經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展以及與東盟各國經(jīng)濟(jì)往來日益頻繁，傳統(tǒng)單一運(yùn)輸模式具有高污染低效益問題，已不能滿足現(xiàn)代物流發(fā)展需求。廣西自治區(qū)必須做出相應(yīng)的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整，以應(yīng)對未來發(fā)展的機(jī)遇。而發(fā)展綠色多式聯(lián)運(yùn)則是一種行之有效的運(yùn)輸模式，也是解決當(dāng)下運(yùn)輸行業(yè)高污染低效益的關(guān)鍵，更是眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題。當(dāng)下，廣西自治區(qū)以成立廣西自貿(mào)區(qū)為契機(jī)發(fā)展物流經(jīng)濟(jì)，更在廣西十三五規(guī)劃發(fā)展中強(qiáng)調(diào)，抓住中國—東盟自由貿(mào)易區(qū)建設(shè)機(jī)遇，大力發(fā)展現(xiàn)代物流服務(wù)業(yè)，加快完成現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系，統(tǒng)籌兼顧鐵路、公路、水運(yùn)和民航等發(fā)展，逐漸提高廣西物流高效率服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保綠色物流運(yùn)輸水平，從而更好地提升廣西經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而本文也正是基于這樣的目的展開科學(xué)研究。

綜合目前的研究成果可以了解到物流路徑選擇問題仍是研究多式聯(lián)運(yùn)的核心，既在不同的因素情況下構(gòu)建模型進(jìn)行優(yōu)化分析。多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化選擇一般會受到運(yùn)輸成本、運(yùn)輸時間、貨物量、運(yùn)輸風(fēng)險、運(yùn)輸質(zhì)量以及環(huán)境等因素的影響[1]。例如：Chang[2]首先對多式聯(lián)運(yùn)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，在模型中將時間問題作為約束條件來控制商品物流的分配。Cho[3]學(xué)者以運(yùn)輸?shù)目偝杀竞涂倳r間為多目標(biāo)模型，借助具體的案例從釜山到鹿特港的實(shí)際距離展開研究分析，得到最優(yōu)的路徑。Seo[4]學(xué)者以運(yùn)輸?shù)目偝杀?、總時間以及信心指數(shù)研究從重慶到鹿特港的路徑，借助運(yùn)輸貨物的貴重性建立信心指數(shù)模型。Xiong[5]學(xué)者在研究多式聯(lián)運(yùn)過程中將減少碳排放作為目標(biāo)規(guī)劃模型，首次分析在運(yùn)輸過程中如何減少碳排放。而我國國內(nèi)研究多式聯(lián)運(yùn)起步相對較晚，主要有付新平[6]以運(yùn)輸?shù)目倳r間和總成本為目標(biāo)模型，通過研究中歐班列集裝箱問題進(jìn)行路徑優(yōu)化。李玉民[7]等選擇以運(yùn)輸?shù)目偝杀?、總時間以及碳排放量為目標(biāo)模型，在結(jié)合具體的案例構(gòu)建多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化選擇，從而將國內(nèi)研究多式聯(lián)運(yùn)目光的人聚焦到環(huán)境因素上。萬杰[8]等人同樣以運(yùn)輸總費(fèi)用、運(yùn)輸總時間以及物流服務(wù)質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建混合整數(shù)規(guī)劃模型，借助無量綱化的方法轉(zhuǎn)換成單目標(biāo)模型進(jìn)而優(yōu)化路徑。賈葉子[9]等人以運(yùn)輸總成本、時間和環(huán)境外部成本等目標(biāo)模型展開研究，通過具體分析在運(yùn)輸過程中環(huán)境因素對路徑造成的影響。李魁梅[10]等人通過研究在運(yùn)輸過程中的綜合成本問題，建立以運(yùn)輸成本最小化的模型從而進(jìn)行路徑優(yōu)化。

? 根據(jù)文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，在研究多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化的過程中，大部分學(xué)者都是以運(yùn)輸總成本、總時間或者碳約束中的一個或者兩個等為目標(biāo)模型，而缺乏全面地分析多式聯(lián)運(yùn)在運(yùn)輸過程中所受到的影響因素?；诖?，本文在已有的研究基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)性分析多式聯(lián)運(yùn)在運(yùn)輸過程中所受到的影響因素，建立綠色多式聯(lián)運(yùn)多目標(biāo)規(guī)劃模型，借助模糊優(yōu)化中的理想點(diǎn)轉(zhuǎn)換法，處理多目標(biāo)之間的單位差異以及其數(shù)量級差異，并轉(zhuǎn)換為單目標(biāo)模型進(jìn)行求解。從而可以較好地平衡三個目標(biāo)規(guī)劃的權(quán)重。同時在結(jié)合廣西自貿(mào)區(qū)的具體案例，可以為廣西自貿(mào)區(qū)更好地規(guī)劃路徑，為今后的發(fā)展實(shí)現(xiàn)高效環(huán)保的目的。

1? 多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化模型構(gòu)建

1.1? 問題描述

? 在某個貨運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)處有一批貨物需從某地區(qū)（假設(shè)A）運(yùn)送到目的地（假設(shè)B），并且需要在規(guī)定的時間內(nèi)送到，不然就會產(chǎn)生額外的存儲費(fèi)用或者懲罰費(fèi)用。在按照路徑運(yùn)輸?shù)倪^程中會通過若干個轉(zhuǎn)運(yùn)節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)運(yùn)節(jié)點(diǎn)之間可以通過鐵路、公路以及水運(yùn)三種運(yùn)輸方式進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，同時考慮到每個節(jié)點(diǎn)城市都可以按照已有的路徑轉(zhuǎn)換運(yùn)輸方式。在運(yùn)輸過程將會產(chǎn)生運(yùn)輸成本、運(yùn)輸時間、運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量、碳排放、空氣污染物以及空氣噪音等因素。通過綜合考慮上述因素的影響，從而確定該批貨物最優(yōu)的運(yùn)輸方案，實(shí)現(xiàn)高效環(huán)保的目的。

1.2? 模型假設(shè)

假設(shè)1：在貨物運(yùn)輸?shù)倪^程中只能按照已有的路徑線路進(jìn)行運(yùn)輸;

? 假設(shè)2：在運(yùn)輸過程中兩個城市節(jié)點(diǎn)之間最多并且只能選擇一種運(yùn)輸方式進(jìn)行運(yùn)輸，相鄰城市之間節(jié)點(diǎn)只能轉(zhuǎn)載一次;

? 假設(shè)3：在運(yùn)輸過程中不發(fā)生運(yùn)輸貨物的增加，保持貨物的完整性;

? 假設(shè)4：在運(yùn)輸過程中只能以整體為單位運(yùn)輸，并且保證單次運(yùn)輸過程中總能滿足貨運(yùn)量的上限;

? 假設(shè)5：不考慮運(yùn)輸過程中遇到特殊情況例如天氣等因素的影響，不考慮運(yùn)輸過程中的貨物以及運(yùn)輸工具的耗損;

? 假設(shè)6：不考慮在中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)的環(huán)境外部因素的影響。

1.3? 符號說明（見表1）

1.4? 模型的建立

? 依據(jù)上面的假設(shè)分析，通過文獻(xiàn)[11]的描述在模型中考慮到碳排放值、空氣污染值及噪音污染值等因素而建立綠色約束模型。同時本文使用物流服務(wù)質(zhì)量系數(shù)來衡量各城市以及城市之間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)載服務(wù)能力，對于不同的城市節(jié)點(diǎn)，其自身的資源及發(fā)展水平越好，則提供的物流服務(wù)質(zhì)量水平就越高。因此，在綜合考慮到運(yùn)輸過程中的各種因素和參考文獻(xiàn)[12]選取區(qū)位條件、班列密度、裝卸效率、信息服務(wù)水平、班列準(zhǔn)點(diǎn)率及通關(guān)效率為評價因素，考慮以上的因素建立多目標(biāo)綠色多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化模型。

V=T=mint×X+t×y（1）

M=d×c×x×q? ? ?（2）

M=c×y×q? ? ? ? （3）

M=max

T-T，0·P·q+max

T-T，0

·P·q

V=minM

+M

+M

（5）

V=min-Lsq

=maxLsq，其中：

Lsq=β

S

-E×? ? ?（6）

ca+

cb+

cc×d×x≤R? ? ? ? ? ? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? （7）

x=n+1， y≤n， 其中k∈Z? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （8）

x=1， y=1， x，y∈0，1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （9）

模型中，式（1）表示多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸過程中的總時間，包括運(yùn)輸過程中時間及轉(zhuǎn)載的時間。式（2）和式（3）表示貨物在運(yùn)輸過程中的費(fèi)用及轉(zhuǎn)載的費(fèi)用，式（4）表示貨物未按時送達(dá)產(chǎn)生的倉儲費(fèi)用及懲罰費(fèi)用，式（5）表示多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸過程中的總運(yùn)輸成本。式（6）表示在多式聯(lián)運(yùn)過程中運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量。式（7）表示在多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸?shù)倪^程中需要將環(huán)境因素控制到數(shù)值R以內(nèi)。式（8）表示決策變量在取值的過程中保障正常運(yùn)輸。式（9）表示決策變量的取值為0～1變量。

1.5? 模型求解

? 借助上面的分析可以得到的目標(biāo)函數(shù)為多目標(biāo)規(guī)劃問題，而多目標(biāo)規(guī)劃問題存在多種問題的影響，無法求得最優(yōu)的解，同時，在研究多目標(biāo)的過程中各目標(biāo)級的權(quán)重單位也不盡相同，為便于求解，本文則借助模糊優(yōu)化中的理想點(diǎn)法，將求解的多目標(biāo)規(guī)劃問題進(jìn)行無量綱化處理，使得各目標(biāo)模型處于同一單位，具體的操作步驟如下：

步驟1：首先計(jì)算出在約束條件下各目標(biāo)規(guī)劃模型問題的最優(yōu)解，既最優(yōu)解所組成的向量V=V

，V

，V

，…，表示為多目標(biāo)規(guī)劃的正理想點(diǎn)。

? 步驟2：其次求解出在約束條件下各目標(biāo)規(guī)劃模型問題的最劣解，既最劣解所組成的向量V=V

，V

，V

，…，表示為多目標(biāo)規(guī)劃的負(fù)理想點(diǎn)。

? 步驟3：確定單目標(biāo)規(guī)劃問題中任一可行解的求解范圍值為V=V

，V

。

? 步驟4：然后進(jìn)行單目標(biāo)規(guī)劃的歸一化處理，既由于各目標(biāo)值的量綱不同，需要統(tǒng)一各目標(biāo)規(guī)劃的單位進(jìn)行歸一化處理，歸一化公式可表示為V=×100%，經(jīng)過歸一化處理，目標(biāo)值變?yōu)閂=

V，

V，

V，…。

? 步驟5：建立如上面所述的單位統(tǒng)一的多目標(biāo)規(guī)劃模型，使得多目標(biāo)規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化成單目標(biāo)模型求解，即可min=λ

×V， 其中λ代表幾個目標(biāo)權(quán)重的值，體現(xiàn)出承運(yùn)人對目標(biāo)函數(shù)的敏感度。

? 通過上面的具體操作步驟，可以將多目標(biāo)規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為單位統(tǒng)一的、以加權(quán)歐氏距離最小化目標(biāo)的單目標(biāo)規(guī)劃問題，在借助優(yōu)化求解器LINGO12軟件進(jìn)行具體求解。

2? 算例模擬分析

2.1? 案例說明

? 假定有一批貨物需要從廣西南寧運(yùn)往到越南河內(nèi)市，使用標(biāo)準(zhǔn)TEU集裝箱10個進(jìn)行裝運(yùn)，在將貨物運(yùn)往越南河內(nèi)市的路徑中，根據(jù)目前了解可以得知有三條路徑可以運(yùn)輸，在每條道路運(yùn)輸?shù)倪^程中會途經(jīng)不同的中轉(zhuǎn)站，在途經(jīng)中轉(zhuǎn)站時可以改變運(yùn)輸方式，而在運(yùn)輸?shù)倪^程中運(yùn)輸?shù)某杀?、時間以及環(huán)境污染程度等各不相同。其中多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)圖見圖1，具體數(shù)據(jù)見表2至表5。首先從多式聯(lián)運(yùn)承運(yùn)人的視角出發(fā)，更多地考慮運(yùn)輸成本及物流服務(wù)對運(yùn)輸路徑的影響，時間因素所占比重較少，既各目標(biāo)的權(quán)重值λ=0.3， λ=0.3， λ=0.4， 同時后面也會對權(quán)重變化產(chǎn)生的影響作具體的分析。最后，在具體分析三條路徑的差異。

2.2? 案例數(shù)據(jù)

? 在將貨物從廣西自貿(mào)區(qū)南寧片區(qū)運(yùn)往越南首都河內(nèi)市時，目前共有三條路徑可以運(yùn)輸，按照地理位置可以分為上路、中路以及下路。

首先，碳排放主要集中在二氧化碳的排放上，根據(jù)借鑒W. M. TO的研究，公路，鐵路以及水路運(yùn)輸二氧化碳排放因子分別為：11.91、0.227、0.121（g/km）。而空氣污染物的排放量主要是集中在一氧化碳、碳化氫、某氧化氮和PM的值，上述的測量值以避免成本法計(jì)算得來，而噪聲的污染值是與歐盟的研究類比計(jì)算出的，通過人口密度以及人均GDP指標(biāo)計(jì)算得來，另一方面因水運(yùn)一般遠(yuǎn)離人群而運(yùn)輸，故噪音污染值為零，各單位具體數(shù)據(jù)如表6所示。

2.3? 案例求解

? 通過上面的具體數(shù)據(jù)及綠色多式聯(lián)運(yùn)模型，運(yùn)用LINGO12軟件中的分支定界原理對上路（既第一條運(yùn)輸線路）運(yùn)輸?shù)目倳r間、運(yùn)輸?shù)目偝杀炯斑\(yùn)輸?shù)姆?wù)質(zhì)量為目標(biāo)的單個目標(biāo)函數(shù)規(guī)劃問題進(jìn)行分別求解，可以得到各目標(biāo)的最優(yōu)解及最劣解，如表7所示：

其次，通過前理想點(diǎn)法將多目標(biāo)轉(zhuǎn)換成單目標(biāo)模型后進(jìn)行歸一化處理，根據(jù)加權(quán)歐式距離為目標(biāo)的單目標(biāo)規(guī)劃模型，可以整理得到最終目標(biāo)函數(shù)為：

min=λ·V+λ·V+λ·V? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（10）

最后，在借助LINGO12可以對上述的單目標(biāo)規(guī)劃模型進(jìn)行求解，同時，為驗(yàn)證本文建立的模型有效性，將以運(yùn)輸總成本以及運(yùn)輸總時間為目標(biāo)函數(shù)的多式聯(lián)運(yùn)模型進(jìn)行求解，在與本文所建立模型求解進(jìn)行對比分析，可以看到運(yùn)輸?shù)姆桨溉绫?所示：

由表8可以了解到，本文研究能更好地兼顧對環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的，為我國的生態(tài)環(huán)境做出一定的貢獻(xiàn)。在考慮到外部環(huán)境因素的情況下，控制服務(wù)質(zhì)量模型的參數(shù)，目標(biāo)函數(shù)的運(yùn)輸路線并未發(fā)生改變，加入服務(wù)質(zhì)量模型可以提高服務(wù)質(zhì)量水平，但是也會帶來目標(biāo)函數(shù)總時間的增加。特別是在改變不同的權(quán)重值時路線就會發(fā)生相應(yīng)的變動，根據(jù)承運(yùn)人對權(quán)重的敏感度不同，可以逐次改變敏感系數(shù)，從而可以得到最優(yōu)的路徑，為自貿(mào)區(qū)的綠色多式聯(lián)運(yùn)發(fā)展提供可行性方案。各權(quán)重的最優(yōu)路徑如表9所示。

2.4? 案例對比分析

為研究南寧片區(qū)到越南河內(nèi)市的最優(yōu)路徑，可以了解到有三條路徑可供選擇，具體的路徑見圖1所示，三條路徑各有其優(yōu)劣勢，結(jié)合具體的數(shù)據(jù)模型可以進(jìn)行對比分析：

（1）上路路徑

在分析上路的過程中，可以了解到當(dāng)權(quán)重系數(shù)為（0.3，0.3，0.4）時設(shè)定此時的最優(yōu)解的值為單位1，不斷改變敏感系數(shù)可以了解到當(dāng)敏感系數(shù)為（0.1，0.6，0.3）時，既先水運(yùn)、鐵運(yùn)、水運(yùn)的運(yùn)輸方式是最優(yōu)的路徑，比對比值優(yōu)化45%，優(yōu)化的主要來源是全程依托鐵路和水運(yùn)的運(yùn)載能力，而鐵路和水運(yùn)的運(yùn)載相對于公路而言比較廉價。

（2）中路路徑

? 在分析中路的過程中，當(dāng)與上路進(jìn)行對比時，將各自的權(quán)重系數(shù)也調(diào)整為（0.3，0.3，0.4）時，運(yùn)輸?shù)目傎M(fèi)用會降低（91.7735-80.5325）

/91.7735*100%=12%的費(fèi)用。降低的主要原因在于運(yùn)輸過程中水運(yùn)的增加，相對而言在成本略下降。通過逐次修改敏感系數(shù)發(fā)現(xiàn)中路的狀況比上路相對較好。

（3）下路路徑

? 在分析下路的過程中，同樣為與二者形成對比說明，也將各自的目標(biāo)權(quán)重系數(shù)調(diào)整為（0.3，0.3，0.4），發(fā)現(xiàn)與上路運(yùn)輸進(jìn)行對比時運(yùn)輸費(fèi)用會下降許多，通過計(jì)算可得相對值（91.7735-73.0975）/91.7735*100%=20%的費(fèi)用，與上中路對比分析可得，這條道路是最優(yōu)的路徑。其主要的原因是在運(yùn)輸?shù)倪^程中大部分都為水運(yùn)的方式，水運(yùn)相對而言既比較廉價又節(jié)能環(huán)保。

? 根據(jù)我國發(fā)展規(guī)劃需要在2030年時碳排放達(dá)到峰值，這就需要我國各個行業(yè)共同努力去實(shí)現(xiàn)，對于物流運(yùn)輸而言更需要節(jié)能減排。通過上面的研究可以了解到我國不單單需要在碳排放上作出規(guī)定，還需要在各種環(huán)境污染物等排放上作出全面性規(guī)定。針對廣西自貿(mào)區(qū)而言，需要狠抓水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的建設(shè)，著力提升服務(wù)能力水平，力爭到2030年西部陸海新通道水運(yùn)設(shè)施基本建成，這樣才能在東盟以及輻射“一帶一路”沿線國家和地區(qū)時展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3? 結(jié)束語

? 本文在研究的過程中通過考慮碳排放、空氣污染以及噪聲污染等產(chǎn)生的外部環(huán)境因素對多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸方式和路徑選擇的影響，也結(jié)合考慮到以運(yùn)輸總成本、運(yùn)輸總時間及運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量作為優(yōu)化目標(biāo)模型而建立多目標(biāo)規(guī)劃模型。在模型求解上，借助模糊優(yōu)化中的理想點(diǎn)法將多目標(biāo)規(guī)劃模型轉(zhuǎn)化為以歐式距離最小為目標(biāo)的單目標(biāo)規(guī)劃模型，借助LINGO12軟件進(jìn)行求解。在求解的過程中通過相互對比分析較好地平衡運(yùn)輸總成本、運(yùn)輸總時間及運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量水平目標(biāo)。該研究既符合我國實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的，又能幫助廣西自貿(mào)區(qū)建立最優(yōu)路徑。但在研究的過程中，沒有深入研究貨物在運(yùn)輸過程中對環(huán)境的具體影響以及動態(tài)運(yùn)輸過程，這將是未來研究的方向。

? 通過對廣西自貿(mào)區(qū)的具體分析，了解到目前廣西自貿(mào)區(qū)需要大力推進(jìn)水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，逐漸提升對運(yùn)輸行業(yè)的投資力度，構(gòu)建四位一體的綜合立體交通格局，完善綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)體系，為實(shí)現(xiàn)廣西自貿(mào)區(qū)的碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)而作出新改革，推進(jìn)廣西交通運(yùn)輸?shù)母哔|(zhì)量發(fā)展。

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