王英輝，吳濟瀟，趙書潤，張慶紅

（石家莊鐵道大學(xué) 經(jīng)濟管理學(xué)院，河北 石家莊 050043)

0 引言

截至2021年底，國家發(fā)展和改革委員會已牽頭布局建設(shè)了70個國家物流樞紐，通過物流樞紐對區(qū)域內(nèi)交通網(wǎng)絡(luò)、倉儲設(shè)施、運力等物流資源整合規(guī)劃，旨在重點整合優(yōu)化存量物流設(shè)施，統(tǒng)籌補齊樞紐設(shè)施短板。隨著市場需求的多元化，第三方物流整合模式難以滿足多樣化的運輸需求，亟待互聯(lián)互通的新模式以促進物流樞紐整合[1]。第四方物流是供應(yīng)鏈的集成商，它能為供需雙方和第三方物流提供集成化的物流服務(wù)，以幫助企業(yè)達到降低成本和整合資源的目的，并依靠優(yōu)秀的第三方物流供應(yīng)商、技術(shù)供應(yīng)商、管理咨詢及其他增值服務(wù)商，為各方提供物流規(guī)劃、咨詢、物流信息系統(tǒng)及供應(yīng)鏈管理等活動[2]。各地方政府為發(fā)展第四方物流紛紛出臺了相應(yīng)的政策，力求發(fā)展物流平臺經(jīng)濟，優(yōu)化供應(yīng)鏈管理，拓寬物流市場，促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

學(xué)界對物流樞紐的研究多集中于樞紐布局與選址上。李國政[3]基于復(fù)雜系統(tǒng)理論和經(jīng)濟周期理論分析樞紐經(jīng)濟的演進過程和成長機理構(gòu)建樞紐平臺。Abdulkader等[4]通過第三方供應(yīng)商將不同運到時限的貨物進行整合運輸，以提升資源利用率。Stefan等[5]通過構(gòu)建樞紐模型提高了運輸型物流樞紐的整合效益。在對第四方物流的研究中，Wu等[6]通過第四方物流優(yōu)化大宗貨物運輸模式，實現(xiàn)了低碳減排的目標。吳文娟[7]利用第四方物流優(yōu)化鐵路服務(wù)，打造鐵路第四方物流信息平臺。基于此，在整合第四方物流的基礎(chǔ)上，對比采用第四方物流前后運輸成本的變化，以研究第四方物流對樞紐整合的優(yōu)化作用。

1 物流樞紐整合發(fā)展現(xiàn)狀

受信息化水平不高、現(xiàn)代物流管理理念不足等因素的限制，利用第三方物流進行樞紐整合時，各物流樞紐節(jié)點之間相對分散，管理集中度較低，手續(xù)繁瑣，難以形成大規(guī)模的樞紐，為解決這些問題，第四方物流應(yīng)運而生。第四方物流專注于全局物流業(yè)務(wù)的最優(yōu)化，通過信息化技術(shù)對跨行業(yè)、跨地域的不同物流服務(wù)供應(yīng)商進行集成調(diào)配，以實現(xiàn)整個供應(yīng)鏈的全局最優(yōu)。

物流樞紐是能集中實現(xiàn)貨物集散、存儲、分撥、轉(zhuǎn)運等多種功能的物流設(shè)施群和物流活動組織中心，通常分為運輸型物流樞紐和配送型物流樞紐2種類型[4]。由于運輸型物流樞紐具有轉(zhuǎn)運、暫時儲存的功能，一般不承擔(dān)長期儲存的任務(wù)，故在設(shè)計時沒有考慮倉儲成本，力求更好地突出第四方物流的優(yōu)化效益?；诘谒姆轿锪鞯倪\輸型物流樞紐整合模式運作流程如圖1所示。

如圖1所示，在基于第四方物流的運輸型物流樞紐整合模式中，托運人通過第四方物流發(fā)布訂單，平臺在統(tǒng)計詳細的物流信息后制定運輸方案，并通過招標的方式將信息下達給對應(yīng)的樞紐節(jié)點和第三方物流承運商。物流樞紐能將不同起始地的貨物進行整合，并按照時間、到達需求地的要求將打包后的貨物分配給第三方物流承運商。第三方物流承運商在承接訂單的同時需要滿足相關(guān)的運到時限要求，對運輸過程負責(zé)。當(dāng)訂單到達指定需求地后，由司機向平臺進行反饋，經(jīng)平臺確認后任務(wù)結(jié)束，相關(guān)物流業(yè)務(wù)均通過第四方物流平臺完成。各單位在接到相關(guān)的物流任務(wù)指令后應(yīng)按照平臺制定的運輸方案進行準備，運輸過程中各方能通過第四方物流平臺實時交流，掌握訂單進程。物流運輸過程中如果出現(xiàn)損失或意外，均由第四方物流平臺按照相關(guān)規(guī)則統(tǒng)一協(xié)調(diào)。

圖1 基于第四方物流的運輸型物流樞紐整合模式運作流程Fig.1 Operation process of integration model for transportation type logistics hubs based on fourth-party logistics

相較于傳統(tǒng)的第三方物流運輸而言，通過第四方物流進行樞紐整合運輸具有以下優(yōu)勢：①提供先進的物流服務(wù)，實現(xiàn)第三方物流和第四方物流的合理分工。托運人可以通過第四方物流平臺對貨運流程進行實時查詢，建立溝通渠道與承運商及時交流，解決第三方物流模式中存在的作業(yè)效率低下、溝通不當(dāng)?shù)葐栴}。②搭建物流管理信息平臺，實現(xiàn)第三方物流與第四方物流的共贏。通過第四方物流搜集車輛載貨能力、發(fā)車時間、正點率、運輸路線、貨物交接情況等信息，并將這類信息進行整理共享，為托運人、承運商提供一體化、低成本的物流服務(wù)。③集成第三方物流供應(yīng)商，為商業(yè)和制造企業(yè)提供全方位的供應(yīng)鏈解決方案[8]。通過第四方物流加強各節(jié)點間的合作，及時匹配空閑車輛與待配送貨物，縮短司機找貨時間，降低車輛空駛率。

2 研究方法

在考慮各節(jié)點差異性和第四方物流特點的基礎(chǔ)上，將運輸網(wǎng)絡(luò)分為從起始地到物流樞紐的整合前運輸，以及從物流樞紐到需求地的整合后運輸2部分，由起始地至樞紐節(jié)點部分的運輸為整合前的第1部分運輸，由樞紐節(jié)點運輸至需求地部分的運輸為整合后的第2部分運輸。以總運輸成本最小為目標設(shè)計運輸網(wǎng)絡(luò)，分析運輸模式。

2.1 模型構(gòu)建

在第四方物流整合運輸網(wǎng)絡(luò)中存在i個托運人(i= 1，2，…，I)，s個起始地(s= 1，2，…，S)與n個需求地(n= 1，2，…，N)。托運人運輸?shù)呢浳锕灿衚類(k= 1，2，…，K)，運輸網(wǎng)絡(luò)中有j個樞紐節(jié)點（j= 1，2，…，J）。在第三方物流運輸模式中，樞紐節(jié)點多位于貨運吸引能力較強的中心城市，節(jié)點數(shù)量遠小于托運人數(shù)量，從起始地至樞紐節(jié)點的第1部分運輸中，需要將同一起始地的托運人進行整合，再對托運的貨物按照運到時限、需求地進行分類，然后將貨物運輸至樞紐節(jié)點。當(dāng)貨物處于從樞紐節(jié)點運輸至需求地的第2部分運輸中，會根據(jù)托運人的運到時限要求t(t= 1，2，...，T)選擇不同的第三方物流承運商l(l= 1，2，...，L)?；诘谒姆轿锪鞯倪\輸型物流樞紐整合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于第四方物流的運輸型物流樞紐整合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of integration network for transportation type logistics hubs based on fourth-party logistics

當(dāng)托運人i向第四方物流平臺提交訂單時，第四方物流能將同一起始地的托運人整合至同一起始地s，并在起始地對托運貨物分類，同類貨物k可以合并至同車運輸。

此時，由起始地至樞紐節(jié)點的整合前的第1部分運輸成本為

式中：qijkltn為貨運量，即運到時限要求為t的k類貨物從托運人i經(jīng)樞紐j整合轉(zhuǎn)運后選擇承運商l最終運往需求地n的貨運量；C1為第1部分運輸成本。

當(dāng)多個貨物被放在同一個車廂中時，可以認為它們成為一個單獨的車輛單元[9]。計算運輸成本時采用按車輛單元進行計價的方式，以更好地體現(xiàn)整合對節(jié)約成本起到的作用。

樞紐節(jié)點需要承擔(dān)多個起始地中的多類貨物的整合、轉(zhuǎn)運業(yè)務(wù)。從起始地s發(fā)出的k類貨物運輸至樞紐節(jié)點j，經(jīng)由樞紐節(jié)點按照運到時限要求將整合后的同類貨物再次分配運輸。針對貨主對貨物的運到時限要求，第四方物流在樞紐節(jié)點分類、整合時還需要考慮承運商的運輸速度，然后安排合適的承運商將貨物運至需求地。

此時，由樞紐節(jié)點運輸至需求地的整合后的第2部分運輸成本為

式中：C2為第2部分運輸成本。

從托運人提交訂單到貨物運至指定需求地，整套流程都交由第四方物流全程負責(zé)，第四方物流整合運輸網(wǎng)絡(luò)的總成本由整合前的第1部分運輸與整合后的第2部分運輸兩部分組成。

式中：bj,l為運至樞紐節(jié)點j并經(jīng)由承運商l進行運輸?shù)妮d質(zhì)量限制；ds為起始地s的貨運量。

公式 ⑷ 是對托運人運輸貨物的非負約束；公式 ⑸ 是對第四方物流整合運輸網(wǎng)絡(luò)中運輸能力的限制；公式 ⑹ 表示起始地s發(fā)出的貨運量等于對應(yīng)需求地收到的貨運量。

假設(shè)模型中的成本函數(shù)是連續(xù)可微的，則當(dāng)各方利益同時達到最優(yōu)時，整個運輸網(wǎng)絡(luò)是均衡的，將均衡狀態(tài)下的目標函數(shù)通過變分不等式和拉格朗日乘數(shù)表達后可得[10]

式中：為變分不等式均衡時的解；εj,l，λijkltn為拉格朗日乘子。

2.2 算法設(shè)計

采用歐拉算法求解變分不等式[11]，在迭代時為每個貨運量和拉格朗日乘子生成特定的表達式。在第τ +1次迭代中，托運人i從起始地s運往需求地n的運到時限要求為t的，且經(jīng)由樞紐j整合、轉(zhuǎn)運后由承運商l運輸?shù)膋類貨物貨運量具有以下表達式。

式中：ατ為迭代步長；e為精度。

根據(jù)樞紐j與第三方物流承運商l的載質(zhì)量約束 ⑸，可以得到第τ +1次迭代中拉格朗日乘子的閉合表達式為

3 案例分析

在參考國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合石家莊城市貨運配送平臺的相關(guān)數(shù)據(jù)，探究第四方物流進行樞紐整合運輸?shù)目傔\輸成本與第三方物流運輸?shù)目傔\輸成本，以驗證第四方物流整合運輸對降低成本的優(yōu)化效益。

3.1 需求地相同的運輸網(wǎng)絡(luò)

3.1.1 第四方物流整合運輸模式

假設(shè)運輸網(wǎng)絡(luò)中存在物流樞紐，托運人A，B，C通過承運商l1，l2，l3將貨物運至同一需求地n1，其中托運人A，B貨物運輸?shù)钠鹗嫉叵嗤?位托運人向第四方物流組織提交訂單，且托運人A，B的起始地與托運人C不同。托運人A運輸?shù)呢浳餅槊姘?，托運人B，C運輸?shù)呢浳餅榧儍羲?位托運人的貨物可以同車運輸。托運人A，C運輸?shù)呢浳镆笤趖1時間到達，托運人B則要求在t2內(nèi)到達(t2＜t1)。t1時間窗下由承運商l1，l2承擔(dān)運輸任務(wù)，t2時間窗下由承運商l3承擔(dān)。

3位托運人的貨運量分別為i1= 100 t，i2= 80 t，i3= 100 t；為更貼合第四方物流組織的實際運輸情況，本節(jié)的所有案例均采用整車計價的模式，每臺車輛的載質(zhì)量d= 250 t，令算法中所有的拉格朗日乘子都為1.00，精度為10-3，每段路徑的成本函數(shù)為

式中：α和β為企業(yè)的運輸成本需求參數(shù)。代入相關(guān)貨運企業(yè)的數(shù)據(jù)后可得，第四方物流整合后需求地相同的運輸網(wǎng)絡(luò)總運輸成本為16萬元。

3.1.2 第三方物流運輸模式

假設(shè)某一第三方物流運輸網(wǎng)絡(luò)中托運人A，B，C通過承運商l1，l2，l3，l4將貨物運至同一需求地n1。各托運人的貨物可以同車運輸，托運人A運輸?shù)呢浳餅槊姘?，托運人B，C運輸?shù)呢浳餅榧儍羲?。托運人A選擇承運商l1，l2運輸，托運人B選擇承運商l3運輸，托運人C選擇承運商l4運輸。

為減少誤差影響，使兩個案例具有可比性，令需求地相同的第三方物流運輸網(wǎng)絡(luò)中托運人的貨運量保持不變，即i1= 100 t，i2= 80 t，i3= 100 t，車輛的載質(zhì)量d= 250 t，相關(guān)路徑中的成本系數(shù)相同。算法中所有的拉格朗日乘子都為1.00，精度為10-3。代入?yún)?shù)計算后，需求地相同的第三方物流運輸網(wǎng)絡(luò)總運輸成本為22.4萬元。

對比需求地相同的第四方物流整合運輸網(wǎng)絡(luò)與需求地相同的第三方物流運輸網(wǎng)絡(luò)的計算結(jié)果可知：對于托運人A，B，C而言，在相同條件下，采用第四方物流整合運輸時的總運輸成本比采用第三方物流運輸時的總運輸成本降低了6.4萬元，成本節(jié)約了28.6%。

3.2 需求地不同的運輸網(wǎng)絡(luò)

3.2.1 第四方物流整合運輸模式

假設(shè)運輸網(wǎng)絡(luò)中存在物流樞紐，托運人A，B，C通過承運商l1，l2，l3，l4，l5將貨物運至2個不同的需求地n1，n2，其中托運人A，B貨物運輸?shù)钠鹗嫉叵嗤?。托運人A運輸?shù)呢浳餅槊姘?，托運人B運輸?shù)呢浳餅榧儍羲?，托運人C的運輸貨物為玻璃，托運人A，B運輸?shù)呢浳锟梢酝囘\輸，但托運人C運輸?shù)呢浳锊荒芡囘\輸。托運人A，B來自于與托運人C不同的同一起始地。托運人A，B，C 的運到時限要求分別為t1，t2，t3(t3＜t2＜t1)，t1時間窗下存在承運商l1，l2承擔(dān)運輸任務(wù)，t2時間窗中只有承運商l3；t3時間窗中由承運商l4，l5承擔(dān)運輸任務(wù)。該需求地不同的第四方物流整合運輸網(wǎng)絡(luò)僅涉及一個樞紐整合轉(zhuǎn)運，托運人A，B的貨物運往同一個需求地n1，托運人C的貨物運往需求地n2。

3位托運人的貨運量分別為i1= 350 t，i2= 100 t，i3= 200 t，車輛的載質(zhì)量d= 250 t，算法中所有的拉格朗日乘子都為1.00，精度為10-3。代入?yún)?shù)計算可得，第四方物流整合后需求地不同的運輸網(wǎng)絡(luò)總運輸成本為25.9萬元。

3.2.2 第三方物流運輸模式

假設(shè)某一第三方物流運輸網(wǎng)絡(luò)中托運人A，B，C通過承運商l1，l2，l3，l4，l5將貨物運至2個不同的需求地n1，n2。托運人A運輸?shù)呢浳餅槊姘羞\人B運輸?shù)呢浳餅榧儍羲?，托運人C的運輸貨物為玻璃。托運人A可選擇承運商l1，l2進行運輸，托運人B可選擇承運商l3，托運人C可選擇承運商l4，l5。

為減少誤差影響，使2個案例具有可比性，令需求地不同的第三方物流運輸網(wǎng)絡(luò)中托運人的貨運量保持不變，即i1= 350 t，i2= 100 t，i3= 200 t，車輛的載質(zhì)量d= 250 t，且相關(guān)路徑中的成本系數(shù)相同。算法中所有的拉格朗日乘子都為1.00，精度為10-3。代入?yún)?shù)計算后，需求地不同的第三方物流運輸網(wǎng)絡(luò)總運輸成本為28萬元。

對比需求地不同的第四方物流整合運輸網(wǎng)絡(luò)與需求地不同的第三方物流運輸網(wǎng)絡(luò)的計算結(jié)果可知：對于托運人A，B，C而言，在相同條件下，采用第四方物流整合運輸時的總運輸成本比采用第三方物流運輸時的總運輸成本降低了2.1萬元，成本節(jié)約了7.5%。

3.3 靈敏度分析

以3.1中需求地相同的運輸網(wǎng)絡(luò)為例，改變3位托運人的貨運量進行靈敏度分析。成本函數(shù)依據(jù)公式 ⑽，不同貨運量下的成本比較如表1所示。

表1 不同貨運量下的運輸成本比較Ta.1 Transportation cost comparison under different freight volumes

在3個托運人的總貨運量固定為1 190 t的情況下，改變各個托運人的貨運量，分析數(shù)據(jù)變化后的結(jié)果，對比整合前后的總成本，可以發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)方案中整合前后的運輸成本差值為正，如在方案1中整合托運人A，B與B，C，使得成本節(jié)約了6.4萬元；方案3整合托運人A，B，使得成本節(jié)約了5.2萬元；方案7整合托運人B，C，使得成本節(jié)約了6萬元；方案10整合托運人B，C，使得成本節(jié)約了8.35萬元，這些方案表明此時通過第四方物流整合后的運輸成本比未整合前的運輸成本更低。但并不是每個運輸網(wǎng)絡(luò)都適宜用第四方物流推進樞紐整合，以方案8為例，在3位托運人總貨運量不變的情況下，盡管方案8整合了托運人B，C，但此時整合后的成本(40萬元)大于未整合時的成本(31.9萬元)，通過第四方物流進行樞紐整合反而增加了運輸成本。這是由于此時托運人B的貨物過多，需要3輛車進行配送，但第3輛車空載率較高從而產(chǎn)生的邊際成本較高。

綜合分析可知：①在其他運輸條件都相同的情況下，通過第四方物流整合后的運輸成本比第三方物流運輸?shù)倪\輸成本要低。如在需求地相同的運輸網(wǎng)絡(luò)中，若3個托運人需求地相同時，可以將貨物通過同車運輸至同一需求地。而在需求地不同的運輸網(wǎng)絡(luò)中3個托運人運輸?shù)呢浳锊⒉欢寄芡囘\輸且需求地與運到時限要求不同，各運輸路線之間的聯(lián)系沒那么緊密，此時僅存在較少的整合路徑。②使用第四方物流需要一定的適用條件。當(dāng)運輸網(wǎng)絡(luò)中車輛的空載率過高時，使用第四方物流整合會導(dǎo)致運輸成本的增加。

4 結(jié)束語

通過第四方物流將產(chǎn)品種類、起始地、需求地、運到時限要求、運輸路線、第三方物流承運商選擇等因素考慮到樞紐整合中，構(gòu)建第四方物流與運輸型物流樞紐整合模型，把變分不等式與拉格朗日乘子結(jié)合到模型中，并通過案例分析比較了第四方物流整合運輸網(wǎng)絡(luò)與第三方物流運輸網(wǎng)絡(luò)的成本優(yōu)劣，為第四方物流的規(guī)?；\營提出建議。相較于其他研究而言，著重考慮了從起始地運往樞紐節(jié)點這一部分的運輸過程，并設(shè)計了一個整合運輸框架，將基于第四方物流的樞紐整合運輸與第三方物流運輸進行對比，論證了第四方物流在整合運輸中的優(yōu)化作用。下一步可以將運輸時間作為變量加入到模型中，或是結(jié)合實際案例進行分析。