基于省市縣三級防災倉庫的運輸調度模式研究*

□ 顏浩龍,王 晉

(湖南工業職業技術學院，湖南 長沙 410208)

近年來，我國洪澇災害愈加頻繁，全國受到洪澇災害威脅的地方越來越多，據中國國家防汛抗旱總指揮部秘書長、應急管理部副部長兼水利部副部長周學文介紹，截至2020年8月13日，2020年洪澇災害造成6346萬人次受災、直接經濟損失1789.6億元，比前5年均值偏多12.7%和15.5%。這些損失主要分布在災前、災中和災后三個階段，及時有效地將防災物質運輸配送到防災點有助于將洪澇災害的損失降到最低，本文針對洪澇災害影響地區的防災物資的運輸調度問題展開研究。

1 文獻綜述

國內外專家學者對相關問題的研究主要集中在應急物流中路徑規劃的建模與算法問題上。英升賀、李毅鑫[1]利用動態規劃和整數規劃研究了非受災區應急物資發送點與受災區應急物資接收點之間的配送網絡問題。李雙東、王麗霞、祝靜靜[2]在考慮到構建成本的前提下，運用譜圖理論構建環形放射狀應急配送網絡來研究應急網絡問題。高鑫宇、倪靜[3]以救援效率最大化為目標建模研究發現混合貪心蟻群優化算法能夠有效處理動態路由問題，以提高救援的效率。田軍、馬文正等[4]針對應急物流中需求信息模糊、需求緊急程度差異和路網動態變化的復雜情況，建立了通過設計粒子群優化算法，采用“離散-連續向量混合編碼”方案獲得了快速求解算法。李雙琳、馬祖軍等[5]采用二維編碼的非支配排序多目標遺傳算法研究了震后應急物資配送的多目標選址-多式聯運問題。姚紅云、牛凱[6]構建了基于模糊層次分析法的應急物流中心選址模型，研究了災害過程中應急物資配送路徑優化問題。何珊珊[7]通過建立鐵路應急物資配送和失效線路搶修的多目標集成優化模型，研究了鐵路應急物資配送響應問題。王寧、左添丞等[8]通過分析軍事物資應急配送需求分級影響因素，構建軍事物資應急配送需求分級評價指標體系，并采用主成分聚類分析方法對評價指標進行優化。楊雙鵬、郭秀萍等[9]針對新冠疫情提出“卡車+無人機”的“無接觸”聯合配送模式，并構造三階段求解方法。陳疇鏞、馬宇晴等[10]構建了應急物資運輸時間最短及運輸次序不公平造成的懲罰成本之和最小的多目標模型，并利用蟻群算法進行求解。周愛蓮、蔣利等[11]研究了應急物流中的卡車-無人機共同配送問題，并在考慮卡車可達性的情況下，以總配送時間最短為目標建立了混合整數規劃模型。周愉峰、陳娜等[12]建立了一個適用于震后救援初期的應急設施選址-分配模型，并設計了一種整數編碼的混合遺傳算法。馮江博[13]針對應急物資儲備庫的儲備量小于受災點需求量的情況，運用B型關聯度TOPSIS方法確定各個受災點的需求緊迫程度，將需求滿足率最大化作為目標建立基于公平性的應急物資配送模型。

綜上所述，國內外專家學者對應急物流中運輸調度問題的研究主要是面向災中救援物質的配送展開的，并對災中道路的損壞等多種因素進行了全面的考慮，有針對性地提出了相應的算法與解決方案。但是對多級倉庫下的防災、救災物質調度模式和響應速度研究較少，特別是對不同災情預測等級下不同物流響應時間下的防災物質調度情況研究得更是匱乏，本文對省市縣三級防災庫存體系下的防災救災物質調度問題進行研究，構建了省市縣三級防災倉庫體系下的防災救災物質調度的系統動力學仿真模型，并對不同等級災情下不同調度模式的效果進行了模擬仿真。

2 基于三級防災倉庫的配送模式分析

2.1 省市縣三級倉庫防災救災調度模式

運用新一代信息技術如大數據技術、互聯網技術，以及各防災倉庫災情統一共享，整個倉儲體系中的物質調動協同共用協議，可以做到全省統一調度，全省的調度體系采用聯動機制，如當某防災點預報防災物質突然增加時，同一時間在全省范圍內啟動配送和調倉安排，減少延時現象。設計如下三種不同災情的調度模式。

①三級災情調度模式。

圖1 三級災情調度模式

如圖1所示，當洪澇災害預測等級為三級時，采用省級、市級、縣級三級倉庫逐級調配的單渠道配送模式，當災情發生時，防災點需求物質從縣級倉庫調配，縣級倉庫所需物質由市級倉庫調配，市級倉庫所需物質再由省級倉庫調配，而隨著災情的等級突破到二級災情時，物質配送模式則升級為二級災情調度模式。

②二級災情調度模式。

圖2 二級災情調度模式

如圖2所示，當洪澇災害預測等級升級為二級時，采用市級、縣級兩級倉庫聯合供給防災點的雙渠道配送模式，災情發生時，當防災點防災物質需求量小于縣級倉庫時，直接由縣級倉庫調度，一旦縣級倉庫供給量小于防災點防災物質需求量，超出縣級倉庫供給的部分由市級倉庫供給，從而實現雙渠道供給，滿足防災需求。二級災情下市級倉庫所需補充物質由省級倉庫供給，隨著災情的等級突破到一級災情時，防災物質配送模式則升級為一級災情調度模式。

③一級災情調度模式。

圖3 一級災情調度模式

如圖3所示，當洪澇災害預測等級升級為一級時，采用省級、市級、縣級兩級倉庫聯合供給防災點的三渠道配送模式，災情發生時，當防災點防災物質需求量小于市級和縣級倉庫聯合供給量時，直接由市級和縣級倉庫聯合供給，一旦市級和縣級倉庫供給量小于防災點防災物質需求量，超出市縣兩級倉庫聯合供給的部分由省級倉庫供給來實現三渠道同時供給，滿足防災需求。一級災情下省級倉庫所需補充物質由生產商啟用緊急補貨模式補充，確保滿足一級災情下各防災點的物質需求。

2.2 省市縣三級倉庫防災救災調度系統動力建模

采用美國Ventana公司的Vensim PLE 8.1軟件建模，根據不同災情級別下的調動模式逐一構建三級、二級和一級災情調度模式系統動力學模型，如圖4、圖5和圖6所示，這三種災情調度模式系統動力學模型主要采用RANDOM NORMAL( {min},{max},{mean},{stdev},{seed} )函數來預測災情級別、DELAY1I( {in},{dtime},{init} )函數來模擬物流延時狀況、IF THEN ELSE( {cond},{ontrue},{onfalse} )函數來仿真復雜決策。

圖4 三級災情調度模式系統動力學建模

圖5 二級災情調度模式系統動力學建模

圖6 一級災情調度模式系統動力學建模

3 基于三級防災物質配送模式仿真

3.1 基本假設

先根據省-市-縣三級防災物質倉庫網絡下的多運輸方式分層配送模式建模，再根據不同的配送模式來進行仿真建模，針對三種不同級別的災情預報，一一對應構建三種不同反應速度的配送模式，并一一構建系統動力學模型進行建模仿真。

①1天響應配送模式：所有倉庫采用機械化裝卸，實現快速裝車，調度均采用智能化調度系統?？h倉到防災點的配送工作，車輛調度方面，由各防災點自備車輛和縣倉組織社會車輛組成，所有車輛劃歸縣倉統一調度，車輛調度實現5小時調度到位，采用機械化裝車，按50個防災點配送來計算，采用半掛車，15分鐘一車，一個月臺每小時可以裝車4輛，實現50個防災點同時裝車發運，需要準備50套叉車及操作員；配送路徑選擇方面，采用表上作業法，但是將優先級加入到表上作業法中，根據物流效應來劃分防災點的同車配送區域，最后才考慮滿載率問題。市級倉到縣級倉的配送工作，由市屬范圍內組織好物流公司車輛和社會車輛，并實現災情預先組織車輛的問題，每個市倉島負責5個縣倉的配送， 緊急情況下，由市級倉直配到重大防災點。省級倉到市級倉的配送工作，在省屬范圍內組織好物流公司車輛和社會車輛，并實現災情預先組織車輛的問題，每個省級倉負責5個市倉的配送， 緊急情況下，由省級倉直配到縣級倉或重大防災點。

②2天響應配送模式：省級倉和市級倉采用托盤、叉車等快速裝卸設備，縣級倉庫采用傳統人力裝卸，縣倉到防災點的配送工作，車輛調度方面，由各防災點自備車輛，由各級鄉鎮組織車輛到指定倉庫裝車，車輛調度實現1天調度到位，裝車由各鄉鎮自己組織，按50個防災點配送來計算，采用半掛車，2小時一車，一個月臺每12小時可以裝車6輛，實現50個防災點2天內物質調撥到位。市級倉到縣級倉的配送工作，由市屬范圍內組織好物流公司車輛和社會車輛，并實現災情預先組織車輛的問題，每個市倉負責5個縣倉的配送， 2天內完成市倉到縣倉的調撥運輸，緊急情況下，由市級倉直配到重大防災點。省級倉到市級倉的配送工作，在省屬范圍內組織好物流公司車輛和社會車輛，并實現災情預先組織車輛的問題，每個省級倉負責5個市倉的配送，緊急情況下，由省級倉直配到縣級倉或重大防災點。

③3天響應配送模式：省級倉和市級倉采用托盤、叉車等快速裝卸設備，縣級倉庫采用傳統人力裝卸，縣倉到防災點的配送工作，車輛調度方面，由各防災點自備車輛，由各級鄉鎮組織車輛到指定倉庫裝車，車輛調度實現1-2天調度到位，裝車由各鄉鎮自己組織，按50個防災點配送來計算，采用半掛車，2小時一車，一個月臺每12小時可以裝車6輛，實現50個防災點3天內物質調撥到位。市級倉到縣級倉的配送工作，由市屬范圍內組織好物流公司車輛和社會車輛，并實現災情預先組織車輛的問題，每個市倉負責5個縣倉的配送， 3天內完成市倉到縣倉的調撥運輸。省級倉到市級倉的配送工作，在省屬范圍內組織好物流公司車輛和社會車輛，并實現災情預先組織車輛的問題，每個省級倉負責5個市倉的配送，3天內完成市倉到縣倉的調撥運輸。

3.2 不同災情預報情況下的外省物質運輸配送模式仿真

如圖7所示，在三級災情發生時,響應為三級災情配送模式，三級災情下防災救災物質配送采用的是逐級倉庫調配模式，從仿真模擬結果可以看出，當三級災情發生時：①終端的縣級防災點防災物質儲存量會隨著災情的不斷變化而不斷增加，以滿足防災點的防災物質需求；②當縣級防災點需求發生較大階躍級需求時，縣級倉庫庫存量會產生短暫性階躍性增長，隨著縣級防災點后續階躍性物質需求幅度的降低，縣級倉庫庫存量會在設定區間內逐級下降；③當縣級倉庫發生階躍性需求時，市級倉庫庫存量會相應產生階躍性庫存增加，然后隨著縣級防災點庫存下降而還原到設定庫存狀態；④三級災情下，各防災倉庫的防災物質需求聯動下，省級防災倉庫庫存量隨著各級防災物質的配送需求而逐步下降；⑤縣級倉庫、市級倉庫和省級倉庫全程沒有出現庫存量為負數的情況，說明當前的配送模式和庫存策略能滿足三級災情需求。

圖7 三級災情調度模式仿真

如圖8所示，在二級災情發生時,響應為二級災情配送模式，二級災情下防災救災物質配送采用的是市級倉庫和縣級倉庫雙倉調配模式，從仿真模擬結果可以看出，當二級災情發生時：①終端的縣級防災點防災物質儲存量會隨著災情的不斷變化而不斷增加，以滿足防災點的防災物質需求；②當縣級防災點需求大幅度增加時，縣級倉庫庫存量會迅速地補充到對應的較高庫存量，并會持續到二級災情解除才能結束；③在縣級防災倉庫和縣級防災點雙渠道并發的情況下，市級防災倉庫庫存量會響應物質需求使得倉庫庫存連續降低，并隨著省級倉庫供給物質到倉庫迅速提升庫存量到較高水平，再響應雙渠道需求而隨之下降，整個過程中市級倉庫庫存沒有出現負值，說明二級配送模式下市級倉庫能滿足災情物質供給需求；④二級災情下，在縣級防災點、縣級倉庫、市級倉庫三渠道需求聯合下，省級防災倉庫庫存量隨著三渠道防災物質的配送需求而急劇下降，稍后隨著供應商緊急配送物質的到倉而得到迅速補充，之后隨著三級渠道的持續輸出而逐步降低；⑤縣級倉庫、市級倉庫和省級倉庫全程沒有出現庫存量為負數的情況，說明當前的配送模式和庫存策略能滿足二級災情需求。

圖8 二級災情調度模式仿真

如圖9所示，在一級災情發生時,響應為一級災情配送模式，一級災情下防災救災物質配送采用的是省級倉庫、市級倉庫和縣級倉庫雙倉調配模式，從仿真模擬結果可以看出，當二級災情發生時：①終端的縣級防災點防災物質儲存量會隨著災情的發生而急劇增加，以滿足防災點的防災物質需求；②當縣級防災點需求大幅度增加時，縣級倉庫庫存量會急劇下降，后隨著緊急供給物質的到庫而快速提升到峰值，隨后會隨災情變化而逐步降低庫存量；③在縣級防災倉庫和縣級防災點雙渠道并發的情況下，市級防災倉庫庫存量會響應物質需求使得倉庫庫存量快速降低，隨后會隨著省級倉庫供給物質到達倉庫使庫存量逐步提升到一定水平;④一級災情下，在縣級防災點、縣級倉庫、市級倉庫三渠道需求聯合下，省級防災倉庫庫存量隨著供應商緊急配送物質的到倉而得到快速補充，庫存量隨著對縣級防災點、縣級倉庫、市級倉庫三渠道的持續輸出而相應降低，并根據輸出量進行相應的供給補充；⑤縣級倉庫、市級倉庫和省級倉庫全程沒有出現庫存量為負數的情況，說明當前的配送模式和庫存策略能滿足一級災情需求。

圖9 一級災情調度模式仿真

4 結論

洪澇災害防災物質的運輸調度是應急物流的重要組成部分，高效的運輸調度模式是有效防御洪澇災害的重要一環。本文將洪澇災害等級劃分為三級，分別根據三種不同等級災情下的防災物質運輸調度需求對應研究設計了三種運輸調度模式，并一一使用VENSIM軟件構建了系統動力學仿真模型，仿真結果顯示三種不同災情等級下省市縣三級防災倉庫庫存都沒有出現缺貨和爆倉的情況，說明三種運輸調度模式均能滿足對應災情下的運輸調度需求，可以有效支撐整個洪澇災害應急物流體系的有效運轉。