本文是一篇物流论文，本论文根据现有城市配送网络的基本结构和基于地铁的城市配送网络基本结构，分析两种城市配送网络的基本形态，总结将地铁用于城市配送的实际案例，阐述基于地铁的城市配送网络中的各配送阶段。然而由于地铁是以为乘客服务设计的，因而提出地铁的运货模式，进一步估算运输能力，选择不同需求下的运货模式。
第1章 绪论
1.1 研究背景
如今，电子商务增长、生活节奏加快、共享型经济兴起及可持续发展等趋势，不断驱动着城市物流配送的发展和变化[1]。中国近15年的快递业务的年均增加率为35.7%，年人均快递使用量从0.8件增至59.3件[2]。日益频繁的货物需求导致城市中心每天有大量的商品流通，这使得城市配送必然是多品种、小批量、高频次的，而客户对配送时效性以及反应速度的要求也越来越高。许多企业推出了一系列时效性服务产品以满足不同场景下不同消费者对物流速度的不同需求，这使得客户能够在精确的时间段内收取货物，可见城市配送的及时性和精确性已成为物流服务的重要指标。
然而传统的城市配送多以公路货运为主[3]，在中国以柴油车为主的公路运输承担了约76.9%的货物运输[4]。货运车辆行驶在城市中心地区，占据了大量的公路交通资源，给本就拥堵的城市交通带来严重的影响，且运输过程造成的排放中有30%~40%是货物运输导致的[5]，其中公路运输占三分之二[6]。国内外政府采取了诸多措施以实现城市的货运管理。针对货运车辆实施关于运行时段、运行范围和车辆性能等方面限制的交通管制政策。这些措施使货运车辆在城市地区运送货物更具挑战性[7]。具体来讲，进一步加剧了配送服务供需矛盾，提高了货物配送的成本，增加了配送难度和复杂性，降低了货物配送的效率，难以保证配送的时间和质量。
可见，现有交通资源和配送网络体系难以承载中心城区极高的人口密度带来的客货运服务需求。传统的货车配送模式消耗了大量的时间和成本，不能满足快速响应和按需交付的迫切需求。因此减少不必要的公路运输是改善城市配送效率和减少交通拥堵的根本。而优化城市配送网络和探索新型可持续发展的配送模式，成为城市配送急需解决的关键问题。
1.2 研究目标和研究意义
1.2.1 研究目标
为应对如今日益增长的配送需求与货车运行效率低的问题，提出基于地铁的城市配送模式。研究了基于地铁的城市配送网络系统中转运点选择、客户分配、地铁路径选择、配送车辆路径安排的组合优化问题，为基于地铁的城市配送网络系统优化理论提供了思路与方法。首先分析了基于地铁的城市配送网络运营模式。在此基础上从三个组合优化问题方面开展了研究。一是以地铁网为重点，重点研究地铁网和道路交通网间转运点选择、客户分配、地铁网路径选择。二是以道路交通网为重点，着眼于考虑发车时间表的单条线路客户分配和路径优化问题。三是综合考虑两网为背景，着眼于转运点选择、客户分配和路径优化的组合问题。将上述实际问题用合适的参数、变量和表达式进行数学抽象，构建优化模型，设计相应的求解算法，并验证其有效性和可行性。本文的研究有利于构建城市物流新通道，实现客货运输协同作业；有利于地铁运营管理部门、配送企业科学合理实施基于地铁的城市配送；有利于解决城市配送问题，实现降低物流成本，提高配送效率的目标；有利于高效利用城市交通资源，实现资源最大化利用和共享经济。
1.2.2 研究意义
在基于地铁的城市配送网络这一新型配送模式的研究背景下，对城市配送网络系统中的多个组合优化模型和求解方法进行研究，有助于城市物流系统的优化，具有一定的理论和实践意义。
(1) 理论意义 基于地铁的城市配送网络优化问题与一般的城市配送网络优化问题不同，增加了地铁网，重点在于两网的衔接与整合。对基于地铁的城市配送网络优化问题的研究，有助于丰富选址、分配、车辆路径的组合优化问题的理论与方法。针对以地铁网为重点，以道路交通网为重点，综合考虑两网为背景的三个方面，分别构建了基于地铁的城市配送网络转运点选择与分配、分配与路径、转运点选择分配与路径组合优化模型，并根据模型的特点，设计不同的求解算法，有助于丰富基于地铁的城市配送系统优化的理论与方法。
(2) 实践意义
一方面，现有交通资源和配送网络体系难以承载中心城区极高的人口密度带来的客货运服务需求。基于地铁的城市配送网络系统可以使货物在客货集中、空间有限的城市中心顺畅地流动。不仅能分流部分城市中心区的配送任务，减少城市内部货车的数量，减轻交通拥堵和环境污染，保证货流畅通，减少延迟交付，有效节约社会资源，达到低碳、环保和绿色的目的。
另一方面，地铁的建设投资很大，需要政府大量补贴，且其公益属性明显。但大多城市的地铁利用率不高，运营期间有显著的波峰波谷，运输能力还有很大的利用空间。基于地铁的城市配送网络系统可以充分利用地铁设施的空闲运能，扩展城市配送业务，增加地铁运营部门的投资收益。
第2章 基于地铁的城市配送网络运营模式研究
2.1 基于地铁的城市配送网络基本形态
现有城市配送网络通常由干线运输和城市配送两个部分组成，干线运输通常采用航空、铁路和卡车三种运输方式，而城市配送则由卡车、厢式货车、三轮车、电动自行车等多种车辆承担。现有城市配送网络的基本组成如图2-1所示。
一般将货物从区域物流园区或中心运送至城市配送中心的过程是国际物流或区域物流，而将货物从城市配送中心运送至最终客户的过程是城市物流，也是本论文的研究重点。
2.2 地铁的运货模式
2.2.1 轨道交通运输货物的案例
通过评估多个项目案例，Motraghi[163]认为可行且潜在的收益系统取决于大量的前期投资成本。因此，基于地铁运输货物项目的可行性取决于政策的支持和激励。试行的和现存的系统显示出可衡量的收益，包括减少道路上的卡车和减少排放[53, 164]。在减少排放，交通拥堵，噪声以及其他不利的方面，模拟的情景反映了相似的潜在收益[63, 165]。这些收益可能会鼓励对利用地铁运输货物进行投资和支持[166]。
2.2.2 地铁运输货物的优劣势分析
1. 优势
(1) 配送频次高、运力强、可靠性高 地铁运行有严密而完善的控制系统实行调度和安排，能够保证地铁的运输效率和安全性；也有专用的地下通道，可以不受天气、环境等变化的干扰，有较高的运营密度、准点率及可靠性；地铁车辆空间更大，承载能力强，在运输过程中能提供更高的运力。
(2) 缓解地面交通拥挤
城市货物运输车辆行驶在城市内部占据了大量的交通资源，将部分货物由地面转往地下进行运输可以极大的释放路面的运输能力，一定程度上缓解地面交通拥堵问题。
(3) 减少污染实现绿色运输
地铁运输时由电力这一清洁无污染的能源座位动力来源，同时地铁在地下运营其产生的声音对地面影响较小，可避免空气污染及噪音污染，并实现节能减排、绿色运输及可持续发展。
(4) 实现地铁多元经营
地铁的建设、维护和运营都需要大量的资金投入，而现阶段客流量对应的车票收入无法填补这些支出。我国仅香港、北京、杭州、深圳、青岛的地铁实现盈利，绝大部分地铁需要政府的财政补贴来维持运营。地铁在规定时间，无论乘客多少都会正常运营，运营过程中运行的固定成本为沉没成本，已经发生且不会减少。将地铁运用于城市货物运输，在不加大或尽可能小的加大地下空间的前提下，有效减小空间扩展和通道修建所需的成本，利用既有的地铁线网发展物流业务，可以通过合理安排时间及运输计划以充分利用地铁的运输能力，实现地铁的多元化经营，可节约运输成本，增加地铁收益。
第3章 基于网络综合费用最低的地铁配送站选择优化研究 ..................... 39
3.1 地铁配送站选择优化的问题描述 ............................... 39
3.1.1 问题描述 .............................. 39
3.1.2 模型假设 ........................................ 40
第4章 考虑地铁线路班次分配的多站点路径优化研究 .......................... 70
4.1 基于单条地铁线路的分配及路径优化的问题描述 ..................... 70
4.1.1 问题描述 ............................. 70
4.1.2 模型假设 ......................................... 72
第5章 两网融合下的地铁配送站选择分配及路径优化研究 .............................. 97
5.1 地铁配送站选择分配及路径优化的问题描述 ............ 97
5.2优化模型构建 ........................................ 98
第5章 两网融合下的地铁配送站选择分配及路径优化研究
5.1 地铁配送站选择分配及路径优化的问题描述
两网融合下的地铁配送站选择分配及路径优化问题可描述如下：由若干条地铁线路形成的地铁网络中，有多个临近地铁站点的配送中心和多个地铁中转站。货物从临近地铁站点的配送中心通过地铁网络运送到城市中心的转运点，再从转运点通过城市配送车辆运送到客户手中。因此，在由大量备选配送中心、备选转运点和客户构成的配送网络中，需要确定开放哪些配送中心和转运点，确定客户分配给哪个转运点，转运点又分配给哪个配送中心，设计转运点到客户点的车辆行驶路径。从面向客户的角度出发，将货物平均送达时间最小作为目标函数，从而提高客户满意度。地铁配送站选择分配及路径优化问题示例如图5-1所示，综合两网的基于地铁的城市配送网络如图5-2所示。
第6章 结论与展望
6.1 主要研究结论
本论文在分析了地铁运货模式的基础上，分别对以地铁网为主的、以道路交通网为主的、综合考虑两网的城市配送网络三类组合优化问题进行研究。
(1) 根据现有城市配送网络的基本结构和基于地铁的城市配送网络基本结构，分析两种城市配送网络的基本形态，总结将地铁用于城市配送的实际案例，阐述基于地铁的城市配送网络中的各配送阶段。然而由于地铁是以为乘客服务设计的，因而提出地铁的运货模式，进一步估算运输能力，选择不同需求下的运货模式。
(2) 以地铁网为重点，假设货物离开地铁网后将被直接运输至客户手中，着眼于基于地铁的城市配送网络转运点和地铁路径选择问题，重点研究地铁网和道路交通网间转运点的选择、客户需求的分配、地铁网内站点间的路径选择。先构建了转运点无存储能力的选择模型，在定义了地铁网内站点间路径选择标准的基础上，重点研究转运点选择、客户分配问题。再构建了考虑列车容量约束且转运点有存储能力的选择模型，综合求解了地铁网路径选择、转运点选择、客户分配的问题。并分别设计了相应的优化算法，以成都市地铁网运输货物为例进行了求解。
(3) 以道路交通网为重点，考虑单条地铁线路的多个站点运输货物，增加时间维度，重点研究客户需求的分配、离开地铁站点后配送车辆服务客户的顺序，着眼于考虑列车发车时间表的单条地铁线路的城市配送路径优化问题。一方面考虑客户收货时间窗，构建了带时间窗的有固定线路的路径优化模型；另一方面考虑转运点有暂存能力且列车有容量约束，将时间转换为成本也纳入总成本最小化的目标函数中，构建了转运点有存储能力的有固定线路的路径优化模型。分别设计了优化算法，并以成都市地铁3号线运输货物为例进行了求解。
参考文献（略）