12 低碳政策下多容量等级选址与配送问题研究_杨珺

第２２卷　第５期２０１４年 ５月 中国管理科学Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．５Ｍａｙ，　２０１４文章编号：１００３－２０７（２０１４）０５－００５１－１０低碳政策下多容量等级选址与配送问题研究杨　珺，卢　巍（华中科技大学管理学院，湖北武汉　４３００７４）摘　要：本文研究了在供应链运作中考虑不同碳排放政策对于物流企业配送模式的影响，建立了基于碳排放的多容量等级配送中心选址模型，通过研究发现在高排放条件下企业选址呈现小型分散式结构；在低排放条件下企业选址呈大型集中式结构。

并从四种不同的碳排放政策角度研究比较这些政策对企业物流配送模式、运营成本和碳排放量的影响，通过对不同排放政策的分析发现在每种政策下政府都可以通过设置适当的策略来引导企业有效的进行节能减排，进而发现企业在碳交易政策下的减排效果较好，也较容易接受这种政策。

关键词：选址模型；碳排放政策；碳交易；减排中图分类号：Ｃ９３１；Ｏ２２１ 文献标识码：Ａ收稿日期：２０１２－０５－０４；修订日期：２０１３－０５－０９基金项目：国家自然科学基金资助项目（７１１７２０９３，７１３２０１０７００１）；教育部人文社会科学研究青年基金项目（１０ＹＪＣ６３０３３１）；中央高校基本科研业务费专项资金资助（ＨＵＳＴ：２０１３ＱＮ１０１）作者简介：杨珺（１９７６－），女（汉族），湖北武汉人，华中科技大学管理学院，副教授，博士．研究方向：网络优化、供应链管理．１　引言当前，由于二氧化碳等温室气体无节制排放引起的全球暖化问题已引起各国政府和公众的普遍关注。

自英国政府于２００３年在《能源白皮书》中首次提出了“低碳经济”概念后，各国纷纷立法控制经济活动中的碳排放量。

中国政府也于２００９年提出在２０２０年之前国内单位生产总值二氧化碳排放量将比２００５年减少４０％－５０％。

法国政府于２０１１年开始实行碳标签制度，要求所有产品必须披露产品环境信息以控制碳排放。

在这种背景下绿色供应链特别是供应链中有关能源消耗、二氧化碳排放等环境因素对供应链的影响越来越受到重视。

很多学者都对绿色供应链进行了研究，例如再制造产品的生产计划与控制［１］，绿色制造［２－３］，逆向物流［４－５］，绿色采购［６］等等。

而对于供应链管理者来说中如何平衡运营成本和二氧化碳排放之间的矛盾显得日益重要，在这种情况下对碳足迹［７］的管理将成为降低供应链碳排放的重要途径。

例如２００７年沃尔玛宣布将开始要求其供应商测定碳足迹并寻求降低碳排放的措施。

青岛啤酒通过缩小包装箱打印字体来降低油墨使用量。

除了运用新能源、低碳排放设施以外，越来越多的企业开始从运营管理的角度来考虑如何减少碳排放。

例如丹马士通过降低船舶航速，调整物流线路来降低碳排放。

乐购（ＴＥＳＣＯ）上海根据卖场运行状况和营业习惯，对照明时间进行合理化分配以降低用电量。

因此如何从运营管理的角度来控制碳排放量成为当前企业环保所面临的重要问题。

在供应链中有很多组成部分都涉及到二氧化碳的排放，包括生产、包装、运输和库存等流程。

而优化采购、降低运输速度、优化配送网络、减少不必要的包装、提高循环和逆向物流利用率是五个能够显著降低二氧化碳排放的途径［８］。

因此，为了达到显著减排的目的，在决策物流配送网络的优化策略时需要考虑二氧化碳的排放因素对设施选址、任务分配和运输配送的影响。

配送中心的选址问题是物流优化中的传统问题。

近年来由于在运作管理中考虑环境因素的影响，学术界越来越重视绿色供应链中设施选址问题的优化研究。

有很多文献研究逆向物流和闭环供应链的选址问题。

晏妮娜等［９］建立了基于第三方逆向物流服务提供商从事物料回收的多级闭环供应链模型。

Ｓａｈｙｏｕｎｉ，Ｓａｖａｓｋａｎ和Ｄａｓｋｉｎ［１０］提出三种基于正向和逆向供应链网络中综合配送与产品回收的选址模型。

Ｊａｙａｒａｍａｎ［１１］提出了再制造／配送设施选址问题，并对制造批量、转运和再制造产品库存进行优化。

何波［１２］研究了废弃物回收的多层逆向物流网络优化设计问题，建立了废弃物中转站的选址模型。

然而以上文献并没有直接将碳足迹以及低碳政策作为考量因素来研究绿色供应链网络问题。

而Ｂｅｎｊａａｆａｒ［１３］首次在批量订货模型中加入碳排放因素，建立了基于碳足迹的批量订货模型，分析了排放政策是如何对批量订货模型的决策产生影响。

Ｈｕａ等［１４］研究了在碳交易机制下碳交易价格和排放限制对库存决策的影响，建立基于碳足迹的ＥＯＱ模型。

这些文献都是从订货策略和库存策略来考量碳排放政策对决策的影响。

在此基础上本文将从物流企业的配送模式角度来分析比较不同的碳排放政策对企业决策的影响。

在配送中心设计中，选址决策和配送中心容量的选择是关系到物流成本和碳排放的关键因素，成本和碳排放量存在“效益背反（Ｔｒａｄｅ　Ｏｆｆ）”规律。

本文研究低碳条件下多级容量配送中心选址决策，比较不同碳排放政策对三级配送系统中多容量设施选址配送决策的影响，并进一步的比较研究这些政策如何影响企业物流运营成本、排放量和配送网络结构。

２　模型的建立因为容量固定的选址决策可能产生设施的布局与客户需求分布不均衡的情况。

一些设施由于容量限制，无法为附近的客户提供足够的服务；而另外一些设施可能仅为少数的客户提供服务，设施资源得不到充分利用。

因此，在多容量等级设施选址问题中，除了设施位置作为决策变量以外，容量等级也是决策变量，可以对设施位置、设施数量、容量等进行整体优化，减少这种不均衡的情况。

２．１　问题的描述对多容量等级选址模型问题有如下描述：供应链网络为三级网络结构，包括供应商、配送中心和需求点（如图１）；备选点和需求点已知；需求点的需求为确定型需求；配送中心的初始平均建设费用和运营费用已知；配送车辆种类唯一。

２．２　模型参数常量：Ｆ＝｛１，２，…，Ｆ｝：工厂ｆ集合；Ｉ＝｛１，２，…，Ｉ｝：配送中心ｉ集合；Ｊ＝｛１，２，…，Ｊ｝：需求点ｊ的集合；Ｋ＝｛１，２，…，Ｋ｝：容量等级ｋ的集合；ｇｉｋ：在备选点ｉ建设容量等级为ｋ的配送中心建设成本分摊；ｖｉｋ：在备选点ｉ建设容量等级为ｋ的配送中心单位运营成本；ｃｉｋ：在备选点ｉ建设容量等级为ｋ的配送中心的图１　配送网络结构图最大容量；ｄｊ：需求点ｊ的需求；ｌｆｉ：供应商ｆ到配送中心ｉ距离；ｌｉｊ：配送中心ｉ到需求点ｊ距离；ｂ：单位运输费。

决策变量：ｙｆｉ：供应商ｆ运输到配送中心ｉ的货运量；ｘｉｊｋ：从容量等级为ｋ的配送中心ｉ配送到需求点ｊ的货物量；ｚｉｋ：表示如果在ｉ点建立容量等级为ｋ的配送中心则ｚｉｋ＝１，否则ｚｉｋ＝０。

２．３　多级容量设施选址决策基本模型ｍｉｎ∑ｉ∈Ｉ∑ｋ∈Ｋｇｉｋｚｉｋ＋∑ｉ∈Ｉ∑ｋ∈Ｋｖｉｋｃｉｋｚｉｋ＋ｂ（∑ｉ∈Ｉ∑ｊ∈Ｊ∑ｋ∈Ｋｘｉｊｋｌｉｊ＋∑ｆ∈Ｆ∑ｉ∈Ｉｙｆｉｌｆｉ）（１）ｓ．ｔ．∑ｉ∈Ｉ∑ｋ∈Ｋｘｉｊｋ＝ｄｊ（２）∑ｊ∈Ｊｘｉｊｋ"ｃｉｋｚｉｋ（３）∑ｊ∈Ｊ∑ｋ∈Ｋｘｉｊｋ＝∑ｆ∈Ｆｙｆｉ（４）ｚｉｋ≤１（５）ｘｉｊｋ≥０，ｙｉｋ≥０（６）ｚｉｋ＝０，１（７）目标函数式（１）为包括建设成本、运营成本和运输成本的总成本最小；约束（２）保证各需求点的需求必须被满足；约束（３）表示配送中心能够容纳配送的货物；约束（４）使配送中心货物的输入量等于输出量；约束（５）保证每个配送中心只能有一个容量等级；约束（６）、（７）是对变量的整数约束。

３　基于碳足迹的多容量等级选址模型本节将考虑四种不同的碳排放政策对于选址决·２５·中国管理科学 ２０１４年策的影响，这四种政策分别是强制排放政策，碳税政策，碳交易政策，碳补偿政策。

为了分析这几种政策对决策的影响，我们将在模型中引入碳足迹以衡量碳排放量。

３．１　强制排放政策下多容量选址模型在强制排放（Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｃａｐ）政策下对企业的生产设置严格的排放限制，企业只能在给定的限制之内来安排生产，如果超过排放限制企业将被勒令停产调整，直到排放量达到限制标准。

因此在强制排放条件下模型中增加排放的强制约束。

为了描述这种政策对决策的影响，在模型中增加如下碳足迹参数：︵ｇｉｋ：在ｉ点建设容量等级为ｋ的配送中心的建设碳排放量分摊；ｂ（：单位运输排放；ｖ（ｉｋ：容量等级为ｋ配送中心的单位运营排放；Ｌ：排放上限。

Ｍｏｄｅｌ　Ｉ：ｍｉｎ∑ｉ∈Ｉ∑ｋ∈Ｋｇｉｋｚｉｋ＋∑ｉ∈Ｉ∑ｋ∈Ｋｖｉｋｃｉｋｚｉｋ＋ｂ（∑ｉ∈Ｉ∑ｊ∈Ｊ∑ｋ∈Ｋｘｉｊｋｌｉｊ＋∑ｆ∈Ｆ∑ｉ∈Ｉｙｆｉｌｆｉ）ｓ．ｔ．∑ｉ∈Ｉ∑ｋ∈Ｋ︵ｇｉｋｚｉｋ＋∑ｉ∈Ｉ∑ｋ∈Ｋｖ（ｉｋｃｉｋｚｉｋ＋ｂ（（∑ｉ∈Ｉ∑ｊ∈Ｊ∑ｋ∈Ｋｘｉｊｋｌｉｊ＋∑ｆ∈Ｆ∑ｉ∈Ｉｙｆｉｌｆｉ）≤Ｌ（８）同时，（２）－（７）成立。

约束（８）为排放约束，表示企业根据不同排放单位的碳足迹计算得到的实际总排放量，只能在允许的排放限额之内安排生产。

３．２　碳税政策下多容量选址模型碳税（Ｃａｒｂｏｎ　Ｔａｘ）指针对二氧化碳排放量所征收的税。

它以环境保护为目的，希望通过削减二氧化碳排放来减缓全球变暖。

与强制排放政策不同的是碳税政策条件下不对企业设置严格的排放限制，但是对企业排放的每单位碳按照税率α征收排放税。

因此企业总的成本中必须加上排放成本，而总成本中物流运营成本和排放成本存在效益背反（Ｔｒａｄｅ　Ｏｆｆ）规律。

在这种情况下企业必须根据不同的碳税率来平衡物流运营成本和排放成本以使得总成本最优。

Ｍｏｄｅｌ　ＩＩ：ｍｉｎ∑ｉ∈Ｉ∑ｋ∈Ｋｇｉｋｚｉｋ＋∑ｉ∈Ｉ∑ｋ∈Ｋｖｉｋｃｉｋｚｉｋ＋ｂ（∑ｉ∈Ｉ∑ｊ∈Ｊ∑ｋ∈Ｋｘｉｊｋｌｉｊ＋∑ｆ∈Ｆ∑ｉ∈Ｉｙｆｉｌｆｉ）＋ａ［∑ｉ∈Ｉ∑ｋ∈Ｋ︵ｇｉｋｚｉｋ＋∑ｉ∈Ｉ∑ｋ∈Ｋｖ（ｉｋｃｉｋｚｉｋ＋ｂ（（∑ｉ∈Ｉ∑ｊ∈Ｊ∑ｋ∈Ｋｘｉｊｋｌｉｊ＋∑ｆ∈Ｆ∑ｉ∈Ｉｙｆｉｌｆｉ）］（９）ｓ．ｔ．（２）－（７）成立。

约束（９）是碳税政策下目标函数，目标函数由物流运营成本和排放成本组成。

α表示碳税率。

３．３　碳交易政策下多容量选址模型碳交易（Ｃａｒｂｏｎ　Ｔｒａｄｅ）是为促进全球温室气体减排，减少全球二氧化碳排放所采用的市场机制。

即把二氧化碳排放权作为一种商品，从而形成了二氧化碳排放权的交易。

其基本原理是，每个企业有一定量的排放额度，如果企业排放量超出给定的排放额度就必须向外购买排放差额，而如果企业排放量没有超过排放限额，则可以将节省的排放额向外出售。

现今全球已建成４个碳交易所即欧盟排放权交易所（ＥＵ　ＥＴＳ），英国排放权交易所（ＵＫ　ＥＴＧ），美国芝加哥气候交易所（ＣＣＸ）和澳洲气候交易所（ＡＣＸ）。

而中国将在天津设立一所综合性环境权益交易机构—天津排放权交易所以利用市场化手段和金融方式促进节能减排。

随着碳交易市场的逐步发展，研究碳交易机制对企业成本和碳排放的影响显得日益重要。