共享模式下港口群陸側(cè)海鐵協(xié)同空箱調(diào)運策略研究

　　摘要: 基于港口群經(jīng)濟腹地內(nèi)的海鐵聯(lián)運“低碳”運輸服務(wù)網(wǎng)絡(luò), 提出“共享模式”下的海鐵協(xié)同集裝箱空箱調(diào)運策略, 即港口群及其經(jīng)濟腹地范圍內(nèi), 各鐵路貨運站資源及空箱資源均為共享的海鐵協(xié)同空箱調(diào)運方案. 以滿足港口空箱需求為目標, 構(gòu)建空箱調(diào)運成本目標函數(shù), 建立多周期混合整數(shù)規(guī)劃模型, 對港口群范圍內(nèi)各港口間及港口與鐵路貨運站間的空箱資源配置方案進行優(yōu)化; 并以長三角港口群及其腹地內(nèi)鐵路貨運站為案例, 對模型進行求解. 結(jié)果顯示, “共享模式”下的空箱調(diào)運方案能夠為船公司節(jié)省超過 20%的空箱調(diào)運成本; 并且在港口群范圍內(nèi),以海鐵協(xié)同作業(yè)對空箱資源進行全局優(yōu)化配置的空箱調(diào)運策略可有效提高港口陸側(cè)空箱周轉(zhuǎn)率,減少船公司空箱租賃量, 從而降低船公司總成本.

　　關(guān)鍵詞: 空箱調(diào)運; 海鐵聯(lián)運; 協(xié)同; 港口群; 共享模式

　　集裝箱空箱調(diào)運是一項消耗人力、財力卻不直接產(chǎn)生利潤的運輸活動. 我國集裝箱空箱調(diào)運成本占承運人平均運營成本 20%以上[1]. 在后“新冠疫情”時期, 由于國內(nèi)外疫情防控及效果存在巨大差距, 我國出口貿(mào)易激增, 空箱需求空前旺盛. 因此, 在我國港口嚴重缺箱情況下, 如何提高港口陸側(cè)現(xiàn)有空箱周轉(zhuǎn)效率成了值得關(guān)注的問題. 與此同時, 傳統(tǒng)內(nèi)陸集裝箱運輸系統(tǒng)中, 陸側(cè)的貨運站與港口往往是一對一服務(wù)關(guān)系, 這種傳統(tǒng)作業(yè)方式無法實時有效地匹配港口實際需求. 因此在多個鄰近港口組成的港口群區(qū)域內(nèi), 有必要以港口群為服務(wù)范圍, 對空箱進行統(tǒng)一優(yōu)化配置.當(dāng)下的港口陸側(cè)空箱調(diào)運多依賴于公路運輸,屬于高排放、高污染的運輸方式, 且容易造成道路擁堵, 降低公路運輸效率, 從而進一步增加碳排放,形成惡性循環(huán). 目前, 大多數(shù)港口群陸側(cè)腹地內(nèi)都擁有相對完備的鐵路運輸基礎(chǔ)設(shè)施, 各鐵路貨運站節(jié)點與各港口均可實現(xiàn)鐵路連接且鐵路運力充足, 完全具備轉(zhuǎn)化部分公路運輸需求的能力.

　　因此,以鐵路調(diào)運為思路, 港口群為服務(wù)對象, 對港口群經(jīng)濟腹地內(nèi)空箱進行統(tǒng)一優(yōu)化配置可有效推動交通運輸綠色低碳發(fā)展.傳統(tǒng)的集裝箱空箱調(diào)運研究側(cè)重于因貿(mào)易不平衡造成的洲際間集裝箱始發(fā)港與目的港的空箱調(diào)運, 屬于供給端與需求端的區(qū)域間空箱調(diào)運, 運輸方式為單一海運. 因此, 相關(guān)研究主要集中于船隊規(guī)劃[2]、航運網(wǎng)絡(luò)設(shè)計[3-4]、航線路徑選擇[5]以及不同船公司間合作和聯(lián)盟內(nèi)共享空箱資源[6-7]的空箱調(diào)運策略. 港口陸側(cè)空箱調(diào)運研究主要涉及單一港口與其腹地區(qū)域內(nèi)的空箱資源優(yōu)化配置問題,包括港口與內(nèi)陸多堆場系統(tǒng)中堆場間空箱調(diào)運協(xié)同優(yōu)化研究[8], 港口腹地區(qū)域內(nèi)鐵路運輸網(wǎng)絡(luò)的空重箱流協(xié)調(diào)與轉(zhuǎn)換研究[9-10], 內(nèi)陸集裝箱場站選址問題[11-12], 以及考慮了不同箱種和不同狀態(tài)箱[13-14]的使用問題.

　　在陸海協(xié)同空箱調(diào)運研究中, Xie 等[15]研究了港口與鐵路之間相互合作的空箱調(diào)運策略,指出空箱共享與合作能給雙方帶來收益; 邢磊等[16]著眼于中歐間海陸集裝箱綜合運輸系統(tǒng), 驗證了海鐵協(xié)同的方式能夠有效降低空箱調(diào)運成本; Yu等[17]研究了由一個海運集裝箱碼頭和一個內(nèi)陸集裝箱場站組成的港口與內(nèi)陸腹地之間的空箱調(diào)運問題, 研究表明通過內(nèi)陸空箱資源共享對港口進行補給可以有緩解港口空箱缺箱狀況; Zhao 等[18]將碳排放成本考慮在內(nèi), 研究在海鐵聯(lián)運背景下隨機需求和供給的變化對空箱調(diào)運的影響; 蔡佳芯等[19]將港口腹地劃分為直接腹地和間接公共腹地, 研究了公共腹地對港口群進行空箱補給策略,并證明公共腹地的空箱補給能夠有效降低船公司空箱調(diào)運總成本.

　　綜上所述, 從運輸方式的角度來看, 目前集裝箱空箱調(diào)運策略研究主要分為三種, 一種是洲際間海上空箱調(diào)運, 其次是區(qū)域內(nèi)陸側(cè)通過公路或鐵路在港口腹地內(nèi)對空箱資源進行配置優(yōu)化, 最后一種是區(qū)域內(nèi)陸海協(xié)同的空箱調(diào)運策略研究.而在當(dāng)前陸海協(xié)同的空箱調(diào)運策略研究中, 大多數(shù)研究局限于單一港口與其腹地范圍內(nèi)進行空箱資源調(diào)配, 少數(shù)針對港口群范圍內(nèi)空箱資源整合研究也僅限于公共腹地對多個港口進行空箱補給,其本質(zhì)還是港口與其直接腹地的空箱服務(wù).

　　因此, 為了提高港口群陸側(cè)經(jīng)濟腹地內(nèi)的空箱周轉(zhuǎn)效率, 減少公路集卡運輸空箱造成的道路擁堵和環(huán)境污染, 有效降低船公司陸側(cè)空箱調(diào)運成本, 并助力低碳運輸發(fā)展, 本文以港口群及港口群陸側(cè)腹地內(nèi)所有鐵路貨運站為空箱物流節(jié)點,基于相對低碳的海鐵聯(lián)運服務(wù)網(wǎng)絡(luò), 提出鐵路貨運站與空箱資源均為共享模式的空箱調(diào)運策略,對港口群范圍內(nèi)的空箱資源進行全局優(yōu)化配置.最后以長三角港口群及其經(jīng)濟腹地為例, 選取上海港、寧波舟山港及其經(jīng)濟腹地內(nèi)的鐵路集裝箱貨運站進行計算, 驗證模型方案的可行性.

　　1 問題描述

　　本文考慮在港口群及其經(jīng)濟腹地內(nèi), 假設(shè)集裝箱空箱及鐵路貨運站資源均為共享, 通過相對低碳的鐵路運輸方式替代公路運輸, 探索海鐵協(xié)同空箱調(diào)運策略問題. 傳統(tǒng)港口陸側(cè)范圍內(nèi)的空箱調(diào)運策略是在經(jīng)濟腹地范圍內(nèi)的所有貨運站只服務(wù)于所屬港口.

　　鐵路貨運站 A1、A2處于港口 A所覆蓋的經(jīng)濟腹地內(nèi), 傳統(tǒng)模式中 A港口腹地內(nèi)的鐵路貨運站只對 A 港口進行空箱調(diào)運服務(wù), 對 B 港口和 C 港口不進行空箱調(diào)運服務(wù); 同理, B1 鐵路貨運站只對 B 港口進行空箱調(diào)運服務(wù),C1、C2 鐵路貨運站只對 C 港口進行空箱調(diào)運服務(wù). 但在部分地區(qū)中, 隨著港口群區(qū)域一體化建設(shè), 整個港口群和其經(jīng)濟腹地內(nèi)形成了一套完善的鐵路交通運輸網(wǎng)絡(luò), 不同港口腹地內(nèi)的貨運站與各非所屬港口之間均可實現(xiàn)貨物運輸.

　　A、B、C 港口組成一個港口群, 港口群經(jīng)濟腹地范圍內(nèi)的鐵路貨運站與各個港口為互連狀態(tài),貨運站 A1、A2 不僅可以對港口 A 進行空箱調(diào)運服務(wù), 還具備對港口B和港口C進行空箱調(diào)運服務(wù)的運輸條件; 同理, 鐵路貨運站 B1、C2、C2 可同時對 3 個港口進行空箱調(diào)運服務(wù). 在該背景下, 本文提出“共享模式”下的海鐵協(xié)同空箱調(diào)運策略,并從船公司角度, 研究多周期下船公司的空箱調(diào)運方案, 其決策變量為港口群之間的空箱調(diào)運量、各港口與港口群范圍內(nèi)各鐵路貨運站之間的空箱調(diào)運量, 以及當(dāng)空箱調(diào)運量不能滿足港口需求情況下港口的租箱量, 通過尋找最優(yōu)決策變量來降低船公司陸側(cè)空箱運營成本.

　　2 模型構(gòu)建

　　2.1 前提假設(shè)

　　(1)上一周期運進港口的重箱作為本周期港口的空箱供給量, 上期由港口運往內(nèi)陸鐵路貨運站的重箱作為本周期內(nèi)陸鐵路集裝箱貨運站的空箱供給量;(2)每個鐵路集裝箱貨運站可以服務(wù)于多個港口, 為多個港口提供空箱運輸與堆存服務(wù);(3)空箱為共享資源;(4)內(nèi)陸運輸方式為鐵路運輸;(5)租箱只發(fā)生在港口, 租箱量沒有限制, 所租箱本期內(nèi)就可到達, 不考慮還箱;(6)以 TEU 為集裝箱計算標準;(7)當(dāng)前周期的空箱需求需在上一周期內(nèi)完成空箱的調(diào)運;(8)當(dāng)前周期的結(jié)束時刻為當(dāng)期的重箱發(fā)貨時間點;(9)空箱從始發(fā)地的裝箱時間與空箱到港卸箱至裝船的時間總和為 3 d;(10)以 7 d 為 1 個周期.

　　3 算例分析

　　3.1 算例描述

　　長三角作為中國經(jīng)濟社會發(fā)展的重要引擎,貢獻了中國近四分之一的 GDP, 擁有全國集裝箱吞吐量排名前兩位的上海港和寧波舟山港. 根據(jù)《長三角洲地區(qū)交通運輸更高質(zhì)量一體化發(fā)展規(guī)劃》, 長三角地區(qū)的各集裝箱鐵路貨運站和各港口間均可通過鐵路實現(xiàn)互連, 這為本文提出的港口群范圍內(nèi)所有鐵路貨運站可同時為港口群內(nèi)任意港口提供空箱調(diào)運服務(wù)的研究思路提供了先決條件. 因此, 本文以長三角沿海港口群及其長三角地區(qū)的經(jīng)濟腹地為例, 選取寧波舟山港、上海港為港口節(jié)點; 對上海、江蘇、浙江、安徽四省市組成的經(jīng)濟腹地內(nèi)空箱調(diào)運策略進行案例分析. 根據(jù)各鐵路貨運站與寧波舟山港和上海港的海鐵聯(lián)運班列開行情況及鐵路貨運站等級, 選取的鐵路貨運站.

　　其中各鐵路貨運站與港口的班次開行狀態(tài), 數(shù)值為 1 代表港口與鐵路貨運站有海鐵聯(lián)運開行服務(wù), 反之則為 0.各鐵路貨運站與港口之間的周均海鐵聯(lián)運集裝箱辦理量. 各港口與各鐵路貨運站鐵路運輸距離. 上海港至寧波舟山港的海運距離為328 km, 各港口重箱輸入量和重箱輸出量.本文以 5 個發(fā)船周期進行計算, 每個周期為7 d. 20 英尺標準空箱的海上運輸折算價格為 0.5元·(TEU·km)-1, 鐵路運輸為 2.5 元·(TEU·km)-1, 空箱租賃價格為每周期 4 500 元·TEU-1, 港口及鐵路貨運站的集裝箱堆存費為 5 元·(TEU·d)-1, 鐵路運行速度為 100 km·h-1, 集裝箱船舶航行速度為 27.78km·h-1. 其中鐵路貨運站的重箱輸入量及港口的重箱輸入輸出量分別設(shè)置為服從以表2和表4為均值的正態(tài)分布, 并用 Python 根據(jù)正態(tài)分布生成隨機量.

　　3.2 計算結(jié)果分析

　　利用 MATLAB 2014a, 同時結(jié)合 CPLEX 12.6.3對模型進行求解, 運用 Windows 10 操作系統(tǒng)的i5-8250 CPU 處理器進行運算.首先對總成本的組成結(jié)構(gòu)進行分析. 根據(jù)表 5可知, 在空箱運營的成本組成結(jié)構(gòu)中, 租箱成本占比最高, 占總成本的 54.37%, 其次是港-站調(diào)運成本、港間調(diào)運成本和堆存成本, 平均占比分別為32.51%、8.59%和 4.53%. 據(jù)統(tǒng)計, 船公司的租箱成本約占集裝箱運營成本的 50%[4], 這與本文的租箱成本占比基本相符.

　　對于港間調(diào)運成本和港-站調(diào)運成本而言, 一般是港間調(diào)運成本要大于港-站調(diào)運成本[3], 但本文結(jié)果卻與此相反. 這是因為實際船公司在統(tǒng)計港間調(diào)運成本時, 包括了所有海內(nèi)、外港口間的空箱調(diào)運, 而港間調(diào)運成本主要集中在洲際間空箱調(diào)運中. 國內(nèi)空箱流動主要在陸側(cè),各港之間的海上空箱調(diào)運量相對較少, 且運距較短, 因此當(dāng)以上海港和寧波舟山港為例進行計算時, 其港間空箱調(diào)運成本占比要低于港-站調(diào)運成本, 最后堆存成本占比最小, 這是因為鐵路貨運站存在免費堆存期, 且由于我國整體缺箱, 空箱基本處于運營狀態(tài), 不會長期堆放.

　　相比于港口群內(nèi)傳統(tǒng)空箱調(diào)運作業(yè)模式, 共享模式下, 除港-站間的鐵路運輸成本有所增加外, 其余各項成本都有不同程度下降. 其中港間調(diào)運成本和租箱成本下降幅度最大, 降幅分別為 40.68%和 30.67%, 下降額度分別為 50.84 萬元和 207.45 萬元. 在傳統(tǒng)作業(yè)模式中, 港口經(jīng)濟腹地內(nèi)的鐵路貨運站只能為所屬港口提供空箱補給服務(wù), 無法為港口群內(nèi)的其他缺箱港口提供陸側(cè)空箱調(diào)運服務(wù),此時缺箱港口不得不通過更多的港間調(diào)箱, 甚至租箱來滿足其空箱需求, 這便造成了租箱成本和港間調(diào)運成本的增加. 從另一方面來看, 共享模式下的空箱調(diào)運策略允許鐵路貨運站的空箱向任意港口調(diào)箱, 陸側(cè)空箱運轉(zhuǎn)更為流暢, 此舉盡管會增加港-站調(diào)運成本, 但很大程度上減少了空箱的堆存時間, 從而減少了空箱堆存成本. 綜上所述, 空箱鐵路運輸資源共享模式下的空箱調(diào)運策略能夠為船公司節(jié)省 22.88%的總成本, 證明該種調(diào)運策略的有效性.

　　最后對港口與鐵路貨運站班次開行狀態(tài)變化進行分析, 求解出鐵路開行方案. 開行方案發(fā)生變化的鐵路貨運站有錢清站、蕭山站、湖州站、徐州站、蚌埠站和海安站. 資源共享模式下, 最初只服務(wù)于寧波舟山港的徐州站和蚌埠站不再與寧波港有空箱調(diào)運服務(wù), 轉(zhuǎn)而服務(wù)于上海港, 主要是與寧波舟山港相比, 徐州站和蚌埠站與上海港的鐵路運輸距離至少縮短了 270 km,具有較大運距優(yōu)勢, 且徐州站和蚌埠站的海鐵聯(lián)運集裝箱運輸量較少, 存儲下來的空箱可被上海港完全消化; 錢清站、蕭山站和湖州站在新的空箱調(diào)運策略下, 增設(shè)了與上海港的空箱調(diào)運服務(wù), 最主要原因是這 3 個鐵路貨運站的海鐵聯(lián)運集裝箱運輸量較大, 擁有較多空箱存量, 且與寧波舟山港和上海港的鐵路運輸距離相差不大, 最大運距差僅為 138 km, 寧波舟山港不具有絕對的運距優(yōu)勢.同理, 海安站也是如此.

　　4 結(jié)論

　　本文首次提出共享模式下的港口群陸側(cè)海鐵協(xié)同空箱調(diào)運策略優(yōu)化研究, 即在港口群經(jīng)濟腹地范圍內(nèi), 海鐵聯(lián)運運輸服務(wù)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通, 且各鐵路貨運站及空箱資源均為共享狀態(tài)下的海鐵協(xié)同空箱調(diào)運策略. 本研究突破了港口陸側(cè)空箱調(diào)運傳統(tǒng)作業(yè)模式下, 港口腹地內(nèi)的鐵路貨運站只對所屬港口提供服務(wù)的限制, 為船公司提供了一種新的空箱調(diào)運思路, 使得對港口群陸側(cè)空箱資源的優(yōu)化配置更為合理. 并且通過建立空箱調(diào)運的多周期混合整數(shù)規(guī)劃模型, 以長三角范圍內(nèi)的港口群為例, 驗證了該策略的可行性; 案例計算結(jié)果顯示, 共享模式下海鐵協(xié)同的空箱調(diào)運策略可為船公司減少 22.88%的陸側(cè)空箱運營成本. 合理的內(nèi)陸空箱資源配置對于滿足港口空箱需求有著至關(guān)重要的作用, 因此對船公司和港口群內(nèi)的各港口而言, 通過共享港口群經(jīng)濟腹地內(nèi)的鐵路貨運站和空箱, 不僅最大程度地降低了港口群內(nèi)的空箱調(diào)運成本, 提升了空箱資源周轉(zhuǎn)效率, 更對進一步實現(xiàn)“公轉(zhuǎn)鐵”提供了全新思路.

　　參考文獻:

　　[1] 徐奇, 李娜, 靳志宏. 集裝箱重空箱多周期聯(lián)合調(diào)度優(yōu)化研究[J]. 交通運輸系統(tǒng)工程與信息, 2012, 12(1):145-152.

　　[2] Song D P, Dong J X. Cargo routing and empty containerrepositioning in multiple shipping service routes[J].Transportation Research Part B: Methodological, 2012,46(10):1556-1575.

　　[3] Shintani, K, Imai A, Nishimura E, et al. The containershipping network design problem with empty containerrepositioning[J]. Transportation Research Part E:Logistics and Transportation Review, 2007, 43(1):39-59.

　　[4] Imai A, Shintani K, Papadimitriou S. Multi-port vs.Hub-and-Spoke port calls by containerships[J].Transportation Research Part E: Logistics andTransportation Review, 2009, 45(5):740-757.

　　[5] 李建, 韓曉龍. 考慮空箱調(diào)運的遠洋班輪航線優(yōu)化[J].廣西大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2016, 41(5):1449-1456.

　　作者：徐華鋒, 王育紅, 洪 鋮*

轉(zhuǎn)載請注明來自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///jjlw/30149.html