考虑不同低碳政策影响的物流配送优化决策*

周 程 王 磊 陶君成

(湖北经济学院物流与工程管理学院1) 武汉 430205) (华中科技大学管理学院2) 武汉 430074.)

考虑不同低碳政策影响的物流配送优化决策*

周 程1,2)王 磊1)陶君成1)

(湖北经济学院物流与工程管理学院1)武汉 430205) (华中科技大学管理学院2)武汉 430074.)

针对物流配送中碳排问题，引入考虑货车载重、行驶速度与路况因素的碳排测算方法，建立了强制排放、碳税与碳交易政策下配送模型.采用数值实验，探讨了碳限额、碳税率、碳交易成本、碳排放额对配送总成本、碳排放与配送路径的影响.仿真表明：3种低碳政策下均可选择合适策略，减少碳排；碳交易机制兼顾对排放政策管控与市场引导的优势，且企业有可能从减排中获得经济收益，促使其减排.研究成果可为发展低碳物流提供参考.

物流工程；物流配送；优化；碳排放；低碳

0 引 言

据国际能源署2009年报告显示，交通运输在全球温室气体排放中所占比例高达25%[1].因此，我国作为全球最大的新兴经济体，在碳排放约束进一步加强的背景下，研究作为交通运输体系主要组成的物流配送的低碳发展，对于能否实现中国在哥本哈根联合国气候变化大会上提出的碳减排目标：“力争到2020年全国单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%”，具有重要的理论与现实意义.

近年来，学者们已对物流配送作了大量研究，如：文献[2]采用改进Floyd算法与Dijkstar算法，求解赋权配送线路的最优路径；文献[3]提出了基于加权函数重心法的模糊数排序方法，应用于物流运输最短路问题求解.不过，上述工作大多以最短路径为求解目标，缺乏对碳排放的考虑.随着能源危机与环境问题的日益突出，物流配送中碳排管控问题，已开始引起学术界重视：文献[4]讨论了以总油耗最小为目标的带时间窗车辆路径问题；文献[5]引入航速作为决策变量，建立船队利润最大与碳排放量最小的双目标最优航线配船模型.

本文建立了强制排放、碳税和碳交易三种碳排政策下的物流配送路径决策模型，通过数值仿真实验，分析了不同低碳政策中碳配额、碳税、碳价格对碳约束下物流配送路径决策的影响，可为我国交通运输与物流的低碳政策完善提供支持.

1 模型的建立

1.1 问题描述

这里讨论低碳政策下单车多任务物流配送路径优化问题：由一个配送中心承担多个客户的配送服务，各送货点需求确定，配送车辆的装载能力不小于客户总需求，车辆从配送中心出发，遍历所有客户各一次，最后返回配送中心.为了方便建模，提出如下合理假设：(1)目标函数考虑油耗成本、路桥费、车辆使用时间成本、碳排约束成本；(2)配送节点间的路线存在多种选择；(3)采用陆路运输，燃油充足，碳排量与油耗存在正相关线性关系；(4)道路通行能力随时间变化，配送任务时间窗口内路况不变；(5)油耗计算取决于车辆运行距离、载重量、行车速度、路况[6-10].

因而，不同于传统配送问题，本文构建的低碳政策下物流配送模型，充分考虑了配送实时路况与节点间路线选择的多样性，更符合物流配送实际状况.

1.2 模型中参数与变量定义

1.3 不同低碳政策下配送模型

1.3.1 强制排放约束模型 强制排放设定严格的碳排上限，企业排放不得越界，否则将被强制停产.在强制排放政策下，物流配送碳排不得超过所分配排放限额，该约束下配送模型为

(1)

s.t.

(2)通过深部钻孔系统揭露破头青断裂、九曲蒋家208断裂深部行迹并通过切割深度、资源量规模对比，确定九曲蒋家208断裂为招平断裂北段深部找矿的主要目标。

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

式中：式(1)为目标函数，分别为燃油成本、车辆使用时间成本和路桥费；式(2)为强制排放政策的影响；式(3)为车辆从配送中心出发，遍历各客户各一次，最后返回配送中心；式(4)与式(5)为货运量守恒约束；式(6)为变量约束.

1.3.2 碳税约束模型 碳税政策按税率α征收排放税，将排放税纳入配送总成本.碳税政策约束下配送模型为

(7)

式中：式(7)含4个部分，分别为燃油成本，车辆使用时间成本、路桥费和碳税成本；在强制排放下配送模型的约束基础上，解除碳排限额约束εE≤P后，即得碳税政策下配送模型的约束条件.

1.3.3 碳交易约束模型 碳交易将碳排放权利作为一种商品，企业具有一定的排放额度，若超标则需向外购买碳排差额，反之可将剩余碳排额向外出售.碳交易下减排可能带来经济收益，激励企业主动减排.碳交易政策约束下配送模型为

(8)

式中：式(8)含4个部分，分别为燃油成本、车辆使用时间成本、路桥费和碳交易成本；约束条件与碳税政策下配送模型的约束相同.

2 数值仿真与分析

2.1 实验设置

选择数值实验探讨不同低碳政策对物流配送的影响，仿真配送任务由单车从配送中心出发，为5个不同地点的客户配送，节点1～5的客户需求量为1 000,5 500,500,500,2 000 kg，配送线路参数见表1.

表1 配送网络线路参数

2.2 仿真结果

2.2.1 强制排放 首先测算得最小碳排为目标函数的配送任务的排放为113.16 kg，配送总成本为687.14元，若碳排限额低于该值，则在强制排放政策下无法实施配送；最小运营成本为目标函数的运营成本为505.85元，排放为130.86 kg.针对强制排放下配送模型，选择仿真不同排放限值的配送总成本、碳排放与配送路径，结果见表2.

表2 强制排放仿真结果

注：表2中配送路径编码说明：括号外数字序列表示配送节点顺序；括号内数字序列代表节点间依次被选中路线编号.

由表2可知,随着碳限额减小，强制排放限制对配送决策约束逐渐变大，控制碳排放成为企业首要任务，将在一定程度上牺牲运营成本，调整配送路径，以满足强制排放政策下碳限额.

2.2.2 碳税 不同碳税的仿真结果(见表3所列,η=3)表明：随着碳税提高到某临界值后，物流企业将侧重降低碳排，调整配送路径，使得配送总成本下降.合理的碳税促使物流企业寻求配送运营成本与碳税成本的平衡，实现减排.

表3 碳税仿真结果

2.2.3 碳交易 碳交易政策影响物流配送的因素包括排放额度P与碳交易价格η.选择仿真不同P(100，120，140)与不同η(1～10)下的配送总成本与碳排放，如图1与图2所示(注：3种碳排放额度下的碳排曲线重叠).

图1 碳排放额度与碳交易价格对配送总成本的影响

图2 碳排放额度与碳交易价格对配送碳排放的影响

综合图1与图2，可得如下结论：(1)给定η的情况下，配送总成本随P增大而降低；(2)给定P的情况下，配送总成本随η变化.当η达到某临界值后，P低于113.16 kg(仿真配送网络最低碳排)时，配送总成本随η上升趋势变缓；P高于113.16 kg时，配送总成本随η上升逐步下降；(3)给定η的情况下，配送中碳排量不随P变化；(4)随着η上升，不同P下的碳排放均表现为“台阶型”的下降曲线.

在碳交易机制下，物流企业积极展开最小运营成本与最小碳排放配送方案博弈.随着碳价格逐渐上升，碳交易成本加大，企业优先控制碳排放的配送方案.

2.3 不同低碳政策比较分析

1) 3种低碳政策下，选择合适策略后均可减少物流配送的碳排放.

2) 强制排放属于严格的政策调控，过低的碳排限额会勒令企业停产，过高的碳排限额则造成企业盲目追求配送运营成本降低，而碳排放显著上升.

3) 碳税将碳排放权利处理为商品，应用税收经济杠杆，调节排放.若碳税率较低，企业将优先考虑降低配送车辆运营费用，冲抵碳税开销；随着碳税率逐步提高，企业将逐步侧重降低排放量，碳税成本的减少幅度将高于配送运营成本上升幅度，实现配送总成本下降.在碳税政策引导下，物流企业应根据不同碳税率平衡运营成本与碳税成本，确保配送总成本最优.

4) 在强制排放与碳税政策约束下的减排，企业属于被动执行，无法从减排中取得实际的经济效益.

5) 碳交易通过调节碳排额度与碳交易价格，从政策与市场2个方面实施碳排调控，且企业有可能从减排中取得经济收益，更能激发其主动减排意愿.在碳交易调控政策下，物流企业应根据不同碳排放额度与碳价格，平衡配送运营成本与碳交易成本，确保配送总成本最优.

3 结 束 语

不同于传统配送模型，本文构建的低碳政策下物流配送模型，充分考虑了配送实时路况与节点间路线选择的多样性，并引入涉及车辆载重、行驶速度与实时路况的油耗与碳排测算方法，更贴近现实.探讨了碳限额、碳税率、碳交易成本与碳排放额度对物流配送总成本、碳排放与配送路径的影响，比较了强制碳排、碳税与碳交易政策，发现碳交易兼顾政策管控与市场引导的优势，操作方式灵活，企业甚至有可能从减排中获得经济收益，更能激发物流企业减排的主观能动性.

在低碳减排的背景下研究物流配送问题有重要的现实意义，对于交通运输业低碳政策的制定同样具有一定参考价值.下一步研究工作可考虑在协同原则下，探讨供应链中成员之间的碳成本分摊，追求供应链全局的最低碳排放与最大经济收益之间的平衡.

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Research on Logistics Distribution Routing Optimization Under the Different Carbon Emission Policies

ZHOU Cheng1,2)WANG Lei1)TAO Juncheng1)

(SchoolofLogisticsandEngineeringManagement,HubeiUniversityofEconomics,Wuhan430205,China)1)(SchoolofManagement,HuazhongUniversityofScience&Technology,Wuhan430074,China)2)

To solve the carbon emission problem of logistics distribution, a carbon emission calculation method considering vehicle load, speed and live traffic information is introduced. It proposed logistics distribution routing models under different emission policies such as emission cap, carbon tax and carbon trade. By using of numerically simulation test, the impacts of emission cap, carbon tax, carbon trade cost and carbon cap on logistics distribution routing decision are discussed. Simulation results show that carbon emission of logistics distribution can be decreased by implementing appropriate carbon emission policy. Furthermore, carbon trade mechanism reduces emission by making good use of emission policy control and market-led. Under the guideline of carbon trade mechanism, logistics companies have more incentive to reduce carbon emission since they may gain some financial benefits from their carbon emission reductions deals. This study can provide a frame of reference for developing low-carbon logistics.

logistics engineering; logistics distribution; optimization; carbon emission; low carbon

2015-03-10

*社会科学基金项目(批准号：14BJY139)、湖北物流发展研究中心项目(批准号：2013A12)资助

F505

10.3963/j.issn.2095-3844.2015.03.006

周 程(1978- )：女，博士后，副教授，主要研究领域为物流系统规划与管理