本科毕业论文管理科学与工程实体书店布局优化研究.docx
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本科毕业论文管理科学与工程实体书店布局优化研究
北京市实体书店的布局优化模型研究
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内容摘要
随着网络销售的盛行和店面租金的上涨，中国实体书店面临巨大挑战。
从2001年到2011年的十年间有近五成的书店倒闭。
但是实体书店作为图书销售的重要途径和城市文化形象的代表，对城市的文明建设和满足居民文化需求具有重要作用。
书店数量是否充足、规模是否适当、布局是否合理直接影响着书店功能的发挥。
本文选取北京市营业面积在500平方米以上的大中型书店，研究实体书店布局。
在问卷调查和实地调研的基础上，运用社会网络分析法建立了北京市实体书店的网络模型，通过网络中心性指标节点度评价网络，分析布局存在的问题并进行优化。
力图提出可行的优化方案以使北京市实体书店能够更好地服务于民众，提升首都文化氛围。
关键词：
实体书店网络分析布局优化
ABSTRACT
Astheinternetprospersandtherocketingofstorefrontrent,BookshopsinChinaarefacingabigchallenge.Fromtheyear2001to2011,thenumberofbookshopnearlyreducedbyhalf.Butbookshopsservenotonlyasaplacetobuybooks,butalsoarepresentationoftheculturequalityofacity.Thenumberanddistributionofbookshopinacityinfluencesitsfunctionbadly.Sointhispaper,wechoosethebookshopsatascaleof500m2inBeijingtomakeaSNAmodel.WebuiltaSNAmodelinordertoanalysisthestructureandevaluatethenetworkbydegreecentrality.ThroughthemodelwewilltrytofindawaytooptimizethelocationordistributionofthosebookshopsinordertoservethepeopleandfosterabetterimageofBeijing.
KEYWORDS:
BookshopSocialNetworkAnalysisLocation-allocation
北京市实体书店布局优化模型研究
一、绪论
（一）研究背景
1．中国实体书店面临挑战
在中国，书店有着悠久的历史，早西汉时期就有了书籍的买卖活动，古称“书肆”。
从竹简、帛书到纸张印刷，随着书本出版技术、销售模式的进步，书店也不断发展，在知识的传播、文明的进步中发挥着巨大的作用。
在今天，城市实体书店不仅是图书的销售终端，更是城市文化影响的直接反映。
城市实体书店的数量和质量更是直接影响着城市的文化建设、体现出城市的文化氛围。
然而最近十年来，中国实体书店的运营状况并不乐观。
随着科技的发展，尤其是网络技术的进步，电子图书、网络购书等非传统的阅读、销售模式给传统书店带来了很大的冲击。
首先是传统纸质图书受到电子读物的挑战，更加方便的携带、查找、拷贝、修改等优势使得传统图书本身的需求有所降低。
加之近年来网络购书在国内的兴起，读者足不出户就可以买到图书，并且网络销售的价格具有相当强的竞争力。
另外一个重要的原因是城市地价、房价上涨推高店铺租金，书店运营成本上涨，国内实体书店行业备受冲击。
从2001年到2011年的十年间有近五成的民营书店倒闭，而且这一趋势还在继续。
2．实体书具有重要功能
实体书店最直接最传统的功能自然是销售图书，图书由出版社或者批发市场进入书店，再由书店分拣上架，向读者销售。
但绝不仅限于此。
特别是在当下，图书的网络销售愈演愈烈，低成本、快配送，有着实体书店无法比拟的优势，让实体书店在图书销售上黯然失色。
很显然图书销售的职能已经不是实体书店的专利更不是其优势了。
所以有必要探讨实体书店的其他功能。
对于实体书店的职能，学者进行过研究并提出了阅读服务功能、城市形象功能等。
根据以前学者的研究和对实体书店现实情况的考察，本文将实体书店的功能归纳为：
图书销售功能、阅读服务功能、图书导向功能、信息搜集功能、城市形象功能和文化氛围功能。
图书销售是最基本的功能，是所有书店共有的。
阅读服务是指主题图书专架、学术讲座、有奖征文、名师导读等活动，是指以促进图书销售为目的，对图书产品进行科学组合和搭配提供的一系列阅读引导活动，以服务终端读者、促进全民阅读为目的的所有活动的总称。
图书导向功能是指向一些没有明确的购买意向的读者提供导向。
信息搜集功能是指书店可以集中反映出版物供应信息、需求信息、竞争信息、发展信息以及出版物市场对商业零售市场的贡献与价值。
城市形象功能是指书店作为一个区域读者文化生活的重要组成部分、一个城市文明的重要标志、一个国家文化传播的重要载体，承载了传播文化的社会责任和传承文明的历史重任，是一个提升人们阅读兴趣、丰富大众文化生活、促进文明传播和文化再生产的重要基地。
最后，书店有助于形成文化氛围功能。
实体书店作为城市文化基础设施的一个组成部分，由于其经营的文化产品的特征，要求实体书店的本身具有或能够营造文化氛围，因此其必然具有形成文化氛围的功能。
以上六种功能中，网上书店只能做到图书销售和信息搜集，而其他四种功能几乎无法做到。
既然实体书店有着网络书店无法实现的这些重要作用。
我们可以很肯定地说，实体书店不应该也不会消失，问题只是如何让实体书店更好地生存发展。
3．布局优化问题研究综述
布局优化问题的理论基础来源于城市经济学，德国地利学家杜能最早分析了土地区位与土地利用问题提出了环状的行业分布模型。
杜能环可以认为是土地利用与空间结构的最早理论研究。
德国城市地理学家克里斯塔勒（W.Christaller，1933）提出中心地理论,并推导出六边形模型。
西方学者在此基础上又提出了第三次活动理论、消费者行为空间理论等空间布局理论。
西方学者在研究选址问题时常将研究分为公共部门和私人部门，两类部门的选址原则不同所以在模型的建立上存在差距。
国内关于布局优化的研究主要集中在消防应急、医疗设施、零售业和商业银行等领域。
所用模型大致可以分类两大类。
第一类模型是经典的区位配置模型（LocationAlloctionModel），其中运用最多的是覆盖模型和最短路径模型。
吴军在“消防站优化布局方法与技术研究”一文中用覆盖模型研究了消防站布局优化的方法，并比较了集合覆盖模型和最大覆盖模型的不同点。
殷代君在“广义最大覆盖模型再应急设施选址中的应用研究”一文中将广义最大覆盖模型应用到应急选址改进了最大覆盖模型中覆盖度二元化的问题。
刘勇、马云峰等在“基于时间满意度的电信服务网点选址优化模型”一文中建立了基于时间满意度的选址模型，将区位配置模型运用到了私人部门的选址问题中。
第二类模型是网络分析模型，这一模型与第一类模型有着显著的不同。
区位配置模型的建立和求解大都基于线性规划，通过目标函数和约束条件建立规划模型求解。
而网络分析的理论基础是运筹学图论中的网络部分。
它通过节点和节点之间的连线模拟分布。
通过中心性、凝聚子群等指标评价网络状况并在此基础上进行优化。
优化的方法往往是逐步调整并不断检验相应指标。
李峰、薛耀文在“基于复杂网络的银行网点布局研究”一文中用复杂网络模型对太原市农业银行网点布局进行了研究和网点布局调整。
总结以上模型可以发现，区位配置模型要求找到确定的需求点，并在此基础上通过覆盖需求点来达到选址目的。
对于应急设施固然可以很容易地找到需求点，例如消防设施可以以火灾事故高发地点为需求点。
然而实体书店面临的需求有着不同的形式，购书者往往是分散且相对均匀分布的。
而且传统的覆盖模型通过线性规划求解之后得到的“最优解”往往是不符合实际的，例如实体书店的设立需要以城市规划为依据，最优解中的分布地点不一定在现实中可行。
而网络分析的方法不需要选择需求点，并且优化方法可以灵活调整，恰好可以克服以上两点缺陷。
但是网络分析的方法在布局问题上的优化过程还没有严格的数学求解。
现有文献来看，学者们都是在一定优化原则下的手工优化。
可以说两类模型各有千秋。
（二）研究目的
实体书店作为文化基础设施的重要组成部分，是一个城市文化形象的标志更是满足市民精神文化需求的重要保证。
首先实体书店是文化基础设施的重要组成部分，它与文化广场、博物馆、图书馆等一起组成了城市公共文化基础设施网络，起着引导大众读书、培育城市文化氛围的作用。
在研究背景中已经提到，实体书店具有价值实现、多样化商品销售、图书导向等多项功能。
其次从城市建设的需要来看，北京作为中国的首都，又是著名的古都、文化名城，建设完备丰富的城市公共文化设施系统是极其必要的。
与纽约、伦敦、东京等国际化大都市相比，北京的实体书店总量、人均书店量以及书店分布密度都有很大差距。
从大众百姓的需求来看，北京的经济文化水平处于我国领先，人们的精神文化需求日益提升。
即使在网络图书强劲冲击之下，实体书店经营遇到很多困难，但相当一部分消费者仍然习惯于阅读纸质的图书，并且书店场所提供给读者的安静舒适的阅读环境和文化消费体验是不可替代的。
综上，实体书店具有很大的存在价值，并且在北京有进一步发展丰富的必要。
既然实体书店有存在并进一步发展的必要，书店的布局就成为一个值得研究的课题。
国内学者对此进行了一些研究，李桂君（2011）统计汇总了北京市实体书店资料并分析指出，北京实体书店存在总量不足、布局不合理、规模偏小等问题。
本文试图在前人研究的基础上，进一步探索北京市实体书店分布的优化问题。
尝试将社会网络分析模型运用于书店布局优化的问题。
力求建立北京市实体书店布局模型并提出具有可行性的优化方案。
（三）研究方法
本文的研究方法包括文献研究法、调查法和社会网络分析法。
具体内容如下：
（1）文献研究法：
查阅文献资料，从实体书店研究和布局优化模型研究两方面入手，了解学习前人的研究成果以使研究更加科学、深入。
（2）调查法：
主要包括问卷法和调研法。
首先通过问卷了解北京市居民对实体书店的满意程度和可接受的到书店距离，分别用以确定节点度标准和节点半径。
然后用google地图和XX地图工具搜集书店的位置信息，并抽取部分书店实地调研以保证信息的准确，从而确定节点。
以上两项都是建模的基础。
（3）社会网络分析法（SNA）：
运用社会网络分析法、借助网络分析工具UCINET建立北京市大中型实体书店的网络模型。
借助网络中心性指标节点度评价北京市实体书店布局现状并提出优化方案。
二、北京市实体书店现状
（一）北京市实体书店规模及分布
北京实体书店体系由少数大、中型书店和大量小型书店组成，实体书店的总量大概在1800左右。
营业面积在500平方米以上的大中型书店约有50家。
而面积在3000平方米以上的大型有13家，其中包括西单图书大厦、中关村图书大厦、王府井书店和国际图书城等具有影响力的大书店。
北京市实体书店在布局上呈现出集中分布。
总体来看在城市中心区域书店较密集，越向外分布越稀疏。
图1是谷歌地图以“书店”为关键词搜索的结果，可以看到北京市实体书店的分布特征，总体上集中于城市中心，内密外疏。
局部又呈现出以各自区中心为中心呈集中分布。
大型书店的分布也表现出集中在核心区域的特征。
东城区、西城区、朝阳区、海淀区四个核心区拥有几乎全部的大型书店。
西单图书大厦、中关村图书大厦、王府井书店等均分布于这四个核心区域。
而北京市其他地区几乎没有规模超过3000平方米的大型书店。
图1.北京市实体书店分布谷歌截图
（二）北京市实体书店存在的主要问题
北京市实体书店的问题主要表现为总量不足、布局不合理。
从实体书店绝对数量来看，与世界大城市相比，北京市的实体书店总量较少。
与东京、纽约等城市相比，北京市的人均拥有书店量以及每平方公里实体书店量也较小。
北京市实体书店分布过于集中。
东城区、西城区、朝阳区、海淀区这四个核心区的人口约占全北京市人口的47%，却拥有书店总共近1400家，约占北京市书店总量的77%。
西单图书大厦、中关村图书大厦、王府井书店等具有影响力的大书店均分布于这四个核心区域。
而北京市其他地区几乎没有规模超过3000平方米的大型书店。
在实体书店的功能一节中我们分析了实体书店的六种主要功能，不管是图书销售、阅读服务还是图书导向功能其服务对象都是普通民众。
如果城市实体书店的分布过于集中，周边地区的居民将不得不付出更高的出行成本，过远的出行距离将大大降低人们的福利水平。
大型书店方面，分布也过于集中。
由于其图书数量、种类的优势，大型书店有着一般中小型书店不可替代的作用。
而北京市大型书店几乎全部分布在核心区域，大量周边区域的民众很难享受优质的图书资源。
东城区、西城区、朝阳区、海淀区这四个核心区的人口约占全北京市人口的47%，却拥有约77%的实体书店，这样的布局显然是不合理的。
三、模型选择及建立
（一）布局优化模型简介
正如第一部分绪论所提及的，布局优化的研究主要集中在消防应急、医疗设施、零售业和商业银行等领域。
所用模型大致可以分为两大类。
第一类模型是经典的区位配置模型（LocationAllocationModel），第二类模型是网络分析模型。
区位配置模型包括了覆盖模型和最短路径模型等。
以下顺次介绍各种布局优化模型及其子类。
1.区位配置模型
区位配置模型（LocationAllocationModel）简称区位模型（L.A），这一名词最早被L.Cooper使用，1963年，在Location-allocationproblems一文中，他把多个公共设置的区位配置问题运用韦伯工业区位论求解，并把这一类模型称为区位—配置模型。
这类模型所要解决的问题主要是设置的选址问题，即一个或多个设施如何选择合理的空间布置以达到方便公众、提高可及性、扩大覆盖范围等目标。
按照优化目标的不同可以将模型分为不同的子类。
Church（1999）将LA模型按照目标分为四类：
P-中值模型（P-MedianModel）、最大覆盖模型（MaximumCoverageModel）、容量限制模型（Capacity-constrainedModel）、竞争模型（CompetitionModel）。
在公共物品的供应方面最常运用的是覆盖模型和中值模型。
区位配置模型的一般模式是将服务的提供者（如消防设施、医院）设为供应点，服务的接受者为需求点（或者需求线、面，但为了求解的方面常常假设为点）。
根据不同的优化目标写出不同的目标函数。
最后用规划的方法求解。
下面分别介绍四种区位模型。
a.P-中值模型
P-中值模型（P-MedianModel）又称最短路径问题，优化的目标是所有需求点到最近的供应点的平均距离最小。
假设有M个供应点、N个需求点，用i和j分别代表任意一个供应点和需求点，dij表示第j个需求点到其最近的供应点i的距离。
可以写出目标函数：
Z=
在追求平均距离最小的过程中，选址方案可能被迫远离少部分需求点。
如图2，
图2.P-中值模型需求点示意图
较大的三角形表示待选址的设施，较小的圆点表示需求点，主意到点A远离群落。
很显然，在中值模型下求解的结果必定远离A点。
A点处居民的利益被忽视了。
很显然“公平”的问题是中值模型的重大缺陷。
弥补这一缺陷的一个做法是对需求点加入权重，该模型可以用加权距离的形式出现：
Wj表示第j个点的权重。
b.最大覆盖模型
最大覆盖模型（MaximumCoverageModel）假设每个服务设施有一定的供给半径，在此距离之外的居民很难享受到服务。
该模型所关心的就是在服务设施数量和供给半径一定的情况下如何安排设施位置使得服务尽可能多的覆盖需求点。
假设有M个供应点、N个需求点，用i和j分别代表任意一个供应点和需求点，用Kij表示第j个需求点是否在第i个供应点的覆盖范围之内。
那么目标函数就可以写为：
覆盖模型被广泛地运用于应急设施的位置选择。
c.容量限制模型
在实际问题中服务的提供者都是有一定供应量上限的，不可能无限地提供服务。
正是基于这样的事实，容量限制模型在中值模型和覆盖模型之上加入了供应点容量的限制条件。
d.竞争模型
在私人部门的区位配置问题中，竞争的存在使得问题变得复杂。
建立一个企业或营利性的服务设施时，投资者需要考虑其他投资者的策略。
假设存在A、B两个候选点，如果单一设施建在A、B两点分别可获得80%和90%的客户，A、B两点都建设的话分别可获得60%和30%的客户。
那么在不存在竞争的情况下投资者的选择应该是B点，但是当存在竞争或者说存在潜在进入者的情况下，具有先动优势的一方选择A点是更好的。
表1.竞争模型候选点客户分布表
候选点
单一设施
两个设施
A
80%客户
60%客户
B
90%客户
30%客户
当然实际问题可能比这复杂很多，但我们可以看到竞争模型的建立和求解已经超出了传统的LA模型，是博弈论与选址模型的结合。
2.社会网络分析模型
社会网络分析模型（SocialNetworkAnalysis,SNA）是由图论发展而来的定量研究方法，最早用于社会学的研究，在上世纪90年代之后逐渐崛起，成为一个新的社会学研究领域。
在美国社会学界，社会网研究被认为与理性选择学派、新制度论学派并列。
社会是众多个体的集合，个体之间相互联系，个体越多、联系越多网络就越复杂，我们需要借助图论和数学工具，对这个集合进行研究。
社会网络的应用并不局限于社会学。
事实上，在现实世界中许多事物都可以抽象为行动者及其相互关系的集合，电力网、生物的神经网络、交通运输网络都是典型的网络问题。
在管理学研究中的组织行为、知识传播等都可以用社会网络分析模型来研究。
网络研究中最常见的问题包括并不限于：
在一个网络中找出关键的节点、识别重要的子群、认识网络的稳定性、分析网络的集中程度、评价网络的安全性等，而这些都可以通过社会网络分析来解决。
社会网络模型的基本构成单位叫做行动者，在网络图中用点表示，行动者之间的关系用点之间的连线表示。
关系可以是有方向的，比如借贷关系，也可以是无向的，比如“在附近”。
行动者以及行动者之间的关系构成一个网络，社会网络分析就是利用数学和图论的工具研究社会网络。
这一模型与第一类模型有着显著的不同。
区位配置模型的建立和求解大都基于线性规划，通过目标函数和约束条件建立规划模型求解。
而网络分析的理论基础是图论中的网络部分。
它通过节点和节点之间的连线模拟现实分布。
通过中心性、声望、子群分析等技术评价网络状况并在此基础上进行优化。
（二）模型选择
上面提到的两大类模型中，L.A.模型出现得更早，在选址问题上运用也更多。
但是多数L.A.模型的建立需要确定需求点，比如应急设施的选址问题可以将事故多发地作为需求点。
然而图书服务的需求是分散的，即应该是一个需求面而非需求点。
这种需求面的问题往往很难简单运用L.A模型解决。
学者们常常结合GIS系统等工具建立LA模型。
一方面受本文的研究条件和研究者的专业限制，无法获取GIS系统格式的地理信息资料。
另一方面网络分析模型在面对需求点难以确定的选址问题时只要合理确定供应点之间的关系就可以避开需求点的选择问题，并且便于结合实际情况选择优化方案。
综合考虑以上两方面原因，本文决定采用网络模型描述实体书店的分布并在此基础上进行优化。
在图论中，网络属于有值图，Harary（1969）定义网络为值是正的实数的有值图。
网络由节点和连接节点的边组成，节点可以表示社会网络中的行动者、运输问题中的储存点等。
在有值图中，每条边对应一个值。
不同的网络中边的值有不同的意义。
比如在社会网络中边的值可以表示行动者之间是否认识；在最大流问题中，边上的值可以表示流量。
网络分析模型被广泛运用于社会学和一些自然科学的研究中，在选址问题上的运用相对较少。
注意到在社会网络分析模型中有一类网络，节点之间的关系叫做“在附近”，这一类网络可以认为是网络模型运用于选址问题的理论基础。
本文拟通过网络模型描述实体书店的分布情况，很自然地可以用节点表示书店。
边表示节点之间的关系。
在实体书店的网络模型中，书店之间并不存在直接的关系，但是在考察书店对市民的供给时，可以认为书店存在一个供给半径，这一点很容易理解：
离书店太远的消费者很难来到书店购书，而两个书店之间的距离如果小于两书店的供给半径之和则在这两个书店的连线上的所有点都可以被覆盖到，即市民的需求可以得到满足。
如此，可以建立书店分布的网络模型，只要两个书店之间的距离小于两书店的供给半径之和就认为二者有连系，对应的两个节点之间存在边，否则没有联系。
本文拟选取北京市经营面积在500平方米以上的大、中型书店为节点，建立网络模型。
（三）书店覆盖半径的确定
为了建立北京市实体书店的网络模型，需要确定书店的覆盖半径。
正如模型选择一节所介绍的，确定书店的覆盖半径是建立模型的基础。
覆盖问题中常用的覆盖半径度量有空间距离和时间距离两种，在现代城市中由于交通运输工具的多样性和交通网络的高度发展，实际的空间距离往往不能很好地说明两地的连接程度。
本文的研究所在区域正是城市，并且关注的重点之一是购书者的满意程度，居民为了购书而花费在路上的时间长短视影响其满意度的重要因素。
所以采用时间距离来描述覆盖半径是更好的选择。
本文的前期研究中，调查了北京市居民对常去书店距离的满意程度，根据已有问卷资料，从统计数据可以看出，82.5%的被调查者从家中到常去书店的时间少于40分钟。
说明北京市居民普遍接受的距离是40分钟以内的交通距离，而最乐于接受的交通距离是20分钟以内。
这与15分钟内文化设施的覆盖范围很接近。
本研究优化的最重要目的正是满足人们的文化需求、提高居民的满意度。
问卷显示人们乐于接受20分钟的交通距离，那么在此，本研究将20分钟的时间距离作为覆盖半径。
需要指出的是这里的20分钟的时间距离应该定义为步行或者利用公共交通20分钟内可达。
（四）节点度与购书者满意度的关系
至此我们确定了实体书店布局优化的研究模型以及节点间距离。
从常规的认识来看，一个区域实体书店网络的平均节点度越高，说明这一区域书店越密集，那么人们就更加容易享受到图书服务从而满意度越高。
按照边际效用递减的普遍规律，应该存在某一个节点度水平，使得在这一节点度水平下书店的密集程度已经达到了人们满意的程度，再增加书店也很难提高效用水平。
我们试图寻找这一节点度以作为模型优化的标准。
我们可以通过问卷调查的方法，以问卷资料的满意度水平为基础，将问卷以北京市行政区域划分，各区域按照满意度排序。
可以认为从比较满意过度到不满意的区域对应的书店密度为节点度的下限，而在所有满意的区域中，书店密度提高时不能使满意度再提高的节点度为上限。
因为满意度与节点度的关系并不是严格的函数关系，我们可以找出处于满意度过渡段的一个或几个区域，取其节点度的平均值作为优化的目标。
我们在北京市内进行了关于文化设施的问卷调查，范围涵盖16个区县，问卷包括了与实体书店有关的17个问题，其中一项问题是“您觉得您居住的地方离书店远吗？
”问题的选项有1、2、3，分别代表“非常远”、“比较远”、“不远”。
很显然选择非常远和比较远即选择1、2的居民实际上给出的是负面的评价，选择3的是满意的评价，如果计算平均满意度水平，可以认为2.5附近的值代表的是一个中等水平的满意程度，或者叫做临界程度。
将一百多份有效问卷按区域分开，可以认为一个区域
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