Humanitarian logistics network design for disaster preparedness: the role of different levels of centralisation and lateral transhipment

Humanitarian logistics plays a fundamental role in disaster management, since the effectiveness of emergency response largely depends on the decisions taken before a disaster occurs. In particular, the preparedness phase determines the capacity of the system to provide essential relief items rapidly and adequately. Within this context, this thesis develops and compares mathematical models for the design of humanitarian logistics networks, with the objective of analysing how different degrees of centralisation and lateral transhipment affect system performance. Starting from the gaps identified in the literature, the research focuses on three configurations: a centralised model without lateral transhipment, a centralised model with lateral transhipment, and a decentralised model with lateral transhipment. The three models are formulated within a common scenario-based mixed-integer linear programming framework, in order to ensure a consistent comparison. They support decisions related to warehouse location, inventory pre-positioning, facility activation, distribution flows, unmet demand, and lateral transhipment, with the objective of minimising costs while guaranteeing high service levels. The models are applied to earthquake scenarios in Nepal, a territory characterised by high seismic exposure, geographical complexity, and infrastructure vulnerability. The results show that all configurations achieve high fulfilment levels, although a residual shortage remains in the most critical scenario. The centralised model without lateral transhipment provides a simpler and more cost-efficient structure. The centralised model with lateral transhipment achieves full demand satisfaction, without activating lateral transhipment. The decentralised model distributes preparedness capacity across multiple warehouses and uses lateral transhipment in selected scenarios. Overall, the analysis highlights a trade-off between cost efficiency and service effectiveness. Moreover, the comparison among the proposed configurations shows a further trade-off between cost efficiency and operational flexibility, highlighting that the value of lateral transhipment depends on the network structure and inventory allocation.

La logistica umanitaria svolge un ruolo fondamentale nella gestione dei disastri, poiché l’efficacia della risposta alle emergenze dipende molto dalle decisioni assunte prima che dell’evento calamitoso. In particolare, la fase di preparazione determina la capacità del sistema di fornire beni di prima necessità in modo rapido e adeguato. In questo contesto, la presente tesi sviluppa e confronta modelli matematici per la progettazione di reti logistiche umanitarie, con l’obiettivo di analizzare come diversi livelli di centralizzazione e il trasbordo laterale influenzino le prestazioni del sistema. Partendo dai gap individuati nella letteratura, la ricerca si concentra su tre configurazioni: un modello centralizzato senza trasbordo laterale, uno centralizzato con trasbordo laterale e uno decentralizzato con trasbordo laterale. I tre modelli sono formulati all’interno di un quadro comune di programmazione lineare intera mista basato su scenari, per garantire un confronto coerente. Essi supportano decisioni relative alla localizzazione dei magazzini, al pre-posizionamento delle scorte, all’attivazione delle strutture, ai flussi di distribuzione, alla domanda insoddisfatta e al trasbordo laterale, con l’obiettivo di minimizzare i costi garantendo al contempo elevati livelli di servizio. I modelli sono applicati a scenari sismici in Nepal, un territorio caratterizzato da elevata esposizione al rischio sismico, complessità geografica e vulnerabilità infrastrutturale. I risultati mostrano che tutte le configurazioni raggiungono elevati livelli di soddisfacimento della domanda, sebbene pur lasci una carenza residua nello scenario più critico. Il modello centralizzato senza trasbordo laterale fornisce una maggiore vicinanza alle zone colpite. Il modello centralizzato con trasbordo laterale raggiunge il pieno soddisfacimento della domanda, senza attivazione del trasbordo laterale. Il modello decentralizzato distribuisce la capacità di preparazione su più magazzini e utilizza il trasbordo laterale in scenari selezionati. Nel complesso, l’analisi evidenzia un trade-off tra efficienza dei costi ed efficacia del servizio. Inoltre, il confronto tra le configurazioni proposte mostra un ulteriore trade- off tra efficienza dei costi e flessibilità operativa, evidenziando che il valore del trasbordo laterale dipende dalla struttura della rete e dall’allocazione delle scorte.