空重箱混合运输条件下集装箱海运网络优化研究

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1、空重箱混合运输条件下集装箱海运网络优化研究郭子坚1，王文渊1，唐国磊1，黄俊2（1.大连理工大学水利工程学院，辽宁大连116085；2.交通部规划研究院北京100028）摘要：随着国际集装箱运量的迅速增加和国际贸易不平衡的加剧，集装箱供需矛盾日益突出，空箱调运优化问题亟待解决。本文以实现网络总成本最小为目标，建立了空重箱混合运输条件下的集装箱海运网络优化模型，同步优化国际集装箱海运网络的航线配置、空箱调运方案、集装箱船服务频率及船型配置，并通过算例分析，验证了该模型具有实用性和可操作性。本研究可以为航运公司改善企业经营模式、降低经营成本、增加效益提供理论支持。关键

2、词：集装箱运输；空箱调运；海运网络；优化中图分类号：U6510引言随着国际海运业的发展，集装箱生成系数（集装箱吞吐量/外贸进出口总额）不断提高，适箱货物比例越来越大，集装箱运输已经逐步替代了传统的散杂货运输方式，成为世界运输发展的趋势。集装箱海运业的繁荣对其自身的经营管理模式及网络结构提出了更高要求。尤其是近年来由于国际贸易不平衡的加剧，空箱积压与调运问题逐渐成为各个航运公司发展的瓶颈。根据2007年德鲁里（Drewry）集装箱市场季度报告显示，全球集装箱港口吞吐量中空箱吞吐量约占全部集装箱总吞吐量的20%，部分港口甚至接近50%，如表1所示。因此，建立高效、有序

3、的集装箱海运网络，在保证重箱运输的同时，优化空箱调运是企业降低成本、加快效率、提高收益的基础，是增进国际集装箱贸易交流的有效措施。表1全球集装箱运量及组成(百万TEU)年份全球港口吞吐量空箱百分比(%)总计重箱空箱2003315.1250.165.020.632004362.2288.074.2020.492005398.7316.981.820.522006441.8350.990.920.57针对集装箱运输网络优化及空箱调运问题，国内外学者从不同角度进行研究。Pyung等[1]提出了基于启发式禁忌搜索算法的集装箱运输网络船队管理和航线优化方法。Baird[2]

4、针对地区性的国际集装箱港口群，提出了集疏运枢纽港的确定和优化选址方法。Shintani等[3]采用遗传算法优化集装箱班轮运输网络，并给出了空箱调运方案。卜祥智、赵泉午等[4]建立了空箱调运的集装箱海运收益管理能力分配优化模型，定量研究了不确定需求的海运集装箱能力分配问题。武振业[5]等建立了需求不确定的海运集装箱路径随机规划模型。然而，以往的研究多是针对单一航线的路径选择以及相应的空箱调运措施，对海运网络系统的全局层面的优化研究还很缺乏。宋向群等[6]针对区域性港口集装箱海上运输网络系统的最小费用流问题建立了优化模型，但在计算网络成本时，没有考虑空箱调运所产生的费

5、用。周红梅等[7]以调运空箱成本最低为目标建立优化模型，模型中并未考虑重箱运输对空箱调运的影响。本论文提出一种基于免疫算法的集装箱海运模型，同步优化港口集装箱海运网络的集装箱运输路径、空箱调运方案、集装箱船服务频率及船型配置。1空重箱混合运输条件下集装箱海运网络优化模型由于航行于干线的大型集装箱船的船舶费用昂贵，所以必须选择恰当的航行路线，挂靠港不能太多，并且要求挂靠的干线港要有相当规模的箱量集中，以保证大型集装箱船有足够的满载率，体现大船的规模经济效益，从而有力地控制整个网络的航运总成本。因此，对于港口集装箱海运网络，需要寻找合理的运输线路，以使箱量在某些航线上

6、集中，降低集装箱的单位运输成本，优化空箱调运策略，达到降低集装箱海运网络综合运输成本的目的。1.1集装箱综合运输成本分析本文在集装箱海运网络运输系统的优化问题中，将集装箱综合运输成本划分为在途成本(CW)和港口成本(CP)。在途成本指在船舶航行时产生的成本，与在途时间有关；港口成本指船舶到港后产生的成本，主要与船舶吨级和装卸货物量有关，包括进港费用、装卸成本以及在港等待的时间成本等。(1)在途成本的计算从港口i到港口j航线上载箱量为Q(TEU)的集装箱船发生的在途成本CPij计算如下：(1)(2)式中，dij：港口i到港口j的航行距离(海里)；v：船舶航速(节)；

7、FC：集装箱船每小时的燃油及相关成本消耗(美元/小时/艘)；：船舶每小时运营成本，折算为每小时的租船成本(美元/小时/艘)。：燃料成本(美元/吨)；：燃料消耗(克/马力/小时)；：润滑油成本(美元/吨)；：润滑油消耗(克/马力/小时)；Por：发动机功率(千瓦)；(2)港口成本的计算从港口i到港口j航线上载箱量为Q(TEU)的集装箱船发生的在途成本计算如下：(3)(4)(5)(6)式中，ECj：船舶的进港费用(美元/艘)；LCij：集装箱的装卸成本(美元/艘)；TCij：船舶在港等待的时间成本(美元/艘)；aj,bj：常数，与港口j的进港费率有关；ci,cj：常数

8、，与港口i