公路改造工程中逆向物流網(wǎng)絡結構優(yōu)化研究

1、公路改造工程中逆向物流網(wǎng)絡結構優(yōu)化研究第 35卷 第 2期 2013年 6月 湘 潭 大 學 自 然 科 學 學 報 Natural Science Journal of Xiangtan University Vo135 No2 Jun2O13 公路改造工程中逆向物流網(wǎng)絡結構優(yōu)化研究 胡云鵬h2 (1河南城建學院，河南 平頂山 467044；2中國礦業(yè)大學，江蘇 徐州 221116) 摘要 實施公路工程逆向物流是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和建立節(jié)約型生活的必然要求本文結合道路工程廢棄物回收的特點 建立了逆向物流網(wǎng)絡，并運用雙層規(guī)劃模型實現(xiàn)了基于系統(tǒng)總成本最小的物流設施選址，最后結合公路改造工程中的具 體案

2、例驗證了逆向物流網(wǎng)絡設計的有效性 關 鍵 詞：公路工程；逆向物流；物流網(wǎng)絡；雙層規(guī)劃模型 中圖分類號：0224 文獻標識碼：A 文章編號：10005900(2013)02010905 The Optimization of Reverse Logistics Network Structure in Highway Reconstruction Proj ects HU Yun-peng 。 (1Henan University of Urban Constrfiction，Pingdingshan 467036； 2China University of Mining and Technol

3、ogy。Xuzhou 221116 China) Abstract The implementation of highway reverse logistics is an inevitable requirement for the develop merit of the recycling economy and conservation-oriented societyIn this paper-according tO the characteris tics of the road works waste recycling system。the author establish

4、es a reverse logistics network and uses bi level programming model tO achieve a optimal facility location with minimum total system costFinally spe eific cases are used tO verify the effectiveness of the reverse logistics network design Key words： highway engineering；reverse logistics；logistics netw

5、ork；bilevel programming model 目前，我國很多公路已陸續(xù)進入大規(guī)模改擴建時期，隨之產(chǎn)生的工程廢料也在不斷地增加如路面 改造 中廢棄的瀝青 、混凝土 ，路基拆除中廢棄的灰土、碎石，橋梁隧道加固中廢棄的鋼筋、鐵件 、水泥、腳 手架等這些廢棄物以往大多通過填埋的方式處理 ，不僅破換了生態(tài)環(huán)境 ，也造成了資源的極大浪費1 隨著公路再生利用技術的應用與推廣，將舊路面廢棄物加以利用，重新用于新公路建設變得越來越普 遍而逆向物流作為一種從廢棄物來源地，到其加工地再到利用地的一系列回收、分揀、運輸、存儲、利用 的再生循環(huán)活動，符合循環(huán)經(jīng)濟、綠色經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展的要求，必將帶來良好的

6、經(jīng)濟效益和社會效 益 21 1 公路工程逆向物流網(wǎng)絡特征 公路工程產(chǎn)生的廢棄物，其品種較單一，大多不需要經(jīng)過復雜儀器設備的處理便可重新利用，逆向 物流網(wǎng)絡主要承擔著廢棄物的回收、運輸、處理和再分配的功能同制造業(yè)逆向物流網(wǎng)絡相比，公路工程 逆向物流網(wǎng)絡具有集中程度高、結構層次較少、與原網(wǎng)絡關聯(lián)度高的特點這主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 首先，公路工程回收的廢棄物雖然數(shù)量較大，但品種較少，大多不需要經(jīng)過復雜的再處理與再制造，物流 經(jīng)過的中問設施數(shù)不多，結構較簡單，網(wǎng)路層次較少其次，除了橋梁隧道外，路基路面工程鋪設工序較 少 ，技術較成熟，網(wǎng)路集中程度高，有利于廢棄物的重新再利用最后公路工程施工線路較長，

7、施工點較 分散，這為廢棄物的回收帶來了難度，因此需要充分利用正向物流供應網(wǎng)絡，與原網(wǎng)絡關聯(lián)度較高 根據(jù)公路工程逆向物流的特點，其回收網(wǎng)絡屬于只需簡單加工(如清理、破碎、分揀、檢查、加工)便 * 收稿 日期 ：20121O一13 基金項目：河南省科技廳項 目(102400440051) 通信作者：胡云鵬(1980一 )，男，湖北 秭歸縣人，博士生，講師，國家一級注冊建造師E-mail：huyunpeng123sinaCOITI 11O 湘 潭 大 學 自 然 科 學 學 報 2013鉅 可以再使用的類型，網(wǎng)絡層次較少、節(jié)點不多這類逆向物流主要承擔著廢棄物的回收、處理和再分配的 功能，運輸費是成本

8、決策中考慮的主要因素，因此網(wǎng)絡聯(lián)節(jié)點多靠近施工地點 由于逆向物流是以正向物流為基礎的，因此，我們在構建逆向物流網(wǎng)絡時需要考慮正反兩個方向的 物流活動公路工程逆向物流網(wǎng)絡結構如圖 1 公路工程逆向物流網(wǎng)絡各構成單位及功能 如下所述 ： (1)原料及再生物料供應商一般指公路工 程原始物料的供應商，在逆向物流中還包括由處 理中心再生后返回到原供應商處的再生物料，如 砂石 ，灰土等 (2)各施工點由于公路工程施工線路較長， 劃分的標段也較多在這里各施工點可以理解為 一 個標段或一個施工班組各施工點是道路改造 中正向物流的終點也是逆向物流的起點各施工 點除了一小部分廢棄物料可以當場利用外，大部 分廢棄物

9、料需要統(tǒng)一 回收經(jīng)處理 中心處理后達 到合格標準才能重復使用 正向物流 逆向物流 匕= 一 一 一 ， 圖1公路工程逆向物流網(wǎng)絡結構圖 Fig1 Kcvcnc logisucs network structure of the highway (3)分配中心分配中心是道路工程正向物流中重要的節(jié)點，主要承擔搬運、存儲、包裝和二次分配 的功能在逆向物流網(wǎng)絡構建中，可以考慮在原有的分配中心基礎上進行改擴建，使它兼具回收中心的 職能，承擔二次回收、廢棄物分揀及分送等任務，這也是對原網(wǎng)絡的一個充分利用 (4)回收中心在這里，回收中心可以分為兩類，一類就是在原有的分配中心的基礎上改擴建形成， 如果逆向物流

10、的數(shù)量較大的話，也可以考慮另外選擇地點建設新的回收中心 (5)處理中心處理中心是公路工程逆向物流中關鍵的節(jié)點，主要對回收中心送過來的廢棄物進行 處理決策，通過清洗、分拆、檢測、重新加工后達到資源循環(huán)利用的效果 (6)最終處理公路施工 中，除了可回收或再生的廢棄物 以外 ，對于其他的回收價值低的或無法進 行再生的廢棄物，可以采用集中焚燒或掩埋的方式進行最終處理 2 公路工程逆向物流網(wǎng)絡構建 物流網(wǎng)絡的設計在傳統(tǒng)的生產(chǎn)銷售物流管理中起著戰(zhàn)略性作用，往往決定著物流管理的效率和效 益 ，逆 向物流也是如此正如前面所講，公路工程逆向物流網(wǎng)絡層次較少，結構較簡單，廢棄物不需要經(jīng) 過冗長的工序和復雜的儀器設

11、備處理，屬于稍加處理后就能重新使用的逆向物流類型，其網(wǎng)絡設計主要 是確定 回收點 、處理 中心 、分配中心等流轉(zhuǎn)設施的位置和數(shù)量以及它們之間的運輸方式 在公路逆向物流中，廢棄物的數(shù)量不是由各施工點需求所決定的，但回收后并經(jīng)處理中心再生的物 料是可以根據(jù)各施工點的需求在它們之間分配的處于規(guī)模經(jīng)濟的考慮，逆向物流的費用與廢棄物的回 收量是不成線性關系的我們可以建立模型，找出網(wǎng)絡的最優(yōu)結構 21 模型假設 為了分析的方便 ，對模型做如下假設： (1)假設公路建設中某一路段或范圍內(nèi)對廢棄物的需求量已知或能夠通過計算得出 (2)能夠初步規(guī)劃出逆 向物流某一節(jié)點設施的候選區(qū)域和數(shù)量 (3)假設各設施之間，

12、即從回收點到處理中心再到各施工點間的運輸費用與廢棄物的運輸量呈線 性關系 (4)假設處理中心在處理再生廢棄物過程中，其可變成本與處理量呈線性關系 22 模型的建立 在物流設施的選址中，有著兩個不同利益 目標的主體，建立物流設施的企業(yè)和客戶企業(yè)決策部 門 第 2期 胡云鵬 公路改造工程中逆向物流網(wǎng)絡結構優(yōu)化研究 追求在投資預算的約束內(nèi)確定最佳的物流中心位置，使企業(yè)的物流總成本最小而客戶追求的是讓需求 量在不同的物流中心問合理的分配，使每個客戶的費用最低傳統(tǒng)的單層規(guī)戈 模型僅考慮了企業(yè)的利益 而忽略了客戶的需求，雙層規(guī)劃模型正好彌補了這個缺陷，它從全局的角度出發(fā)，兼顧企業(yè)和客戶的利 益，使得物流設

13、施的選址更加符合實際C33 在公路工程逆向網(wǎng)絡中，也有兩個不同的目標函數(shù)主體廢棄物處理中心的投資者(企業(yè))和各 個施工點(客戶)因此，我們可以用雙層規(guī)劃模型優(yōu)化逆向物流中心的選址，使之既滿足總物流成本最 小的上層目標，也滿足各施工點自由選址行為的下層目標 (1)基本參數(shù)i：可能新建的回收中心的集合(i一1，2，3，?，m)；_：可能新建的處理中心的集合 (J一 1，2，3，? ，1)；是：各施工點(需求點)的集合(h= 1，2，3，?，s)； ：回收中心 f到處理中心_的 廢棄物回收量；Q ：處理中心J到施工點是的再生廢棄物數(shù)量；max q ：第 i個回收點的最大回收能力； max ：第 個處

14、理中心最大的處理能力； ：第走個施工點的再生物流需求量； ：通過處理中心-的 廢棄物數(shù)量；丁c ：第 個處理中心總投資費用； ，：第 個處理中心處理廢棄物的單位可變成本； 盯 ：廢棄物從回收點 i到處理中心J的單位運輸成本；盱 A：再生物流從處理中心J到施工點 k的單 位運輸成本； ：O1的變量，若建第_個處理中心則取 l，若不建，則取 0； 為回收丟棄率 (2)模型的建立在規(guī)劃上層目標時，我們從投資者的角度考慮，使逆向物流的總物流成本最小，并 在運輸費用、處理廠的投資費用、處理費用之間達到均衡上層規(guī)劃的模型為： minf= Q +盯Q +CVjZj+丁cJ ， (1) _ 1 j一1 >

15、;：yJ 1， (2) j 。-。I Ymax qjmax q ， (3) 一l j1 一 ，(一 1，2，3，? ， )， (4) = 0或 1 (5) 在下層目標模型構建時我們考慮客戶也就是各施工點的利益，確保施工點能自由的根據(jù)各自的需 求在各處理中心問分配再生后廢棄物，從而使每個施工點的費用最低從功能上講，下層規(guī)劃模型的任 務是得到處理中心和施工點之間回收量與需求量的分布，為上層規(guī)劃中處理中心的最優(yōu)選址提供依據(jù) 下層規(guī)劃模型為： minf一 盯 Q 十盯 Q ， (6) Q =max q ，iJ， _ 1 = ，hK， 一1 (1一 )Q一 ，iI，忌K， (7) (8) (9) Q m

16、ax qi，J_， (1o) i一 1 Q > 0， > 0， (11) Q M1 一 ， = M2 一 (12) (3)模型解釋在上層規(guī)劃模型中，(1)式表示包括運輸費用、投資費用和處理費用在內(nèi)的總成本最 小(2)式到(5)式均為約束條件，其中(2)式表示至少得投資建設一個公路廢棄物處理中心；(3)式表示 所建的處理中心的最大處理能力要大于各回收點的總回收量；(4)式表明經(jīng)過處理中心處理的廢棄物的 數(shù)量等于進入到處理中心的總回收量；(5)式為一變量約束該模型可通過分支定界法求解，其中 Q 和 Q6I須由下層規(guī)劃得出下層規(guī)劃模型中，(6)式表示各施工點的總運輸費用最小(7)式到(1

17、2)式均為約 束條件，其中(7)式表示回收點 i到各處理中心的運輸量等于該處理點最大的回收量，即回收點都將回 112 湘 潭 大 學 自 然 科 學 學 報 收的廢棄物運輸?shù)礁魈幚碇行?，回收點沒有剩余的廢棄物(8)式表示第 是個施工點對再生物料的需求 量恰好等于各處理中心給第 足個施工點再生廢棄物 的供應量 ；(9)式表示處理 中心有個分揀篩選的過 程，進出處理中心的廢棄物的數(shù)量并不相等；(1O)式表示各回收中心送到處理中心的廢棄物的總量應小 于處理中心最大的處理能力；(11)式表示回收量都應大于 0；(12)式表示廢棄物的回收量和再生物料的 需求量總是在處理 中心之問分配 (4)模型的計算上

18、述 目標 函數(shù)的 Hessian矩陣經(jīng)過計算是正定的 ，該模型有唯一解 ，求解的步驟 如下 ： 給定一個 y?，首先從 K 一0開始迭代 對于任意的y；，先計算下層規(guī)劃模型，得到Q 和Q 繼續(xù)求解 和z ，利用關系式Q =M1 Z ，Q =M2 一 批，求解上層目標函數(shù)值， 得到下一個 y 當 l 川一TCI，迭代停止，否則令矗一是+1，重新從開始循環(huán) 3 算例分析 某公路施工企業(yè)承擔著市郊一段舊公路的改造工程，施工中需要大量的路基填充材料、路面鋪筑材 料和一些修路設備，由于路線較長，共分為8個施工點來組織施工，由于各施工點分布廣泛，沿線對廢棄 物的收集也較分散 ，故初步計劃建設 5個廢棄物處

19、理分配中心 ，分別為 J ，廠：，J。，Jt和 Js各處理中心 的處理成本、總投資費用以及最大的處理能力見表 1，回收點的回收能力和施工點對再生物料的需求量 以及回收點到處理廠、處理廠到各施工點的運輸費用等具體數(shù)據(jù)見表 2和表 3假設丟棄率 。都為 02 表 1 各處理 中心處理成本、投資建設費用和最大處理 能力 Tab1 Treatment cost。investmentcost and maximum processing capacity of each treatment center 表 2 回收點最大回收能力及到處理中心 的單位運費 Tab2 Maximum recycling c

20、apability of each collection point and its unit freight to the processing centers 表 3 處理中心到各施工點單位運 費及各施工點的需求量 Tab3 Unit freight from the processing centers to the construction points and the demand of each cons truction point 施工點 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 ，1 ，2 ，3 ，4 ，5 1Z5 2O5 2O 1125 625 625 495 85

21、875 1375 需求量 用迭代法求解 ，第一步 ，首先我們假設這 5個處理 中心都被選 中，即 。= y 一 yz y。一 yt M O 色 n 0 & 第 2期 胡云鵬 公路改造工程中逆向物流網(wǎng)絡結構優(yōu)化研究 113 =y5=I，令迭代次數(shù) k=0，這時處理中心總投資費用為 到 ，。的投資費用之和。即 TC。=39 800； 第二步，根據(jù)給定的 。，運用線性規(guī)劃求解下層目標中的 和Q ，這個過程我們可以通過excel 軟件實現(xiàn)，此時Qg和Q蓋的初始值為： 廠100 1O0 0 0 200 一 l o o 275 225 o j， 一 根據(jù)求出的 和Q 值，得到此時運輸費為 9 325元，處理費為 6 825元，這樣總的系統(tǒng)成本為： 39 800+9 325+6 825-55 950元 第三步，求解召 和 ，并利用關系式QiMlyf一磊 ，Q 一M2 一 ，得出新的