轴辐式物流网络研究综述

轴辐式物流网络研究综述
李梦瑶;王红春
【摘要】以轴辐式物流网络为研究对象,对相关国内外参考文献进行了梳理.首先介绍了轴辐式物流网络的内涵和发展,接下来从轴辐式网络在物流业的应用方面介绍了国内外学者的研究成果.通过相关文献梳理发现,目前国内对于轴辐式物流网络实际应用中的模型算法研究还不够深入,在以后的研究中应注重将模型算法与轴辐式物流网络的实际应用相结合.
【期刊名称】《物流技术》
【年(卷),期】2018(037)009
【总页数】5页(P1-5)
【关键词】轴辐式;物流网络;区域物流;研究综述
【作者】李梦瑶;王红春
【作者单位】北京建筑大学经济管理与工程学院,北京 100044;北京建筑大学经济管理与工程学院,北京 100044
【正文语种】中文
【中图分类】F252
1 引言
物流业是为保证社会生产和社会生活的供给，由运输业、仓储业、通信业等多种行业整合的结果。

物流业在我国国民经济发展中占有重要地位，调整和振兴物流业是
适应经济全球化趋势和区域经济一体化发展的客观要求。

而区域物流对区域经济发展具有重要服务和支撑作用，通过借助现代科技对区域物流资源进行整合，建立高效合理的区域物流网络，打破区域城市间的行政壁垒，获得物流资源在时空上的最优配置等是促进区域物流业发展和提升区域物流整体竞争力的重要手段。

随着城市群、经济区的形成，城市交通网络和结构发生了较大变化，物流网络变得更为复杂，轴辐式物流网络的形成离不开区域物流的发展。

基于区域物流的发展，构建全新的区域物流网络，形成配送效率更高、成本更低的轴辐式物流网络，已经成为区域物流和区域经济发展的关键所在。

将区域内的城市根据需要的指标（例如：基础设施、市场规模、社会经济发展水平、信息化水平等）划分成不同的等级，将重要的物流节点城市作为轴心，以次要的物流节点城市作为腹地。

轴心城市发挥物流枢纽功能，对周边腹地形成辐射作用，腹地物流经支线向轴心城市集散，再经干线在轴心城市间流转，使得区域物流形成密切联系的空间结构。

轴辐式物流网络系统比一般的区域物流系统更加系统化、网络化、协同化和集成化（便捷性、准时性、灵活性），能最大化的利用资源和降低成本，发挥各个城市的不同效用。

这种模式对于区域物流的网络规划具有重要意义。

目前对于轴辐式网络的研究，国内外都有不同程度的进展。

轴辐式网络起源于国外，且研究涉及范围广，从单纯的模型算法研究到不同行业的应用都有涉及，国内在近些年也做了很多相关研究，本文重点在于梳理国内外研究现状。

2 轴辐式网络内涵和发展
轴辐式网络是指一种不同于普通网络、连接结构较为特殊的网络，虽然其整体结构仍由节点与连接线构成，但其点、线有明确的功能性划分。

网络中有一小部分点作为枢纽节点承担大部分流量的中转任务，其他非枢纽点通过连接线将货物、人员等在目的地和枢纽点之间进行传输。

轴辐式网络通过其流量在时间和空间上的集中提高传送效率。

奥凯利（O’Kelly，1986）最早提出轴辐式网络的概念，并设计了枢纽设施选址
和网络设计的P-枢纽中值模型。

他指出，轴辐式网络的枢纽是一种特殊的中心设
施网络，其被设计成交换点以实现内部的流通。

假设n个节点以某种方式进行交
互（例如：客流、快递包裹、通信），每个节点被假定为连接到一个中心P（P作为交换点），如果i连接到枢纽k，j连接到枢纽m，那么从i到j的流量，要先从i到枢纽k，再从枢纽k到枢纽m，最后由枢纽m到j，具体如图1所示。

图1 网络图
O’Kelly建立了二次整数规划模型，并给出2类启发式求解算法，在随后的研究
中便集中在改进模型和设计高效求解算法方面。

根据不同的模型假设，Campbell、DarkoSkorin-Kapov和 Jadranka Skorin-Kapov研究人员建立了各种枢纽选址/
节点分配模型，模型的目标函数都是最小化网络服务总成本。

Gabriela Mayer，Bernd Wagne分别用线性规划和混合整数规划建立了枢纽容量无限制和容量限制的轴辐式网络设计模型，Jamie Ebery提出了容量限制的轴辐式网络模型，
C.S.Sung则提出了一个容许节点之间互连的混合轴辐式网络设计模型。

目前，轴辐式网络的优化分析已经从单纯的理论模型设计阶段，进入更具应用价值的实用模型阶段，在模型设计中，更多的考虑一些现实因素，包括枢纽节点选择、地理环境约束、网络连接服务的全规模效应(即节点之间的服务都具有规模经济效应，而不是仅仅在枢纽节点之间的服务才考虑规模效应)。

3 轴辐式网络的应用
最初的轴辐式物流网络主要用于解决邮政业务、航空运输的成本优化问题。

轴辐式网络自从被引入美国航空业以后，引起了企业界和学术界的广泛关注，应用范围也从原来的航空领域扩展到物流、旅游等领域。

在航空业，随着1976年美国航空管制的放松，美国的主要航空公司均将自己的运营网络结构调整为轴辐式网络结构，并取得了巨大成功。

后续的发展中，集装箱运输领域也注意到了轴辐式网络的优势。

为了充分发挥技术进步产生的成本优势，满足经济全球化条件下的客户服务要求，提高超大型集装箱船舶的运营效率，降低集装箱运输的周期性需求波动风险，大型班轮公司纷纷改变运营策略，调整网络运营结构，开始建设轴辐式海运集装箱网络。

在物流业，轴辐式网络结构最先在UPS(United Parcel Service)得到成功应用，UPS建立了轴辐式包裹快递网络。

轴辐式网络不单在物流领域有所应用，在其他行业，如旅客运输、航空运输和海运等方面，早期的算法也是应用广泛，涉及内容较多，但这些不是本文研究重点，在此只列举部分，具体研究内容见表1。

表1 轴辐式网络实例应用研究主题作者民航运输金凤君，等与零担物流对比分析制造业轴辐式空间布局胡青蜜刘少凤，孙宗禹轴辐式铁路物流叶怀珍，胡异杰研究内容以中国客流网络为研究对象,首次将轴辐式网络的思想引入中国,构建了用于民航运输的轴辐式网络。

在资源使用率和网络资源平衡程度上，轴辐式物流网络比零担物流更具优势。

利用轮毂轮辐策略克服可能出现的贸易障碍,从而顺利进入目标市场。

提出了轴辐式铁路物流的概念，并分析铁路企业发展中枢辐射铁路物流的必要性、可行性及所面临的困难。

产业布局的轴辐式网络结构轴辐式网络在图像制作与播放领域的应用Diego Puga 主要针对贸易政策下企业选址的变化。

网络运营商利用轴辐式网络集中昂贵的图像制作设备及图像制作人才，实现图像节目规模化集中制作。

William Byrne铁路多式联运服务Edwin铁路的服务可靠性得不到保障，维持枢纽运营的最低业务量得不到保障，铁路运输成本不具有竞争力，轴辐式网络在多式联运的应用则没有优势。

医疗服务领域Coile RC Jr.，Nobilio L、Ugilini C美国航空运输业Chieh-Yu全球航空快递业Cheng-Chang Lin，Yu-Jen Lin水路运输领域Akiolmai，Koichi Shintani在轴辐式医疗服务系统中，非枢纽节点主要提供常规一般医疗服务，需要大型医疗设备以及需要高等级医疗护理服务
等，则需要到医疗枢纽服务节点。

借助轴辐式网络,为美国航空运输业构建了多枢
纽轴辐式运输网络。

为全球航空快递企业构建了轴辐式货运网络,并通过各货运航
企运输数据验证了轴辐式网络的优越性。

通过对比港口之间的直达运输和轴辐式水陆运输两种方式,验证了轴辐式在水陆运输领域的可行性。

轴辐式网络在各个领域都得到了广泛的应用，本文以轴辐式物流网络为主要研究对象，接下来主要介绍轴辐式物流网络的国内外研究现状。

4 轴辐式物流网络应用研究现状
通过上述对轴辐式网络应用的总结，发现轴辐式网络在很多行业和领域都得到了广泛的应用，本文中主要介绍轴辐式网络在物流业应用的研究现状。

通过对文献的研究，目前阶段，学者们的研究主要集中在以下几个方面：轴辐式物流网络的构建、轴辐式物流网络优化、轴辐式物流网络模型算法、轴辐式网络节点选择及选址。

（1）轴辐式物流网络的构建。

现在大多数学者对于轴辐式物流网络的研究都集中在物流网络的构建与规划方面，其中还有部分学者将共同配送加入其中。

目前研究内容多以区域物流的网络构建与规划为主，如长三角、京津冀与中部地区，其中以长三角地带的研究最多。

在这些研究中，多数学者根据地区特点首先构建指标体系，运用主成分分析法或因子分析法确定城市物流业发展的层次体系，最后通过城市引力模型，构建轴辐式物流网络，具体研究内容见表2。

表2 轴辐式物流网络设计构建研究主题作者方法主成分分析法丁伟，等刘荷，王
健主成分分析法、引力模型翁克瑞拉格朗日松弛算法网络构建曹炳汝，尹娣因子分析法、引力模型李明芳，薛景梅主成分分析法、引力模型王佩佩，等研究内容依托现有物流网络对广西西江流域城市轴辐式物流网络进行实证分析，确定了评价网络节点等级的指标体系,构建了西江流域城市轴辐式物流网络。

从社会经济发展水平、物流市场供求状况和基础设施建设状况 3个方面构建了枢纽节点选择指标体系，
构建了海西区轴辐式物流网络。

在考虑枢纽站的节点成本基础上，加入了轴线成本。

从综合竞争力、物流市场供求状况和基础设施建设水平三方面构建物流评价指标体系，并测度了长三角区域16个城市的物流等级。

构建京津冀地区“四轴九辐”的物流网络结构，并根据研究的内容提出对策建议。

通过构建城市物流水平评价指标体系，考虑了新疆众多边境口岸在整个物流网络中的作用，构建了新疆三条通道城市与边境口岸相结合的轴辐式物流网络。

主成分分析法、引力模型C.S.Sung首次提出了混合轴辐式物流网络模型,即在网络中允许一些OD对之间采用直通运输的
方式进行连接,使得模型更加符合实际情况。

（2）轴辐式物流网络优化。

对于轴辐式物流网络优化问题的研究，多运用整数规划、模拟退火算法和禁忌搜索算法对现有的物流网络进行修改，构建不同的模型，并在实例中加以应用来证明模型对于原有网络的优化和改进，具体研究内容见表3。

（3）轴辐式物流网络模型算法。

关于此部分内容的研究，国外学者起步较早且更加深入，他们应用不同的模型和算法，逐步从单枢纽到多枢纽，模型算法不断更新。

国内学者虽起步较晚，但对于国外学者模型算法的研究较为充分，并能结合中国实际情况或事例说明，具体研究内容见表4。

表3 轴辐式物流网络优化研究主题作者张世翔，雷佳震王建伟，等方法谢守红，
等网络优化模拟退火算法主成分分析法、聚类分析法、引力模型、物流地位模型、0-1整数规划胡志华，等混合整数规划李莉，丁以中研究内容对长三角地区城市群物流配送体系运用轴辐式网络进行优化，并提出相关对策与建议。

通过最小化多重约束下的网络总成本优化运输网络。

结合长三角交通发展规划，借助0-1模型将
长三角区域划分为五大物流圈，构建了长三角区域轴辐式物流网络。

考虑轴辐式网络内辐节点与枢纽之间的支线运输费用、枢纽之间的干线运输费用以及枢纽建造费用，建立轴辐式网络枢纽重配置优化的混合整数规划模型。

从多目标优化角度，研究轴辐式快递网络配置的优化问题。

模拟退火算法
表4 轴辐式物流网络模型算法研究主题作者方法遗传算法赵晋，等赵晋，等二维
有序聚类方法傅少川，等模型算法付江月，陈刚禁忌搜索算法混合整数非线性规划、自适应遗传算法Kratica，等遗传算法Gabriela Mayer分支定界法Hasan Pirku
研究内容将直达问题纳入网络规划决策，基于全局优化的视角构建了允许直达的混合轴幅式快递网络规划决策模型提出了一个基于二维有序聚类方法与枢纽选址模型的两阶段法解决大规模轴辐式网络规划问题，并成功地应用在中国邮政速递物流公司的网络规划问题中。

应用并改进禁忌搜索算法来求解单分配多枢纽轴辐式网络问题通过构建模型，运用混合整数非线性规划，在一定程度上模拟城市物流网络从单枢纽到双枢纽，再到多枢纽，最后形成复杂轴辐网络的演化过程。

以单分配轴辐式网络为例,提出了一种新的遗传算法对各枢纽进行合理的布局。

针对枢纽无容量限
制的轴辐式模型,提出了以分支定界法为核心的求解方法,通过设定目标函数取值上
下界,使得模型在较短时间内能够计算数量可观的网络节点。

运用基于拉格朗日算
法求解轴辐式网络模型,有效的将模型的求解时间控制在5-10min内。

拉格朗日算法
（4）轴辐式物流网络节点选择及选址。

此项研究以轴辐式物流网络中的节点城市和枢纽的选择为主，且多以城市群为主要研究对象，根据不同的指标，将城市分类，或以成本为约束，还有部分学者主要针对模型理论进行研究，具体研究内容见表5。

表5 轴辐式物流网络枢纽、节点选址问题研究主题作者方法主成分分析法海峰，
等沈彬彬，等遗传算法翁克瑞节点选择及选址禁忌搜索算法、遗传算法、路径重连算法O’Kelly Campell 混合整数规划Julia研究内容以湖北省为例，为确定湖北
轴辐式区域物流网络的节点等级，选取对物流影响较大的八个指标，通过城市得分排名来确定物流节点的等级。

以最小化运输成本、固定成本、仓储处理成本、时间惩罚成本和退货成本为目标建立模型，给出海外仓库选址的具体方案和思路。

围绕选址与路线优化，运用轴辐式物流网络研究了多个相关问题。

进一步完善与扩展了枢纽站选址理论与相关优化方法，推动枢纽站选址问题的应用。

最先将轴辐式网络
的概念引入货运枢纽选址问题中,构建了轴辐式网络枢纽选址相关模型,并且以美国城市群为实例检验了模型的有效性。

首先提出多分配轴辐式网络,在考虑容量限制的情况下,以总运输成本最低为目标,建立了混合整数规划模型。

在多式联运的运输背景下,提出了枢纽节点选址和枢纽处货物装卸、转运问题,及其求解算法。

5 总结与展望
轴辐式物流网络构建是区域经济发展的一项重要环节，它能促使城市物流联系效应的最大化，推动区域物流产业转型升级，轴辐式物流网络的重点在于加强轴心城市对于辐点城市的辐射能力，增强副中心城市的物流综合竞争力，不断提高城市之间的物流通达能力，降低物流成本，提高物流效率，形成规模效应，这对区域经济的发展有着十分重要的影响。

全球供应链发展的背景下，更多学者正围绕物流的轴辐式网络模型进行更为深入的研究。

通过前文的总结不难发现，国外学者在轴辐式网络的模型算法方面起步较早，且后续研究更加客观实际，这些研究不仅仅局限于模型算法的优化和研究，更多的是关注实例应用方面，例如航空运输业和物流业。

我国学者在近年根据国家发展的实际需要，更多的面向区域物流的发展、城市物流节点的选址以及物流企业的布局等方面开展了广泛的研究，但在大部分实例应用的研究中，对于模型算法部分的研究不够深入，或是以模型算法为主，但忽略了实际的应用。

在本文的后续研究中，将应用不同的模型和算法，对轴辐式物流网络做更为深入的研究。

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