快遞（快運(yùn)）班車運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)如何規(guī)劃?

 
前言：

中國現(xiàn)代物流十年的發(fā)展，已經(jīng)建立了大量的物流基礎(chǔ)設(shè)施，如高速公路、鐵路、物流園、倉庫等，但物流公司對于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)一直沒有太大的起色，偶有較為成功的，就會很快被兼并掉。到底應(yīng)該怎樣解決網(wǎng)絡(luò)布局問題，建立起支撐全國性運(yùn)營的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，成為物流公司成長中一個(gè)邁不開的檻兒。

本文就是著眼于這一事關(guān)物流企業(yè)核心能力的網(wǎng)絡(luò)布局問題，就快遞（快運(yùn)）公司的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)布局的理念、模型與方法進(jìn)行研究。

其實(shí)，快遞與快運(yùn)、速運(yùn)等在服務(wù)時(shí)限上有快慢之分，貨物單件重量上有些許差異，但有兩個(gè)共同的特點(diǎn)，一是取派地點(diǎn)隨機(jī)，二是有確定的服務(wù)時(shí)限承諾。所以，這幾種服務(wù)有著相類似的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，只是運(yùn)輸工具的選擇不同罷了。基于此，本文將這幾種服務(wù)統(tǒng)稱為快遞；運(yùn)輸方式也不區(qū)分陸運(yùn)、鐵路和空運(yùn)等，只就線路、成本等做考慮。

一、快遞運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

在供應(yīng)鏈一體化的大趨勢下，企業(yè)傾向于采取零庫存、小批量采購和快速配送的運(yùn)作方式，傳統(tǒng)整車運(yùn)輸?shù)哪Ｊ绞艿搅颂魬?zhàn)。據(jù)中國物流與采購聯(lián)合會調(diào)查，在生產(chǎn)企業(yè)中60%的企業(yè)銷售范圍是全國覆蓋，也就說大部分企業(yè)的銷售需要全國范圍的物流網(wǎng)絡(luò)的支持。商貿(mào)業(yè)也呈現(xiàn)類似的傾向，2009年上半年全國網(wǎng)購人數(shù)就達(dá)到了8788萬，全國網(wǎng)絡(luò)購物消費(fèi)總金額為1195.2億元，全年估計(jì)會達(dá)到2500億元，比2008年幾乎翻番，快遞業(yè)務(wù)發(fā)展前景不可估量。淘寶網(wǎng)總裁陸兆禧認(rèn)為，與中國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的趨勢相對應(yīng)，另一個(gè)重要的趨勢是二三線城市，甚至中西部區(qū)域和農(nóng)村，將成為掀起網(wǎng)絡(luò)購物下一浪的重鎮(zhèn)。這樣，快遞企業(yè)必須要具備強(qiáng)大的物流配送網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步完善村鎮(zhèn)級的物流網(wǎng)絡(luò)覆蓋，否則將無法實(shí)現(xiàn)對二三線城市的快遞需求的有效滿足。

某中型陸運(yùn)企業(yè)，在幾個(gè)省市設(shè)立了自己的倉庫和辦事處，但是卻宣稱管理著300多條線路。我們都清楚，這里所說的線路都是指直通式線路（起點(diǎn)直接到終點(diǎn)）,也就是配貨站司機(jī)的操作方式。如果每車次都是滿載，這種線路安排當(dāng)然具有節(jié)省時(shí)間、節(jié)省費(fèi)用的優(yōu)勢；但如果不是，直通式線路將面臨很大的問題：滿載率低、運(yùn)輸資源浪費(fèi)嚴(yán)重、管理成本高等。更何況，單程的滿載不代表回程滿載，整體的滿載率如何更是連自己都心中沒底。

軸輻式網(wǎng)絡(luò)則可以較好地解決這些問題。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有個(gè)節(jié)點(diǎn)，相互之間都存在雙向貨物流，則要將全部的個(gè)節(jié)點(diǎn)相連，直通式網(wǎng)絡(luò)需要條節(jié)線。假設(shè)每條線上需要一輛運(yùn)輸車輛，則總共需要輛車。如果采用軸輻式網(wǎng)絡(luò)，選定一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為中心樞紐點(diǎn)，它與網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)相連，在總節(jié)點(diǎn)數(shù)量仍是個(gè)的相同情況下，只需條節(jié)線，也就是說班車數(shù)量僅需要輛。軸輻式網(wǎng)絡(luò)不僅大幅度降低了車輛數(shù)和運(yùn)輸成本，也同時(shí)減少了管理成本和運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。

快遞企業(yè)通常會建立起自己的軸輻式運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，依靠班車連接各個(gè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)貨物的集散。通過對聯(lián)邦快遞、宅急送、天地華宇等企業(yè)在國內(nèi)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的分析，我們可以把快遞運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)歸納為如下三個(gè)層面：

（1）終端取派。在業(yè)務(wù)開始時(shí)，快遞公司各地的站點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）派出車輛上門從發(fā)貨客戶處收取貨物；在業(yè)務(wù)后端，快遞公司需要派出車輛上門向收貨客戶派送貨物。這兩個(gè)層面的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)從根本上是一體的，雖然對一票貨物在甲地表現(xiàn)為取件，在乙地表現(xiàn)為派件；但對于另外一票貨物則可能恰好相反。這種取派件的需求和網(wǎng)絡(luò)配置方式，整體上是按照區(qū)域來配置和劃分車輛，并針對訂單采取牛奶路線方式優(yōu)化。

（2）區(qū)內(nèi)運(yùn)輸或稱支線運(yùn)輸。區(qū)內(nèi)運(yùn)輸是由區(qū)內(nèi)中心站（樞紐點(diǎn)）和區(qū)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)之間的運(yùn)輸，保證樞紐點(diǎn)對于覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間的物流量進(jìn)行內(nèi)部集散，并對進(jìn)出樞紐點(diǎn)區(qū)域的貨物進(jìn)行集散處理。這一層面的運(yùn)輸一般是由公路班車來實(shí)現(xiàn)。

（3）區(qū)間運(yùn)輸或稱干線運(yùn)輸。對于多“中心樞紐點(diǎn)”的軸輻式標(biāo)準(zhǔn)快遞網(wǎng)絡(luò)，中心之間的干線運(yùn)輸（區(qū)間配送）通常是由飛機(jī)來完成的，對于快運(yùn)業(yè)務(wù)則多由公路班車來運(yùn)輸完成。對于單“中心樞紐點(diǎn)”的樹型和星型軸輻式網(wǎng)絡(luò)，干線運(yùn)輸方式的選擇則可以根據(jù)實(shí)際情況來合理分析和配置。

另外，各個(gè)快遞公司在組織結(jié)構(gòu)上并不完全相同，快遞公司的站點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）可能還會有下級組織，比如收貨點(diǎn)或者其他層級單位。我們在分析的時(shí)候，可以將這些下級組織進(jìn)行聚類，而站點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）則視為是聚類以后的底層架構(gòu)。整體上，節(jié)點(diǎn)、樞紐點(diǎn)和中心樞紐點(diǎn)可視為一個(gè)三級樹型軸輻式物流網(wǎng)絡(luò)，其最長的路由表現(xiàn)為：節(jié)點(diǎn)樞紐點(diǎn)中心樞紐點(diǎn) 樞紐點(diǎn) 節(jié)點(diǎn)。如下圖:

考慮到時(shí)間的因素，快遞公司傾向于不設(shè)立中心樞紐點(diǎn)，而是在樞紐點(diǎn)之間形成直通式網(wǎng)絡(luò)，在樞紐點(diǎn)較少的情況下，也是一個(gè)可取的方案，但隨著區(qū)域的擴(kuò)大，這種方式的經(jīng)濟(jì)性越來越顯示出其弊端。而且，如何合理配置樞紐點(diǎn)、構(gòu)建軸輻式運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，也是一個(gè)需要綜合考慮運(yùn)輸費(fèi)用、管理費(fèi)用和場站操作費(fèi)用的棘手問題，也是本文重點(diǎn)關(guān)注的問題。

二、快遞運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)布局方法

快遞運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)本身網(wǎng)點(diǎn)數(shù)量眾多，優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算量非常大。快遞運(yùn)輸服務(wù)不同于合同外包物流的大批量、固定目的地和計(jì)劃性強(qiáng)等特點(diǎn)，快遞的客戶來自于個(gè)體、來自于電子商務(wù)、來自于突發(fā)的快速遞送需求，所以通常不可預(yù)測。這就需要保持快遞運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的較好的柔性，能根據(jù)實(shí)際需求快速調(diào)整車型和運(yùn)力。因此，快遞服務(wù)提供商通常會推出幾種固定的快遞產(chǎn)品，如2D18、3D12等，既給客戶一定的選擇權(quán)利，又能夠根據(jù)產(chǎn)品設(shè)定有競爭力的路由，在某些線路上獲取規(guī)模優(yōu)勢和穩(wěn)定的利潤。這種趨勢就逐步使快遞網(wǎng)絡(luò)固定化和優(yōu)化。

由于我們研究的是運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)第二、三層面的問題，為將盡可能多的實(shí)際性影響因素包括在內(nèi)，我們首先對有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的設(shè)定做如下假設(shè)：

(1) 要研究的所有節(jié)點(diǎn)的地理位置即相對距離都是已知的。

(2) 任意兩點(diǎn)間的貨量及流向是給定的。企業(yè)根據(jù)運(yùn)作的歷史數(shù)據(jù)和發(fā)展趨勢進(jìn)行合理的預(yù)測，明確節(jié)點(diǎn)間的貨物流量及流向數(shù)據(jù)。

(3) 任意節(jié)點(diǎn)（或者稱為場站、集散等）的貨物操作總成本（含節(jié)點(diǎn)租賃費(fèi)用、設(shè)備折舊、水電費(fèi)用、人工成本、信息處理成本、損耗等）費(fèi)率是給定的，貨物在場站的處理費(fèi)用與貨量呈線性遞增關(guān)系。

(4) 任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間貨物運(yùn)輸費(fèi)率（噸公里費(fèi)率，包含運(yùn)輸環(huán)節(jié)所有相關(guān)費(fèi)用）是給定的，且隨著總貨量遞增呈分段遞減關(guān)系。這個(gè)假設(shè)與第三方物流的分段計(jì)費(fèi)方案是一致的，適用于本環(huán)節(jié)的外包計(jì)費(fèi)。

同時(shí)，我們對相關(guān)的一些重要因素作如下假設(shè)：

(1) 快遞運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的場站和集散中心只會在目前有業(yè)務(wù)發(fā)生的網(wǎng)點(diǎn)中選擇，而不會放在其它無關(guān)位置。即，網(wǎng)絡(luò)的樞紐點(diǎn)全部在節(jié)點(diǎn)中產(chǎn)生。

(2) 快遞運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的每一條班車線路都可以選擇適合大的車型來完成運(yùn)輸，不會因?yàn)樨浟康淖儎佣黾榆嚧位蜻^度浪費(fèi)運(yùn)力。即，節(jié)點(diǎn)間的同一班車運(yùn)輸成本符合運(yùn)輸費(fèi)率函數(shù)。

(3) 快遞班車已經(jīng)選擇高速交通，對于中長距離的快遞服務(wù)時(shí)限具備基本的保證條件。關(guān)于服務(wù)時(shí)間的設(shè)定，按照正常班車線路的運(yùn)行能力來承諾。本文中網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)不以服務(wù)時(shí)間為限制條件。

(4) 設(shè)計(jì)樹型軸輻式網(wǎng)絡(luò)，以滿足班車數(shù)量最小的原則。

根據(jù)以上假設(shè)，我們就可以構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行總成本最小的數(shù)學(xué)模型，并研究求解。軸輻式網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，國內(nèi)外很多學(xué)者作了研究，也積累了很多經(jīng)驗(yàn)，但較少涉及到變動費(fèi)率函數(shù)的情況，而且沒有現(xiàn)成的完全有針對性的算法，如：重心法不能很好地處理變動費(fèi)率的情況；聚類法不能很好地處理運(yùn)輸線路的有向性；Floyd法不能很好地兼顧貨量的規(guī)模效應(yīng)和有向性等。通過對上述算法的分析和比較，本文認(rèn)為Floyd算法在整體思路上適合于求解類似問題。首先，F(xiàn)loyd算法提出了一個(gè)較好的求解最短路徑的思路，其次，F(xiàn)loyd算法的插點(diǎn)法分析方法有利于簡化分析過程，具有較好的拓展空間。經(jīng)拓展后的用于快遞運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)分析的Floyd算法如下圖所示：

三、基本結(jié)論：

為了對模型和算法進(jìn)行驗(yàn)證，我們對一個(gè)包含43個(gè)快遞節(jié)點(diǎn)的案例進(jìn)行布局分析，并通過VB設(shè)計(jì)程序進(jìn)行運(yùn)算，得到如下結(jié)論：

(1) 本案例中通過構(gòu)建三級樹型軸輻式物流網(wǎng)絡(luò)，比完全直通式網(wǎng)絡(luò)降低成本50-60%，達(dá)到基于數(shù)據(jù)分析的合理網(wǎng)絡(luò)布局，體現(xiàn)出模型和算法較好的經(jīng)濟(jì)性。

(2) 各節(jié)點(diǎn)的幾何中心點(diǎn)、貨量最大節(jié)點(diǎn)和根據(jù)貨量與里程計(jì)算的最佳初始中心樞紐點(diǎn)都不一定是最優(yōu)方案的中心樞紐點(diǎn)。但最佳初始中心樞紐點(diǎn)很接近。

(3) 操作費(fèi)率對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的結(jié)果有較大的影響。運(yùn)費(fèi)與操作費(fèi)率之間的相對變化將影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度。

(4) 三級樹型軸輻式網(wǎng)絡(luò)可以作為其它網(wǎng)絡(luò)形式構(gòu)建的基礎(chǔ)，可根據(jù)貨量和時(shí)間情況在低運(yùn)行成本下調(diào)整出適合特殊需求的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)線路。如，兩個(gè)樞紐點(diǎn)之間的對流貨量已經(jīng)超過最大型整車貨量，則可以考慮在這兩個(gè)樞紐點(diǎn)之間增加班車線路。另外，如果兩個(gè)樞紐點(diǎn)之間的樹型班車線路不能夠滿足物流時(shí)間需求，如快遞的特殊服務(wù)時(shí)間承諾，則可以考慮增加直通式班車線路（航班）。環(huán)形線路的出現(xiàn)客觀上增加了班車數(shù)量和整體運(yùn)營成本，但根據(jù)實(shí)際需求，可以適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。

(5) 樹型軸輻式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但是網(wǎng)絡(luò)的重聯(lián)通度較低，抗風(fēng)險(xiǎn)能力較差。若客戶要求的服務(wù)水平和服務(wù)穩(wěn)定性高，就應(yīng)做好備選方案的準(zhǔn)備。

(6) 對于以零擔(dān)和小批量訂單為主要貨源的運(yùn)輸公司而言，構(gòu)建適合的軸輻式物流網(wǎng)絡(luò)將會更好地降低運(yùn)行成本、改善服務(wù)質(zhì)量、增強(qiáng)整體競爭力，軸輻式物流網(wǎng)絡(luò)可以作為運(yùn)輸公司網(wǎng)絡(luò)拓展的方向。