区域物流系统及物流园规划方法

区域物流系统及物流园规划方法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。物流园规划设计区域物流系统规划理论与方法节点规划网络规划运输转运中心生产型配送中心消费型配送中心交通影响分析功能预测用地规划微观仿真评价其它方法交通四阶段法物流园规划设计CAD交通模式划分选址规划规模规划交通模式划分选址规划规模规划交通模式划分选址规划规模规划图1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宏观经济模型区域货运模型价值-重量模型时间分布模型模式分担模型货物-车辆模型网络分配模型经济指标区域货运量OD区域贸易量区域贸易量区域货运量OD运输OD网络客流量交通流量图2网络规划流程图际应用来看，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。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(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。(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。