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确定性需求条件下集装箱空箱调运计划 1 确定性需求条件下集装箱确定性需求条件下集装箱 空箱调运计划的研究空箱调运计划的研究 二零一一年八月二零一一年八月 确定性需求条件下集装箱空箱调运计划 2 目 录 摘要 4 abstract 5 1.绪论 . 6 1.1 研究背景与问题提出 . 6 1.2 国内外研究现状 . 7 1.2.1 国外研究现状 7 1.2.2 国内研究现状 8 1.3 本文主要研究工作 . 8 1.3.1 本文研究思路 8 1.3.2 主要研究内容 9 2.集装箱空箱调运问题概述 10 2.1 空箱调运的工作流程 . 10 2.1.1 调运计划决策阶段 10 2.1.2 实际调运实践阶段 11 2.2 产生空箱调运的原因 . 11 2.2.1 空箱调运的主观原因 11 2.2.2 空箱调运的客观原因 12 2.3 空箱调运的特点与核心要素 . 12 2.3.1 空箱调运的特点 12 2.3.2 空箱调运的核心要素 13 2.4 空箱调运的成本分析 . 13 2.4.1 空箱调运成本的构成 13 2.4.2 影响空箱调运成本的因素 14 3.集装箱空箱调运优化策略 16 3.1 建立集装箱枢纽港 . 16 3.2 班轮公司集装箱管理的科学化 . 16 3.3 公司之间的合作联盟 . 16 3.4 集装箱租赁 . 17 3.4.1 集装箱租赁方式 17 3.4.2 集装箱租赁方式的选择原则 17 3.5 其他策略 . 18 4.确定性需求条件下集装箱空箱调运优化模型 19 4.1 模型一 . 19 4.1.1 问题描述 19 4.1.2 模型假设 19 4.1.3 模型建立 20 4.1.4 变量及参数说明 20 4.1.5 模型求解 20 4.1.6 模型一算例 21 4.2 模型二 . 23 4.2.1 问题描述 23 4.2.2 模型假设 23 确定性需求条件下集装箱空箱调运计划 3 4.2.3 模型建立 23 4.2.4 变量及参数说明 24 4.2.5 模型二算例 25 4.2.6 计算结果 26 4.3 模型评价与完善 . 27 4.3.1 模型评析 27 4.3.2 敏感性分析 28 5.结论与展望 30 5.1 本文研究总结 . 30 5.2 研究展望 . 30 参考文献. 31 附录 32 致谢 38 确定性需求条件下集装箱空箱调运计划 4 摘要 早在19世纪初便有人提出了集装箱运输的设想,而在经历了多种运输方式之间的摩擦以 及陆路运输的不利影响下， 前人积累了足够的经验以及教训。 在20世纪50年代集装箱运输才 真正意义上地开始大力发挥其优越性， 经过海运业从业者多年来的不懈努力工作集装箱班轮 运输已经发展成为一种稳定化、标准化的海上运输重要模式。 集装箱班轮运输在体现其规模经济效应的巨大优势的同时， 也给班轮公司对航向经营成 本的控制提出了严峻的挑战，成本控制的好坏直接影响到班轮运输的经济效益。另一方面， 由于各国的国际贸易发展不平衡等方面的种种原因， 集装箱需求和供给在地理上产生了巨大 的差异和不平衡，集装箱空箱调度问题也就随之产生。 本文对海运班轮经营模式下的集装箱空箱调运问题进行了系统的分析和研究， 而文章研 究的重点是合理优化班轮公司集装箱租赁计划以达到成本最小化。 首先， 文章对海运集装箱 空箱调运系统进行调查分析， 回顾了集装箱空箱调运问题已有的研究成果， 完整描述了空箱 调运系统的运转流程；进而，对空箱调运成本展开细致系统的研究，深入分析了空箱调运产 生的主客观原因、特点与其核心要素，探索出一套有利于降低集装箱管理费用的管理方法， 并针对核心要素分析出其主要的影响因素； 然后， 应用前文对空箱调运系统和空箱调运成本 的研究结果， 建立目标函数为成本最小化的海运集装箱空箱调运优化模型， 其中首先考虑到 空箱运输成本、 租箱成本构建理想模型， 解决单纯的因为空箱供需不平衡而产生的空箱调运 问题，再考虑到装卸成本、堆场存储成本、机会成本等构建模型，用意以解决现实情况下的 问题。运用 lingo11.0 提供求解方法和计算工具，并且完成实例演算与仿真模型演算，提 出海运集装箱空箱合理定量调运、合理租赁空箱的方法。 关键词：集装箱空箱调运；成本最小化；整数规划；分支定界算法 确定性需求条件下集装箱空箱调运计划 5 abstract early in the nineteenth century, people put forward the idea of container transportation and having experienced the friction between the multiple modes of transportation and land transport of the adverse influence, they accumulated enough experience and lessons. in the 1950s, in the true sense, container transportation began to play to its advantage and resulting from the unremitting efforts of many years, container liner shipping has been developed into a stabilized and standardized maritime transport important mode. container liner shipping turns out to be of great advantage in economies of scale, but also gives liner companies a new challenge of the cost control of management. and the cost control has a direct influence on the liner shipping economic benefits. on the other hand, due to the international trade imbalance of development or else, container supply and demand have a huge difference and imbalance in geography, which causes the empty container scheduling problem. this paper analyzed and studied the container empty scheduling system under the ocean liner business managing modes. and the research focuses on optimizing properly the liner companies container lease program to minimize the cost. first of all, the article investigated and analyzed the shipping container system, looking back on the container empty scheduling problems of the existing research results, completely describing the system operation process. then, generally and specifically analyzed the cost of empty container allocation, and meticulously deeply analyzed the subjective and objective reasons of empty scheduling produce and its characteristics and core elements, after which explores a set of management method to reduce the container managing cost and lights up the core factor among the main influence factors. then, applying the results of researching on scheduling system and the empty container cost allocation, to set destiny function to minimize the cost for empty scheduling optimization model, in which firstly consider the empty transportation cost, rent box cost to construct an ideal model to purely solve empty container scheduling problem affected by the imbalance of supply and demand. and considering the loading and unloading cost, yard storage cost, opportunity cost, we construct a new model to solve the problem of real condition. use lingo11.0 providing solution and computational tool to complete example calculation and simulation model. and finally put forward reasonable quantitative empty container allocation and the reasonable lease methods. key words： empty container allocation; minimizing the cost; integer programming; branch and bound method 确定性需求条件下集装箱空箱调运计划 6 1.绪论绪论 1.1 研究背景与问题提出研究背景与问题提出 19 世纪初 （1801 年） 有人提出了集装箱运输的设想， 但真正使用集装箱运输货物是 1900 年，在英国铁路上开始的。后来传到了美国（1917 年） 、欧洲（1926 年）及日本（1930 年） 等国家和地区。随着公路运输的发展，集装箱运输在这些地区公路运输中被广泛应用，但在 这以后的 20 年内， 由于公路运输的迅速发展， 使铁路运输在陆上运输的统治地位相对下降。 两种方式激烈竞争的结果使得这两种方式不能协调合作， 集装箱运输的优越性不能充分发挥， 对集装箱运输的发展造成了不利影响， 使得世界范围的集装箱运输的发展处于停滞状态。 一 般认为真正意义的集装箱运输是 20 世纪 50 年代产生的，其标志是 1956 年美国泛大西洋公 司的总裁麦克林（malcon mclean）的试验，他的试验不仅把集装箱运输推向海上，而且把 集装箱运输与多式联运紧密地联系在一起。试验的成功使人们认识到集装箱运输的优势性， 自 60 年代开始，首先是发达国家，后来扩大到世界各国的航运公司均相继开辟了自己的海 上集装箱运输的航线， 集装箱运输在全世界范围内飞速发展1。 如表 1.1 为 2004 年中国前十 大集装箱港口吞吐量2。 表 1.1 2004 年中国前十大集装箱港口吞吐量 单位：万 teu 名次 港口 吞吐量 进口重箱量 出口重箱量 进出口重箱比例 1 上海 1455.4 400.0 662.3 3:5 2 深圳 1365.9 198.7 676.2 5:7 3 青岛 514.0 97.8 196.9 1:2 4 天津 400.6 190.7 79.5 7:3 5 宁波 381.6 110.1 179.2 4:7 6 广州 330.4 137.7 108.0 9:7 7 厦门 287.2 46.4 138.5 1:3 8 大连 221.2 48.9 80.3 3:5 9 中山 93.0 15.9 42.1 3:8 10 福州 70.8 18.4 33.2 5:9 到目前为止， 集装箱运输己成为国际货物运输的主要形式。 集装箱运输的优越性越来越 得到人们的认识， 一些发达国家都相继开辟了集装箱航线。 集装箱船舶也由原来的改装船逐 渐过渡到专用船舶，船队的规模也在不断扩大。而且各个国家为了适应集装箱的发展，纷纷 对港口设施投入巨额资金，改建、扩建了集装箱专用码头，并装备了集装箱专用的机械，使 港口装卸效率有了极大的提高。这些在一定程度上有效地促进了集装箱运输的发展。 但是， 对于集装箱运输方式， 其最大弊端就是由于国际贸易不平衡造成的对于集装箱使 用需求的不平衡，因而产生了大量的空箱调运，造成了资源的浪费，也形成了长期困扰航运 公司的难题。因此在集装箱经营管理决策中，如何降低空箱调运的费用成本，最大限度利用 集装箱，有效提高整个系统的运行效率成为当今研究的一大热点。统计资料表明，海运集装 箱中约有 20%的比例是空箱。如图 1.1 所示： 确定性需求条件下集装箱空箱调运计划 7 图 1.1 2004 年港口空箱调运比例 根据汉堡港 2004 年的数据和鹿特丹港 2003 年的数据，进出这两个欧洲集装箱大港的 箱子中，空箱比重为 13%14%。另外两个欧洲大港安特卫普和马赛福斯的空箱的比重也 高达 20%。 美国西海岸三大港口加利福尼亚的洛杉矶、 长滩和奥克兰， 这三个港口年吞吐量总计 750 万 teu 左右。以标准箱数计算，1996 年洛杉矶港的空箱量占 20%21%，而长滩港的空 箱量占吞吐量的 14%15%，奥克兰港 2004 年空箱的比例则高达 26%。 在亚洲，日本 2004 年进出港口的集装箱中有 16%是空箱，而我国由于外贸进出口结构 的差异，进出口的重箱相差很大，如 2004 年上海进出口重箱之比约为 0.6:1，为弥补出口空 箱的不足，空箱的调运量也就要占上海集装箱吞吐量的 20%。在南方，这样的情况更加严 重，深圳港集装箱吞吐量中，重箱为 678.3 万 teu，只占总量的 63.7%，空箱约占 36.3%。 据英国德鲁里航运咨询公司估算，以 2000 年为例，全年的集装箱运量为 2.01 亿 teu， 其中空箱运量为 4100 万 teu，以平均 288 美元/teu 的空箱调运费用计算，班轮公司要为 此支出 110 亿美元，还不包括路上运输部分。随着 2004 年和 2005 年海运市场的持续繁荣， 空箱调运比例极有可能进一步上升。 有研究表明，若空箱运量能下降 1%，仅调运费用就可以降低约 1 亿美金。如将舱位利 用率、路上运输费用，装卸效率等因素考虑进去，对海运界的影响就更加巨大。因而对集装 箱的空箱调运进行优化，对集装箱运输具有深远的影响。 在目前国际集装箱航运市场出现严重不景气和集装箱运输利润微薄的时候， 空箱调运成 本的控制和降低已经变成承运人经营状况的关键因素， 而面临大幅度降低集装箱运输成本和 提高经济效益的巨大压力的集装箱承运人和船东必须采用的具有战略意义的生产经营手段。 因而， 如何减少空箱调运量， 在何时何地适量的调运空箱以满足集装箱运输在时间和数 量等方面的要求等集装箱空箱调运方面的问题己成为学术界和企业界日益关注的研究问题。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 1.2.1 国外研究现状国外研究现状 国外对集装箱空箱调运研究开始地比较早， 这样的研究是从内陆运输开始的， 逐渐延伸 到海运集装箱运输，并且国外研究以定量研究为主要的研究方法。 w.w.white 和 a.m.bomberault3首先对铁路运输中集装箱空箱调运进行了一些研究， 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 20042004年港口空箱调运比例年港口空箱调运比例 空箱比例 确定性需求条件下集装箱空箱调运计划 8 他们为了描述现实中铁路运输的集装箱空箱调运问题， 构造了一个以空间和时间为维度的一 个二维模型， 同时给出了诱导式网络流算法， 并且对决策期内集装箱空箱调运方案进行优化， 解决实际算例。 这个模型的缺点是没有考虑到缺货的情况， 且计算规模也较小。 kaj homberg， martin joborn 和 an t. lundgren4则是假设铁路运输能力在同一决策期内可获得，此时对离 站时间进行区别研究， 这个模型实质上是一个多货种的网络流模型。 crainic t. g， dejax p. 和 delorme l.5 建立了一个空箱调运模型， 以解决内陆运输系统和海运网络结合之下的集装箱 空箱调运问题， 其结论认为在决策期末对所有场站的集装箱空箱规定一个存储量， 进而调节 场站集装箱空箱存量的下限值。w.s.shen 和 c.m.khoong6建立了班轮公司解决空箱调运问 题的决策系统，所建立的模型主要应用于网络优化，其决策变量是租箱量和还箱量。该模型 假设决策时间的间隔是固定的，并且在同以时间间隔内，各研究港口都面临都只一次决策。 显然，这样的假定与实际情况是不相符合的。另外，该模型没有考虑缺货的情况。chen 和 chuen-yih7总结了过去对内陆集装箱空箱调运研究的经验和教训，提出了针对海运集装箱 空箱调运问题的一种解决方法， 这个方法是建立一个动态随机的两阶段网络模型： 在第一阶 段，他假设集装箱空箱的供给量、需求量以及船上的空箱容量是已知的；在第二阶段，再将 这些参数看作随机的、可变的。模型的求解方法是根据网络结构的特点，综合运用随机的准 梯度方法和随机混合逼近法进行模型求解。jula8等人建立了线性规划模型，用于解决洛杉 矶-长滩复合港的交通拥挤问题，并且提出的线性规划问题的求解方法和优化解法，他们所 给出的优化解法是在对原模型进行约束松弛后做出来的， 是原问题的一种近似求解方法， 而 且解法相对复杂，对实际应用存在一定程度的制约。 1.2.2 国国内内研究现状研究现状 国内研究早期的侧重点是对集装箱管理方面的定性探索， 后来才慢慢从定性研究发展到 定量研究。 徐剑华9从定性角度分析，偏重研究空箱运输在实际集装箱运输当中采取的措施，他认 为空箱调运不可避免，但船公司如果采取适当的措施，那么航线空箱率就可以减少 20%并 提出了减少空箱率可以采取的措施。刘恒江10在研究集装箱空箱调运的问题时，以分析集 装箱空箱产生的原因以及集装箱空箱调运的特点为出发点， 提出集装箱空箱调运问题的核心 和关键从何处调运空箱、 何时调运空箱以及调运多少空箱。 文章还指出目前我国航运企 业在解决空箱调运工作大多采用人为经验管理方法，并且介绍了国外解决该问题的新思路。 季文元11认为在集装箱空箱管理的实际操作过程中，费用通常并不是决策者关注的焦点， 他们往往更为在意如何保障集装箱空箱的供给， 为此他构造了一个基于系统可靠性指标的集 装箱空箱存储量优化决策模型， 并通过数字仿真技术验证了这个模型的合理性。 他的研究为 如何确定空箱的存储量提出了一条新的解决途径和研究思路。贺国先和刘凯12提出了一种 解决铁路路网上集装箱空箱调运问题的计算机算法， 该算法的目标是保证调运集装箱的运输 费用最小， 算法中的费用系数是两个相连节点的最短运输距离， 并且用实例证明了该算法是 有效的。张得志、谢如鹤和黄孝章13一起讨论了在集装箱发送时间有具体限制的条件下， 如何调运集装箱空箱， 并给出有效的求解算法， 为此他们建立了基于顾客偏好的模糊运输规 划模型和带时间窗的运输规划模型，采用遗传算法去求最优解，同时给出了仿真实例，仿真 结果表明上述两个模型的最优调度方案一致， 证明他们所提出的满足实际需求的模糊空箱调 度模型和带时间窗的空箱调度模型是可靠的， 而且应用遗传算法较好解决了这一类带有复杂 约束条件的运输问题，该模型也可应用于物流配送等相关问题的优化。 1.3 本文主要研究工作本文主要研究工作 1.3.1 本文研究思路本文研究思路 本文主要研究技术路线如图 1.2 所示： 确定性需求条件下集装箱空箱调运计划 9 n y 图 1.2 技术路线 1.3.2 主要研究内容主要研究内容 本文运用定性和定量两种分析方法共同分析研究海运集装箱空箱调运问题， 文章的主要 研究内容主要可以划分为三个部分： 首先，深入调查集装箱空箱调运流转的实际情况，总结集装箱调运管理操作流程，分析 集装箱空箱调运产生的原因， 总结集装箱空箱调运的特点， 进而得到海运集装箱空箱调运的 核心要素，为集装箱空箱调运成本研究和优化模型积累必要的资料。 其次，对海运集装箱空箱调运成本进行定性分析，在这一部分中，文章先总结了集装箱 空箱的调运成本构成和影响空箱调运成本的因素， 然后对集装箱租赁业务进行系统的介绍分 析，对各种租赁方式的选择提供科学的依据，然后提出空箱调运的优化策略和方法。 最后， 应用运筹学理论建立确定性需求条件下集装箱空箱调运模型， 模型的目标是解决 集装箱班轮公司如何在各个港口之间进行空箱调运和租箱决策， 包括何时从何处调箱、 调多 少空箱、空箱调运的流向以及租用多少空箱，以达到空箱调运成本最小化的目标。用 lingo11.0 软件对模型进行求解运算，并利用具体例子进行实例演算，敏感性分析，并且 通过算例的计算结果对模型进行了评价。 查阅大量国内外文献资料，深入了解集 装箱空箱调运问题，找出核心要素 了解空箱调运工作流程，找出空箱调运 产生原因；掌握空箱调运成本构成，分 析其影响因素 抽象问题，提出假设，建立确定性需求 条件下集装箱空箱调运优化模型，求解 并检验 是否满足生 产实际？ 确定敏感因素，进行敏感性分析，找出 关键因素，降低成本；提出空箱调运计 划和优化策略，并总结 确定性需求条件下集装箱空箱调运计划 10 2.集装箱集装箱空箱调运问题概述空箱调运问题概述 2.1 空箱调运的工作流程空箱调运的工作流程 空箱调运工作主要由两部分构成，调运计划决策阶段与实际调运实践阶段 2.1.1 调运计划决策阶段调运计划决策阶段 空箱调运计划决策阶段是以特定目标（通常为成本最小化）为导向，进行调运模型建 立、最优解求解及反馈循环的过程。图 2.1 表示出空箱调运计划决策阶段的工作流程。 图 2.1 空箱调运计划决策工作流程 实际调运数据收集与分析 现存问题寻找与优化策略提出 调运优化模型（组）构建 模型仿真检验与模型比对 调运模型选择与信息反馈 是否有实际 生产效益？ 进入实际调运实践阶段 是 否 新 一 轮 计 划 决 策 开 始 旧 计 划 调 整 优 化 确定性需求条件下集装箱空箱调运计划 11 2.1.2 实际调运实践阶段实际调运实践阶段 集装箱运输是以集装箱为中心衔接整个运输流转过程14， 图 2.1 标示出集装箱货物流转 全过程。 内陆运输 内陆运输 干线 干线 干线 运输 运输 运输 支 支 线 线 运 运 输 输 内陆运输 内陆运输 图 2.1 集装箱调运流程 在发货港经济腹地或者集装箱枢纽港周边卫星港附近等货源地组织货源， 通过内陆运输 抵达干线港码头或支线港码头， 最终通过干线港码头将集装箱货物运往目的港码头； 在干线 港码头再将集装箱货物通过内陆运输运往收货地点。在实际集装箱流转系统的运行过程中， 各集散点之间的流向是否成立，还取决于空箱/重箱的需求和供应分布，船舶、内陆集疏运 的运行模式等因素的共同影响。 2.2 产生空箱产生空箱调运调运的原因的原因 产生集装箱空箱调运的根本原因在于货运需求与运力供给之间的不平衡。 其中有些是客 观原因造成的，是不可避免的；有些则是主观原因造成的，属于不合理调运。 2.2.1 空箱调运的空箱调运的主观原因主观原因 (1)集装箱箱务管理的失误，运作不规范 如：由于单证交接不全，流转不畅，影响集装箱的调配和周转，或因责任不清，损失或 丢失，无法追回或未及时追回，只能调运空箱补充；又如货主迟迟不提箱，造成港口重箱积 压，影响到箱子在内陆的周转缺乏空箱，为确保证船期，不得不从附近港口调运空箱。 (2)港口设施还不完善，未形成国际中转枢纽大港 我国内陆大批适箱货出口需运往日本、 香港中转， 使我国主要集装箱港口及内陆货运站 进大于出，形成空箱积压。集装箱港口集疏运能力偏低，形成集装箱内陆周转时间长、港口 压箱严重的现象，船公司为保船期，不得不从相邻港口调运空箱。 (3)租箱协议中有关退租地点的限制 租箱公司为了避免或弥补班轮公司在租期届满后在集装箱积压地区退租所造成的损失， 在租箱协议中严格规定了集装箱退租地点和退箱限额，也造成了空箱的调运。 (4)区域间修箱成本和修箱标准的差异 因各区域修箱费用和各班轮公司对修箱要求的不同， 通常将空箱调至修理成本较低或技 术水平较高的修理厂家所在的港口或地区修理。 (5)存在超期用箱、错用箱现象 发 货 人 内陆 集散点 支线 港码头 干线 港码头 收 货 人 内陆 集散点 干线 港码头 支线 港码头 发 货 人 内陆 集散点 干线 港码头 收 货 人 内陆 集散点 干线 港码头 发 货 人 内陆 集散点 干线 港码头 收 货 人 内陆 集散点 干线 港码头 支线 港码头 发 货 人 内陆 集散点 干线 港码头 收 货 人 内陆 集散点 干线 港码头 支线 港码头 支线 港码头 发 货 人 内陆 集散点 干线 港码头 收 货 人 内陆 集散点 干线 港码头 确定性需求条件下集装箱空箱调运计划 12 超期箱是指客户使用时间过长的集装箱， 即在堆场以及其它场所的堆放时间超过了相关 规定的集装箱。超期箱的存在，严重影响了集装箱的正常流转，降低了集装箱的利用效率。 错用箱也直接影响了箱管中心日常箱务管理工作的正常进行。 2.2.2 空箱调运的客观原因空箱调运的客观原因 (1)港口进出口箱量不平衡 这主要是由于两个方面原因造成的。 一个原因是世界范围的产业的产业结构不平衡。 另 一个原因是国际贸易的不平衡。 (2)港口进出口箱型不平衡 由于进出口货物在种类和性质上的差异以及运费和装卸费收费标准不同， 发货人从经济 效益出发，在进出口贸易中常使用不同规格的集装箱，造成不同箱型货物的流量、流向不平 衡，形成空箱调运。此外，冷藏箱和罐式箱等特种箱因其适应货种的特殊性，流量不平衡现 象更加显著。 (3)集装箱的生产地到投入使用地之间的空箱运输 中国是全球制箱霸主，制造的干货箱几乎占 90%，由此造成了由中国各集装箱制造厂 向世界各地运输空箱的局面。 (4)集装箱运输的随机性 在集装箱运输发展的初期，适箱货较少，货源稳定，航线单一，航运公司在港口的进出 口箱量有一定的规律性，较容易把握。随着集装箱运输的高速发展，很难从总体上把握货物 运输的特性，有相当种类的货物都跨入适箱货的行列。而且，经过港口的航线越来越多，航 线覆盖区域越来越广，加上航运市场自身的复杂性，使得港口进出口箱量有很大的随机性。 表现在航线货流的不平衡上，就整年而言，有一定的规律性，但就每月、每周特别是每日而 言，这种不平衡的具体表现却有相当大的随机性。 2.3 空箱调运的特点空箱调运的特点与核心要素与核心要素 2.3.1 空箱调运的特点空箱调运的特点 集装箱空箱调运问题的特点主要表现为: (1)时间和空间的限制性 集装箱班轮运输必须依据既定的船期表和航线。 在实际运作中， 为满足货主的用箱需求， 保证货主的贸易能够顺利进行， 空箱供给必须在规定时间内实现， 一旦超过规定时间就会产 生违约损失和信誉损失； 如果过早地将空箱从需求地调运到供给地， 又会造成空箱堆存费损 失。此外，一般情况下船舶的舱位要优先满足重箱运输，因此海运空箱调运量受船舶剩余舱 位的限制。所以，空箱调运在时间和空间方面都是受到限制的。 (2)需求与供给的随机性 空箱调运问题的随机性主要体现在空箱需求和供给的随机性。 货主向班轮公司订舱， 就 产生了空箱需求，一般情况下，货主向船公司订舱的时间和数量都是随机的，因此造成了对 空箱需求的随机性。 而空箱的供给主要由两种方式实现： 一是货主提货后返回到堆场或货运 站的空箱， 二是船公司租赁或调运到港口的空箱。 第一种方式实现的空箱供给在时间和数量 方面都具有明显的随机性，而第二种方式的空箱供给仅在实现时间方面存在随机性。 (3)信息的动态性 根据空箱调运产生的客观因素， 总体而言港口在一段时期内对特定型号和种类的集装箱 的供需状态是稳定的， 但一些诸如季节、 突发事件等因素也会造成港口空箱需求状态的改变。 此外， 实际中空箱的需求和供给是随时产生的， 船公司需要随时或者在必要的时间根据实际 情况对空箱调运的数量和流向进行决策。这都体现了空箱调运问题的动态性特点。 (4)问题的复杂性 确定性需求条件下集装箱空箱调运计划 13 空箱调运问题的随机性和动态性已经体现了该问题的复杂性； 此外， 在空箱调运过程中 存在的转运现象和运输能力的限制更增加了问题的难度。集装箱流转过程中涉及方也较多， 易产生交接不清的情况；繁多的箱型和箱种因素，如 20 英尺、40 英尺、45 英尺、普通箱、 高箱、冷藏箱以及其它特种箱等，也增加了空箱调运工作的复杂性。 2.3.2 空箱调运的核心要素空箱调运的核心要素 (1)集装箱配备量及管理水平15 班轮公司在航线或者航区内的集装箱配备量是影响空箱调运问题的最直接因素。显然， 如果航线或航区内的集装箱配备量很少， 集装箱周转紧张， 必然会产生大量的空箱调运需求； 相反， 如果集装箱配备量很大， 集装箱周转十分宽裕， 那么对空箱调运的需求就不那么迫切。 但是， 大量配备集装箱需要班轮公司付出巨额的成本， 所以班轮公司一般都会根据货源情况 以及自身的集装箱管理水平尤其是空箱调运水平适量配备集装箱。 因此， 集装箱配备量与集 装箱管理水平，尤其与空箱调运水平是互为因果的。 (2)租箱量及集装箱租金费率 在既定的集装箱配备规模下， 面对箱源紧张的情况， 如果班轮公司希望满足所有客户的 需求，那么它会从租箱和调箱两种策略中做出选择，也就是说租箱是调箱的替代策略。如果 集装箱租赁费率相当高昂，那么在班轮公司会尽可能调运空箱来满足需求；相反，班轮公司 会考虑租进集装箱以解决临时的箱源紧张的状况，或者综合使用这两种策略。 (3)集装箱售价 在缺少空箱的地区， 如果当地的集装箱售价非常低， 船公司也可以考虑直接购买集装箱 以解决急迫的用箱需求， 从而节省昂贵的空箱调运费用。 目前远东和东南亚地区集装箱成本 较低，尤其是中国大陆，集装箱成本极低，可以通过在中国大陆购买集装箱使进出口货物不 平衡的地区用箱需求得到缓解。 但是， 一般而言购置集装箱的费用都要远远高于租赁或者调 运空箱的费用，所以用购箱策略来满足临时性用箱需求是不常见的。 (4)航线模式及挂靠频率 船舶挂靠港口的频率直接影响到空箱调运中“由何时运”的问题。因为班轮运输是按照 固定的船期表在固定的航线上按固定的顺序挂靠固定的港口的规则运输， 因此空箱调运的实 现时间要根据船期表来安排。制定空箱调运方案时，应当充分考虑到这一点，对各港口的调 运量提前做出安排，以便在船舶挂靠的时候调出或补充空箱。 2.4 空箱调运的空箱调运的成本分析成本分析 由于空箱调运或租赁并不会产生任何收益,所以各个核心要素中小组决定重点讨论空箱 调运中产生的成本,并对其进行分析。 2.4.1 空箱调运成本的构成空箱调运成本的构成 集装箱空箱调运问题中涉及到的集装箱空箱来自班轮公司自有集装箱和通过租赁方式 得到的集装箱，空箱调运的成本主要由以下部分组成： (1)自有集装箱空箱运输费用，其中包括海运运费和陆运运费等。 海运费指集装箱空箱通过海运运输方式，从空箱供给港到空箱需求港之间的运输费用， 这部分费用可以说是海运集装箱空箱调运成本中最大的一部分。 在实际中， 班轮公司的报价 往往只给出重箱运费， 致使很多人认为用本公司船舶运载重箱后剩余的的舱位运送集装箱空 箱是“免费”的。然而，事实上空箱本身也可视为一种货物，运输空箱也需要消耗成本。比 如， 当各挂靠港口集装箱空箱分布出现极为不均衡的情况， 班轮公司将负担起非常棘手的空 箱调运任务，甚至有时要放弃集装箱重箱的运输任务来运输空箱，以满足关键客户的需要， 此时空箱调运成本中隐含了放弃运输重箱的机会成本。 可见调运自有集装箱的调配运输存在 一定的机会成本，这也使得对空箱调运问题的优化管理显得更为重要。 确定性需求条件下集装箱空箱调运计划 14 除了海上运输集装箱空箱， 往往在多式联运条件下， 集装箱在陆上的运输还会产生一些 内陆运输费用。 如果在同一港口的各堆场之间以及距离较近的内陆货运站之间的集装箱空箱 运输主要涉及到公路运费； 而在港口与距离较远的内陆点之间集装箱空箱运输就会涉及到铁 路运费和内河水路运费等。在通常情况下，公路运费高于铁路运费，铁路运费高于内河水路 运费。 (2)自有集装箱空箱管理费用，通常包括集装箱设备折旧、修理保养费、管理费用分摊 等，另外还有其它零散费用，如箱管代理费、冷柜验箱费、动植物检疫费、设备交接费、铅 封制作费等。 (3)自有或租赁集装箱空箱港口费用，主要包括装卸费、堆存费等。 船公司自有或者租赁的集装箱空箱在港口装卸， 或者在码头堆场存放时会产生装卸和堆 存费用。 目前世界上主流的港口码头装卸费用是以装卸包干费的形式计费收取， 包干费中包 括了集装箱的装卸费用， 以及从船边到堆场或从堆场到船边的水平搬运费用等。 堆存费是指 在港口码头堆场上存放的集装箱空箱超出免费堆存期后产生的相关费用， 这一费用是按照超 出免费堆存期后按天计算， 由于在一般情况下超期堆放的时间不会太长， 这部分费用是比较 小的。 (4)租赁集装箱空箱的租箱费用，即租金。 租箱是调箱的补充性策略如果集装箱空箱调运成本高昂，而集装箱租金相对较低廉， 那么在班轮公司会考虑租进集装箱以解决临时的箱源紧张状况； 相反， 如果集装箱空箱调运 成本较低廉， 而集装箱租金高昂， 班轮公司就会尽量采用通过本公司船舶调运集装箱空箱来 满足空箱需求， 综合使用这两种策略， 使总成本支出最低。 由于租金是由船公司直接支付的， 租赁的集装箱无论是否装载货物， 都要按一定的租金率以时间计算进行支付， 所以这部分成 本相对于调运集装箱空箱的运输成本显得更为完整和明显，往往比较容易计算衡量。 (5)机会成本。 即原本可以用以运输重箱而获得利润， 由于班轮公司的调运计划用以空箱调运而损失的 收益。 而空箱的调运往往是为了满足空箱需求港下一航次空箱的需求， 所以在计算机会成本 是还需要从调运计划的全局进行考虑， 及下一次货物运输所产生的收益， 或更为长远的集装 箱调运、港口配箱计划。 2.4.2 影响空箱调运成本的因素影响空箱调运成本的因素 对海运集装箱空箱调运的成本划分以及对各种成本分析中， 可以得到对其产生影响的主 要因素有：集装箱配置量、集装箱周转情况、租金水平、修箱费率和堆存费率等，对影响因 素的分析如下： (1)集装箱配置量 即班轮公司在某航线或港口所配备的所有集装箱的数量， 配置量的确定的依据有船舶运 输规模、挂靠港口数量、船舶在港均衡作业量以及箱子在港口的周转时间等，集装箱保有量 是所有影响因素中最直接的因素， 这个因素与集装箱空箱调运业务中涉及到的各项费用如租 箱租金、空箱调运费、修理费和堆存费等都有着直接的因果关系。 (2)集装箱周转情况 集装箱设备周转的快慢是影响集装箱空箱调运成本的另一个重要因素， 而且集装箱周转 率与班轮公司集装箱保有量也存在着相关联系， 通常来说， 一方面， 集装箱设备周转得越快， 说明其利用率也高， 公司为满足运输需要而配备在各港口和航线上的集装箱的保有量就会越 少，从而集装箱租箱的租金成本也会较低；从另一方面来看，由于加快了集装箱的周转，集 装箱利用率随之提高， 集装箱处于空箱状态的时间也会变短， 因此产生的在港口码头堆场的 集装箱空箱堆存费也会降低。 (3)集装箱租箱租金费率 确定性需求条件下集装箱空箱调运计划 15 集装箱租箱的租金费率对海运集装箱空箱调运成本的影响是非常明显的， 由于近年来班 轮市场的竞争日益激烈，船公司为保证运输服务质量，适应市场变化，各船公司纷纷将租箱 量占集装箱保有量的比例提高， 使得班轮公司租箱数量出现了较大的增长幅度， 由此可见集 装箱租赁的租金费率的高低变动将会对整个海运集装箱空箱调运成本产生较大影响。 (4)集装箱修理费率 海运集装箱修理费用主要关系到船公司自有集装箱的管理费用， 而且国际集装箱出租人 协会(iicl)对集装箱修理的标准及修理工艺都严格的规范，因此，集装箱修理费可以按照规 范进行较为准确的计算。 (5)集装箱空箱堆存费率与堆存天数 集装箱空箱堆存费率与堆存天数共同对堆存费产生影响。 堆存费率一般是各个班轮公司 与码头、堆场通过堆存协议共同约定的，所以在协议有效期内往往不能随意更改变动，而集 装箱空箱在港堆存天数则可通过加强集装箱箱务管理和加快集装箱设备周转来降低， 以此来 降低集装箱空箱堆存成本。 确定性需求条件下集装箱空箱调运计划 16 3.集装箱空箱调运优化策略集装箱空箱调运优化策略 根据空箱调运的特点及其核心要素， 我们在经过多方面资料收集整理之后， 经过重点讨 论研究，总结出一下几点空箱调运计划的优化策略。 3.1 建立集装箱枢纽港建立集装箱枢纽港 我国港口集装箱吞吐量在近年来有迅猛发展，但尚未形成集装箱枢纽港。作为“世界工 厂”的我国大陆地区有相当一部分集装箱需要到釜山、神户、横滨、香港、新加坡等枢纽港 进行中转。大量货物的中转，势必使得各港口集装箱进出口比例失调，增加枢纽港向支线港 的空箱调运量， 因此建设我国大陆的集装箱枢纽港对于以中国大陆地区为主要货源的中国船 公司是非常必要的。 上海港在 2005 年全年的集装箱吞吐量达 1808 万 teu，是世界第 3 大集装箱港。在国 际航运舞台上正在扮演着越来越重要的角色，国家己赋予上海一系列航运业中的重要职能， 上海航运交易所和上海航运中心管理机构的建立， 都为上海建成国际航运中心奠定了重要的 基础。 3.2 班轮公司集装箱管理的科学化班轮公司集装箱管理的科学化 (1)合理规划航线模式和挂靠港顺序 通过航线的运营调整， 改变传统航线的挂靠港顺序来减少空箱的调运数量和距离， 从而 降低集装箱运量不平衡所造成的损失， 是目前集装箱班轮公司比较常用且有效的方法。 如达 飞船公司(cma)的欧洲-北美-澳大利亚-亚洲-欧洲环球航线就是一个减少空箱调运的例子。 此外， 枢纽港战略的直达服务等也为班轮公司提供了减少空箱调运量的选择方案， 或者使空 箱能迅速、经济的运到缺少空箱的地点。 (2)建立完善的集装箱管理信息系统 由于船公司及其代理机构管理水平落后， 集装箱管理信息系统尚不完善， 严重影响箱子 周转速度及调度。信息不畅历来是造成空箱调运量过大，运输效益不高的主要原因。在中国 大部分地区现在还采用手工数据处理方式，单证种类繁多，手续复杂，传递速度缓慢。这十 分不利于集装箱的正常周转， 同时也给箱务管理工作带来很大的不便。 信息不畅的主要原因 是管理手段落后，通信技术陈旧。在信息比较发达的今天，应充分发挥集装箱管理的网络优 势和信息优势， 促进多功能物流系统网络的建立和发展才是运输企业提高自身核心竞争力的 关键。航运公司应利用科学先进的管理信息系统，实时掌握箱子的动态，顺畅整个集装箱在 各个环节上的流转，提高集装箱的流转速度，提高箱子利用率，减少集装箱的错用、超期的 发生，尽量避免不必要的空箱调运。 3.3 公司之间的合作联盟公司之间的合作联盟 (1)与其它班轮公司的合作 从理论上说，船公司箱位越多，服务航线越多，则空箱调运可供选择的方案就越多，对 船公司而言，通过船公司之间的联盟与合作可以扩大船公司的营运规模，实现集装箱共享。 在所有主要贸易航线上建立多种网络， 以便所有船公司能相互开展换箱活动， 从而使集装箱 船公司能更高效地进行空箱调运。 每个公司在各港口或货源地的用箱需求是不断变化的， 某 些班轮公司集装箱积压的地点可能是其他班轮公司用箱需求较大的地点， 在周密计划的基础 上互相调配集装箱，可以实现共赢的目标。 (2)与集装箱租赁公司的合作 船公司可以同集装箱租赁公司签署租箱合同， 采用灵活租箱的方式， 根据实际用箱需求， 确定性需求条件下集装箱空箱调运计划 17 在缺箱或调运成本较高的港口或地区起租集装箱， 而在压箱港或地区将多余的集装箱退还给 租箱公司。这样既满足了用箱需要，又节省了堆存费和空箱调运费。 在实际经营中，班轮公司在配备集装箱时，应合理确定灵活租箱、长期租箱以及自购箱 的比例， 以改善集装箱的周转状况并提高其利用程度。 因为当自购箱量和长期租箱量在集装 箱配备总量中所占比例超过一定程度时， 集装箱班轮公司将承担大量的空箱闲置费用及调运 费用;如果集装箱配备总量中灵活租箱所占的比例增大，在货运量下跌时，空箱闲置和调运 费用将会降低。 (3)与集装箱制造商合作 班轮公司也应该与集装箱制造商合作，利用厂商发货的机会向他们提供免费运输服务， 同时免费或以较低的费用使用他们的新箱； 而集装箱制造商为了尽可能降低交箱费用也非常 乐意同班轮公司合作。在缺少空箱的地区，如果当地的集装箱售价较低，可以直接购买箱子 以解决用箱需求，从而节省了昂贵的空箱调运费用16。 3.4 集装箱租赁集装箱租赁 在既定的集装箱配备规模下， 面对箱源紧张的情况， 如果班轮公司希望满足所有客户的 需求，那么它会从租箱和调箱两种策略中做出选择，也就是说租箱是调箱的替代策略。班轮 公司会考虑租进集装箱以解决临时的箱源紧张的状况，或者综合使用这两种策略。 3.4.1 集装箱租赁方式集装箱租赁方式 (1)长期租赁17 长期租赁(long term lease） 是以较长的租赁时间(一般为 35a)为合同期限的租赁形式。 根据租期届满后对集装箱处理方式的不同，长期租赁可以分为实际使用期租赁、金融租赁 (lease purchase）和选择性金融租赁(lease purchase with option)3 种。 (2)即期租赁 即期租赁(spot lease） 指承租方根据自身用箱的时