运输网络模式构建

二、运输网络模式构建

前已述及，现代快递运输网络主要由运输方式、运输工具、运输线路以及运输节点四个方面构成，现代快递运输网络模式的构建也要从这几个方面进行。

（一）现代快递运输节点的选择

现代快递运输节点的选择需要考虑众多因素，这些因素主要有四个方面:一是自然环境因素，包括气象条件、地质条件、地形条件和水文条件等因素；二是经营环境因素，包括经营环境、商品特性、物流费用、服务水平等；三是基础设施状况因素，包括交通条件、公共设施状况等；四是其他因素，如国土资源、环境保护等因素。

1.现代快递运输节点选择条件

虽然影响现代快递运输节点选择的因素众多，但现代快递运输节点选择条件要重点考虑以下方面。

首先，要考虑快递业务量。快递网络是业务发展的支撑平台，要服务于快递业务量发展的需要，满足市场竞争的需要。运输节点作为快递邮件的处理和运输枢纽，在选择其位置时首先要考虑市场需求，将节点尽量选择在业务量较大、市场竞争激烈的城市。

其次，要考虑运输节点的交通条件和地理位置。现代快递运输网络作为传递邮件的快速传递网络，其运输节点作为运输枢纽，必须要具备良好的交通条件。区域处理中心（RDC）所在城市不但要具备良好的公路和铁路运输条件，而且还要具备一定的航空通达性。全国中心（NDC）所在城市必须要具备很强的航空通达能力，以满足全国和国际航空邮件交换的需要。同时，运输节点作为处理和运输枢纽，在地理位置上要具备一定的覆盖性，处于一个相对中心的位置。一方面，运输节点与其所覆盖的城市间的距离不能太远，否则将会延长末段运输时限；另一方面，各级运输节点间的距离要适宜，既要满足传递时限的要求，使距离保持在一定的范围之内，同时也要保证运输节点的数量不能过多而造成过多的分散的固定成本和运行成本。

最后，还要考虑到一些其他条件。运输节点的选择还要考虑当地的人力资源供给、政府优惠政策、交通枢纽（机场）的容量、自然条件等因素。尤其是对于NDC的选择，要充分考虑当地的机场条件和自然条件。

2.现代快递运输节点选择方法

（1）重心法。将现有各个供应点（资源点）或需求点（客户点）看成是分布在某一平面内的快递运输系统的节点，它们的资源数量可以看成是这些节点的重量，这样就可以利用求几何重心的方法来找到距现有节点的距离、供应量、运输费率之积总和为最小的节点，即新的运输节点的最佳位置。

（2）成本分析法。成本分析法是在已经具有一个运输节点位置选择集的前提下，以物流系统的总成本最小为目标，通过简单的财务计算，比较选择最佳位置。

（3）其他方法。也可以采用另外一些方法来选择运输节点。例如，在全面考虑选址影响因素的基础上，粗选出若干个可选的地点（或选址方案）。然后借助专家评价法、层次分析法、模糊综合评价法等数学方法进行量化比较，最终得出较优的选址地点（或方案）。

（二）现代快递运输方式的选择

选好了快递运输网络节点，在各个节点之间选择相应的运输方式、运输工具和运输线路，就能够构成一个现代快递运输网络。在现代快递服务主要的运输方式即公路运输、铁路运输和航空运输中，每种方式都有各自不同的特点，这些特点使得它们适用于不同的货物和场合。因此，在构建现代快递运输网络时，需要综合考虑各种因素，选择最佳的运输方式。

1.各种运输方式的不同特征

对于现代快递的三种运输方式来说，它们在成本、速度、灵活性、可靠性等方面有着各自的优势。

成本就是运输费用的高低。在三种运输方式中，航空运输的成本最高，其次是公路运输，铁路运输的成本最低。

速度是指运输货物的时间长短。航空运输尽管成本最高，但其速度最快，因此适用于价值高、时间要求高的货物。公路运输速度其次，铁路运输速度最慢。

灵活性是运输方式提供门到门服务的能力。在这三种运输方式中，公路运输的灵活性最强，是最后一公里服务中密不可缺的一环。而航空运输和铁路运输需要特殊通路或终端的支持，无法做到门到门服务，灵活性较差。

可靠性是指运输方式能准时到达的能力。公路运输可靠性最强。航空运输由于容易受制于天气状况，会出现时间变更或延误。铁路运输则会因为线路拥挤和铁路部门注重客运等影响而导致晚点。

可见，不同运输方式各有特点，因此有着适合自身的运输服务对象。如表4－1所示，公路运输的服务对象主要是同城快递、异地快递，铁路运输的服务对象主要是异地快递，航空运输的服务对象主要是国际快递、异地快递。

表4－1　各运输方式特点及运输对象

2.影响运输方式选择的因素

现代快递服务企业在选择运输方式时，除了考虑不同运输方式的特点之外，还要考虑影响运输方式选择的因素。

（1）货物的特性。货物特性对运输方式选择有着比较重要的影响。例如货物的价值、单件的重量、安全性、形状等都是影响运输方式选择的重要因素。

（2）运输成本。运输成本也对运输方式选择有着重要影响。一方面，企业希望通过选择合适的运输方式来降低运营成本；另一方面，运输成本不仅仅体现在为运输方式所支付的费用，还包括运输管理和维持运输中存货等相关快递活动的总费用，因此，企业要综合考虑多方面因素降低企业总成本。

（3）运输时间。快递运输中的运输时间不是指包括用运输工具把货物从运输起点运到运输终点的时间，而是指货物从发货人到收货人之间门到门的服务时间，运输时间越短越好。但是运输时间短又意味着更高的运输成本，所以企业在选择运输方式时，需要综合考虑时间和成本的均衡，构建合适的运输网络。

3.运输方式选择的方法

由于快递网络中节点数众多，各点的功能和地位不同，各点间流量流向的疏密程度不同，连接各点间的运输路径的地位也有所不同，具有层次性，不同层级中运输路线的功能、地位和传递速度不同。根据不同层次和集团间每一条运输路线的功能和在全网中地位的不同，使用的运输工具也不同，以适应不同传递速度要求和快件在流量流向上近密远疏的特点。在实际中，运输路线按照运输距离、货量以及在网络中的重要程度，可以分为干线和支线，各自使用的运输工具也会有差别，从而产生不同的传递速度和传递时间。跨省或跨区域的、连接一级中转场的线路，一般称为一级干线，多使用飞机或较大型汽车工具。图4－6是EMS全夜航干线网示意图。

省内或区域内下级各地区之间的线路一般称为二级干线或一级支线。省级以下地区内的线路一般称为支线，也可进一步分为各级支线。城市内的线路一般称为市内支线。支线运输多使用地面汽车运输，我国目前情况下，快递公司在支线上一般自己运输，将使用飞机的干线委托给航空公司承运。线路的开通和运输工具的选择综合考虑时效、货量、成本等因素。⁽²⁾

图4－6　EMS全夜航干线网示意图

运输方式选择的方法有以下几类。

首先，单一运输方式的选择。单一运输方式的选择就是在快递服务过程中，选择一种运输方式提供运输服务。从前面分析中可知，现代快递运输服务主要的运输方式公路、铁路和航空运输各有优点与不足。因此，现代快递服务企业在选择单一运输方式时，可以根据三种基本运输方式的优势、特点，结合运输需求进行选择。

其次，多式联运的选择。所谓多式联运就是选择两种以上的运输方式联合提供运输服务。在现代快递服务中，常用的多式联运主要是铁路与公路联运、航空与公路联运。在进行多式联运的选择时，要考虑多方面的因素。例如，一方面，要考虑三种运输方式的经济特性，包括成本、市场覆盖率、运载距离和竞争对手数量等。另一方面，还要考虑三种运输方式的服务特性，即速度、可靠性、灵活性等因素。表4－2给出了三种运输方式的经济特性和服务特性的比较，现代快递服务企业在进行多式联运选择时，需要进行综合分析。

表4－2　各运输方式经济特性及服务特性

最后，还可以考虑成本比较选择法。即根据不同运输方式在一定的运输环境条件下所花费的成本的高低来进行评价，综合考虑运输速度、运输费用、库存保管费用等方面形成的总成本的高低以及其他多种因素的影响，寻求总的运输成本最低的运输方式。

（三）现代快递运输线路的选择

在现代快递运输网络中，运输线路连接着网络节点，对于整个快递企业来说，最常见的问题就是，需要找到运输工具在公路、铁路和航空线上运行的最佳路线，从而缩短运输时间和运输距离，降低运输成本，改善客户服务。

关于选择最佳快递运输线路的方法，最经常运用的技术方法主要有以下方法。

1.迪杰斯特拉（Dijkstra）算法

Dijkstra算法是用来求出指定的两点v _s、v _t之间的最短路的方法，也可以用来求从指定点v _s到其余各点的最短路。其基本原理是:若序列｛v _s，v₁，…，v_n－1，v_n｝是从v _s到v_n的最短路，则序列｛v _s，v ₁，…，v_n－1｝必为从v _s到v_n－1的最短路。

Dijkstra算法的基本步骤是:

（1）给出点v ₁以标号（0、s）；表示从v₁到v ₁的距离为0，v₁为起点（s表示start）。（2）找出已标号点的集合I，没标号点的集合J以及弧的集合

｛（v_i，v _j）｜v_i∈I，v _j∈J｝

此处弧的集合指:所有的从已标号的点到未标号的点弧所组成的集合。

（3）如果上述弧的集合是空集，则计算结束。如果上述弧的集合不是空集，则转下一步。

（4）对上述弧集合中的每一条弧，计算s_ij＝l_i＋c_ij。其中l_i表示从v _s到v_i的最短路径，c_ij表示v _i到v _j的距离。在所有的s_ij中，找到其值为最小的弧。设此弧为（v_c，v _d），则给此弧的终点以双标号（s_cd，c），返回步骤（2）。重复操作（2）、（3）、（4），直到如（3）所描述的弧的集合是空集为止。

（5）如果v_t已标号（l_t，k_t），则v _s到v_t的距离为l _t，而从v _s到v_t的最短路径，则可以从k_t反向追踪到起点v _s而得到。如果v_t未标号，则可以断言不存在从v _s到v_t的有向路。

例如，图4－7中v ₁到v ₆的最短路，由Dijkstra算法，可解得最短路径为:v ₁→v ₃→v ₄→v ₆。各点标号如图4－8所示。

图4－7　最短路径（1）

图4－8　最短路径（2）

求解过程如下:

①给起点v ₁标号（0，s）；

②此时已标号点集合I＝｛v₁｝，未标点集合J＝｛v₂，v₃，v₄，v₅，v₆｝，弧的集合｛（v_i，v_j）｜v_i∈I，v_j∈J｝＝｛（v₁，v₂），（v₁，v₃），（v₁，v₄）｝，s₁₂＝l ₁＋c₁₂＝0＋3＝3，s₁₃＝l ₁＋c₁₃＝0＋2＝2，s₁₄＝l ₁＋c₁₄＝0＋5＝5，min（s₁₂，s₁₃，s₁₄）＝s₁₃＝2，所以，给点v ₃标号（2，1），表示从v ₁到v ₃的距离为2，在v ₁到v ₃的最短路径中v₃前面的点是v₁。

③此时已标点集合I＝｛v₁，v₃｝，未标点集合J＝｛v₂，v₄，v₅，v₆｝，弧的集合｛（v_i，v _j）｜v_i∈I，v_j∈J｝＝｛（v₁，v₂），（v₃，v₄），（v₁，v₄）｝，s₃₄＝l₃＋c₃₄＝2＋1＝3，min（s₁₂，s₁₃，s₃₄）＝s₁₂＝s₃₄＝3，所以，给点v₂标号（3，1），表示从v₁到v₃的距离为3，在v₁到v₂的最短路径中v₂前面的点是v₁，给点v₄标号（3，3），表示从v₁到v₄的距离为3，在v₁到v₄的最短路径中v₄前面的点是v₃。

④此时已标点集合I＝｛v₁，v₂，v₃，v₄｝，未标点集合J＝｛v₅，v₆｝，弧的集合｛（v_i，v _j）｜v_i∈I，v_j∈J｝＝｛（v₂，v₆），（v₄，v₆）｝，s₂₆＝l ₂＋c₂₆＝3＋7＝10，s₄₆＝l ₄＋c₄₆＝3＋5＝8，min（s₂₆，s₄₆）＝s₄₆＝8，所以，给点v ₆标号（8，6），表示从v ₁到v ₆的最短距离为8，在v ₁到v ₆的最短路径中v ₆前面的点是v ₄。

⑤此时已标点集合I＝｛v₁，v₂，v₃，v₄，v₆｝，未标点集合J＝｛v₅｝，弧的集合｛（v_i，v _j）｜v_i∈I，v_j∈J｝＝Φ，求解结束。

2.最大流问题

在现代快递运输过程中，运输线路的选择不仅仅考虑到两点之间最短的距离，还要结合运输货物的数量等属性，加以综合考虑。因此，在运输线路给定的情况下，现代快递企业需要研究的是怎样运送更多的货物，以节约企业成本。而要解决这个问题，则需要借助现代快递服务科学中运筹学的相关理论模型。

在一定的运输线路中，每条线路都有最大的运输容量，而企业需要运送最多的货物，因此，这是一个典型的运筹学中的最大流问题。最大流问题是指给一个带收发点的网络，其每条弧的赋权称之为容量，在不超过每条弧容量的前提下，求出从发点到收点的最大流量。这个问题的基本算法思路是:

（1）首先根据运筹学图论知识，为省去弧的方向，对网络上弧的容量的表示方向作改进。如图4－9中:将（a）图中的流量c_ij从v _i点运到v _j点，表示为v_i点的c _ij和v _j点的0，（a）和（b）的意义相同。

图4－9　弧的容量的方向变换

（2）找出一条从发点到收点的包含边数最短的路，在这条路上的每一条弧顺流方向的容量都大于零。如果不存在这样的路，则已经求得了最大流。

（3）找出这条路上各条弧的最小的顺流的容量p f，通过这条路增加网络的流量p f。

（4）在这条路上，减少每一条弧的顺流容量p f，同时增加这些弧的逆流容量p f，返回第二个步骤。

例如，求图4－10中v₁→v ₇的最大流

图4－10　最大流（1）

首先就需要把图4－10转换一下，变为图4－11，然后进行迭代。

图4－11　最大流（2）

第一次迭代:选择路v ₁→v ₄→v₇。弧（v₄，v ₇）的顺流容量为2，决定了p f＝2，改进的网络流量图如图4－12所示。

图4－12　最大流（3）

第二次迭代:选择路为v₁→v ₂→v ₅→v₇。弧（v₂，v₅）的顺流容量为3，决定了p f＝3，改进的网络流量图如图4－13所示。

图4－13　最大流（4）

第三次迭代:选择路为v ₁→v ₄→v ₆→v ₇。弧（v ₄，v ₆）的顺流容量为1，决定了p f＝1，改进的网络流量图如图4－14所示。

图4－14　最大流（5）

第四次迭代:选择路为v ₁→v₄→v ₃→v ₆→v ₇。弧（v₃，v ₆）的顺流容量为2，决定了p f＝2，改进的网络流量图如图4－15所示。

图4－15　最大流（6）

第五次迭代:选择路为v₁→v ₂→v ₃→v₅→v₇。弧（v ₂，v₃）的顺流容量为2，决定了p f＝2，改进的网络流量图如图4－16所示。

图4－16　最大流（7）

经过第五次迭代后，在图4－14中已经找不到从发点到收点的顺流容量大于零的弧，所以运算停止。得到最大流量为10，这时流向v₇的流量分别是:v₅→v₇的5，v₆→v₇的3和v₄→v₇的2，所以最大流为5＋3＋2＝10，表示从v ₁到v₇所能安排的最多流量为10。最大流量图如图4－17所示。

图4－17　最大流（8）

3.最小费用最大流问题

在现代快递运输过程中，不同的运输线路有不同的费用，怎么能使运输费用最少，一直都是快递企业决策的重点问题。而最小费用最大流是指快递企业在可选的线路已知，且单位运费固定的情况下，如何选择一个线路，使得企业不仅能运最多的货物，同时还使费用最小。

最小费用最大流问题的数学描述是:给了一个带收发点的网络，对每一条弧（v_i，v _j），除了给出容量c_ij外，还给出了这条弧的单位流量的费用b_ij，要求一个最大流F，并使得总运送费用最小。这类最小费用最大流问题的解法，与最大流问题解法基本相似，只需要做一定的改动。

首先，对网络上弧（v_i，v _j）的（c_ij，b_ij）的表示作一下变动，用（b）来表示（a）。如图4－18所示。

图4－18　弧的容量和费用的方向变换

其次，在对弧的标号作了改进后，求最小费用最大流的基本算法与前文中求最大流的基本算法类似。唯一不同的是，在第二步中要选择一条总的单位费用最小的路，而不是包含边数最小的路。

例如，求图4－19中的最大流和最小费用。

图4－19　最大流和最小费用（1）

首先需要把图4－19转换一下，如图4－20所示。

图4－20　最大流和最小费用（2）

第一次迭代:找到最短路v ₁→v ₄→v ₆→v ₇。第一次迭代后如图4－21所示，此时总流量为v ₆→v ₇的流量1，总费用为10，即流经v ₄的费用（1×3）、流经v ₆的费用（1×3）、流经v ₇的费用（1×4）之和，（1×3）＋（1×3）＋（1×4）＝10。

图4－21　最大流和最小费用（3）

第二次迭代:找到最短路v ₁→v ₄→v₇。第二次迭代后总流量为3，总费用为32，即流经v ₄的费用（3×3）、流经v ₆的费用（1×3）、流经v ₇的费用（1×4＋2×8）之和，（3×3）＋（1×3）＋（1×4＋2×8）＝32。如图4－22所示。

图4－22　最大流和最小费用（4）

第三次迭代:找到最短路v ₁→v ₄→v ₃→v ₆→v ₇。第三次迭代后总流量为5，即v ₆→v ₇的流量3与v ₄→v ₇的流量2之和，3＋2＝5；总费用为56，即流经v ₄的费用（5×3）、流经v₃的费用（2×2）、流经v₆的费用（1×3＋2×3）、流经v₇的费用（3×4＋2×8）之和，（5×3）＋（2×2）＋（1×3＋2×3）＋（3×4＋2×8）＝56，如图4－23所示。

图4－23　最大流和最小费用（5）

第四次迭代:找到最短路v ₁→v ₄→v ₃→v ₅→v ₇。第四次迭代后总流量为6，即v ₆→v ₇的流量3、v ₄→v₇的流量2、v₅→v ₇的流量1之和，3＋2＋1＝6；总费用为72，即流经v₄的费用（6×3）、流经v ₃的费用（3×2）、流经v ₅的费用（1×4）、流经v ₆的费用（1×3＋2×3）、流经v₇的费用（3×4＋2×8＋1×7）之和，（6×3）＋（3×2）＋（1×4）＋（1×3＋2×3）＋（3×4＋2×8＋1×7）＝72，如图4－24所示。

图4－24　最大流和最小费用（6）

第五次迭代:找到最短路v ₁→v ₂→v ₅→v ₇。第五次迭代后总流量为9，即v ₆→v ₇的流量3、v ₄→v ₇的流量2、v ₅→v ₇的流量4之和，3＋2＋4＝9；总费用为123，即流经v ₂的费用（3×6）、流经v ₄的费用（6×3）、流经v ₃的费用（3×2）、流经v ₅的费用（3×4＋1×4）、流经v ₆的费用（1×3＋2×3）、流经v ₇的费用（3×4＋2×8＋4×7）之和，（3×6）＋（6×3）＋（3×2）＋（3×4＋1×4）＋（1×3＋2×3）＋（3×4＋2×8＋4×7）＝123，如图4－25所示。

图4－25　最大流和最小费用（7）

第六次迭代:找到最短路v ₁→v ₂→v ₃→v ₅→v ₇。第六次迭代后总流量为10，即v ₆→v ₇的流量3、v ₄→v ₇的流量2、v ₅→v₇的流量5之和，3＋2＋5＝10；总费用为145，即流经v₂的费用（4×6）、流经v₄的费用（6×3）、流经v₃的费用（3×2＋1×5）、流经v ₅的费用（3×4＋2×4）、流经v₆的费用（1×3＋2×3）、流经v ₇的费用（3×4＋2×8＋5×7）之和，（4×6）＋（6×3）＋（3×2＋1×5）＋（3×4＋2×4）＋（1×3＋2×3）＋（3×4＋2×8＋5×7）＝145，如图4－26所示。

图4－26　最大流和最小费用（8）

已经找不到从v ₁到v ₇的每条弧的顺流容量都大于零的路了，故计算结束。此时已求得最小费用最大流，最大流为10，最小费用为145。

（四）现代快递运输网络模式的选择

1.分析三种运输网络模式的优劣，选择最佳模式

在现代快递运输网络的三种模式中，Hub模式是最为常用的一种，但是各运输模式都有各自的优势与不足，现代快递服务企业在选择运输网络模式时，要根据企业自身状况和市场状况，选择合适的运输网络模式。表4－3具体分析了三种运输网络模式优缺点。

表4－3　三种运输网络模式优缺点分析

2.定制化的运输网络

快递企业也可以采用定制化的运输网络来解决运输网络模式的选择问题。定制化的运输网络是根据不同的客户和货物特征，运用不同的运输方式和运输网络进行运输，是上述三种运输网络模式的综合利用。其目的是根据具体情况，采用合适的运输方案，减少企业运输成本和总成本。采用定制化的运输网络的方法有以下三种。

（1）依据客户密度和距离

在选择运输网络模式的时候，现代快递服务企业必须考虑客户密度和客户到网络节点的距离，依据客户密度量身定做理想的运输方案。

当快递服务企业为密度较大、距离节点较近的客户服务时，最好能拥有自己的卡车运输队伍，并采用中转模式来为客户提供服务；如果客户虽然较密集但离节点较远时，更好的选择是先采用Hub模式，将货物运到离客户所在区域较近的节点，然后使用中转模式送货；如果客户在空间上较分散，运用中转模式，用非满载运输方式或由第三方来进行运送是更经济的选择。

（2）依据客户大小规模

对于大客户，可以用满载运输进行供货，而小客户的供给则要用到非满载运输或者送奶线路运输。以相同的频率和相同的价格向大小客户供货并非明智之举。企业的一种可行的方案是，向小客户的要价较高，而向大客户要价低。另一种可行的方案是，可以采用一种特殊中转模式，使企业为大客户服务的频率较高，为小客户服务的频率较低。

（3）依据货物价值量和需求量

对价值高、需求量大的货物，快递企业可以采用点点直达的运输模式，因为这样做能确保更快速地为客户服务，同时还能减少库存、配送等成本；对价值低、需求量大的货物来说，快递企业可以采用中转模式，以此接近客户并减少运输费用和企业成本；对价值高、需求量小的产品，快递企业可以采用Hub模式来节约运输费用；对低价值、需求量小的产品，快递企业应将运输网络节点布局在接近客户的地方，采用Hub模式，以便在获取一定程度的集中优势的同时，减少运输费用。