doi:10.3969/j.issn.1674-4993.2017.12.010 1 引言 在低碳经济背景下,随着一些发达国家碳税政策和碳排放交易机制的实施,2016年12月25日,十二届全国人大常委会第二十五次会议表决通过了《环境保护税法》,这是我国第一部专门体现“绿色税制”、推进生态文明建设的单行税法,税法采用经济杠杆来调节发展与环保的关系,对企业在经济活动中产生的碳排放征收碳税,将其转化为企业的成本。环保税法所附《环境保护税税目税额表》列示了环保税征收的税目与税额,大气污染物作为其中重要的税目之一,按污染物排放量折合的污染当量来计税,税额为每污染当量1.2元~12元。同时,近年来随着我国电子商务的迅猛发展,带来了物流配送行业的蓬勃发展,但物流配送对城市环境的负面影响也呈现加剧状态,导致城市交通拥堵增加和车辆碳排放量增多。 为了适应低碳环境下对城市配送服务的需求,降低城市配送企业的运营成本,对低碳城市配送路径优化的研究具有重大意义,以控制物流过程中的碳排放,提高城市配送服务能力,满足城市低碳可持续发展的要求,实现企业和社会共赢。 2 研究现状 在碳排放的研究方面,Dagoumas等[1]采用E3MG(Environment Energy Economy Model at the Global level)模型分析了国际不同政策对碳排放的影响,并评估了区域的碳排放水平。朱永彬[2]采用3种情景,模拟分析了清洁能源占比增大对碳排放趋势的影响,证实提高清洁能源比重可以明显降低碳排放量。Pacala等[3]从政策引导、投资驱动和技术层面分析了未来50年低碳经济发展的情景。 在低碳物流的研究方面,Tang等[4]研究了通过减少周期出货频率降低物流碳排放的问题,企业可以通过库存控制决策的调整降低物流碳排放。Kim等[5]分析了货物运输成本和二氧化碳排放量在给定的多式联运和卡车运输网络中的关系。董千里等[6]运用物流集成思想,分析了低碳物流运作理论基础及其模式要点,指出方案统筹规划和运作监控管理是实现低碳物流运作的重要保障。 在低碳配送路径问题的研究方面,Palmer[7]建立了以距离、时间和碳排放量为优化目标的带时间窗的货运车辆优化模型,分析了不同配送策略和不同拥堵条件下
排放量的变化,重点研究了速度对碳减排的作用。Kuo[8]认为除了速度,车辆载重量也是影响碳排放量的另一要素,在同时考虑车速和载重量的前提下建立了以油耗最小为目标的模型,并使用模拟退火算法分别求解最小车辆油耗、最小行驶距离和最小运行时间的车辆路径问题。 总体来说,在低碳城市配送方面,国内外学者的研究主要集中在减排对策、物流优化、配送策略方面,对于将碳排放量化为企业成本以及配送服务满意度控制方面的研究还比较少,因而本文以《环境保护税法》的碳税政策作为研究背景,建立碳税政策下有时间窗的城市配送路径优化模型,一方面通过时间窗约束来保证企业配送服务的及时性;另一方面将碳税加入到企业总成本中作为整体优化目标,采用遗传算法进行线路规划,保证既能降低配送中的碳排放,又能实现配送服务的客户满意度,保证企业的可持续发展。 3 问题与模型描述 为研究碳税政策对企业进行低碳城市配送路径规划的影响,本文将建立两个配送路径优化模型进行对比分析,一个是不考虑低碳因素的基于时间窗约束的VRP模型,另一个是在其基础上加入碳税政策因素的模型。 3.1 问题描述 本文建立的基于时间窗约束的城市配送路径优化问题描述为:一个配送中心接受多家客户的需求订单,各客户的地理位置、需求量和配送到达时间窗要求均已知,由配送中心安排配送车辆和合理的配送线路,以最低的成本完成所有客户的配送任务。在不考虑低碳因素的VRPTW模型中,总成本中包括了配送车辆的固定使用成本、运输成本及超出时间窗的惩罚成本。而在碳税政策下的VRPTW模型中,总成本包括了车辆固定使用成本、运输成本、超出时间窗的惩罚成本和碳排放成本。 3.2 基本假设 由于实际城市配送路径规划问题比较复杂,通常要考虑众多因素的影响,为使研究方便,本文在尽可能贴近现实的前提下对当前问题进行简化,作出了如下假设: ①配送中心有足够数量的配送车辆,且车辆车型相同,载重能力、容积能力、装运能力、燃油消耗等完全一样; ②只有一个配送中心,配送中心不会出现缺货的问题; ③所有客户所需的商品均由配送中心供给,客户之间不存在相互调剂的情况; ④配送车辆的起点和终点均为配送中心; ⑤一辆车可以配送多个客户,但一个客户的订单只能由一辆车进行配送; ⑥车辆在配送时段路况稳定,为匀速行驶; ⑦各客户的需求量确定并在一定时期内保持相对稳定; ⑧由于卸货时间很短,忽略配送过程中卸货带来的时间占用,不计入配送时间。 3.3 条件约束 在实际配送过程中,结合车辆自身的载重能力和体积、客户时间窗以及配送过程中的要求,有以下条件约束: ①载重量约束:每辆车装载的货物总重量不超过其承载能力;