Assessing the optimal mix of cargo bikes and vans for last-mile delivery activities when varying delivery density and traffic congestion: a case study in the city of Milan

The Covid-19 pandemic has boosted consistently eCommerce shopping and challenges like the environmental concern and the high service level required by customers hinder the traditional framework of last-mile distribution based on diesel vans. This thesis assesses and compares the economic and environmental performances of different vehicle mixes in a certain delivery area to make last-mile deliveries more cost-efficient and more sustainable. A case study in the city of Milan has been carried out to perform such an assessment. The objective is finding the best vehicle mix to serve a certain area, according to its characteristics like delivery density and congestion level. These elements could affect the performance of last-mile deliveries by impacting on distance, time and number of stops of a vehicle during the delivery route. The focus is on home deliveries and the considered vehicles constituting the vehicle mixes are diesel vans, electric vans and cargo bikes. VRPs are run to test the performances of different vehicle mixes in Milan zones. From the VRPs results, costs and emissions are computed and vehicles demonstrate to be more efficient or more sustainable in areas with certain characteristics. For example, cargo bikes are more cost-efficient in high-density and high congested areas, whilst vans are preferred in low delivery density and low-congested areas. In fact, for low delivery densities, distances between two points of destinations tend to increase and bikes' travel time increases consistently for their lower speed, instead in high congested areas vans become slower and need more time to park, whilst bikes are not affected as vans thanks to smaller dimensions and dedicated lanes. From the environmental perspective, generally, vehicle mixes with only cargo bikes or only electric vans (depending on the zone considered) release the lowest emissions. Also, these mixes guarantee the best trade-off between economic and environmental performances among the different vehicle mixes tested in last-mile distribution.

La pandemia da Covid-19 ha incrementato in modo consistente gli acquisti e-commerce e sfide come la transizione ecologica e l'elevato livello di servizio richiesto dai clienti ostacolano la struttura tradizionale della distribuzione dell'ultimo miglio basata sui furgoni diesel. Questa tesi valuta e confronta le prestazioni economiche e ambientali di diversi mix di veicoli in una determinata area di consegna al fine di rendere le consegne di ultimo miglio più efficienti dal punto di vista dei costi e più sostenibili. Per effettuare tale valutazione è stato condotto un caso di studio nella città di Milano. L'obiettivo è trovare il miglior mix di veicoli per servire una certa area, in base alle sue caratteristiche come la densità di consegna e il livello di congestione. Questi elementi potrebbero influenzare significativamente le prestazioni delle consegne dell'ultimo miglio, incidendo sulla distanza, sul tempo e sul numero di fermate di un veicolo durante il percorso di consegna. Il focus della tesi è sulle consegne a domicilio e i veicoli considerati che costituiscono i mix di veicoli sono furgoni diesel, furgoni elettrici e cargo bike. Sono stati eseguiti dei Vehicle Routing Problems (VRPs) per testare le prestazioni dei diversi mix di veicoli nelle zone di Milano. Dai risultati dei VRP vengono calcolati i costi e le emissioni e i veicoli dimostrano di essere più efficienti o più sostenibili in aree con determinate caratteristiche. Ad esempio, le cargo bike sono più efficienti dal punto di vista dei costi nelle aree ad alta densità e ad alta congestione, mentre i furgoni sono da preferire nelle aree a bassa densità di consegna e a bassa congestione. Infatti, per le basse densità di consegna, le distanze tra due punti di destinazione tendono ad aumentare e il tempo di percorrenza delle biciclette aumenta in modo consistente per la loro minore velocità. D’altra parte, nelle aree ad alta congestione, i furgoni diventano più lenti e hanno bisogno di più tempo per parcheggiare, a differenza delle cargo bike che non sono influenzate dal traffico come i furgoni grazie alle dimensioni più piccole e alle corsie dedicate. Dal punto di vista ambientale, in genere i mix di veicoli composti solo da cargo bike o solo da furgoni elettrici (a seconda della zona considerata) rilasciano le emissioni più basse. Inoltre, questi mix garantiscono il miglior compromesso tra prestazioni economiche e ambientali tra i diversi mix di veicoli testati nella distribuzione dell'ultimo miglio.