公路改造工程中逆向物流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

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

2、例驗(yàn)證了逆向物流網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的有效性 關(guān) 鍵 詞：公路工程；逆向物流；物流網(wǎng)絡(luò)；雙層規(guī)劃模型 中圖分類號(hào)：0224 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(guó)很多公路已陸續(xù)進(jìn)入大規(guī)模改擴(kuò)建時(shí)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(guò)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(fèi)1 隨著公路再生利用技術(shù)的應(yīng)用與推廣，將舊路面廢棄物加以利用，重新用于新公路建設(shè)變得越來(lái)越普 遍而逆向物流作為一種從廢棄物來(lái)源地，到其加工地再到利用地的一系列回收、分揀、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、利用 的再生循環(huán)活動(dòng)，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的要求，必將帶來(lái)良好的

6、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效 益 21 1 公路工程逆向物流網(wǎng)絡(luò)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(guò)復(fù)雜儀器設(shè)備的處理便可重新利用，逆向 物流網(wǎng)絡(luò)主要承擔(dān)著廢棄物的回收、運(yùn)輸、處理和再分配的功能同制造業(yè)逆向物流網(wǎng)絡(luò)相比，公路工程 逆向物流網(wǎng)絡(luò)具有集中程度高、結(jié)構(gòu)層次較少、與原網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)度高的特點(diǎn)這主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)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(guò)復(fù)雜的再處理與再制造，物流 經(jīng)過(guò)的中問(wèn)設(shè)施數(shù)不多，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)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(shè)工序較 少 ，技術(shù)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(zhǎng)，

7、施工點(diǎn)較 分散，這為廢棄物的回收帶來(lái)了難度，因此需要充分利用正向物流供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，與原網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)度較高 根據(jù)公路工程逆向物流的特點(diǎn)，其回收網(wǎng)絡(luò)屬于只需簡(jiǎn)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(xiàng)目：河南省科技廳項(xiàng) 目(102400440051) 通信作者：胡云鵬(1980一 )，男，湖北 秭歸縣人，博士生，講師，國(guó)家一級(jí)注冊(cè)建造師E-mail：huyunpeng123sinaCOITI 11O 湘 潭 大 學(xué) 自 然 科 學(xué) 學(xué) 報(bào) 2013鉅 可以再使用的類型，網(wǎng)絡(luò)層次較少、節(jié)點(diǎn)不多這類逆向物流主要承擔(dān)著廢棄物的回收、處理和再分配的 功能，運(yùn)輸費(fèi)是成本

8、決策中考慮的主要因素，因此網(wǎng)絡(luò)聯(lián)節(jié)點(diǎn)多靠近施工地點(diǎn) 由于逆向物流是以正向物流為基礎(chǔ)的，因此，我們?cè)跇?gòu)建逆向物流網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要考慮正反兩個(gè)方向的 物流活動(dòng)公路工程逆向物流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖 1 公路工程逆向物流網(wǎng)絡(luò)各構(gòu)成單位及功能 如下所述 ： (1)原料及再生物料供應(yīng)商一般指公路工 程原始物料的供應(yīng)商，在逆向物流中還包括由處 理中心再生后返回到原供應(yīng)商處的再生物料，如 砂石 ，灰土等 (2)各施工點(diǎn)由于公路工程施工線路較長(zhǎng)， 劃分的標(biāo)段也較多在這里各施工點(diǎn)可以理解為 一 個(gè)標(biāo)段或一個(gè)施工班組各施工點(diǎn)是道路改造 中正向物流的終點(diǎn)也是逆向物流的起點(diǎn)各施工 點(diǎn)除了一小部分廢棄物料可以當(dāng)場(chǎng)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(dá) 到合格標(biāo)準(zhǔn)才能重復(fù)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(luò)結(jié)構(gòu)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(diǎn)，主要承擔(dān)搬運(yùn)、存儲(chǔ)、包裝和二次分配 的功能在逆向物流網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中，可以考慮在原有的分配中心基礎(chǔ)上進(jìn)行改擴(kuò)建，使它兼具回收中心的 職能，承擔(dān)二次回收、廢棄物分揀及分送等任務(wù)，這也是對(duì)原網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)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(chǔ)上改擴(kuò)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(diǎn)建設(shè)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(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)，主要對(duì)回收中心送過(guò)來(lái)的廢棄物進(jìn)行 處理決策，通過(guò)清洗、分拆、檢測(cè)、重新加工后達(dá)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(duì)于其他的回收價(jià)值低的或無(wú)法進(jìn) 行再生的廢棄物，可以采用集中焚燒或掩埋的方式進(jìn)行最終處理 2 公路工程逆向物流網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 物流網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)的生產(chǎn)銷(xiāo)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(luò)層次較少，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，廢棄物不需要經(jīng) 過(guò)冗長(zhǎng)的工序和復(fù)雜的儀器設(shè)

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(luò)設(shè)計(jì)主要 是確定 回收點(diǎn) 、處理 中心 、分配中心等流轉(zhuǎn)設(shè)施的位置和數(shù)量以及它們之間的運(yùn)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(diǎn)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(diǎn)的需求在它們之間分配的處于規(guī)模經(jīng)濟(jì)的考慮，逆向物流的費(fèi)用與廢棄物的回 收量是不成線性關(guān)系的我們可以建立模型，找出網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)結(jié)構(gòu) 21 模型假設(shè) 為了分析的方便 ，對(duì)模型做如下假設(shè)： (1)假設(shè)公路建設(shè)中某一路段或范圍內(nèi)對(duì)廢棄物的需求量已知或能夠通過(guò)計(jì)算得出 (2)能夠初步規(guī)劃出逆 向物流某一節(jié)點(diǎn)設(shè)施的候選區(qū)域和數(shù)量 (3)假設(shè)各設(shè)施之間，

12、即從回收點(diǎn)到處理中心再到各施工點(diǎn)間的運(yùn)輸費(fèi)用與廢棄物的運(yùn)輸量呈線 性關(guān)系 (4)假設(shè)處理中心在處理再生廢棄物過(guò)程中，其可變成本與處理量呈線性關(guān)系 22 模型的建立 在物流設(shè)施的選址中，有著兩個(gè)不同利益 目標(biāo)的主體，建立物流設(shè)施的企業(yè)和客戶企業(yè)決策部 門(mén) 第 2期 胡云鵬 公路改造工程中逆向物流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究 追求在投資預(yù)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(wèn)合理的分配，使每個(gè)客戶的費(fèi)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(bǔ)了這個(gè)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(shè)

13、施的選址更加符合實(shí)際C33 在公路工程逆向網(wǎng)絡(luò)中，也有兩個(gè)不同的目標(biāo)函數(shù)主體廢棄物處理中心的投資者(企業(yè))和各 個(gè)施工點(diǎn)(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(biāo)，也滿足各施工點(diǎn)自由選址行為的下層目標(biāo) (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(diǎn)(需求點(diǎn))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(diǎn)是的再生廢棄物數(shù)量；max q ：第 i個(gè)回收點(diǎn)的最大回收能力； max ：第 個(gè)處

14、理中心最大的處理能力； ：第走個(gè)施工點(diǎn)的再生物流需求量； ：通過(guò)處理中心-的 廢棄物數(shù)量；丁c ：第 個(gè)處理中心總投資費(fèi)用； ，：第 個(gè)處理中心處理廢棄物的單位可變成本； 盯 ：廢棄物從回收點(diǎn) i到處理中心J的單位運(yùn)輸成本；盱 A：再生物流從處理中心J到施工點(diǎn) k的單 位運(yùn)輸成本； ：O1的變量，若建第_個(gè)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(biāo)時(shí)，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(yùn)輸費(fèi)用、處理廠的投資費(fèi)用、處理費(fèi)用之間達(dá)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(biāo)模型構(gòu)建時(shí)我們考慮客戶也就是各施工點(diǎn)的利益，確保施工點(diǎn)能自由的根據(jù)各自的需 求在各處理中心問(wèn)分配再生后廢棄物，從而使每個(gè)施工點(diǎn)的費(fèi)用最低從功能上講，下層規(guī)劃模型的任 務(wù)是得到處理中心和施工點(diǎn)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(yùn)輸費(fèi)用、投資費(fèi)用和處理費(fèi)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(shè)一個(gè)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(diǎn)的總回收量；(4)式表明經(jīng)過(guò)處理中心處理的廢棄物的 數(shù)量等于進(jìn)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(guò)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(diǎn)的總運(yùn)輸費(fèi)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(diǎn) i到各處理中心的運(yùn)輸量等于該處理點(diǎn)最大的回收量，即回收點(diǎn)都將回 112 湘 潭 大 學(xué) 自 然 科 學(xué) 學(xué) 報(bào) 收的廢棄物運(yùn)輸?shù)礁魈幚碇行模厥拯c(diǎn)沒(méi)有剩余的廢棄物(8)式表示第 是個(gè)施工點(diǎn)對(duì)再生物料的需求 量恰好等于各處理中心給第 足個(gè)施工點(diǎn)再生廢棄物 的供應(yīng)量 ；(9)式表示處理 中心有個(gè)分揀篩選的過(guò) 程，進(jìn)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(yīng)小 于處理中心最大的處理能力；(11)式表示回收量都應(yīng)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(wèn)分配 (4)模型的計(jì)算上

18、述 目標(biāo) 函數(shù)的 Hessian矩陣經(jīng)過(guò)計(jì)算是正定的 ，該模型有唯一解 ，求解的步驟 如下 ： 給定一個(gè) y?，首先從 K 一0開(kāi)始迭代 對(duì)于任意的y；，先計(jì)算下層規(guī)劃模型，得到Q 和Q 繼續(xù)求解 和z ，利用關(guān)系式Q =M1 Z ，Q =M2 一 批，求解上層目標(biāo)函數(shù)值， 得到下一個(gè) y 當(dāng) l 川一TCI，迭代停止，否則令矗一是+1，重新從開(kāi)始循環(huán) 3 算例分析 某公路施工企業(yè)承擔(dān)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(shè)備，由于路線較長(zhǎng)，共分為8個(gè)施工點(diǎn)來(lái)組織施工，由于各施工點(diǎn)分布廣泛，沿線對(duì)廢棄 物的收集也較分散 ，故初步計(jì)劃建設(shè) 5個(gè)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(fèi)用以及最大的處理能力見(jiàn)表 1，回收點(diǎn)的回收能力和施工點(diǎn)對(duì)再生物料的需求量 以及回收點(diǎn)到處理廠、處理廠到各施工點(diǎn)的運(yùn)輸費(fèi)用等具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表 2和表 3假設(shè)丟棄率 。都為 02 表 1 各處理 中心處理成本、投資建設(shè)費(fèi)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(diǎn)最大回收能力及到處理中心 的單位運(yùn)費(fèi) 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(diǎn)單位運(yùn) 費(fèi)及各施工點(diǎn)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(diǎn) 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(shè)這 5個(gè)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(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究 113 =y5=I，令迭代次數(shù) k=0，這時(shí)處理中心總投資費(fèi)用為 到 ，。的投資費(fèi)用之和。即 TC。=39 800； 第二步，根據(jù)給定的 。，運(yùn)用線性規(guī)劃求解下層目標(biāo)中的 和Q ，這個(gè)過(guò)程我們可以通過(guò)excel 軟件實(shí)現(xiàn)，此時(shí)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(shí)運(yùn)輸費(fèi)為 9 325元，處理費(fèi)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(guān)系式QiMlyf一磊 ，Q 一M2 一 ，得出新的