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1、公路改造工程中逆向物流网络结构优化研究第 35卷 第 2期 2013年 6月 湘 潭 大 学 自 然 科 学 学 报 Natural Science Journal of Xiangtan University Vo135 No2 Jun2O13 公路改造工程中逆向物流网络结构优化研究 胡云鹏h2 (1河南城建学院，河南 平顶山 467044；2中国矿业大学，江苏 徐州 221116) 摘要 实施公路工程逆向物流是发展循环经济和建立节约型生活的必然要求本文结合道路工程废弃物回收的特点 建立了逆向物流网络，并运用双层规划模型实现了基于系统总成本最小的物流设施选址，最后结合公路改造工程中的具 体案
2、例验证了逆向物流网络设计的有效性 关 键 词：公路工程；逆向物流；物流网络；双层规划模型 中图分类号：0224 文献标识码：A 文章编号：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，我国很多公路已陆续进入大规模改扩建时期，随之产生的工程废料也在不断地增加如路面 改造 中废弃的沥青 、混凝土 ，路基拆除中废弃的灰土、碎石，桥梁隧道加固中废弃的钢筋、铁件 、水泥、脚 手架等这些废弃物以往大多通过填埋的方式处理 ，不仅破换了生态环境 ，也造成了资源的极大浪费1 随着公路再生利用技术的应用与推广，将旧路面废弃物加以利用，重新用于新公路建设变得越来越普 遍而逆向物流作为一种从废弃物来源地，到其加工地再到利用地的一系列回收、分拣、运输、存储、利用 的再生循环活动，符合循环经济、绿色经济和可持续发展的要求，必将带来良好的
6、经济效益和社会效 益 21 1 公路工程逆向物流网络特征 公路工程产生的废弃物，其品种较单一，大多不需要经过复杂仪器设备的处理便可重新利用，逆向 物流网络主要承担着废弃物的回收、运输、处理和再分配的功能同制造业逆向物流网络相比，公路工程 逆向物流网络具有集中程度高、结构层次较少、与原网络关联度高的特点这主要体现在以下几个方面： 首先，公路工程回收的废弃物虽然数量较大，但品种较少，大多不需要经过复杂的再处理与再制造，物流 经过的中问设施数不多，结构较简单，网路层次较少其次，除了桥梁隧道外，路基路面工程铺设工序较 少 ，技术较成熟，网路集中程度高，有利于废弃物的重新再利用最后公路工程施工线路较长，
7、施工点较 分散，这为废弃物的回收带来了难度，因此需要充分利用正向物流供应网络，与原网络关联度较高 根据公路工程逆向物流的特点，其回收网络属于只需简单加工(如清理、破碎、分拣、检查、加工)便 * 收稿 日期 ：20121O一13 基金项目：河南省科技厅项 目(102400440051) 通信作者：胡云鹏(1980一 )，男，湖北 秭归县人，博士生，讲师，国家一级注册建造师E-mail：huyunpeng123sinaCOITI 11O 湘 潭 大 学 自 然 科 学 学 报 2013钜 可以再使用的类型，网络层次较少、节点不多这类逆向物流主要承担着废弃物的回收、处理和再分配的 功能，运输费是成本
8、决策中考虑的主要因素，因此网络联节点多靠近施工地点 由于逆向物流是以正向物流为基础的，因此，我们在构建逆向物流网络时需要考虑正反两个方向的 物流活动公路工程逆向物流网络结构如图 1 公路工程逆向物流网络各构成单位及功能 如下所述 ： (1)原料及再生物料供应商一般指公路工 程原始物料的供应商，在逆向物流中还包括由处 理中心再生后返回到原供应商处的再生物料，如 砂石 ，灰土等 (2)各施工点由于公路工程施工线路较长， 划分的标段也较多在这里各施工点可以理解为 一 个标段或一个施工班组各施工点是道路改造 中正向物流的终点也是逆向物流的起点各施工 点除了一小部分废弃物料可以当场利用外，大部 分废弃物
9、料需要统一 回收经处理 中心处理后达 到合格标准才能重复使用 正向物流 逆向物流 匕= 一 一 一 ， 图1公路工程逆向物流网络结构图 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节点，主要承担搬运、存储、包装和二次分配 的功能在逆向物流网络构建中，可以考虑在原有的分配中心基础上进行改扩建，使它兼具回收中心的 职能，承担二次回收、废弃物分拣及分送等任务，这也是对原网络的一个充分利用 (4)回收中心在这里，回收中心可以分为两类，一类就是在原有的分配中心的基础上改扩建形成， 如果逆向物流
10、的数量较大的话，也可以考虑另外选择地点建设新的回收中心 (5)处理中心处理中心是公路工程逆向物流中关键的节点，主要对回收中心送过来的废弃物进行 处理决策，通过清洗、分拆、检测、重新加工后达到资源循环利用的效果 (6)最终处理公路施工 中，除了可回收或再生的废弃物 以外 ，对于其他的回收价值低的或无法进 行再生的废弃物，可以采用集中焚烧或掩埋的方式进行最终处理 2 公路工程逆向物流网络构建 物流网络的设计在传统的生产销售物流管理中起着战略性作用，往往决定着物流管理的效率和效 益 ，逆 向物流也是如此正如前面所讲，公路工程逆向物流网络层次较少，结构较简单，废弃物不需要经 过冗长的工序和复杂的仪器设
11、备处理，属于稍加处理后就能重新使用的逆向物流类型，其网络设计主要 是确定 回收点 、处理 中心 、分配中心等流转设施的位置和数量以及它们之间的运输方式 在公路逆向物流中，废弃物的数量不是由各施工点需求所决定的，但回收后并经处理中心再生的物 料是可以根据各施工点的需求在它们之间分配的处于规模经济的考虑，逆向物流的费用与废弃物的回 收量是不成线性关系的我们可以建立模型，找出网络的最优结构 21 模型假设 为了分析的方便 ，对模型做如下假设： (1)假设公路建设中某一路段或范围内对废弃物的需求量已知或能够通过计算得出 (2)能够初步规划出逆 向物流某一节点设施的候选区域和数量 (3)假设各设施之间，
12、即从回收点到处理中心再到各施工点间的运输费用与废弃物的运输量呈线 性关系 (4)假设处理中心在处理再生废弃物过程中，其可变成本与处理量呈线性关系 22 模型的建立 在物流设施的选址中，有着两个不同利益 目标的主体，建立物流设施的企业和客户企业决策部 门 第 2期 胡云鹏 公路改造工程中逆向物流网络结构优化研究 追求在投资预算的约束内确定最佳的物流中心位置，使企业的物流总成本最小而客户追求的是让需求 量在不同的物流中心问合理的分配，使每个客户的费用最低传统的单层规戈 模型仅考虑了企业的利益 而忽略了客户的需求，双层规划模型正好弥补了这个缺陷，它从全局的角度出发，兼顾企业和客户的利 益，使得物流设
13、施的选址更加符合实际C33 在公路工程逆向网络中，也有两个不同的目标函数主体废弃物处理中心的投资者(企业)和各 个施工点(客户)因此，我们可以用双层规划模型优化逆向物流中心的选址，使之既满足总物流成本最 小的上层目标，也满足各施工点自由选址行为的下层目标 (1)基本参数i：可能新建的回收中心的集合(i一1，2，3，?，m)；_：可能新建的处理中心的集合 (J一 1，2，3，? ，1)；是：各施工点(需求点)的集合(h= 1，2，3，?，s)； ：回收中心 f到处理中心_的 废弃物回收量；Q ：处理中心J到施工点是的再生废弃物数量；max q ：第 i个回收点的最大回收能力； max ：第 个处
14、理中心最大的处理能力； ：第走个施工点的再生物流需求量； ：通过处理中心-的 废弃物数量；丁c ：第 个处理中心总投资费用； ，：第 个处理中心处理废弃物的单位可变成本； 盯 ：废弃物从回收点 i到处理中心J的单位运输成本；盱 A：再生物流从处理中心J到施工点 k的单 位运输成本； ：O1的变量，若建第_个处理中心则取 l，若不建，则取 0； 为回收丢弃率 (2)模型的建立在规划上层目标时，我们从投资者的角度考虑，使逆向物流的总物流成本最小，并 在运输费用、处理厂的投资费用、处理费用之间达到均衡上层规划的模型为： 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) 在下层目标模型构建时我们考虑客户也就是各施工点的利益，确保施工点能自由的根据各自的需 求在各处理中心问分配再生后废弃物，从而使每个施工点的费用最低从功能上讲，下层规划模型的任 务是得到处理中心和施工点之间回收量与需求量的分布，为上层规划中处理中心的最优选址提供依据 下层规划模型为： 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)模型解释在上层规划模型中，(1)式表示包括运输费用、投资费用和处理费用在内的总成本最 小(2)式到(5)式均为约束条件，其中(2)式表示至少得投资建设一个公路废弃物处理中心；(3)式表示 所建的处理中心的最大处理能力要大于各回收点的总回收量；(4)式表明经过处理中心处理的废弃物的 数量等于进入到处理中心的总回收量；(5)式为一变量约束该模型可通过分支定界法求解，其中 Q 和 Q6I须由下层规划得出下层规划模型中，(6)式表示各施工点的总运输费用最小(7)式到(1
17、2)式均为约 束条件，其中(7)式表示回收点 i到各处理中心的运输量等于该处理点最大的回收量，即回收点都将回 112 湘 潭 大 学 自 然 科 学 学 报 收的废弃物运输到各处理中心，回收点没有剩余的废弃物(8)式表示第 是个施工点对再生物料的需求 量恰好等于各处理中心给第 足个施工点再生废弃物 的供应量 ；(9)式表示处理 中心有个分拣筛选的过 程，进出处理中心的废弃物的数量并不相等；(1O)式表示各回收中心送到处理中心的废弃物的总量应小 于处理中心最大的处理能力；(11)式表示回收量都应大于 0；(12)式表示废弃物的回收量和再生物料的 需求量总是在处理 中心之问分配 (4)模型的计算上
18、述 目标 函数的 Hessian矩阵经过计算是正定的 ，该模型有唯一解 ，求解的步骤 如下 ： 给定一个 y?，首先从 K 一0开始迭代 对于任意的y；，先计算下层规划模型，得到Q 和Q 继续求解 和z ，利用关系式Q =M1 Z ，Q =M2 一 批，求解上层目标函数值， 得到下一个 y 当 l 川一TCI，迭代停止，否则令矗一是+1，重新从开始循环 3 算例分析 某公路施工企业承担着市郊一段旧公路的改造工程，施工中需要大量的路基填充材料、路面铺筑材 料和一些修路设备，由于路线较长，共分为8个施工点来组织施工，由于各施工点分布广泛，沿线对废弃 物的收集也较分散 ，故初步计划建设 5个废弃物处
19、理分配中心 ，分别为 J ，厂：，J。，Jt和 Js各处理中心 的处理成本、总投资费用以及最大的处理能力见表 1，回收点的回收能力和施工点对再生物料的需求量 以及回收点到处理厂、处理厂到各施工点的运输费用等具体数据见表 2和表 3假设丢弃率 。都为 02 表 1 各处理 中心处理成本、投资建设费用和最大处理 能力 Tab1 Treatment cost。investmentcost and maximum processing capacity of each treatment center 表 2 回收点最大回收能力及到处理中心 的单位运费 Tab2 Maximum recycling c
20、apability of each collection point and its unit freight to the processing centers 表 3 处理中心到各施工点单位运 费及各施工点的需求量 Tab3 Unit freight from the processing centers to the construction points and the demand of each cons truction point 施工点 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 ，首先我们假设这 5个处理 中心都被选 中，即 。= y 一 yz y。一 yt M O 色 n 0 & 第 2期 胡云鹏 公路改造工程中逆向物流网络结构优化研究 113 =y5=I，令迭代次数 k=0，这时处理中心总投资费用为 到 ，。的投资费用之和。即 TC。=39 800； 第二步，根据给定的 。，运用线性规划求解下层目标中的 和Q ，这个过程我们可以通过excel 软件实现，此时Qg和Q盖的初始值为： 厂100 1O0 0 0 200 一 l o o 275 225 o j， 一 根据求出的 和Q 值，得到此时运输费为 9 32
22、5元，处理费为 6 825元，这样总的系统成本为： 39 800+9 325+6 825-55 950元 第三步，求解召 和 ，并利用关系式QiMlyf一磊 ，Q 一M2 一 ，得出新的y， 和 第四步，继续循环第一步到第三步，通过多次迭代，得到合理的选址为 一 FI0 0 1 1，即 共建设 3座处理中心，分别在候选地址的一、四、五处，此时系统总成本最小，为 41 675元，其中总投资 费用为 23 550元 ，运输费用为 11 525元 ，处理费用为 6 600元Q；和 Q毒为 ： n 一 r 0 O 0 一 L3oo 0 0 100 300 2oo o j， 4 结 语 研究 了公路改造
23、工程逆向物流网络优化问题，以废弃物的逆向物流网络系统成本最小化为 目标建 立了双层规划模型，兼顾了处理中心投资者和施工点的利益，通过迭代法得到了最佳线性规划值但现 实中影响逆向物流的因素比较多，比如环境、技术的要求，法律的限制等因素因此不仅要把成本最小 列为目标，还要本着对环境影响最小的原则去建造，如何将其他因素融人模型之中也是需要进一步思考 的问题 参 考 文 献 1 郭晓娟，张宏兵道路垃圾的再生应用技术J筑路机械与施工机械化2002(2)：1922 2 汝宜红循环物流系统M北京t铁道出版社，2009 3 狄为民再制造物流网络优化设计的模型与方法M北京t中国物资出版社，2009 4 肖湘周传丽物流理论研究新进展及其评析口宏观经济研究。2005(2) 3134 责任编辑 ：龙顺潮 O O O O O O 1 O O O 1 O O O 0 印 O O O 0 0 0 O O 0 O 1 O O O 1 0 0 0 0 加 0 0 O O O O O O O O 0 1 O O O 1 O O O O O 0 O O O O O O 0 0 O 0 O 2 O O O O 1 O O O O