王利，張春陽(yáng)（遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，大連116029）

大連市生活型物流節(jié)點(diǎn)空間配置優(yōu)化研究

王利，張春陽(yáng)*
（遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，大連116029）

以大連市為研究區(qū)域，通過(guò)建立城市生活型物流節(jié)點(diǎn)配置體系，按照交通原則，運(yùn)用ArcGIS10.2網(wǎng)絡(luò)分析中的“位置分配”原理，并通過(guò)最大化覆蓋模型和最小化阻抗模型對(duì)各層級(jí)服務(wù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化分析，提出更真實(shí)的多層級(jí)物流節(jié)點(diǎn)布局方案。本文根據(jù)大連市人口總量與分布特征、交通狀況以及現(xiàn)有物流節(jié)點(diǎn)布局，通過(guò)層級(jí)劃分，運(yùn)用GIS繪制成圖，分析得出6個(gè)一級(jí)生活型物流節(jié)點(diǎn)和12個(gè)二級(jí)生活型物流節(jié)點(diǎn)。綜合大連市的物流業(yè)布局以及物流業(yè)的發(fā)展，不僅從微觀技術(shù)層面更加從區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度對(duì)大連市生活型物流節(jié)點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)研究，其結(jié)果證明該方案的可操作性，同時(shí)也為該區(qū)域生活型物流節(jié)點(diǎn)選址提供決策依據(jù)。

生活型物流節(jié)點(diǎn)；空間配置；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化；大連市

引言

物流節(jié)點(diǎn)是指專門(mén)完成一類或少數(shù)幾類物流貨種的專業(yè)性物流服務(wù)區(qū)域，包括物流中心、物流園區(qū)和物流配送網(wǎng)點(diǎn)。生活型物流節(jié)點(diǎn)是指完成日常生活用品需求的物流服務(wù)節(jié)點(diǎn)，一般物流貨種較多，與居民生活關(guān)系密切。同物流園區(qū)和生產(chǎn)性物流節(jié)點(diǎn)有明顯差異，主要表現(xiàn)在人口數(shù)量與分布密切相關(guān)；受服務(wù)門(mén)檻和交通的便捷度影響較大，其層級(jí)性有明顯的差異，不同層級(jí)服務(wù)的門(mén)檻數(shù)量不同。因此生活型物流節(jié)點(diǎn)的選址，首先要遵循滿足居民需求；其次要滿足服務(wù)業(yè)規(guī)模門(mén)檻；最后在不考慮低價(jià)因素與交通管制的情況，綜合交通成本最低等原則。假設(shè)物流投資足夠，不受總量限制，考慮物流服務(wù)節(jié)點(diǎn)現(xiàn)狀，消費(fèi)者出行距離以及道路交通狀況等因素。物流節(jié)點(diǎn)需按照克里斯泰勒中心地理論的交通原則即（K=4N）進(jìn)行布局。

考慮物流節(jié)點(diǎn)性質(zhì)、人口數(shù)量、物流需求以及區(qū)域道路網(wǎng)絡(luò)通達(dá)性等因素，需分層級(jí)配置城市生活型物流節(jié)點(diǎn)。關(guān)于物流節(jié)點(diǎn)研究?jī)?nèi)容大多集中在廣義的空間配置模式和總體規(guī)劃［1，2］等方面，大多以數(shù)學(xué)方法為基礎(chǔ)［3］，研究尺度為大尺度宏觀研究，技術(shù)方面多為基于GIS利用Dijkstra的最短路徑法，基于泰森多邊形的vorioni圖分析以及基于點(diǎn)線面的緩沖區(qū)分析等方法，從不同角度反映物流節(jié)點(diǎn)空間布局的可達(dá)性［4-6］。

已有成果中關(guān)于中小尺度物流節(jié)點(diǎn)空間布局合理性的研究案例較少。且傳統(tǒng)技術(shù)只單純分析空間的某一關(guān)聯(lián)，對(duì)物流節(jié)點(diǎn)選取不夠精確。基于GIS優(yōu)化分析技術(shù)可以合理地確定物流節(jié)點(diǎn)的數(shù)量、位置、服務(wù)半徑以及服務(wù)人口，實(shí)現(xiàn)物流節(jié)點(diǎn)優(yōu)化布局［7］。從推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展角度出發(fā)，以大連市為研究區(qū)域，以物流節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象，利用優(yōu)化分析法，對(duì)物流節(jié)點(diǎn)與人口分布進(jìn)行了微觀定量合理性空間分析。

1　研究區(qū)域

大連市地處中國(guó)東北遼東半島最南端，位于120°58'-123°31'E、38°43'-40°10'N，面積12573.83平方公里［8］，2015年底人口數(shù)近600萬(wàn)人，大連市現(xiàn)有國(guó)家批準(zhǔn)物流園區(qū)99個(gè)，規(guī)劃占地面積591.08平方公里。

2　基本原理與模型選擇

2.1基本原理

基于現(xiàn)有的物流需求和設(shè)施空間分布，利用空間網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)模型，對(duì)全市生活型物流節(jié)點(diǎn)做出科學(xué)的規(guī)劃布局，基于生活型物流服務(wù)節(jié)點(diǎn)布局方案= f（城市區(qū)域常住人口數(shù)量，物流需求變化，物流服務(wù)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，節(jié)點(diǎn)配置優(yōu)化模擬）（圖1，圖2）。

圖1　社區(qū)人口分布圖

圖2　現(xiàn)有交通與物流園區(qū)分布圖

2.2優(yōu)化模型

GIS中的“位置分配”原理是已知請(qǐng)求點(diǎn)和設(shè)施點(diǎn)分布狀況，在給定的候選設(shè)施點(diǎn)中依據(jù)不同的模型挑選出合適的物流節(jié)點(diǎn)布局方案。針對(duì)以政府為主體建設(shè)的物流節(jié)點(diǎn)，在優(yōu)化布局時(shí)，考慮最小化阻抗和最

式中，Imn是路徑（m，n）上的總阻抗，Smn是路徑（m，n）上所有路段長(zhǎng)度之和，Ti為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)在路上所遇到的阻抗（長(zhǎng)度=延遲時(shí)間×速度，用時(shí)間或長(zhǎng)度表示），j為節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

2.2.2最大化覆蓋范圍模型

最大化覆蓋范圍是在各節(jié)點(diǎn)數(shù)量給定的情況下，所有備選節(jié)點(diǎn)在最大服務(wù)半徑之內(nèi)需求點(diǎn)最多［2］。即覆蓋的服務(wù)目標(biāo)人群最大，獲取最大的總效益?？紤]某些需求點(diǎn)在設(shè)施覆蓋范圍之外，為避免此情況，對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，其基本數(shù)學(xué)模型如下，見(jiàn)公式（2）（3）：大化覆蓋范圍模型［9］應(yīng)用較廣泛。因此本文采用上述兩種模型對(duì)物流節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析。

2.2.1最小化阻抗模型

經(jīng)過(guò)模擬使所有需求點(diǎn)到達(dá)距其最近點(diǎn)的距離之和最小，即總出行成本最小化［1］?？紤]出行阻抗，運(yùn)用Floyd-Warshall算法，計(jì)算求解最小化阻抗和最短路徑。其基本數(shù)學(xué)模型如下，見(jiàn)公式（1）：

公式中：βj為需求點(diǎn)j的需求，當(dāng)βj≤R（覆蓋半徑）時(shí)：ρj=1，否則ρj=0。公式（2）求解表示在確定條件下的需求效益最大化。公式（3）的約束條件，確定了節(jié)點(diǎn)可以為哪些在給定區(qū)域內(nèi)的居民點(diǎn)提供服務(wù)。μi，ρj是決策變量，αij為二元值系數(shù)，公式（3）的第一個(gè)式子為了避免需求點(diǎn)在設(shè)施覆蓋范圍之外，即ρj=1；公式（3）的第二個(gè)式子限定了設(shè)施點(diǎn)的數(shù)量。

2.3技術(shù)流程與數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建

本文基于GIS10.2網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化分析的“位置分配”構(gòu)建全市道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，模擬物流需求點(diǎn)，物流設(shè)施點(diǎn)，對(duì)已有物流設(shè)施的空間分布，候選位置設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，由計(jì)算機(jī)通過(guò)模擬求解，分析計(jì)算結(jié)果，挑選合適的物流節(jié)點(diǎn)區(qū)位。

2.3.1建立基于全市城市街道社區(qū)、農(nóng)村地區(qū)行政村的人口分布GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，明確人口總量和分布特征

按照當(dāng)前戶籍人口近600萬(wàn)人，預(yù)期目標(biāo)（遠(yuǎn)期人口控制上限）人口1016萬(wàn)人，全市綜合分為1432個(gè)社區(qū)，每個(gè)社區(qū)抽象為“點(diǎn)”對(duì)象，作為各社區(qū)人口分布節(jié)點(diǎn)。考慮海上航線運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間與速度與陸路運(yùn)輸不同，研究節(jié)點(diǎn)數(shù)量需去除海上部分節(jié)點(diǎn)（長(zhǎng)?？h社區(qū)、莊河石城鄉(xiāng)和王家鎮(zhèn)社區(qū)、螞蟻島等），社區(qū)人口分布節(jié)點(diǎn)數(shù)量變?yōu)?395個(gè)［10］（見(jiàn)圖1）。

2.3.2建立全市現(xiàn)狀及近期道路網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)

在MapInfo12.0軟件下，對(duì)道路網(wǎng)進(jìn)行矢量化，構(gòu)建UTM Zone 51，Northern Hemisphere（WGS84）坐標(biāo)系，構(gòu)建基礎(chǔ)道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)（見(jiàn)圖2）。利用Universal Translator工具，實(shí)現(xiàn)tab格式轉(zhuǎn)換成Shape格式。運(yùn)用GIS構(gòu)建交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，設(shè)置相應(yīng)阻抗，本文阻力成本代表行使路段的通行時(shí)間，包含在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的停留時(shí)間［11］，參考相關(guān)規(guī)定和研究［12］，并結(jié)合大連實(shí)際，市區(qū)車行時(shí)速主干道40 km/h，支干道30 km/h，步行5 km/h。在不考慮路口紅燈，沿單行道行駛，無(wú)需轉(zhuǎn)彎，延遲時(shí)間設(shè)為0秒；否則，延遲時(shí)間設(shè)為20秒［9］。

2.3.3物流節(jié)點(diǎn)分布數(shù)據(jù)庫(kù)

大連沒(méi)有明確布局生活型物流節(jié)點(diǎn)，已建成運(yùn)行的99個(gè)物流園作為物流節(jié)點(diǎn)的候選點(diǎn)，在候選點(diǎn)中選出二級(jí)生活型物流節(jié)點(diǎn)作為必選項(xiàng)，進(jìn)而優(yōu)化出一級(jí)生活型物流節(jié)點(diǎn)。一級(jí)二級(jí)物流節(jié)點(diǎn)服務(wù)于1395個(gè)生活需求點(diǎn)。

2.4層級(jí)劃分原則與數(shù)據(jù)選擇

本研究是基于交通網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)優(yōu)化問(wèn)題，遵循“交通原則”（K=4N）。層級(jí)劃分結(jié)合大連市中心區(qū)、區(qū)市縣和鄉(xiāng)鎮(zhèn)村物流節(jié)點(diǎn)配置做法，采用基于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的“位置分配”，遵循克里斯塔勒中心地配置的“交通原則”，將生活型物流節(jié)點(diǎn)分為二個(gè)層級(jí)，分別是綜合性和區(qū)域性生活型物流節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而確定二層級(jí)生活型物流節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。

第一層級(jí)為綜合性生活型物流節(jié)點(diǎn)，服務(wù)人口≥50萬(wàn)人，服務(wù)半徑50≤R≤100km。物流節(jié)點(diǎn)主要分布在大連市區(qū)、普灣新區(qū)和金州新區(qū)，具體區(qū)位待網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化確定。

第二層級(jí)為區(qū)域性生活型物流節(jié)點(diǎn)，服務(wù)人口≤50萬(wàn)人，服務(wù)半徑≤50km。按照“交通原則”（K=4N）設(shè)定中心地?cái)?shù)量，需布局12個(gè)物流節(jié)點(diǎn)，其中第一層級(jí)3個(gè)物流節(jié)點(diǎn)作為必選項(xiàng)，需再布局9個(gè)物流中心。

物流節(jié)點(diǎn)分布區(qū)域具有城鄉(xiāng)差別，因此在借鑒以往研究成果基礎(chǔ)上，將優(yōu)化分析的社區(qū)分為城市型社區(qū)497個(gè)，發(fā)展型社區(qū)459個(gè)，農(nóng)村型社區(qū)439個(gè)（見(jiàn)圖1）?？紤]到社區(qū)的類型差異，三種社區(qū)分別受到城市交通擁堵，紅綠燈，上下班高峰和道路設(shè)施維修的影響依次減弱。需要考慮“最大出行時(shí)間”問(wèn)題。農(nóng)村型社區(qū)相對(duì)距離較城市型社區(qū)遠(yuǎn)，因此基于高速公路、國(guó)道、省道、干線公路及其他支路（見(jiàn)圖2），不考慮單行道，各路段車行速度一致。由于一級(jí)物流節(jié)點(diǎn)考慮高速公路的速度區(qū)別，因此本文選用通行時(shí)間作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。物流園區(qū)通行時(shí)間設(shè)定為30分鐘，城市地區(qū)居民出行設(shè)定為20分鐘，農(nóng)村地區(qū)居民相對(duì)出行距離較城市遠(yuǎn)，設(shè)定40分鐘。一級(jí)物流節(jié)點(diǎn)是專門(mén)性服務(wù)于二級(jí)物流節(jié)點(diǎn)，因此一級(jí)物流節(jié)點(diǎn)之間通行時(shí)間設(shè)定為60分鐘，城市地區(qū)居民出行設(shè)定為40分鐘，農(nóng)村地區(qū)居民出行設(shè)定為60分鐘。

3　實(shí)證分析

3.1物流節(jié)點(diǎn)現(xiàn)狀分析

現(xiàn)有物流園區(qū)數(shù)量較多，主要沿交通干線分布且分布較為集中有扎堆現(xiàn)象，大連中北部地區(qū)農(nóng)村和城市過(guò)渡帶缺少物流園區(qū)布局，各職能分工不明顯。且已建成運(yùn)行的99個(gè)物流園區(qū)服務(wù)半徑有大面積的重疊區(qū)域，亟需優(yōu)化。

3.2優(yōu)化布局

在物流節(jié)點(diǎn)現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，深入探討多層級(jí)生活型物流節(jié)點(diǎn)優(yōu)化布局，因此本文采用最小化阻抗和最大化覆蓋范圍模型進(jìn)一步對(duì)二層級(jí)物流節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化分析。二級(jí)物流節(jié)點(diǎn)服務(wù)的需求點(diǎn)較多且較為復(fù)雜，因此采用最大化覆蓋范圍模型對(duì)其進(jìn)行模擬優(yōu)化，使得所有的物流節(jié)點(diǎn)全覆蓋需求點(diǎn)；一級(jí)物流節(jié)點(diǎn)是專門(mén)性服務(wù)于二級(jí)物流節(jié)點(diǎn)，要求需求點(diǎn)到其的距離最近，因此采用最小化阻抗模型較為合適（圖3，圖4）。

3.2.1基于“最大覆蓋范圍”原則分析

考慮物流節(jié)點(diǎn)建設(shè)現(xiàn)狀、建設(shè)規(guī)?；蛲恋赜玫叵拗?，設(shè)定選址條件為：①“最大覆蓋范圍”原則；②沿可通行道路，車行時(shí)間≤40分鐘；③遵循K=4N原則；④物流節(jié)點(diǎn)必選點(diǎn)3個(gè)，候選點(diǎn)99個(gè)。

根據(jù)設(shè)定的前提條件，對(duì)物流節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化模擬求解，分析得出考慮物流設(shè)施現(xiàn)狀，在實(shí)現(xiàn)物流節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)40分鐘生活物流圈。

3.2.2基于“最小化阻抗”原則分析

設(shè)定選址條件為：①在二級(jí)生活型物流節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)上；②“最小化阻抗”原則；③沿可通行道路，車行時(shí)間≤60分鐘；④物流節(jié)點(diǎn)必選點(diǎn)3個(gè)，候選點(diǎn)12個(gè)。

求解后由分析可知，考慮城市區(qū)域常住人口數(shù)量與物流需求變化，分析可知最佳點(diǎn)是在普灣新區(qū)，其余布局6個(gè)物流節(jié)點(diǎn)，在3個(gè)物流節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，需增加3個(gè)物流節(jié)點(diǎn)，更好的為二級(jí)區(qū)域性生活型物流節(jié)點(diǎn)服務(wù)。

圖3　二級(jí)物流節(jié)點(diǎn)分布示意圖

圖4　一級(jí)物流節(jié)點(diǎn)分布示意圖

4　結(jié)論

采用AcrGIS網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)，對(duì)可通行道路進(jìn)行模擬，結(jié)合物流設(shè)施的位置、數(shù)量、出行時(shí)間、服務(wù)半徑和服務(wù)人口等因素，對(duì)大連市生活型物流節(jié)點(diǎn)建設(shè)規(guī)劃的探討與優(yōu)化做出了合理性的分析，具有一定的指導(dǎo)意義。通過(guò)分析結(jié)果表明，普蘭店灣的灣底地區(qū)是大連市整體最佳生活型物流節(jié)點(diǎn)布局區(qū)域。二級(jí)區(qū)域性生活型物流節(jié)點(diǎn)在原有基礎(chǔ)上需增加9個(gè)物流節(jié)點(diǎn)；一級(jí)生活型物流節(jié)點(diǎn)在原有基礎(chǔ)上需增加3個(gè)物流節(jié)點(diǎn)，較為合理。香爐礁、普灣、金州、莊河、瓦房店謝屯物流園區(qū)作為1、2層級(jí)物流中心，水師營(yíng)、登沙河、花園口、復(fù)州、蓉花山、青堆作為2層級(jí)物流中心。各級(jí)生活型物流節(jié)點(diǎn)相互配合、相互作用形成了覆蓋大連市的生活型物流節(jié)點(diǎn)體系。由于數(shù)據(jù)精度和篇幅限制，本研究未將三級(jí)四級(jí)等物流節(jié)點(diǎn)進(jìn)行總體優(yōu)化分析?？紤]物流節(jié)點(diǎn)布局的復(fù)雜性，分析基于一定的假設(shè)進(jìn)行模擬，模型有待進(jìn)一步完善和探究。

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（2016-06-09收稿M編輯）

Dalian Living Space Logistics Node Configuration Optimization

WANG Li et al
（College of Urban and Environment science，Liaoning Normal University，Dalian 116029，China）

By constructing allocation system for city life logistics center，In accordance with the principle of transportation，using ArcGIS10.1 network analysis method of the location allocation，this paper studied the city life logistics center in Dalian and throughthemaximumcoveragemodelandminimizesthe impedancemodeltooptimizeservicenodeatthelevelof analysis，put forward a more realistic multi-level logistics node layoutscheme.Basedonthecharacteristicsofpopulation distribution，traffic conditions and the existing layout of logistics node in Dalian，by tier of level，the use of GIS plotted，conclude 6 kind of node and 12 second life.Integrated logistics industry layout pattern and the development of the logistics industry in Dalian，notonlyfromtheperspectiveofregionaleconomic development，more were from the technical aspects of microscopic life in Dalian Logistics Center System，the results show that the scheme of maneuverability，but also for the regional life logistics center node location to provide decision-making basis.

Living logistics node；Spatial allocation；Network optimization；Dalian

F259.22

A

1003-7853（2016）03-0021-04

王利（1965-），男，遼寧建平人，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事GIS應(yīng)用、空間發(fā)展規(guī)劃、土地利用總體規(guī)劃、現(xiàn)代物流空間規(guī)劃研究。

張春陽(yáng)。