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作者及发表信息

本研究由彭磊（中国地质大学(武汉)经济管理学院）、郭海湘（中国地质大学(武汉)经济管理学院及自然灾害风险防控与应急管理实验室）、张文凯（中国地质大学(北京)经济管理学院）和石咏（中国地质大学(武汉)经济管理学院及自然灾害风险防控与应急管理实验室）合作完成，发表于《系统工程理论与实践》（*Systems Engineering — Theory & Practice*）期刊，网络首发时间为2025年9月12日，引用格式为DOI: 10.12011/setp2024-2631。

学术背景

研究领域与科学问题
该研究属于应急物流网络优化与分布式鲁棒优化的交叉领域。随着城市化进程加速，传统物流网络在应对突发灾害时显现出不足：一是日常与应急场景的割裂设计导致资源利用率低，二是灾害不确定性（如需求波动、道路损毁）难以通过传统随机规划或鲁棒优化方法有效解决。为此，论文提出“平急两用”（dual-use）物流网络设计框架，旨在通过资源整合与鲁棒建模，实现日常物资运输与应急物资保障的高效协同。

政策与现实需求
中国自然资源部2024年发布的《平急功能复合的韧性城市规划与土地政策指引》明确要求推动“平急两用”基础设施建设。然而，现有研究多停留在概念层面，缺乏系统性建模与实证验证。本研究填补了这一空白，为政策落地提供理论支持。

研究流程与方法

1. 问题建模

研究目标
设计一个集成仓储设施选址、应急物资预配置、道路强化建设和运输规划的两阶段优化模型，以最小化总成本（建设与运营成本）并确保需求稳健匹配。

模型框架
- 第一阶段（固定投资决策）：
- 决策变量：选择“平急两用”仓储设施（可同时存储生活物资与应急物资）、专用生活物资或应急物资仓储点，分配存储容量，并确定道路强化建设方案。
- 约束条件：预算限制（设施建设与道路强化）、仓储容量限制（如“平急两用”设施的总容量限制）。

• 第二阶段（运营决策）：
  
  • 不确定参数：灾前生活物资需求（d̃hi）、灾后应急物资需求（ṽhi）及道路损坏系数（b̃ij）。
    
  • 目标函数：最小化运输成本与短缺惩罚成本。
    
  • 约束条件：道路流量限制、网络流平衡（确保物资从仓库到需求点的运输可行性）。
    

不确定性处理
采用基于Wasserstein距离的分布式鲁棒优化（Distributionally Robust Optimization, DRO）方法构建不确定集，通过有限历史数据刻画参数分布，避免随机规划的精确分布依赖和鲁棒优化的过度保守性。

2. 模型求解

算法开发
针对模型非线性特性，提出以下步骤：
1. 鲁棒对等转化：将两阶段DRO模型转化为半无限优化问题，通过引入辅助变量λ和σ，分离主问题（MP）与子问题（SP）。
2. 行列生成算法（CC&G）：
- 主问题：求解设施选址与道路强化决策。
- 子问题：生成最坏情景下的不确定参数取值，通过线性对偶重构将min-max问题转化为线性规划。
- 迭代过程：通过上下界收敛判断终止条件（容差gap=0.5%）。

3. 案例分析

实验设计
以2021年河南“7·20”暴雨事件为背景，构建包含5个候选仓储设施（f0–f4）和15个需求节点（含仓储点）的物流网络。参数设置包括：
- 物资类型：生活物资（蔬菜、肉类）、应急物资（水、食品、急救药物）。
- 道路数据：长度与容量基于实际地理距离生成。
- 预算限制：设施建设与道路强化总预算分别设为G1和G2。

参数敏感性分析
- Wasserstein距离ρ：测试ρ∈{10,120}对目标函数与决策的影响，发现ρ=30时模型平衡成本与鲁棒性最佳。
- 设施成本：考察“平急两用”设施成本溢价（120%–200%）对选址决策的影响，发现成本超过160%时模式优势消失。

主要结果

1. 网络效率提升：

   • “平急两用”模式较传统“平急分离”模式降低运输成本33.27%（ρ=30），缩短应急响应时间33.92%。
     
   • 关键机制：通过资源共享，提高应急物资分布密度，减少运输距离。
     

2. 鲁棒性验证：

   • 当风险因子（需求波动）达40%时（ρ=30），DRO模型仍可保障物资零短缺，而传统样本平均近似（SAA）模型在20%风险下即失效。
     
   • ρ=70时模型可应对80%风险，凸显DRO的适应性优势。
     

3. 算法效率：

   • 30节点算例在60.4分钟内收敛，满足实际规划时效要求（灾后48小时响应）。
     

结论与价值

科学价值
1. 提出首个整合“平急两用”设施选址与分布式鲁棒优化的两阶段模型，为跨场景物流网络设计提供方法论创新。
2. 证明了Wasserstein DRO在多重不确定性下的优越性，扩展了应急物流理论工具箱。

应用价值
1. 为政府规划“平急两用”设施提供决策支持，建议控制建设成本溢价在160%以内以确保经济性。
2. 验证了资源整合对提升社会韧性的有效性，如河南案例中通过仓储共享优化应急响应。

研究亮点

1. 创新模型：首次将“平急两用”理念数学化为两阶段DRO问题，解决需求与道路不确定性的联合优化。
   
2. 算法贡献：开发高效的CC&G算法，解决大规模非线性模型的求解难题。
   
3. 政策衔接：紧密结合中国国土空间规划政策，推动学术研究与国家战略的深度融合。
   

局限与未来方向
1. 未考虑政企合作模式（如成本分摊），后续可引入博弈论扩展研究。
2. 需结合更多实证数据验证模型普适性，如医疗设施、避难所等“平急两用”场景。