（管理科学与工程专业论文）港口集装箱空箱调运成本优化研究.pdf

港口集装箱空箱调运成本优化研究 捅要 作为一种先进的、规范的运输方式，集装箱运输从诞生至今对世界经济的发 展做出了巨大的贡献。近年来随着国际贸易发展不平衡的加剧，全球的货物流向 更加失衡，集装箱供求矛盾日益突出，也使得集装箱空箱的供给与需求严重不均， 因此带来了巨大数量的集装箱分派与调运，其每年的空箱调运费用超过3 0 0 亿美 元，占据了全部集装箱运量的五分之一。然而在航运企业的各项运营成本之中， 集装箱管理成本已经成为仅次于港口使用费的第二大成本，其中的一半以上即为 与空箱分派密切相关的空箱调运成本和租箱成本。因此，如何科学、合理地调运 和处置空箱，如何使集装箱空箱调运成本优化已经成为影响集装箱承运人经营状 况的关键因素。集装箱空箱调运成为亟需解决的重要课题。 本文结构如下：第一章：介绍了问题产生的时代背景，阐述了研究集装箱分 派问题的主要原因、理论价值和现实意义，分析了国内外的研究现状。第二章： 主要对集装箱运输的发展现状和空箱调运的产生的原因进行分析。第三章：主要 研究了集装箱空箱调运成本的构成，影响空箱调运成本的因素以及空箱调运成本 的计算方法。第四章和第五章：根据海运空箱调运流转过程及其特点，建立了海 上空箱调运确定性模型和随机性模型，并在已建立的模型的基础上，运用 l i n g 0 9 0 软件进行数字仿真分析，验证了本文建立的模型在实际中的应用并为 航运企业提供了有益的理论指导和决策方法支持。 本文主要从海域方面对集装箱空箱调运问题进行研究。以某船公司为研究舻 象，对集装箱空箱调运优化问题进行系统的描述。首先，分析了海运集装箱空箱 分派系统的特点，空箱调运产生的主观和客观原因，以及实际操作中存在的问题。 然后，在已有研究成果的基础上，充分考虑空箱调运优化过程中主要因素，建立 了符合集装箱空箱调运特点的数学模型。最后，通过建立的模型，给出了具体算 例的数字仿真分析。给出了可供航运企业借鉴参考的海运集装箱分派定量决策方 法。为空箱调运理论研究和实践提供了有效的管理决策支持。 通过研究获得出了以下研究成果和研究结论。 ( 1 ) 在成本变动分析下，总体来说，空箱调运量以及租箱量变动并不剧烈， 基本保持稳定。而且随着租箱成本增长到一定程度，租箱成本对调运量的影响越 来越弱；租箱都发生在缺箱或者部分缺箱的港口；当租箱成本发生变动时，决策 期总的运营成本也随之发生同向变化；只通过变化租箱成本可以反映出租箱活动 成本总体同向变化和调运活动成本的反向变化。 ( 2 ) 在箱源限制变化分析下，港口空箱箱源的限制制约了集装箱的租箱策 略，这在实际的班轮运输中是存在的，特别是在航运市场繁忙时期，在缺箱港往 往无箱可租。如果放宽箱源限制，箱源的增加带来了空箱调运量的减少，租箱量 大幅度增加，总成本的降低，说明租箱活动确实能够起到减少空箱调运量的作用， 而且在如今租金费率水平较低的情况下，如果不考虑租箱归还等问题时，租箱更 利于降低成本；当箱源数值下降，甚至无箱源的情况下，无可行解，说明租箱活 动确是航线运营中必须发生的过程。因而在集装箱，尤其是空箱管理调运的过程 中，租箱策略的合理使用是必须的。 ( 3 ) 在船舶运力限制变化分析下，当船舶运力限制增加，空箱调运量的增 加程度非常小，租箱量的变动也不很明显。据此分析本文推测得出：限制调运的 主要因素是租箱成本与调运成本的相对高低关系，而不是船舶运力的限制制约了 集装箱的调运，成本因素是决定和影响整个调箱、租箱策略的主要因素。仅仅依 靠更新大型船舶，无法明显的改善空箱调运问题。 本文的创新之处： ( 1 ) 对集装箱空箱调运进行s w o t 分析。理论上寻求最佳策略组合。 ( 2 ) 建立了海上空箱调运动态模型。该模型将调运费用细分为空箱装船费用、 卸船费用和空箱运输费用。以调运费用( 包括装船费用、卸箱费用和空箱运输费 用) 最省为目标函数，考虑到空箱供给能力、空箱需求和船舶运输能力等限制条 件。 ( 3 ) 在国内现有空箱海上调运随机模型基础上，建立了海上空箱调运动态随机 模型。 ( 4 ) 利用l i n g 0 9 0 软件编程，进行求解，完成了大规模的纯整数线性规划计算， 得出了相对合理的空箱渡箱及租箱决策结果 关键词：集装箱运输；海运空箱调运：机会约束规划：整数规划：随机动态规划； 系统仿真 r e s e a r c ho ft h ee m p t yc o n t a i n e rr e p o s i t i o nc o s to p t i m i z a t i o n a b s t r a c t a sa na d v a n c e da n dn o r m a t i v ew a yo ft r a n s p o r t a t i o n , t h ec o n t a i n e rh a sm a d ea g r e a tc o n t r i b u t i o nt ot h ed e v e l o p m e n to fw o r l de c o n o m ys i n c ei t sn a i s s a n c e w i t h m o r ei m b a l a n c eo fi n t e r n a t i o n a lt r a d ei nt h e s ey e a r s ，t h ec o n f l i c tb e t w e e np r o v i d i n g a n dd e m a n d i n gi sb e c o m i n gm o r ea n dm o r en o t i c e a b l e , a n ds h i p p i n gc a p a c i t i e s s u p p l ye x c e e d sd e m a n da n dc o m p e t i t i o ng r o w sm o r ea n dm o r ev e h e m e n t i ti s s u r v e y e dt h a tt h et o t a lc o s to fe m p t yc o n t a i n e rr e p o s i t i o ni nt h ew o r l dh a se x c e e d e d 3 0b i l l i o nd o l l a r s ，w h i c ha c c o u n tf o r2 0p e r c e n to ft h ew h o l ec o n t a i n e r si n t r a n s p o r t a t i o np e ry e a r i nt h ev a r i o u so p e r a t i n gc o s t s ，o fas h i p p i n gc o m p a n y , c o n t a i n e rm a n a g e m e n tc o s th a sb e c o m et h es e c o n dl a r g e s tc o s to n l yi n f e r i o rt ot h e c o s to fp o r t sf e e a tt h es a m et i m e ，e m p t yc o n t a i n e ra l l o c a t i o nc o s ta n dc o n t a n e r l e a s i n gc o s tw h i c ha r eh i g 拗yr e l a t e dt ot h ee m p t yc o n t a i n e ra l l o c a t i o na c c o u n tf o r m o r et h a nh a l fo ft h ec o n t a i n e rm a n a g e m e n tc o s t s i n c et h ec o s to fe m p t yc o n t a i n e r s r e p o s i t i o ni s s ol a r g e ，t h es h i p p i n gc o m p a n i e sh a v et ol a ye m p h a s i so nh o wt o r e a s o n a b l yr e p o s i t i o ne m p t yc o n t a i n e r si no r d e rt od e c r e a s et h ec o s to fr e p o s i t i o n t h e n , t h em a n a g e m e n to fe m p t yc o n t a i n e rr e p o s i t i o nb e c o m e so n eo ft h em o s t i m p o r t a n tp r o b l e m st h a tu r g et ob es o l v e d t h es t r u c t u r eo ft h i st h e s i si sa sf o l l o w s ：f i r s tc h a p t e r ：i n t r o d u c et h es o c i a l b a c k g r o u n do ft h ee m p t yc o n t a i n e ra l l o c a t i o np r o b l e m , e x p a t i a t et h em a i nc a u s e ， t h e o r yv a l u ea n dp r a c t i c a lm e a n i n go fs t u d y i n gt h i sp r o b l e ma n da n a l y z et h er e s e a r c h s t a t u si nq u oo ft h ep r o b l e m s e c o n dc h a p t e r ：m a i n l ya n a l y s i st h ed e v e l o p m e n to f 6 0 n t a i n e rt r a n s p o r ta n dt h ec a u s e so ft h ee m p t yc o n t a i n e r st r a n s p o r t i n g t h i r dc h a p t e r ： s t u d y i n gt h ec o s tc o m p o n e n to ft h ee m p t yc o n t a i n e rt r a n s p o r t a t i o na n dt h ec a l c u l a t i o n m e t h o do ft h ee m p t yc o n t a i n e rt r a n s p o r t i n g ，a sw e l l 鲢t h ef a c t o ro fa f f e c t i n gt h ec o s t o f e m p t yc o n t a i n e r st r a n s p o r t i n g f o u r t hc h a p t e ra n df i f t hc h a p t e r ：e s t a b l i s has e r i e so f s t o c h a s t i cl i n e a r p r o g r a m m i n gm o d e l sg r o u n d e d0 1 1t h ec h a n c e - c o n s t r a i n e dp r o g r a m m i n gt o h a n d l et h ed y n a m i ca n du n c e r t a i nc h a r a c t e ro ft h ee m p t yc o n t a i n e ra l l o c a t i o np r o b l e m m c a v i n gs i m u l a t i o n st ot h ee s t a b l i s h e dm o d e l su s i n gl i n g 0 9 0 ，v a l i d a t et h ep r a c t i c a l a p p l i c a t i o no ft h em o d e la n df i n do u tt h ei n t e r n a lr u l e so ft h ee m p t yc o n t a i n e r a l l o c a t i o ns y s t e m t h i st h e s i si sr e s e a r c h i n gf r o ms e ao ft h ee m p t yc o n t a i n e rr e p o s i t i o n s e ta s h i p p i n gc o m p a n ya st h em a i ns t u d y , i tn l a d eas y s t e md c s c r i 砸o no fe m p t yc o n t a i n e r o p t i m i z a t i o nd i s t r i b u t i o n f i r s t , i ta n a l y z e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fd i s t r i b u t i o ns y s t e mo f e m p t ys h i p p i n gc o n t a i n e rt r a n s p o r t a t i o na n dt h es u b j e c ta n do b j e c t i v er e a s o n s t h e n , b a s i so nt h er e s e a r c hr e s u l t , i tg a v ef u l lc o n s i d e r a t i o no fm a i nf a c t o r so fe m p t y c o n t a i n e ro p t i m i z a t i o nd i s t r i b u t i o n , e s t a b l i s h e dt h ee m p t yt r a n s p o r tc o n t a i n e r s 谢t 1 1 t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h em a t h e m a t i c a lm o d e l f i n a l l y , t h r o u g ht h ee s t a b l i s h m e n to f t h em o d e l ，i tg a v eas p e c i f i ce x a m p l eo ft h ed i g i t a ls i m u l a t i o na n a l y s i s w h i c hc a nb e ar e f e r e n c ef o rs h i p p i n gc o m p a n i e sf r o ms h i p p i n gc o n t a i n e r sa s s i g n e dq u a n t i t a t i v e m e t h o do fd e c i s i o n - m a k i n g p r o v i d ea ne f f e c t i v em a n a g e m e n td e c i s i o ns u p p o r tf o r e m p t yc o n t a i n e rt r a n s p o r t i n gt h e o r e t i c a ls t u d ya n dp r a c t i c e t h ef o l l o w i n ga r et h er e s e a r c hr e s u l t sa n dc o n c l u s i o no ft h es t u d y ： ( 1 ) g e n e r a l l ys p e a k i n g , a n a l y s i so nc o s tc h a n g i n g , t h ec h a n g ei nv o l u m eo fe m p t y c o n t a i n e r st r a n s p o r t i n ga n dr e n t i n g 锄k e e nt om a i n t a i nt h eb a s i cs t a b i l i t y m o r e o v e r , a st h ec o s to fr e n t i n gc o n t a i n e rg r e wt oac e r t a i ne x t e n t , t h ei m p a c to f r e n t a lc o s tt ot h et r a n s p o r t a t i o ni sm o r ea n dm o r ew e a k t h ec o n t a i n e rr e n t i n g o c c u r r e di ns o m e p o r t so fl a c k i n gc o n t a i n e r s w h e nt h er e n t a lc o s tt oc h a n g e ，t h e d e c i s i o n - m a k i n gp h a s eo ft h eo p e r a t i o nc o s ta l s o w i l lb ec h a n g e si nt h es a m e d i r e c t i o n , o n l yt oc h a n g et or e f l e c tt h ec o s to fr e n t a ll e t t i n ga c t i v i t i e sw i t ht h eo v e r a l lc o s tt o c h a n g ea n d t h ec o s to f t r a n s p o r ta c t i v i t i e si nr e v e r s e ( 2 ) a n a l y s i so fc h a n g e si nr e s t r i c t i o n so nt h es o u r c eo fc o n t a i n e r , t h ee m p t yc o n t a i n e r5 0 u r c 髂 c o n s t r a i n t sl i m i tt h er e n t a lo ft h ec o n t a i n e rs t r a t e g y , w h i c hi sa c t u a li nl i n e rt r a n s p o r t a t i o n , p a r t i c u l a r l yi np e a ko ft h es h i p p i n gm a r k e tt i m e , t h e r ew a sn oc o n t a i n e rt or e n t i fm a k e r e l a x a t i o no fc o n t a i n e rs o u i r e s t r i c t i o n , w i t ht h ei n c r e 簦m go fc o n t a i n e rs o u r c e ，t h ee m p t y c o n t a i n e rt r a n s p o r t a t i o nw i l lb er e d u c 吐as u b s t a n t i a li n c r e a s ei nr e n t a lv o l u m e , a n dl o w e r t o t a lc o s t w h i c hm e a n st h a tr e n t a la c t i v i t i e sc a n 蒯l yr e d u c 是t h ev o l u m eo fe m p t yc o n t a i n e r s t r a n s p o r t a t i o n , a n dr e n t a lr a t e sn o w i nal o w e rl e v e lo fc i r c u m s t a n c e s ，i fw ed on o tc o n s i d e r 乳1 c hi s s u e sa st h e 代t u n lo f r e n t a l ，r e n tm em o r et or e d u c ec o s t sw h e nt h es o u r c eo f n u m e r i c a l d e c l m e w i t h o u tc o n t a i n e re v e nt h es o u r c eo fc i r c u m s t a n c e s ，n of e a s i b l es o l u t i o nt h a tr e n t a l r e a l l yr o u t e so p e r a t i n ga c t i v i t i e sm u s tt a k ep l a c ei nt h ep r o c e s s t h u si nac o n t a i n e r , i n p a r t i c u l a rt h en m n a g e m e n to fe m p t yc o n t a i n e r si nt h ep r o c e s so ft r a n s p o r t a t i o n , r e n tm e a r e a s o n a b l es t r a t e g yt ob s ei sn e c e s s a r y ( 3 ) a n a l y s i so fs h i p p i n gr e s t r i c t i o n s i nt h ec a p a c i t yo fc h a n g e ，w h e nt h es h i pi n c r e a s et h e c a p a c i t yr e s t r i c t i o n s ，t h ei n c r e a s i n go fe m p t yc o n t a i n e rt r a n s p o r t a t i o ni s n o tv e r yo b v i o u s a c c o r d i n gt ot h i sa n a l y s i st h i sp a p e rs p e c u l a t et h a t ：r e s t r i c t i o n s o nt r a n s p o r t i n gt h em a i n f a c t o r i st h ec o s to fr e n ta n dt r a n s p o r t a t i o nc o s tm et h em i m i c l e v e lo fr e l a t i o n s ，r a t h e rt h a n s h i pc a p a c i t yc o n s t r a i n t sh a m p e r i n g t h et r a n s p o r to fc o n t a i n e r s ，t h ec o s tf a c t o ri st h ei m p a c to f t h ed e c i s i o na n df o rm e ，r e n tm es t r a t e g yt h em a i nf a c t o r s r e l ys o l e l yo nl a r g es h i p s ，n o t e m p t yc o n t a i n e r sm a r k e di m p r o v e m e n t i nt r a n s p o r ti s s u e s t h ef o l l o w i n ga r eo r i g i n a t e di n t h et h e s i s ： ( 1 ) m a k i n gt h es w o ta n a l y s i so fe m p t yc o n t a i n e rt r a n s p o r t a t i o n , f i n d i n gt h eb e s tt h e o r e t i c a l c o m b i n a t i o ns t r a t e g i e s ( 2 ) t h e t h e s i sb u i l d sd y n a m i cm o d e l so fs e a - b o u n de m p t yc o n t a i n e rr e p o s i t i o nm o d e l t h ea i mi s t om i n i m i z et h ec o s to ft h er e p o s i t i o no fe m p t yc o n t a i n e r s t h ec o s ti n c l u d e sl o a d u n l o a dc o s t a n dt h et r a n s p o r tc o s t t h em o d e lt a k e si n t oa c c o u n tt h ec a p a c i t yo ft h ee m p t yc o n t a i n e r s u p p l yo f t h es h i p p i n gc o m p a n y , t h er e q u i r e m e n to ft h es e a p o r ta n dt h el i m i tt ot h et r a n s p o r t o fm p t yc o n t a l ：l e r s ( 3 ) t h et h e s i sb u i l d sd y n a m i c s t o c h a s t i cm o d e lo fs e a - c a r r i a g ee m 孵c o n t a i n e rr e p o s i t i o n ( 4 ) u s el i n g 0 9 0l a n g u a g e t ot e s t i f yp 肼m o d e lw i t hr e a ld a m k e y w o r d s ：c o n t a i n e rt r a n s p o r t a t i o n ；s e a b o u n de m p t y c o n t a i n e r r e p o s i t i o n ； c h a n c e - c o n s t r a i n e d p r o g r a m m i n g ； i n t e g e rp r o g r a m m i n g ； s t o c h a s t i c d y n a m i c p r o g r a m m i n g ；s y s t e ms i m u l a t i o n v 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 l 洼；翅遗直基丝噩垂挂型童明的! 奎拦堕窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：迄瑷强 签字日期：炒9 年箩月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：许兹羁 签字日期：川年厂月矽同 导师签字弓苦勃艺 签字日耐n 享哨 0 前言 如何控制和降低空箱调运成本，如何科学、合理地调运和处置空箱，集装箱 空箱调运管理已经成为急需解决的重要课题。本文将通过对集装箱的发展以及空 箱调运成本的产生原因为出发点开始研究，通过建立海上空箱调运模型，并通过 建立优化模型实证计算与分析，应用现有的计算工具l i n g 0 9 0 ，得出比较理想 结果，更好的反映了实际情况。 集装箱运输是一种先进的、规范的运输方式，然而近年来随着国际贸易发展 不平衡的加剧，全球的货物流向更加失衡，集装箱供求矛盾日益突出，一些国际 航线上，全年集装箱运量中的空箱比率甚至超过2 5 ，据统计目前空箱调运费用 超过3 0 0 亿元。由于集装箱空箱调运费用巨大，使调运成本优化已经成为影响集 装箱承运人经营状况的关键因素。 因作者在一家船务公司实习，遇到了空箱调运成本优化的问题。通过查阅资 料，分析了大量的相关研究成果，并在此基础上针对具体问题对前人的研究成果 加以修改和改进，在分析的方法、模型的建立、和仿真的算法上都有创新之处。 对现实有了一定的指导意义。 1 绪论 1 1 研究背景及其意义 集装箱运输自问世以来，得到了很大的发展，由于起运量大，运费低廉等特 点现在已经发展成为全球国际贸易中最重要的运输方式之一。然而由于贸易不平 衡等原因导致世界各地的进、出口箱量和箱型不平衡，由此产生了大量的空箱调 运费用。因此，空箱调运问题也就成为国内外学术界研究的热点。 1 1 1 国际集装箱运输发展情况 从1 9 世纪初集装箱运输这种形式诞生以来，集装箱运输的发展经历了极其 漫长的过程。到1 9 8 4 年以后，世界航运市场摆脱了石油危机所带来的影响，开 始走出低谷，集装箱运输走上了稳定发展的道路目前，发达国家散杂货运输的 集装箱化程度己超过8 0 。据统计，到2 0 0 2 年，世界上各类集装箱船舶的总载 箱量达7 3 0 0 万t e u ，集装箱运输己遍及世界上所有的海运国家随着集装箱运输 进入成熟阶段，世界海运货物的集装箱化己成为不可阻挡的发展趋势。 1 1 2 集装箱空箱调运问题的提出 在集装箱班轮运输在全球范围内一直保持稳定增长态势的同时，这种贸易形 式中进口和出口集装箱数量严重不平衡的特点日益突出。贸易的不平衡，以及集 装箱管理等方面的原因，造成每天都有大量的未装载货物的集装箱由箱源充裕地 区运往箱源匾乏地区，即产生了集装箱空箱调运问题 ，i 来自北欧主要港口的数据表明，整个集装箱吞吐量的1 5 为空箱。欧洲鹿特 丹、汉堡等先进集装箱港口存在着大量的空箱进出，占总箱量的1 3 - 1 4 。欧洲 另外两个主要港口安特卫普、马赛空箱比例更高，达到2 0 。其中马赛港集装箱 运入量约占运出量的i 3 左右。 在美国，海上运输的集装箱中，每五个就有一个空箱。美国西海岸的三个主 要港口一洛杉矾、长滩以及奥克兰，年操箱量之和大约为7 5 0 万t e u 。2 0 0 2 年， 长滩港进口集装箱1 7 9 ，8 0 0 t e u ，出口8 2 ，7 9 7 t e u ，空箱作业量9 3 ，9 3 5 t e i j ，比上 年增长了1 2 ：洛杉矶年空箱比例大约2 0 - 2 1 ：奥克兰空箱比例平均达到了2 6 0 在亚洲，通过f 了本港口的集装箱中1 6 为空箱，而中国贸易中存在的此类情况更 是严重。 2 综合以上的数字，可以认为全世界主要港口空箱平均比例在1 5 以上，这也 符合l s e 等研究机构的结论，而来自d r e w r ys h i p p i n gc o n s u l t a n t s 的数字为 1 8 。随着集装箱运输的发展，实际的空箱运输绝对数量还将会进一步增长。 根据d r e w r y 估计，区域内空箱不均衡造成的直接和间接损失达到了1 0 5 亿 美元，其中包括3 5 亿美元为港口作业方面的损失。根据研究空箱调运问题权威 机构g r e y b o x 和s y n c h r on e t 的保守估计，仅仅海运这一段过程，就已经浪费了 “5 0 亿美元运输空气”。大多数业内人士将每个空箱的运输成本定在2 5 0 - 4 0 0 美 元。但是实际上这个数字可能更高。在过去的最近几年中，大部分承运人的运营 成本的增长已经大大超出了收入的增长，这说明了集装箱物流中产生的惊人额外 支出。 由以上的分析可以看出，低效的集装箱空箱管理不但浪费大量的空箱资源， 而且更带来航运企业集装箱经营成本的增加，严重影响了企业的经济效益。因此， 海运集装箱空箱调运问题便逐渐引起了学术界和航运公司的广泛重视。如何减少 海运空箱调运，避免不必要的调运，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 1 3 集装箱空箱调运问题研究的意义 ( 1 ) 降低成本，提高经济效益 集装箱空箱调运给班轮公司带来的经济效益上的损失是毋庸置疑的，前文的 很多数字都已经说明了这个问题。通过对集装箱空箱调运问题的研究寻求到优化 系统的方法，优化调运活动，减少无谓的、不必要的调运量，对于必须进行的调 运活动进行优化，合理安排调运方式、线路、时间等，将会提高班轮公司集装箱 利用率，降低调运成本，提高经济效益。例如赫伯罗特( h a p a g l l o y d ) 公司，通 过针对空箱调运问题的研究以及管理流程的改进，在1 9 9 9 - 2 0 0 0 财政年度，实现 了企业1 5 4 年历史以来的最好业绩，“收入从3 0 亿欧元增长到3 6 亿欧元：折旧利 息后的经营收益实现了从1 0 9 亿欧元2 5 亿欧元，1 3 0 的增长。 1 ( 2 ) 提高运输设备的利用率，降低集装箱总量 通过对于空箱调运问题的研究，可以合理安排空箱调运的环节，避免不必要 的重复调运，顺畅集装箱流转的过程，缩短阶段性的空箱调运时间，加快集装箱 周转，进而提高设备利用率，减少公司集装箱的总储备量和流动资金的占用，减 轻集装箱管理的负担。 ( 3 ) 改善服务质量，改进班轮公司箱管制度 根据前文所述，空箱调运问题的产生涉及到班轮运输的多个方面，除了货流 自身的客观特点以外，还涉及到公司运营管理的多个方面，包括集装箱管理制度、 管理人员、管理系统等等。通过对空箱调运问题的研究，可以触及企业集装箱管 理中的多个层面，从中反映出集装箱管理中的一些问题。因此可以根据空箱调运 问题研究的成果来促进以及辅助企业管理制度等方面的改革与完善，从而不仅可 以节约空箱调运成本，而且也可以实现整个企业运营质量的提高。 1 2 国内外陆海域空箱调运研究现状 1 2 1 陆域集装箱空箱调运研究现状 在本论文写作之前，笔者对有关的国内外论文进行了检索和研究，发现有关 集装箱空箱问题的研究很多，但主要集中在公路和铁路方面。 上海海运学院旌欣 2 教授的内陆集装箱运输环境下的空箱调运策略与租箱 策略的数字仿真分析就是其中一篇，该文章作者指出自w h i t e 首先利用运输规划 理论开展空载运输工具优化调配的研究以来，内陆集装箱空箱渡箱优化的方法逐 渐完善，并且朝着重视随机性、动态性和系统性等方面的研究，然而这些研究主 要注重如何在空箱分布格局下优化空箱的渡箱。在现实中，在实际的集装箱空箱 渡箱过程中，除了可以通过优化集装箱空箱渡箱来降低成本之外，还可以通过运 用租箱等策略来达到目的。为了简化起见，该文的模型中不考虑空箱运输的在途 时间，这对内陆空箱渡箱来说是可以成立的，但对海上空箱渡箱显然是不适用的。 施欣 3 教授的另一篇基于库存论的集装箱空箱报存量优化决策的论文中， 作者运用了存贮论中的( s ，s ) 型策略研究了集装箱报存量的优化方案。作者设定 空箱存量与运输箱量之和为最大值r ，当该值大于实际需求时付出存贮成本和 渡箱成本，当该值小于实际需求时，不足部分将付出租箱成本。对总的期望成本 求导，令导数为零求出最优的最大值r 。并采用边际分析法求得渡箱点。首先， 该文存在一个隐含的假设，即只有当空箱存量和渡箱量不能满足实际需求时才考 虑租赁空箱，如果渡箱成本和存贮成本很高，会直接考虑租赁空箱，或者当渡箱 量受到运输能力限制不能满足需求时，会采取调箱和租箱混合的策略。 4 现在大量的研究采用网络流的方法来建立模型求解，网络流模型的优势在于 能够易于得到整数解，有关利用网络流模型来解决集装箱空箱渡箱问题的文献很 多如： w w w h i t e 和a m b o m b e r a u l t 4 在an e t w o r ka l g o r i t h mf o re m p t y f r e i g h tc a ra l l o c a t i o n 一文中对铁路运输系统的集装箱渡箱进和地研究。他 们通过构造一个空间一时间模型来描述现实中的集装箱空箱渡耗问题，并给出了 诱导式网络流算法及相应的计算例子，对时间段内的空箱渡箱方案进行优化，其 时间间隔是不确定的，研究的结论是非常可取的。但主要用于陆路系统的运输需 求与供应所确定的空箱渡箱。该方法计算规模比较小，适用于比较简单的模型， 且无法考虑缺货情况。 w s s h e ，和c m k h o o n g 5 在a d df o re m p t yc o n t a i n e rd i s t r i b u t i o n p l a n n i n g 一文中对海运集装箱空箱渡箱问题进行了研究，其思路与w w w h i t e 和a m b o m b e r a u l t 的研究相似，该模型主要压于网络优化，决策变量主要为是 否租箱或还箱。方法对决策时间间隔的假定是适定的，并且假定在一定时间间隔 内，各港都要面临一次决策。这假定与实际有所违背，且无法考虑缺货情况。 f l o r e z 将动态集装箱分派问题表述为一个确定的网络流问题并且能过通过 标准的网络算法来解决。c r a i n i c ，g e n d r e a u ，d e j a x 6 提出内陆集装箱空箱运输 的确定性和随机性网络模型，之后c r a i n i c 等人提出了多层网络流模型的启发 式算法，解决内陆运输中客户和港站间空箱渡箱的费用优化问题，该模型将内陆 运输网络中的客户分配给各自固定的内陆场站，并允许空箱在各内陆场站之间进 行调配以优化总体内陆运输成本。另一方面，c h e n 在1 9 9 3 年的论文中讲集装箱 空箱和载货集装箱都考虑进去，建立了多箱种动态网络模型。 其他的研究还有：c h e na n dc h e n 7 ，分析了空箱以及重箱的运动规律，并 提出了动态网络模型：l a il a ma n dc h a n ， 8 利用方针来模拟这个问题，并通过 启发式探讨来比较不同渡箱策略下的空箱渡箱：施欣、刘恒江在构建p e t r i 网模 型的基础上分析集装箱空箱渡箱，进行动态仿真。 线性规划在空箱渡箱方面的应用上，有一些学者也做了相当的工作。t e o o r g a b r i e lc r a i n i c ，m i c h e lg e n d r e a u 和p i e r r ed e j a x 6 等人以路上空箱渡箱为 研究对象，认为空箱的供给和需求都是动态的和随机的，对这些随机变量进行确 5 定化处理( 也可确定概率统计) ：( 1 ) 为系统内每一场站划定一块“覆盖区域”，各 “覆盖区域 相交但不重叠：( 2 ) 随机性空箱要求的满足( 即对客户的空箱交付) 采用“尽量延迟交付”的保守策略，即在该客户所要求的交箱期限当日方将空箱 运至其处。通过处理，就可根据每一随机性空箱需求所产生的位置，将其自动指 派给某一场站满足并精确得知其满足时间。建立了两阶段限制资源模型，第一阶 段指出所有的与确定的客户需求相关的场站到场站箱流：第二阶段是一个简单的 集装箱存储模型，它跟踪场站的存箱如何根据供给和需求的随机性而变化。该模 型只适用于单项中，以线性规划为基础。 l a r r yl r a t c l i f f e ，b v i n o d 和f r e d r i c kt s p a r r o w 9 铁路运输系统中客 货车的渡箱进行了最优化研究，他们根据空货车的业务流程建立了线性规划模 型，然后利用s l a m 仿真语言进行了仿真模拟。李维斌，赵健华等人 1 0 以公路 集装箱运输为研究对象，认为公路集装箱运输调度的优化的目标有多个，建立多 目标规划数学模型，其中目标包括：以集装箱数量为指标来衡量完成任务的目标 和以经济指标来衡量的经济效益目标，给这些目标分以优先级别，然后求解该多 目标规划模型，得出结论。 1 2 2 海域集装箱空箱调运研究现状 值得指出的是，虽然内路调箱的研究成果对海运空箱渡箱具有借鉴意义和 启发作用，但由于集装箱海运运输与内陆运输相比有很大差别，故陆域空箱调运 优化模