（交通运输规划与管理专业论文）集装箱班轮公司航线配箱问题研究.pdf

摘要 随着国际集装箱班轮运输事业的发展，班轮航线配箱问题逐步得到班轮运输 经营者以及相关学者的重视。班轮航线配箱的主要目标就是要确保船舶在航线上 的均衡运营，合理的配箱策略不仅可以提高集装箱的利用率，还可以规避经营风 险，提高班轮公司在航线上的竞争能力。 为了系统地阐述集装箱班轮航线配箱配箱问题，本文从箱位分配问题出发， 以船舶箱位分配模型作为研究航线配箱问题的基础，同时以此模型为核心，针对 港口配箱量和船舶配箱量各自的特点，分别提出了港口配箱量和船舶配箱量的确 定方法，并在此基础上进一步提出了航线自备箱和租赁箱的优化配置方法。 本文在第二章对班轮公司航线配箱问题进行了概述，通过对航线配箱问题的 提出，分别介绍了航线配箱的主要内容和目标，同时对航线配箱的相关文献综述 以及现有配箱方法中存在的问题进行了简要的分析；在第三章中通过对选取航线 进行一系列的假定，根据对船舶箱位分配相关因素的分析，结合集装箱船舶在该 航线上运营的相关约束条件，提出了一种基于整数规划的船舶箱位分配模型，并 选取了一条简单航线作为算例，通过对该航线上多个航次的实际数据进行分析， 利用l i n d o 软件对该模型进行了计算以及简要的敏感性分析；在第四章中给出了班 轮航线配箱量的计算方法及步骤，对港口配箱量和船舶配箱量分别进行了研究； 在第五章中结合不同配箱方式适用的条件，对班轮公司航线配箱方式及策略进行 了研究。最后总结了本文得出的结论以及一些不足之处，并提出了下一步应该研 究的方向。 关键词：集装箱；航线；配箱；均衡 a b s t r a c t f o l l o w i n gt h ed e v e l o p m e n to fi n t e r n a t i o n a ll i n e rs h i p p i n gb u s i n e s s ，t h eo p e r a t o r s o fl i n e rs h i p p i n ga n dr e l a t e de x p e r t sa r ep a y i n gm o r ea t t e n t i o ng r a d u a l l yt ot h ep r o b l e m o nc o n t a i n e ra l l o c a t i n gi ns h i p p i n gr o u t e s t h em a i na i mo fc o n t a i n e ra l l o c a t i n gi st o m a k es u r et h a ta l lt h ev e s s e l sa r eo p e r a t e dw e l l r e a s o n a b l es t r a t e g yo fc o n t a i n e r a l l o c a t i n g c a nn o to n l yi m p r o v et h eu s i n gr a t e ，b u ta l s oa v o i do p e r a t i n gr i s k sa n d e n h a n c et h ec o m p e t i n ga b i l i t yo fl i n e rc o m p a n i e s i no r d e rt od i s c u s st h ep r o b l e ms y s t e m i c a l l y , t h ea u t h o rs t a r t sf r o ms l o ta l l o c a t i o n a n dt a k e si ta sab a s i st od or e s e a r c ho nc o n t a i n e ra l l o c a t i n gi ns h i p p i n gr o u t e s ， m e a n t i m e ，t h ea u t h o rp u t sf o r w a r dam e t h o dt ow o r ko u tt h eq u a n t i t yo fc o n t a i n e r a l l o c a t i n gi np o r ta n do nv e s s e la c c o r d i n gt ot h e i rc h a r a c t e r i s t i c sr e s p e c t i v e l y , a n d f u r t h e rt h ea u t h o rf i n d sao p t i m u m w a y t oa l l o c a t es e l f - o w n e da n dl e a s i n gc o n t a i n e r s t h ea u t h o rp r o v i d e sag e n e r a ld e s c r i p t i o no ft h ep r o b l e mo nc o n t a i n e ra l l o c a t i n g i nc h a p t e r2w h i c hi n t r o d u c e dt h em a i nc o n t e n t sa n da i m so fc o n t a i n e ra l l o c a t i n ga n d a l s oa n a l y z e dt h er e l a t e ds t u d i e sa n dt h ee x i s t i n gp r o b l e m si np r e s e n tw a y so fc o n t a i n e r a l l o c a t i n g i nc h a p t e r3t h ea u t h o rs e l e c t sat y p i c a ir o u t ea n dd oas e r i e so fa s s u m p t i o n o ni t ，t h e np u t sf o r w a r das l o ta l l o c a t i o nm o d a lf o rl i n e rv e s s e la c c o r d i n gt ot h e a n a l y z i n go ft h er e l a t e df a c t o r sa n ds u b j e c t e dc o n d i t i o n s ，o nt h eb a s i so ft h em o d e l ，t h e a u t h o rs e l e c t ss o m ea c t u a ld a t aa sa ne x a m r p i ea n du s e sas o f t w a r eo fl i n d ot od ot h e c a l c u l a t i o na n db r i e fs e n s i t i v i t ya n a l y s i s i nc h a p t e r4t h ea u t h o rp r e s e n t st h ec a l c u l a t i n g s t e p sf o r t h eq u a n t i t yo fc o n t a i n e r sa l l o c a t i n ga n dc a r r i e do u tt h er e s e a r c ho nt h e q u a n t i t yo fc o n t a i n e ra l l o c a t i n gi np o r ta n do nv e s s e l h lc h a p t e r5t h ea u t h o rd o e st h e r e s e a r c ho nt h em e a n so fc o n t a i n e ra l l o c a t i n ga n dt h es t r a t e g ya c c o r d i n gt ot h e a p p l i c a b l ec o n d i t i o n s o fd i f f e r e n tm e a n so fc o n t a i n e ra l l o c a t i n g a t l a s tt h ea u t h o r d i s c u s s e st h ef u t u r ea p p l i c a t i o n sa n ds o m eo u t s t a n d i n gi s s u e s k e yw o r d s ：c o n t a i n e r ；r o u t e s ；c o n t a i n e r a l l o c a t i n g ；e q u i l i b r i u m i i 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博士硕士学位论文= = ! i 夔塑翌登竺兰塑堑堕堡垒尘塑! ! ! i 笙垦：。 除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体 已经公丌发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：塾0 移z 。年；月夕同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密口( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名： 呈缩导师签名： 日期：。6 年7 月 第1 章绪论 1 1 选题背景 近二十年来，全球集装箱班轮运输得到了迅猛的发展。集装箱班轮运输业是 一个投入大、风险高的资金密集型行业。为了建立完善的运输网络，班轮公司需 要在其经营的航线上投入一定数量的船舶以及配备大量的集装箱。 由于集装箱船舶造价非常昂贵，一段时间以来，集装箱班轮航线配船问题一 直是班轮公司管理人员以及相关学者的研究重点。相比之下，班轮航线配箱问题 则没有得到研究人员太多的关注。近几年来，随着全球经济增长放缓，班轮公司 的利润空间被逐渐压缩，各大班轮公司在进行经营策略研究时都将成本支出合理 化与增强盈利能力放在同一战略高度上。在班轮公司的运输成本结构中，集装箱 费用一般都占有很大比重，因此各大班轮公司逐步开始重视箱务管理问题。 在校学习期间，本人对集装箱班轮运输很感兴趣，在关注班轮公司箱务管理 的同时也一直在思考班轮航线配箱问题，希望在自己的毕业论文中能对这个问题 进行一些理论上的探讨。 12 课题研究的目的与意义 集装箱班轮航线配箱的数量以及配箱的方式直接关系到集装箱班轮公司的运 输成本和经济效益，班轮公司应根据航线各挂靠港口的货源情况、港口堆存时间 以及内陆周转时间等因素，充分发挥箱务管理部门的作用，合理地确定航线上集 装箱配备的数量适当地选择租箱方式，从而达到自备箱量与租赁箱量的最优配 置。 本课题的研究对于合理制定班轮公司航线配箱的数量及配箱方法、实现集装 箱资源的优化配置以及提高班轮公司在国际集装箱班轮运输市场上的竞争能力都 具有一定的理论与实践意义。 1 3 课题研究的现状 近年来，随着集装箱班轮运输事业的快速发展，大型班轮公司的航线覆盖范 划也越来越大。由于新辟航线的增加。集装箱箱务管理也变得越来越复杂，在这 种背景下，集装箱箱务管理问题逐步成为国内外专家和学者研究的热点问题之一 。在航线配箱方面，国内已经有多位学者对此问题进行了深入的探讨：而国际 上对海运集装箱航线配箱问题的研究并不太多，当然，在其他运输方式中，如列 车旅客运输中机车与车厢的配置问题，航空旅客运输中的座位分配问题等，国外 学者的研究成果也可以对本文中的集装箱船舶箱位分配问题有一定借鉴意义。关 于课题研瓮的细节问题本文将在文献综述中详细说明。 1 4 本文研究的主要内容 本文中所讲的班轮公司应浚是从事国际集装箱运输的大中型航运企业，相对 柬洗，这些公司开辟的航线较多，投入到国际航线上的船舶箱位较大，经营的范 围一般能够覆盖世界上主要的集装箱港口，因此它们所面临的航线配箱问题也会 相对复杂。本文研究的对象是有较长经营历史的一条集装箱班轮航线，研究的内 容主要有两个方面：一方面是试图通过对历史数据及航线运营现状的分析，得出 班轮公司在航线上应该配备集装箱的合理数量，即解决航线配箱数量的问题：另 一方面是在得出航线配箱数量的基础上，试图探讨班轮公司在这条航线上应该如 何配备这些集装箱，即解决航线配箱方式的问题。 何配备这些集装箱，即解决航线配箱方式的问蹶。 第2 章班轮公司航线配箱问题概述 2 1 航线配箱问题的提出 21 1 航线配箱的数量 对于散货船来说，只要有货源并且船舶能够安全到达装货及卸货码头，货物 运输合同就能顺利履行。集装箱班轮运输则明显不同于散货运输，即使航线上各 港有足够的货源，如果没有相应数量的集装箱，货物运输依然无法实现。从这个 意义上来说，航线配箱是对班轮公司在航线上运力供给进行细微调整的一种方式， 因此在航线上配备适当数量的集装箱就显得非常重要。 为了适应不同货物的运输需求，班轮公司需要配备不同类型的集装箱，航线 配箱的总量就是航线上配备的各种不同箱型的集装箱数量之和。集装箱的种类很 多f2 1 ，为了方便说明航线配箱问题，本文假定航线上只存在四种类型的集装箱， 即2 0 尺干货箱、2 0 尺冷藏箱、4 0 尺干货箱以及4 0 尺冷藏箱。 从长远来看，班轮公司在一条航线上配备集装箱的数量并不是一成不变的。 航线配箱的数量随着班轮公司经营策略及市场形势的变化都会发生相应的变动， 这种变动主要是通过对租箱数量以及租期的调控来实现。从短期来看，航线配箱 的数量在一段时间是相对固定的，它主要由航线上各挂靠港配备的箱量和航线上 投入船舶配备的箱量组成。 21 1 1 港口配箱量 港口配箱量是指班轮公司在某个挂靠的港口应该配备的集装箱数量，它在一 段时间内是相对固定的。港口集装箱可用量是指班轮公司某个航次在该港口实际 可以利用的集装箱数量，由于船舶在各港的装箱量和卸箱量通常会不一致，因此 港口集装箱可用量在不同的航次会有所变化。 班轮公司在挂靠港的配箱量主要是根据该港到航线上其他港口的集装箱货运 需求和该港集装箱内陆周转时间来决定的。一般情况下，班轮公司在各挂靠港都 会有自己的分支机构或者代理人，船公司或其代理人接受托运人定舱、确认承运 货物之后，就会签发集装箱发放通知单，连同集装箱设备交接单一并交给托运人， 托运人凭借这些通知单到船公司指定的堆场提取空箱。为了满足托运人的需求， 争取承揽更多的货物，班轮公司必须在各挂靠港配备足够数量不同箱型的集装箱， 以供托运人使用【引。 2 1 1 2 船舶配箱量 船舶配箱量是指班轮公司应该给航线上运营的各条船舶配备的集装箱数量， 船舶配箱量与船舶实际载箱量是两个不同的概念，船舶实际载箱量是指在航次的 正向或者反向运输中实际装上船舶的集装箱数量。由于航线上各港之间的集装箱 货运需求的不平衡，船舶实际载箱量通常在每个航次都会发生变化，而且在一个 航次的f 向运输和反向运输中也会不一样。船舶实际载箱量的变化可以通过船舶 舱位利用率反映出来，各航次船舶实际载箱量是确定船舶配箱量的主要依据。 212 航线配箱的方式 航线配箱的方式主要有两种，即班轮公司自购集装箱和向租箱公司租赁集装 箱，而租赁箱主要可以分成长期租赁箱和灵活租赁箱【4 】。不同的配箱方式除了表 现出成本不同之外，还可以反映出班轮公司管理者的经营策略。 2 1 2 1 自备箱 自备箱是指集装箱班轮公司自己出资购买的集装箱。集装箱班轮公司拥有相应 数量的自各箱是必要的，为集装箱航线的正常运营提供了基本保障，而且在使用 上不受市场集装箱供给波动的影响，使用成本相对较低，同时在自备箱侧面刷上 大幅标志对班轮公司形象也是一个有利的宣传。然而，大量购置自备箱不仅扩大 了投资规模，而且当航线货量下跌时，自备箱会出现严重闲置，这对班轮公司来 说是一个不可忽视的风险。 2 1 2 2 长期租赁箱 长期租箱是指租期超过一年以上的期租箱，它主要有租买式和租还式两种。长 期租箱的日租金费用一般与租期的长短成反比，即租期越长，臼租金越低。但长期 租箱的日租金水平通常还是要高于自备箱的日使用费用。由于长期租箱按日计算租 金，当航线货量减少时，其闲置风险可得以有效降低，甚至在租期未满时采取毁约 退箱，以免扩大长期闲置而产生的风险。由此可见长期租箱在闲置风险上比自备箱 要有一定优势和灵活性。 4 2 1 2 3 短期租赁箱 短期租赁箱是指集装箱班轮公司根据航线货量变化而临时租用以解决箱源供 给不足的短期租箱。它可有时段的租箱，如一个月租期：也可有程租箱，如单航 次或往返航次等方式。短期租箱通常发生在航线货运高峰时段和对特种箱的使用 上，其灵活性可根据航线运行的实际情况而定。由于其租期短，日租金自然较长 期租箱高，但是它的灵活性好，又决定了其闲置风险能得以大大地降低。 2 1 3 航线配箱的目标 2 j 3 1 确保船舶在航线上均衡运营 船舶在挂靠的每一个港口都会进行装卸作业，如果每个航次从船上卸下的集 装箱和装上船舶的集装箱在数量和种类上都是一致的，那么班轮公司在该港控制 的箱量就会保持平衡。当然，这只是一种理想的情况，在实际的运输过程中。由 于货物运输流量和流向的不平衡，船舶在各港的装箱量和卸箱量无论是在数量还 是在种类上都是很难保持致的1 5 1 。如果船公司的箱务管理部门不采取合理的措 施，几个航次过后就可能会出现有的港口集装箱严重积压，有的港口则没有足够 的集装箱供托运人使用【6 】。 本文研究的航线配箱问题就是试图确定一段时间内航线上各港口和船舶应该 配备各种箱型集装箱的数量以及配箱的方式，通过配箱的数量和配箱的方式来指 导班轮公司在航线上的生产和经营，确保船舶在航线上的均衡运营，使班轮公司 控制的箱量随着市场行情的变化而合理波动，即在市场下滑时不会出现集装箱严 重过剩、在市场上扬时不会出现无箱可用的被动局面。 2 1 3 2 提高班轮公司集装箱利用率 在国际集装箱班轮运输过程中，班轮公司提供的产品就是货物在各港间的位 移，这种位移通过集装箱在不同港口之间的流转来实现。我们可以把集装箱的流 转的过程看成是港口集装箱与船舶集装箱进行置换，而在航线的各港之间，港口 集装箱通过船舶运输实现相互置换。集装箱在流转和置换的过程中才能实现经济 效益，航线配箱的一个重要目标就是要提高班轮公司的集装箱利用率，从而减少 集装箱的闲置成本，提高班轮公司的竞争力。 如果按条集装箱船舶配备三套集装箱来计算。仅以一条1 0 0 0 箱位的集装箱 船舶目前造价在2 5 0 0 万美元左右。单个集装箱造价按3 0 0 0 3 5 0 0 美元来计算， 3 0 0 0 个集装箱造价在1 0 0 0 万美元左右，由此可见，集装箱也是班轮公司的一笔很 大的固定资产。通过在航线上配备适当数量的集装箱，不仅可以提高集装箱利用 率，也能提高班轮公司的资产利用率。 2 2 航线配箱相关文献综述 d e l a n e 等人提出了一种提高班轮航线服务效率的船舶分配模型，该模型 假定在一段时间内某条具体航线上集装箱运输需求是已知的，并以成本最优作为 目标函数。作者把复杂的航线船舶分配问题分解成航线选择、船舶计划以及航线 配船三个步骤，通过逐步分析得出结论，然后提出了将该模型应用在实际问题中 的可能性。作者分析问题的方法对本人在论文写作中的思路有一定的启发作用1 7 1 。 j e d a v i e s 通过分析集装箱班轮运输业与其他生产行业的特点，指出班轮运 输的生产和经营缺乏灵活性，运输产品具有不可存储性，班轮公司在进行市场开 发时面临的风险较高。同时指出由于班轮运输必须提供定期的服务，在短期内其 运力供给的弹性较差【b 1 。 c r a i n i c 等人针对内陆集装箱运输系统与国际集装箱班轮运输网络之间的空 箱调运问题提出了一种模型，作者指出，为了得到有效的结果该模型的应用必须 限定在一段时间内。限定模型应用的时间段对本人的论文写作也有一定的借鉴作 用1 9 】。 s c c h o 等人从战略角度对班轮运输进行了研究，提出了班轮航线配船的优 化策略【1 0 】。 b j p o w e l l 等人结合班轮运输的各种具体情况，提出了一种基于整数规划的 航线配船模型【l l 】。 j o v a np o p o v i c 和d u s a nt e o d o r o v i c 针对航空旅客运输中的座位分配问题提 出了一种自适应的需求生成方法。座位分配问题研究的是怎样安排不同票价的座 位数量使航空公司达到提高座位利用率并增加利润的目的。现有的座位分配模型 通常都是利用历史数据来预测未来的旅客运输需求，但是由于受新航班的开辟或 者机票价格的大幅变动的影响，这种预测通常并不太符合实际情况。为了解决这 个问题，两位学者提出了一种自适应的座位分配模型，并且通过一个具体的算例 试图去说明这个问题【1 2 】。 徐剑华认为，如果业界采取适当的措施，空箱率可以减少1 5 ，即下降到 1 2 1 4 ，空箱调运费可减少为4 0 亿美元。可以采取的措施包括：选择合理的港 口路径、船公司之间的联盟与合作、向托运人提供优惠运价，在缺少空箱的地区 购买或租入箱子、通过全球实时信息系统实现自我协调、建立“灰箱”与备用库、当 “二箱东”等等l ”l 。 赵铁军结合班轮公司集装箱管理现状及存在的不足之处，从航线集装箱合理 配备量、租箱调控手段以及备件库存决策几个方面有重点地进行探讨，总结出控 制集装箱管理成本的途径1 1 4 1 。 刘磊在对港口每日用箱量分布规律进行理论分析的基础上，从社会效益和经 济效益两个角度提出了班轮公司合理配箱量的确定方法，并进而利用存储论的原 理提出了班轮公司自备箱量和租箱数量的比例关系嘲。 t a eh o o no u m 等人考虑到航空运输需求的不确定性，提出了航空公司自有飞 机与租赁飞机数量的优化模型，作者通过对2 3 家大型航空公司的历史数据进行的 分析，得出航空公司租赁飞机的数量占其控制的飞机总量的比例在4 0 与6 0 之 叫是比较合理的。作者同时认为，对于飞机租赁公司来说，未来十年飞机租赁市 场还将有更大的增长潜力【1 6 】。 金健结合自身在集装箱码头的工作经验，分析了国际集装箱码头生产作业管 理中存在的一些问题，提出了减少内陆集装箱在港口周转时间的相关建议【1 7 】。 j e a n - f r a n c o i sc o r d e a u 等人针对旅客列车运输中机车与车厢的配置问题提出 了一种数学优化模型。该模型研究的是在给定旅客列车运行时刻表的前提下，如 何合理配置列车机车和车厢，使其在满足一系列约束条件的情况下达到旅客中转 操作量最少的目标。学者们利用加拿大一家铁路运输公司的数据对该模型进行验 证并取得了良好的效果，随后基于该模型而开发出来的一套完整的系统在这家铁 路运输公司得到了应用。 成耀荣介绍了中国集装箱的发展情况，论述了开展集装箱运输的必要性，阐 述了集装箱的定义，详细分析了当前发展中国集装箱使用、管理中存在的问题与 产生问题的原因，并针对经济一体化以及国际多式联运迅速发展这一现实，就集 装箱选择、使用与管理等问题提出了自己的设想与建议【1 9 】。 石文结台箱务管理工作中存在的一些具体问题，针对箱务管理过程中的各个 环节，提出了降低箱务管理成本的相关途径 2 0 l ，【2 1 1 。 周翔认为，要使集装箱的效用达到最大化，就必须加快集装箱的内陆周转速 度，从而缩短其内陆周转时间。通过分析影响集装箱内陆周转时间的相关因素， 该文对集装箱内陆周转时间的分布规律进行了讨论，并结合班轮公司的具体数据 对航线上相关港口的集装箱内陆周转时间进行了统计分析，并得出其概率密度函 数。本人认为这种方法值得尝试，并在计算港口配箱量时借鉴了这种分析方法【2 2 1 。 杨宇晶等人对集装箱班轮公司新辟航线进行了模拟论证，通过分析新辟航线 论证时时必须考虑的各种环节，试图模拟班轮公司新辟航线的决策过程，并利用 相关数据进行了模拟计算【矧，【2 4 1 。 刘恒江在分析国际集装箱班轮运输空箱调运现状的基础上，提出对集装箱空 箱调运进行p e t r i 网模型仿真分析，结合p e t d 网理论和e x s p e c t 仿真软件的各 自特点，利用e x s p e c t 仿真软件来仿真运行集装箱空箱调运的p e t r i 网模型，最 后对防震结果进行分析，得出集装箱空箱调运的较好方案i 矧。 徐宏基介绍了班轮公司获取集装箱的主要途径，同时分析了集装箱管理与国 际集装箱运输成本的内在关系，并在此基础上对班轮公司集装箱租赁策略进行了 深入研究【2 6 1 。 s o o kt y i n gc h o o n g 等人针对集装箱的空箱管理问题提出了一种数学模型，作 者选取一种集装箱作为研究对象，以满足重箱运输需求为约束条件，试图去优化 空箱调运的各项相关成本，在此基础上提出关于空箱管理的整数规划模型。随后 作者以密西西比河上的集装箱驳船运输作为案例进行分析并得出相关结论1 2 - q 。 任勇清着重对集装箱配备总量的确定、自购箱及租箱数量的确定、空箱调运 及集装箱使用效率等问题进行分析，并在此基础上对集装箱管理决策模式与实施 策略进行了深入研究【2 8 1 。 王平在分析空箱分派系统的随机性、动态性、复杂性和时空限制性等主要特 征的基础上，结合我国船公司集装箱空箱分派依靠人为经验管理的现状，找出了 在空箱分派系统中起关键作用的基本要素供给港和需求港、空箱需求和供给、 空箱库存保有量、空箱租赁、空箱分派系统计算期等，确定了空箱分派系统要实 现的主要目标，即船公司收益和托运人满意度。并按照一种箱型和多种箱型的区 分，构造了一系列基于机会约束规划的海上空箱分派模型，在模型中提出了处理 不确定数据的有效方法，并运用m a t l a b 软件对模型进行了计算【2 9 】。 王立坤认为，在近二十年集装箱运力发展迅速。其业务操作流程进一步规范 化，但随着货量和运力的增长，也发展中也会并存着一些问题，比如运力过剩、 运价恶性竞争、空箱调运严重等等。此人根据班轮公司在集装箱管理方面的一些 主要问题，提出了一些提高箱管效率的方法【3 。 施欣结合对集装箱海运空箱调运过程的剖析，建立了相应的系统优化模型， 并通过数字仿真，揭示了成本、收入等经济参数以及船舶装载能力对集装箱空箱 调运策略的影响机制【3 i 】。 周红梅等人认为，为了提高航运公司集装箱的利用率，应尝试对空箱调运问 题进行定量研究。该文通过对航运公司集装箱调运管理流程的分析，结合运输规 划理论和航运经济学理论，借鉴其他学者对铁路空车调度优化模型的研究，建立 了集装箱空箱调运优化模型【3 2 | 。 武振业等人认为，在集装箱班轮运输市场竞争日趋激烈的今天，船公司应有 效组织空箱在各个港口之间的分派以提高集装箱的管理水平和降低集装箱管理成 本。在集装箱空箱分派系统中起决定作用的关键要素是供给港和需求港、空箱的 供给和需求、空箱的库存保有量、空箱租赁和空箱分派系统计划期。经目标评判 得出集装箱空箱分派系统要达到的目标是成本最小化和托运人满意度最大化1 3 3 1 。 曲珍从降低空箱调运量和科学合理调运两个角度出发，借鉴各界的经验教训， 提出了改善集装箱海运空箱调运问题的几点办法。最后，在系统分析集装箱海运 空箱调运系统的基础上，建立了改进后的集装箱海运空箱调运系统优化模型，并 结合企业的集装箱航线实例进行了计算与分析【蚓。 m a n o l o h a t e p a n o n t 等人针对航空运输中的各航班的飞机分配问题提出了一 种整数规划模型，在航空运输中，不同的航班的起飞时间、配备飞机的类型等对 于航空公司的经营收入及成本都有很大的影响，利用美国某主要航空公司的数据 进行计算后，作者认为该模型提出的算法可以优化航空公司的飞机分配问题1 3 5 j 。 s h i n c h a nt 1 n g 和g w o ，h s h i u n gt z e n g 针对船公司箱位分配不合理 的问题提出了一种建立在整数规划理论基础上的集装箱船舶箱位分配模型。该模 型以航次集装箱装载量对航次运费收入贡献最大为目标，通过一系列假定和约束 条件对集装箱船舶箱位分配问题进行了研究。在提出箱位分配模型之后，两位学 者还结合台湾某集装箱班轮公司的具体情况，利用该模型对该公司经营的一条皿 欧航线的船舶箱位分配问题进行分析，并对该航线上船舶箱位分配实践进行了指 导，同时通过对该模型中相关变量进行敏感性分析，得出对航次运费收入贡献影 响最大的变量，为该集装箱班轮公司的经营决策提供了有力的支持。两位作者在 该箱位分配模型中对集装箱箱型以及空箱和重箱都进行了合理的区分，这些都是 值得本人借鉴的地方；同时，本人认为作者在建立该模型的时候只是针对航线菜 一端最后一个挂靠港的情况，其结论只能说明在航线某一端的几个挂靠港的箱位 分配情况，而不能说明船舶在航线上所有挂靠港的箱位分配情况。本文将在该模 型的基础上，结合自身对国际集装箱班轮运输规律的理解，对集装箱船舶在航线 上的箱位分配模型进行进一步的探讨【3 6 】。 李建忠等人认为，航运公司合作调运空集装箱可以提高航运公司的空箱利用 率和经济效益。为了防止船公司间因违约而造成合作破裂，该文对这种合作进行 了博弈分析并给出违约惩罚数额条件，这个条件使得公司间能保持长期的合作i 朔。 h 祥智等人基于收益管理的思想，首先描述了集装箱海运收益管理问题与航 空客运收益管理的差异，接着建立了考虑和不考虑空箱调运的海运集装箱能力分 配随机规划模型，并应用优化方法对模型进行求解，最后通过数值仿真，说明了 模型和求解方法对于班轮运输企业的收益管理问题具有重要的应用价值【”】。 陈超针对集装箱航线箱务管理中合理确定自有箱量和租箱量这一问题，提出 一种舱位利用率法。在航线集装箱总需备量确定的基础上，通过分析最近年度的 历史资料，即年度每个月份航线上船舶舱位利用率的分布情况，确定年度内船舶 最大舱位利用率、最小舱位利用率和平均舱位利用率，并运用航线集装箱需备量 计算的数学模型，调整相应参数，方便、快捷地确定出航线集装箱总需备量中的 自有箱量、长期租箱量和短期租箱量。为航线集装箱需备量构成的分析研究提供 了一种新的理论依据和易于操作的实际方法【。 程赐胜等人指出，内陆集装箱空箱场站是集装箱运输公司的内陆空箱调运网 络的节点，其布局合理与否对集装箱运输公司降低成本、提高服务质量有重大影 响。本文通过对传统的场站选垃方法进行研究，根据内陆空箱站场选址的具体特 征，建立了内陆集装箱空箱站场选址的混合整数规划模型，并对传统的求解该问 l o 题的禁忌搜索算法进行了改进。通过试验表明该改进算法具有较好的全局寻优能 力，为集装箱空箱站场选址优化提供了一种新的思路和方法【删。 r a v c r s a 等人针对南美东岸集装箱干线港口的选择提出了一种混合整数规划 模型，该模型综合考虑了内陆运输费用、港口费用、集装箱装卸费用、干线船舶 费用以及支线船舶费用，以总成本最优为目标，最后得出优化方案，同时，该模 型的研究也可以为那些有潜力成为干线港的港口提出合理的改进措施1 4 “。 2 3 现有配箱方法的研究中存在的主要问题 2 。3 ，1 关于航线的问题 在上述已有的关于集装箱配箱方法的研究中，参考文献【”、【1 4 】、f 1 5 】、 2 6 1 、【2 8 1 都是从某个船公司的总体出发，通过分析船公司在各个港口的箱位分配量和各条 集装箱船舶的箱位数量及箱位利用率，在充分满足港口用箱量和船舶用箱量的情 况下确定船公司的集装箱配备数量。这种配箱方法便于从总体上对船公司配箱数 量进行计算，但是由于这种方法没有对航线进行细分，如果用于船公司在各条航 线上配箱数量的计算则不太适当，特别是对某些航线上市场供求关系发生变化时 反应比较迟钝。 通常大型班轮公司都会开辟多条航线，由于不同的航线有各自独特的运营规 律，因此本人认为在研究集装箱配箱问题时应该区分不同的航线，即以航线为核 心，并结合航线的具体特征对航线上投入的船舶和各个挂靠港口的配箱问题进行 具体分析，这样就能抓住配箱问题的本质，有利于根据市场形势的变化对配箱数 量进行适当的调整。 2 32 关于箱型的问题 随着国际集装箱班轮运输的不断发展，各种不同规格的集装箱投入使用，形 成多标准箱型共存的局面。在现有的相关文献中，人们或者由于年代的局限或者 为了研究的方便，文献n 1 0 1 、【l l l 、【1 4 】、【1 5 l 、 2 6 l 、 3 9 l 的作者都忽略了对集装 箱箱型的分析，这样就容易让其他人产生一种错觉，认为只有一种类型的集装箱。 其实在国际集装箱班轮运输的实际过程中，除了2 0 英尺的标准集装箱之外，还有 多种为了满足货主运输需求的其他规格集装箱。如果在集装箱配箱问题的理论研 究过程中对集装箱箱型不进行区分的话，这种研究很可能就已经与实际情况脱节。 目前，在国际集装箱班轮运输的实际过程中使用较多的四种箱型分别为2 0 英尺千货箱、2 0 英尺冷藏箱、4 0 英尺干货箱、4 0 英尺冷藏箱。国际间贸易的不平 衡不仅表现在贸易额的不平衡上，还表现在货种的不平衡上。货种的不平衡很容 易引起进出1 ：3 箱型的不平衡，从而对班轮公司的箱务管理工作也会带来很大的难 度。有些货种适合用干货箱装载，有些货种必须用冷藏箱运输，有些货种用2 0 英 尺箱装载对货主比较有利。有些货种用4 0 英尺箱装载对货主比较有利。因此，在 研究班轮航线配箱问题时针对不同箱型的集装箱进行分析是国际集装箱班轮运输 实践的要求。 2 33 关于配箱方式的问题 在现有的配箱方式中，自备箱和租赁箱是最主要的形式。文献【1 4 】、【1 5 】的作者 从存储论的角度，通过对租箱调控手段的分析得出自各箱和租箱的数量关系，这 种方法借鉴了一般产品或原材料库存决策的思路，但是航线配箱方式中自备箱和 租箱的数量关系涉及到多方面的因素，因而不适合用存储论的原理去解决；文献 1 2 6 、【冽的作者通过分析一年中各个月份班轮公司的集装箱使用量找出其最小值 和平均值，通过简便的方法就可以得出船公司在该年度的白各箱数量、长期租赁 箱数量以及灵活租赁箱的数量，这种方法只是对历史数据进行分析，虽然便于操 作，但是它缺乏对班轮运输市场的前瞻性分析，因而不便于箱务管理人员根据市 场的变化采取相应的策略；文献【3 9 】的作者提出一种舱位利用率法，并运用航线集 装箱需备量计算的数学模型，调整相应参数，方便、快捷地确定出航线集装箱总 需备量中的自有箱量、长期租箱量和短期租箱量，为航线集装箱需备量构成的分 析研究提供了一种新的理论依据和易于操作的实际方法，本文在对航线配箱方式 的研究中借鉴了这种思路，并结合自己对自各箱和租箱量的理解提出了一种新的 配罱方法。 2 4 本章小结 本章对本文研究的班轮航线配箱问题进行了简要的介绍，对航线配箱的数量、 方式以及目标都进行了描述，同时对航线配箱的枢关文献进行了综述，并指出了 现有航线配箱方法中存在的主要问题，为本文下几章的研究提供了重要的基础a 第3 章。船舶箱位分配模型 3 1 班轮航线及挂靠港描述 3 1 1 航线的选取 规模较大的班轮公司为了保持其在世界市场上的竞争力，一般都会开辟大量 的国际航线。这些航线根据航行区域的大小、挂靠港的数量以及船舶挂港的方式 可以分成很多不同的类型，为了更好地论述航线配箱量问题，本文只能选取一些 比较典型的国际航线并对其进行抽象的描述。 该航线的特征如下： 1 航线两端都是贸易往来相对频繁的地区，如：远东美洲航线、美洲欧 洲航线、远东欧洲航线、中国日本航线； 2 航线两端都拥有几个较大的集装箱港口，如：远东的香港、上海及高雄， 美洲的温哥华、纽约、长滩，欧洲的鹿特丹、安特卫普、汉堡： 3 航线采取环绕方式挂靠各港； 为了方便说明问题，本文将选取的航线按地理位置分成两端，同时把每一端 几个距离较近的港口分别合并在一个港口集合中。该航线两端挂靠的港口集合分 别用一和口表示，其中集合4 - 仙2 ，f ，m ，集合b 一伽+ l m + 2 ，m + ，l ， i 与j 分别为两个挂靠港的编号，即在该航线上，船舶在一端挂靠m 个港口，在另 一端挂靠h 个港口。 3 1 2 航线的假定 航线上的集装箱船舶都有相对固定的船期表，船舶按照各自的船期进行营运， 因此有必要针对本文所选取的班轮航线进行如下一些假定： 1 ，浚航线为环绕航线，航线可看成是一条闭合曲线： 2 船舶在港口集合之间挂靠顺序为a 一曰一a ； 3 船舶在港口集合内部按港口编号依次挂靠，即在港口集合a 中挂港顺序为 1 2 一一f 一一珊；在港口集合b中挂港顺序为 m + 1 m + 2 - _ ，_ 。m + ，l 4 不考虑港口集合内部各港之间的箱运量： 5 若同一班轮公司在某些港口有多条航线挂靠，不考虑各航线之间的集装箱 调剂问题。 3 2 船舶箱位分配的理论依据 3 2 1 国际集装箱班轮运输市场的特点 从市场结构上来看，国际集装箱班轮运输市场是垄断竞争市场，它是介于垄 断和完全竞争这两种极端的市场之间的市场结构。在这个市场上，通常存在着一 些竞争者，但这些竞争者还没有多到可以把每个竞争者对市场的影响都看得很小 的程度。根据典型的垄断竞争市场的特征，我们可以总结出国际集装箱班轮运输 市场的如下特点1 4 2 】： 1 市场上存在一定数量的班轮公司，他们提供差别不大的国际集装箱运输服 务，单个班轮公司在市场上占有相对较大的份额，因而对市场价格具有明显的影 响力。 2 班轮公司之间的行为相互依存。根据第一个特点，每个班轮公司的供给行 为影响到整个市场的价格，从而影响到其他班轮公司的利润。这样，任一个班轮 公司的行为都会引起竞争对手采取相应的措施。因此，在这一市场上，各班轮公 司之间的决策行动相互影响。具有依存关系。 3 市场上运价相对稳定。班轮公司的决策者都知道，由于各公司行为之间的 相互影响，通过削减价格的策略来夺取市场很可能会遭到对手的报复，这样也会 给自己造成很大的危害，因而在这种市场上运价相对稳定。这就决定了在国际集 装箱班轮运输市场上除了价格竞争以外，更常见的是非价格竞争，如改进产品质 量和促销活动等方面的竞争。 4 市场上存在进入障碍。在国际集装箱班轮运输市场上，尽管也存在着激烈 的竞争，但各班轮公司仍能获得一定的超额利润，为了维持这些既得利益，班轮 公司会利用规模、资金、信誉、市场等方面得优势，对其他打算进入国际集装箱 班轮运输市场的公司设置进入障碍。 正是由于国际集装箱班轮运输市场的上述特点，各大班轮公司在自己经营的 航线上都能获得较为稳定的货源，这为本文中船舶箱位分配模型的建立提供了重 要的理论依据。 1 4 32 2 供求平衡理论 国际集装箱班轮运输经过几十年的发展，集装箱船舶已经实现标准化，集装 箱港口已经实现专业化，国际集装箱运输管理及相关辅助业务也逐步实现规范化， 这些都是国际集装箱班轮运输市场逐步走向成熟的标志。 按照西方经济学的供求理论，在一个成熟的市场上需求和供给应该保持相对 均衡。在集装箱班轮运输市场上，运输供给与运输需求同样是密不可分的。集装 箱班轮运输市场的供给与需求情况是通过各条航线上的运输供给与需求具体反映 出来，如果各条航线的运输供给和运输需求能够达到相对均衡，那么我们就可以 认为该市场的运输供给与需求是相对均衡的。因此，保持各航线的运输供给与运 输需求之间的相对均衡是班轮公司管理者最为关注的问题。 在本文选取的这条具体的航线上，班轮公司开辟这条航线并在这条航线上投 入船舶和集装箱开展运输服务，他就是运输的供给者，相当于一个产品生产者， 只不过他提供的是一种无形的产品，即各港间货物的位移。航线上各港间的运输 需求从本质上讲就是对货物位移的需求，只不过这种需求是一种派生需求，它由 各港间的国际贸易派生出来1 4 3 】。 班轮公司在各挂靠港的运力供给是通过船舶在各挂靠港的箱位分配来实现 的。本文中的箱位分配模型就是以各港间的集装箱货运需求为主要约束条件，通 过船舶在各挂靠港的箱位分配来促成航线上运输供给与运输需求的相对均衡。 3 3 箱位分配的相关因素分析 3 3 1 航线各港间的货运需求 3 3 1 1 影响货运需求的因素 1 _ 腹地经济开放程度 国际集装箱班轮挂靠的港口一般都具有广阔的经济腹地，腹地经济的开放程 度及发展水平在很大程度上决定了该港口的集装箱货运需求。随着中国经济的稳 定增长以及投资环境的逐步改善，许多内陆城市也加快了吸引外资的步伐，港口 腹地的经济外向度明显增强，国际集装箱货运需求也会相应增加。 2 腹地产业结构 腹地内的产业结构以及产品结构的特点决定了适箱货物的数量和种类。产 业结构调整引致货源结构由大宗液、散物资向适箱货物的转变已是不争的事实， 近年各种运输方式适箱货物的变动方向已经佐证了这一货源变动趋势。今后随着 产业结构调整力度的不断加大，适箱货物增长速度还将继续加快。 3 运输价格 在市场经济体制下，价格作为调节经济活动的杠杆对货运需求的影响是显而 易见的。 4 季节因素 有些适箱货种如蔬菜、水果等受淡旺季、节假日等因素影响很大，因而也会 引起国际集装箱货运需求的波动。 5 其他因素 如战争、恶劣气候等不可抗的因素对货运需求造成的影响。 3 3 1 2 货运需求的弹性分析 航线上各港间的货运需求是一种派生性需求，在很大程度上依赖于航线上各 挂靠港腹地内企业的生产经营及对外贸易状况，因此货运需求的变动与这些状况 密切相关。在影响货运需求的各种因素中，运输价格是非常重要的因素，对货运 需求的价格弹性进行分析是班轮公司制定运价策略的重要步骤。可以通过对航线 上各港间的一段时期内运输价格与箱运量的历史数据进行相关分析，并在此分析 的基础上对货运需求