（管理科学与工程专业论文）海运与多式联运下的集装箱空箱调运优化研究.pdf

海海事人学坝1 。学位论文海运与多式联运下的集装箱空箱调运优化研究 摘要 集装箱运输代表了海上先进生产力的发展方向，必然会成为国际贸易的最主要运 输手段。而当前，空箱调运的高成本已经成为集装箱运输中面临的一个严峻问题，集 装箱的空箱所占总运输量的比例一直都在2 0 左右，而且其绝对数量每年都在上升。 由于空箱调运管理水平的差异，不同船公司的空箱单箱调运成本可以相差数倍或更 多。在集装箱运输航线货源不平衡的情况下，空箱调运在所难免。但是，通过加强箱 务管理，减少空箱调运量是完全可以实现的。因此合理而高效地进行集装箱空箱调运 对于减少空箱调运数量、降低空箱调运成本、缩短运输时间至关重要。 本文主要对海运和多式联运下的集装箱空箱调运问题进行研究，针对某条航线经 营人，通过对集装箱空箱调运系统的分析和调运优化模型的研究，探寻有利于集装箱 空箱合理调运的策略和定量方法，为航运企业集装箱空箱调运提供决策依据。 首先，论文描述了集装箱实际调运管理流程，分析了调运系统的要素，以及空箱 调运管理流程中各关联因素的相互作用，为空箱调运优化模型的建立积累必要的资 料。 然后，分别建立了海运集装箱空箱调运的静态整数规划模型和动态整数规划模 型。模型较全面地考虑了影响空箱调运费用的主要因素，如租箱成本，自有箱的持有 成本，装卸费用，调运方向约束，各节点间的可达性以及最大空箱调运能力的限制等， 并通过算例验证了模型的有效性。模型更真实地反映了实际情况，给出了海运集装箱 空箱调运的优化方案，分析了各项因素对空箱调运决策和租箱决策的影响。 再后，建立了内陆多式联运下的集装箱空箱调运动态整数规划模型。该模型综合 考虑了公路、铁路、船运这三种空箱运输的模式，在考虑各节点间可达性和水运空箱 调运能力约束的条件下，建立了空箱需求必须被满足和可以有部分不满足两种情况下 的空箱调运模型。并通过算例验证了模型的正确性和有效性，分析了各项因素对空箱 调运决策和租箱决策的影响，给出了基于多式联运的集装箱空箱调运优化方案。 最后，通过分析空箱物流流程、各相关公司联合调运空箱和信息系统建设现状 指出把物流理论和集装箱空箱运输实践相结合、各相关公司联合调运空箱、发展高效 - 卜海海事夫学硪士学位论文 海运与多式联运下的集装箱宅箱调运优化研究 箱管信息系统以及进行相关体制改革将是未来优化空箱调运的方向。 本文的主要创新之处是： 1 、研究了更加符合实际系统的空箱调运的定量模型。 2 、充分考虑空箱调运系统的动态特征，提出海运空箱调运的动态模型。 3 、将水运和陆运空箱调运进行整体优化，提出内陆多式联运下的空箱调运模型。 本文从系统观念出发，采用优化技术对集装箱空箱调运进行了详细研究，其研究 成果给航运企业提供了有益的理论指导和方法支持。 关键词：空箱调运，整数规划，多式联运 i i 上海海事人学硕j _ 学位论文 海运与多式联运下的集装箱空箱调运优化研究 a b s t r a c t t h ec o n t a i n e ri 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 ，a n di t c e r t a i n l yw i l lb et h em a i nt r a n s p o r t a t i o nm o d ei nw o r l dt r a d e h o w e v e r , w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n to fc o n t a i n e rt r a n s p o r t ，c o s t so fm o v i n ga n dd i s t r i b u t i n ge m p t y c o n t a i n e r sa r eb e c o m i n gm o r ea n dm o r ec o n s i d e r a b l e e m p t yc o n t a i n e rt u r n o v e r s m a k eu pa b o u t2 0 o ft h ea l lc o n t a i n e rt u r n o v e r sa n ds t i l lk e e pr i s i n ge v e r yy e a l b e c a u s eo ft h ed i f f e r e n c eo fa b i l i t i e st om a n a g ee m p t yc o n t a i n e r , t h em o v i n ga n d d i s t r i b u t i n gc o s t so fe m p t yc o n t a i n e r so fd i f f e r e n ts h i p p i n gc o m p a n yc a nb eq u i t e d i f f e r e n t w h e ne x p o r ta n di m p o r tc a r g o e sa r en o tb a l a n c e d e m p t yc o n t a i n e r m o v e m e n tw i l li n e v i t a b l yo c c u r b u ti ti sp o s s i b l et om o v el e s se m p t yc o n t a i n e r sb y s t r e n g t h e n i n ge m p t yc o n t a i n e rm a n a g e m e n t a n di ti sc r i t i c a lc op e r f o r mr a t i o n a l a n de f f i c i e n te m p t yc o n t a i n e rm o v e m e n ta n dd i s t r i b u t i o nt od e c r e a s et h en u m b e r s ， r e d u c et h ec o s t s a n ds h o n e nt h et r a n s p o r t a t i o nt i m e t h et h e s i sf o c u s e so nt h em o v e m e n ta n dd i s t r i b u t i o no fe m p t yc o n t a i n e ri ns e a t r a n s p o r ta n di n t e r m o d a lt r a n s p o r t 。b ya n a l y z i n gt h es y s t e mo fc o n t a i n e rt r a n s p o r t a n ds t u d y i n gt h eo p t i m i z a t i o nm o d e lo fc o n t a i n e rm o v e m e n t t h et h e s i si st of i n da r a t i o n a la n ds c i e n t i f i cs t r a t e g ya n dq u a n t i t a t i v ed e c i s i o nm e t h o df o rt h es h i p p i n g c o m p a n yi ne m p t yc o n t a i n e rd i s p o s i t i o n t h et h e s i ss t a r t sw i t had e e pi n v e s t i g a t i o no nt h ec o n t a i n e rm o v i n gp r o c e s s a n dt h e na n a l y z e st h ee l e m e n t so 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 ns y s t e mt o a c c u m u l a t et h en e c e s s a r ym a t e r i a l sf o rt h ee s t a b l i s h m e n to fo p t i m i z a t i o nm o d e l s s e c o n d l y , t h ee m p t yc o n t a i n e ra l l o c a t i o nm o d e l so fs e at r a n s p o r t a t i o nb a s e d o ns t a t i ca n dd y n a m i ci n t e g e rp r o g r a m m i n ga r ep r e s e n t e d ，r e s p e c t i v e l y m o s t f a c t o r s ，s u c ha sh o l d i n gc o s t 。r e n tc o s t 1 0 a d i n gc o s t 。u n l o a d i n gc o s t s h i p p i n g d i r e c t i o n ，s h i p p i n gc a p a c i t ya n dr e a c h a b i l i t y a r ec o n s i d e r e d t h em o d e l sa r e f o l l o w e db yt w on u m e r i c a le x a m p l e s 。w h i c hs h o wt h a tt h em o d e l sa r ep r a c t i c a la n d e f f i c i e n t t h e n ，as e r i e so fa n a l y s i sb a s e do nt h en u m e r i c a le x a m p l e sa r em a d et o i i i 卜海海事大学硕十学位论文 海运与多式联运下的集装箱字箱调运优化研究 s h o wh o ws o m ef a c t o r si n f l u e n c et h ed e c i s i o n - m a k i n g t h i r d l y , t h ee m p t yc o n t a i n e ra l l o c a t i o nm o d e l so fi n t e r m o d a lt r a n s p o r t a t i o n b a s e do nd y n a m i ci n t e g e rp r o g r a m m i n ga r ep r e s e n t e d ，i nw h i c ht r a n s p o r t a t i o n m o d e so ft r u c k r a i l w a ya n ds h i pa r ec o n s i d e r e d u n d e rt h er e a c h a b i h t ya n d c a p a c i t yc o n s t r i c t i o n s ，t h et w oc o n d i t i o n so fd e m a n dm e ta n du n m e t a r ed i s c u s s e d r e s p e c t i v e l y a l s oi ti sf o l l o w e db yn u m e r i c a le x a m p l e ，w h i c hs h o w st h em o d e li s c o r r e c ta n de f f i c i e n t f i n a l l y , b ya n a l y z i n gt h ee m p t yc o n t a i n e rl o g i s t i c s ，t h es i t u t a t i o no fc o o p e r a t i o n i n e m p t y c o n t a i n e rd i s t r i b u t i o na n di n f o r m a t i o n s y s t e mc o n s t r u c t i o n ，s o m e s u g g e s t i o n sa r ep u tf o r w a r d ：( 1 ) t oi n t e g r a t e t h el o g i s t i c st h e o r ya n de m p t y c o n t a i n e ra l l o c a t i o np r a c t i c e ，( 2 ) t oc o o p e r a t et od i s t r i b u t ee m p t yc o n t a i n e r s ，( 3 ) t o d e v e l o pe f f i c i e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mo fc o n t a i n e rm a n a g e m e n t ，( 4 ) t oc a r r yt h r o u g h i n t e r r e l a t e ds y s t e mr e f o r m s ，w h i c ha r ed i r e c t i o n so fo p t i m i z i n gt h ee m p t yc o n t a i n e r a l l o c a t i o ni nt h ef u t u r e h e r ea r et h ei n n o v a t i o n so ft h et h e s i s ： 1 t op r e s e n tm o r ep r a c t i c a la n dr e a s o n a b l em o d e l sf o re m p t yc o n t a i n e r a l l o c a t i o n 2 t ob r i n gak i n do fm o r er a t i o n a ld y n a m i cq u a n t i t a t i v em o d e lf o re m p t y c o n t a i n e rt r a n s f e ri ns e a 3 t ob r i n gaq u a n t i t a t i v em o d e lf o re m p t yc o n t a i n e ra l l o c a t i o ni ni n t e r m o d a l t r a n s p o r t ，i nw h i c hm o r et h a no n et r a n s p o r tm o d e sa r ec o n s i d e r e d t h et h e s i sa p p l i e st h ei n t e g r a t e ds y s t e ma n do p t i m i z a t i o ns k i l lt os t u d yt h e e m p t yc o n t a i n e rm o v i n ga n dd i s t r i b u t i o np r o b l e m s o m ev a l u a b l es u g g e s t i o n sa r e p u tf o r w a r df o rf u r t h e rr e s e a r c ha sw e l la st h es h i p p i n gc o m p a n i e s k e yw o r d s ：e m p t yc o n t a i n e ra l l o c a t i o n i n t e g e rp r o g r a m m i n g ，i n t e r m o d a l t r a n s p o r t a t i o n d i n gf e i ( l o g i s t i c s & s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n o i v 上海海事大学硕士学位论文海运与多式联运下的集装箱空箱调运优化研究 表目录 表1 1 全球集装箱运量表( 单位：百万 r e u ) 2 表2 11 9 8 0 2 0 0 0 年全球集装箱运输量构成分析表1 2 表3 lt p 值表2 7 表3 - 2 港口i 的供应量( 单位：t e u ) 。2 8 表3 3 港口j 的需求量( 单位：t e u ) 2 8 表3 - 4 港口间的运输费( 单位：$ ，r e u ) 2 8 表3 5r 。值表2 8 表3 - 6 港口间的空箱运输能力( 单位：t e u ) 。2 8 表3 7 租箱费率( 单位：$ ，r e u ) 。2 9 表3 8 空箱调运、租箱情况表( 1 ) ( 单位：t e u ) 2 9 表3 - 9 港口的运输能力变动2 9 表3 1 0 空箱调运租箱情况表( 2 ) ( 单位：t e u ) 3 0 表3 1 l 运行结果变化表。3 1 表3 1 2r 2 = 2 1 0 时的调运租箱情况3 l 表4 一l 港口i 的供应量( 单位：t e u ) 。3 8 表4 2 港口i 的需求量( 单位：t e u ) 。3 8 表4 3 港口i 斗，的运输费率( 单位：$ 肥u ) 3 9 表4 - 4 基本参数表3 9 表4 5 最大空箱运输能力表( 单位：t e u ) 3 9 表4 6 装箱量( 单位：t e u ) 4 0 表4 7 卸箱量( 单位：t e u ) 4 0 表4 。8 租箱量( 单位：t e u ) 4 1 表4 9 期末剩余空箱量( 单位：t e u ) 4 1 表4 1 0 详细调箱方案( 单位：t e u ) 4 1 表4 1 1p 3 的调箱量、租箱量和持有箱量表( 单位：t e u ) 。4 2 表4 1 2u 量2 = 1 3 8 时的调箱情况及相关成本。4 3 表4 - 13 运力变化表。4 4 表4 1 4 运力变化后p 3 的租箱量、调箱量和持有量表4 4 表4 一1 5 成本构成表4 4 表4 1 6 租箱成本变化表4 5 表4 1 7 租箱成本变化时的成本构成变化4 5 表4 1 8 持有成本变化表4 6 表4 1 9 变化持有成本后的成本构成变化4 6 表5 - 1f 一_ ，的公路运输费用( 单位：$ t e u ) 5 5 表5 - 2i _ _ ，的铁路运输费用( 单位：$ t e u ) 5 6 表5 - 3i 寸- ，的水路运输费用( 单位：$ t e u ) 5 6 v i l l 上海海事大学歌j 学位论史海运与多式联运下的集装箱窀箱调运优化研究 表5 - 4 空箱供应量( 单位：x e t 0 5 6 表5 5 空箱需求量( 单位：t e u ) 5 6 表5 - 6 堆栈基本数据5 7 表5 7i _ j 的航线运输能力限制( 单位：t e u ) 。5 7 表5 - 8i 专_ ，的公路运输时间( 单位：天) 5 8 表5 - 9i 寸， 的铁路运输时间( 单位：天) 5 8 表5 一1 0f 斗的水路运输时间( 单位：天) 5 8 表5 1 1 空箱调运方案( 单位：t e u ) 5 9 表5 1 2 租箱方案( 单位：t e u ) 6 1 表5 1 3 各场站空箱持有量( 单位：t e u ) 。6 l 表5 1 4t = l 时各需求点的空箱调入表( 单位：t e u ) 6 2 表5 1 5t = l 时各需求点可调入方式成本表( 单位：$ 删) 。6 3 表5 1 6 各堆栈在不同时期的租箱计划( 单位：t e u ) 6 4 表5 1 7 各堆栈在不同时期的剩余箱量( 单位：t e u ) 6 4 表5 1 8 各计划期内三种调运方式的调运量6 5 表5 1 9p 3 的租箱成本变动表。6 6 表5 2 0r 3 = 1 0 时的租箱结果6 6 表5 - 2 lr 3 = 1 4 5 时的租箱结果6 6 表5 2 2r 3 = 2 7 时的租箱结果6 6 表5 2 3r 3 = 3 4 时的租箱结果。6 6 表5 2 4 第一天中p 3 到d 4 的最大水运能力6 7 表5 2 5p 3 到d 4 的调运量及总成本6 7 表5 2 6p 2 的持有成本变化表6 7 表5 2 7p 2 的空箱持有量。6 8 表6 1 空箱利用率变化影响7 3 i x 海海事大学坝士学位论文 海运与多式联运下的集装箱守箱调运优化研究 图目录 图1 - 1 论文结构和内容9 图2 一l 集装箱管理成本构成1 4 图2 2 集装箱流转过程图1 5 图2 - 3 班轮公司空箱调度管理流程1 6 图3 一l 航线图1 2 7 图3 2 运输能力变动影响结果图3 0 图4 - 1 集装箱航线挂靠形式3 4 图4 2 航线挂靠图2 3 8 图4 - 3 调运结果图4 2 图4 - 4 成本构成饼图4 5 图4 5 租箱成本变化时成本构成散点图4 6 图4 - 6 持有成本变化时的成本构成散点图4 7 图5 1 网络结构图5 5 图5 2 多式联运图6 0 图5 3 租箱量6 l 图5 4 空箱持有量6 2 图5 - 5 各种调运方式调运量折线图6 5 图6 1 空箱利用模式7 3 图6 2 租箱退箱步骤7 5 x 海海事人学坝j 学位论文海运与多式联运下的集装箱卒箱调运优化研究 1 1 论文的背景和目的 第1 章绪论 被称为2 0 世纪运输领域一场“革命”的集装箱运输由于克服了传统运输方式的 弊端，极大地提高了运输效率和运输质量，因此它在半个世纪内热遍全球，使得海运 货物集装箱化成为新世纪世界海运的发展趋势。我国的集装箱运输尽管起步较晚，但 近几年来一直保持着年均增长两位数的强劲势头，港口运输货物集装箱化率达6 5 ， 接近世界水平；上海、深圳、香港、青岛等港口的地位不断提高，香港港连续几年名 列世界1 0 强之首。我国的集装箱船队已经进入世界四强之列，集装箱运输无疑成为 我国海运新的经济增长点 上世纪9 0 年代中期以来，随着新一轮的运力扩张，航运市场供过于求，竞争日 趋激烈。各公司在主营业务收入大幅下降的情况下，纷纷将目标集中到成本管理上。 在班轮公司的各项营运成本中，集装箱管理成本已经成为仅次于港口使费的第二大成 本，占到整个营运成本的五分之一左右，而空箱调运费和集装箱租赁费这两项与集装 箱空箱调运密切相关的费用又占集装箱管理成本的5 5 。因此，有效地组织空箱的 流动，提高集装箱空箱的调运效率对船公司至关重要。 1 1 1 论文的背景 1 、集装箱运输的迅猛发展 自从集装箱运输方式逐步替代传统的散杂货运输方式以来，全世界国际集装箱的 总量不断扩大，目前大约为1 6 0 0 万t e u 。从国际环境看，经济全球化已经成为世界 经贸发展趋势，根据世界贸易和海运量发展关系分析，世界集装箱运输量将呈现出方 兴未艾的增长趋势。据英国海洋咨询公司预计，世界港口集装箱吞吐量在2 0 0 0 - - - 2 0 0 5 年之间，平均将以7 9 红9 的速度递增：而在2 0 0 5 , - - 2 0 1 0 年之间，平均年增长率将达 5 r 7 ，即到2 0 1 0 年世界港1 ：3 集装箱吞吐量可望达到3 9 1 亿 4 6 5 亿t e u 之间。 2 、当前空箱调运的高成本 随着集装箱运输业的迅猛发展，有关集装箱运输的研究已引起了包括理论界和实 l 。海海事大学硕十学位论文海运与多式联运下的集装箱空箱调运优化研究 际工作部门在内的各方面有识之士的重视。目前，在集装箱的箱务管理方面存在着一 些尚未解决的问题，空箱调运便是长期以来困扰航运公司的难题之一。 集装箱空箱调运，其根本原因在于货运需求与运力供给之间的不平衡，而集装 箱供需的不平衡本质上是由于贸易的不平衡所造成的。随着全球经济一体化，全球分 工越柬越细，进出口贸易也越来越频繁。而各国和各地区间贸易的不平衡，汇率的涨 落、贸易方式的改变以及大多数班轮公司喜欢揽取本国市场托运人和收运人控制的货 物等因素的影响，造成航线上国家或地区的货物流量、流向的不平衡，从而导致各航 线上港口间的进出箱量、箱型不平衡，出现部分地区空集装箱积压而部分地区短缺、 或同一地区某些时间积压而某些时间短缺的现象，这样就形成了空箱调运的需求。 当前，空箱调运的高成本已经成为集装箱运输中面临的一个严峻问题。由表1 1 可知，集装箱的空箱所占总运输量的比例一直都在2 0 左右，而且其绝对数量每年都 在上升，集装箱空箱的周转次数和周转量也在增加。低效的空箱调运管理不但浪费大 量的空箱资源，同时也使得相关成本急剧上升，根据德里航运咨询公司的估计，1 9 9 7 年直接和j b j 接的调箱费用达到1 0 5 亿美元。因此空箱调运的效率对集装箱运输经济效 益具有深远的影响。 表1 1 全球集装箱运量表 ( 单位百万t i = u ) 年份重箱空箱总计空箱比例 1 9 9 06 61 78 32 0 5 1 9 9 28 02 01 0 02 0 o 1 9 9 4 1 0 0 2 4 1 2 41 9 4 1 9 9 61 1 92 81 4 71 9 0 1 9 9 81 3 43 31 6 71 9 8 1 9 9 91 5 7 3 9 1 9 61 9 9 2 0 0 01 6 84 32 1 12 0 4 1 1 2 论文的目的 集装箱空箱调运是一个相当复杂的问题，不仅需要考虑空箱需求量和可提供量， 还需考虑空箱在全球的分布、未来一个时期空箱的变化状况、空箱在堆场的堆存费用 和港口的装卸费用( 在不同堆场和港口这些费用是不同的) 、航线、重箱的运输计划、 陆运和海运的衔接等多种因素，而且这些因素往往具有随机和动态的特征同时，伴 随着集装箱运输的发展以及多式联运、f j n f 运输的普及，集装箱运输已经形成了海 2 海海事大学硕十学位论文 海运与多式联运下的集装箱字箱调运优化研究 运、陆运( 铁路、公路) 和空运的紧密衔接相互配合的运输系统，且在实际运作过程中， 为保证集装箱用户的贸易能顺利进行，需求方对集装箱空箱的供应要求在规定时间内 完成，因此集装箱空箱调运优化问题就更加复杂和困难。由此可见，集装箱空箱调运 系统是一个动态、随机的复杂系统，对于集装箱空箱调运优化的研究，目前尚有许多 问题有待于探索和深入研究。 论文的主要目的如下： 1 、研究更加切合实际系统的海运空箱静态调运优化方法 目前对于空箱调运的静态优化研究虽然很多，但很少是针对海运空箱的，并且对 实际情况进行了较多的简化。而静态模型可以对实际工作者制定一段时间时期的总体 计划提供一定的指导意义，故本文拟提出一个能较好地反映真实系统特征的空箱调运 优化方法，并举出算例来验证模型的可行性。 2 、研究更加切合实际系统的海运空箱动态调运优化方法 目前对海运空箱调运的动态优化研究大多对实际情况进行了简化，并且由于问题 的规模性和复杂性，缺乏有效的求解方法。本文试图对空箱管理中的动态调配问题的 处理提供新的思路，提出一个既能较好地反映真实调运系统动态的特征、又求解可行 的空箱调运优化方法，并举出算例来验证模型的可行性。 3 、研究基于多式联运的内陆空箱调运动态优化方法 集装箱多式联运代表了今后运输业的发展方向，运输公司企业对多式联运方式的 选择越束越多，无论是小公司还是大公司，既是为了经济效益，也是为了运输量。而 目前对多式联运下空箱调运的研究甚少，特别是在定量研究方面。故本文试图对多式 联运下的空箱调运模型进行探索，找出一个切实有效的调运方法，以提高整个空箱系 统的调运效率。 4 、探讨将模型应用于实践的方法和原则 目前船公司大多依靠经验制定调箱计划，本文拟充分按照实际系统设计模型，针 对船公司空箱分配和调运管理中存在的具体问题提出切实可行的解决方案，帮助管理 者进行调箱决策。 1 2 集装箱空箱调运优化研究概述 空箱调运问题是集装箱箱务管理决策中最受关注的问题之一，多年来国内外有不 卜海海事大学硕 学位论文 海运与多式联运下的集装箱守箱调运优化研究 少专家学者对此项工作进行了广泛的研究。下面本文分别从陆上空箱调运、海上空箱 调运和多式联运下的空箱调运三个方面对已有的空箱调运研究成果进行综述。 1 2 1 陆运空箱调运研究现状 自w h i t e i l l 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，国外 陆续出现了很多针对内陆空箱调运的研究。1 9 6 9 年w w w h i t e 和a m b o m b e r a u l t 1 1 最先对铁路运输系统的集装箱调运进行了研究。他们构造了一个运输需求与供应所确 定的空箱调运的空间一时间模型，并给出了诱导式网络流算法。在此基础上，1 9 7 2 年w w w h i t e 2 】进一步阐述了空箱分配问题的各个方面，假设空箱的需求和计划期为 己知量，建立了一个带时间窗的动态调运网络，并用不按次序演算法( o u t - o f - k i l t e r ) 进行求解。1 9 7 0 年，r b p o t t s l 3 钳对澳大利亚的空箱调运问题提出了一个线性的网络 流模型，同样用不按次序演算法( o u t - o f - k i l t e r ) 进行求解。1 9 8 6 年h f l o r e z l 4 1 用一个 确定性的网络流模型来阐述了d c a 问题( d y n a m i cc o n t a i n e ra l l o e m i o np r o b l e m ) ，并 用一般的网络流算法来求解。1 9 9 3 年，t g c r a i n i e ，m g e n d r e a u 和p d e j a x t s l 对内陆 集装箱空箱运输提出了确定性模型和随机性模型。同年，t g c r a i n i e 等人1 6 1 把上述模 型改进成一个多货种的网络流模型，并用t a b u 搜索法来求解，解决了在陆上运输网 络中为顾客分配站点的问题。1 9 9 3 年c c h e na n ds c h e n ”综合考虑了重箱和空箱的 调运，在此基础上提出了多货种的动态网络模型。1 9 9 5 年，c c h e n 和d k m a 例又 进一步拓展了这个模型，加入了随机因素。1 9 9 5 年，k kl a i k l a m 和w k c h a n l 9 】 运用仿真模型来描述了d c a 问题，并用启发式搜索法来评估不同的空箱调运政策。 1 9 9 8 年k a jh o m b e r g ，m a n t i nj o b o m 和a nt l u n d g r e n l l 0 1 采用多货种网络流模型对 铁路集装箱空箱进行了研究。1 9 9 9 年，j a b m c h e 1 对空箱确定性分配问题建立了动 态模型，采用一种新的分解算法，解决了同时满足短期空箱计划和未来空箱调配的需 要。 我国的一些学者也对内陆空箱调运问题进行了研究。2 0 0 0 年，汪传旭、刘大熔、 贺斌1 1 2 1 【1 3 】等构建了基于机会约束规划和库存论的单箱种陆上空箱调运模型。并采用 s t o r m 软件求解。在求解过程中，通过一些假设和处理将随机变量转化为确定型变 量。2 0 0 2 年，施欣 1 4 1 将空箱调运策略与租箱策略相结合，建立了内陆集装箱运输优 4 上海海事大学硕士学位论文海运与多式联运下的集装箱窄箱调运优化研究 化决策模型，并采用数字仿真技术进行求解。同年，刘恒江，施欣【1 针对集装箱空 箱调运系统是动态的离散事件系统和p e t r i 网可以方便地分析离散事件系统的特性， 建立了p e t f i 网模型，采用e x s p e c t 软件对集装箱空箱调运进行模拟仿真。2 0 0 3 年， 张得志、谢如鹤、黄孝章6 】建立了基于顾客偏好的铁路空箱运输的模糊规划模型和带 时日】窗的规划模型，并运用遗传算法求解。 由此可见，内陆集装箱空箱调运优化的方法已经比较完善，并且日趋重视随机性、 动态性和系统性等方面的研究。 1 2 2 海运空箱调运研究现状 由于海运集装箱流转过程与内陆运输网络相比有很大差别，因此，建立在内陆运 输网络优化和传统的空载运输工具优化决策方法基础上的一些模型，在海运集装箱空 箱调运的应用中遇到了很大的困难。所以，目前国内外对海运集装箱空箱调运的研究 相对较少。 国外已有的海运空箱调运研究主要有：1 9 9 5 年，w s s h e n 和c m k h o o n g 】 也对海运集装箱空箱调运问题进行了研究，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，采用网络优化方法。该方法假设决策时间间隔是固定的，并且假定在一 时间间隔内，各港口都面i 临一次决策。这种假定与实际情况有较大差距，且无法考虑 空箱缺货的情况。1 9 9 8 年，c h e n ，c h u e l l y i h 【1 8 】综合了以前对内陆集装箱空箱调运研 究的成果和不足，针对海运集装箱空箱的调运问题提出了一个动态的随机的两阶段网 络模型及解决方法。在第一阶段，他把供给、需求及船上的空箱容量看成是确定的： 在第二阶段，将这些参数看作随机的、可变的。然后，根据网络结构的特点，运用随 机的准梯度( q u a s i g r a d i e n t ) 方法和随机混合逼近法( as t o c h a s t i ch y b r i d a p p r o x i m a t i o np r o c e d u r e ) 进行求解。 国内的相关研究起步较晚。早期的研究较多采用定性分析研究海运集装箱空箱调 运f - j 题。徐剑华( 1 9 9 8 ) 【1 9 1 1 2 0 】【2 “、汪传旭( 1 9 9 9 ) 2 2 1 、张扬( 2 0 0 0 ) 1 2 3 】和刘恒江( 2 0 0 1 ) 阱j 等人对空箱产生的主、客观原因、空箱引起的直接和间接成本构成、空箱调运的特 点等进行了描述，并给出了国内外目前解决这一问题的方法。这些方法基本上是从经 验出发确定一些原则，包括：选择合理的港口路径、名公司之间的联盟与合作、向托 西沲粤人学坝i 学位论义 海运与多式联运下的集装箱空箱调运优化研究 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。 近几年，我国的部分学者也开始采用定量方法研究海上空箱问题。2 0 0 0 年，周红 梅2 8 1 借鉴铁路空车调度模型的研究成果，通过对航运公司集装箱调运管理流程的分 析，建立了静态的海上集装箱空箱调运优化模型，并采用了一种简化的表上作业法求 解。2 0 0 3 年，施欣( 2 6 1 建立了海运集装箱空箱调运系统优化模型，并采用g a m s 软件 包对构造的模型进行模拟运行。该模型建模时进行了较多的简化，例如未考虑堆场约 束、同一时间点可有多条船到达等。 1 2 3 多式联运下的空箱调运研究现状 目前，国内外对于多式联运下的空箱调运优化研究并不多。2 0 0 2 年由s o o k t y i n g c h o o n g ， m i c h a e lh c o l e 和e r h a nk u t a n 0 9 1 u 鲫提出的一个多式联运下的整数规划 模型，该模型分析了多式联运交通运输网络中空箱管理的计划时域长度的作用，并给 出了定量分析。 1 2 4 目前国内外研究中存在的问题 从上述对集装箱空箱调运优化研究的综述中可以看出，当前对于内陆空箱调运的 研究已经相对比较完善，但是对海运和多式联运下的空箱调运研究还存在以下问题： l 、缺乏定量研究理论和方法 目前对于空箱调运的研究大多是采用定性分析的方法进行研究，尽管定性分析能 够为空箱调运提供方向，但是在实际操作中很难把握尺度，只能凭借经验进行调配。 2 、模型建立时考虑因素较少，与实际系统相差较远 由于集装箱空箱调运问题涉及的因素较多、而且变化较大，现有的一些定量研究 在建立模型时大都进行了许多假设，其中有些假设离实际较远，使得模型的实用价值 大为降低。所以，研究既能较好地反映真实系统的特征、又求解可行的空箱调运优化 方法，是一个重要的课题。 3 、缺乏海运集装箱空箱调运优化研究 目前的研究工作大部分都是以内陆运输网络为研究对象，而对于海运集装箱空箱 6 上海海事大学硕士学位论文 海运与多式联运下的集箍箱空箱调运优化研究 调运优化研究很少。海运集装箱运输有其自身的特点，在研究过程中需要考虑很多因 素，例如装卸成本、运力约束、运输可达性、运输时间等。尤其是空箱调运过程是一 个动态过程，目前国内海运集装箱空箱调运优化的研究基本上未考虑动态特征，国外 海运集装箱空箱调运优化虽已有动态模型，但变量多时难以处理，没有算例，而且在 建模过程中一些假设脱离实际。 4 、缺乏多式联运下的空箱调运研究和方法 目前的研究基本上是针对陆运或海运一种运输方式下的空箱调运的优化，很少见 将多种调运方式综合起来考虑，从而进行整体优化的方法。而实际上，集装箱空箱在 从起点到终点的整个调运过程中，很少只用到一种运输方式的，所以单独考虑一种运 输方式的优化难以达到整体最优的效果。因此，如何从集装箱空箱流的整体出发，以 物流管理的思想研究基于多式联运体系的集装箱空箱调运优化方法，具有很大的挑战 性和创新性。 1 3 论文主要创新点和意义 论文的主要创新点如下： 1 、建立了更加合理的海运空箱调运的静态优化模型 目前对于空箱调运的研究大多是采用定性分析的方法进行研究，现有的一些静态 定量研究在建模时往往进行了许多假设，其中有些假设离实际较远，如未考虑运力约 束、运输可达性、租箱等，使得模型的实用价值大为降低。本文在建模过程中加入了 上述约束，使模型更加合理、符合实际。 2 、充分考虑空箱调运系统的动态特征。提出海运空箱调运的动态优化模型 目前，国内外对海运空箱的调运研究并不多见，国内海运集装箱空箱调运优化的 研究基本上未考虑动态特征，国外海运集装箱空箱调运优化虽已有动态模型，但变量 多时难以处理，没有算例，而且在建模过程中一些假设脱离实际。本文试图针对空箱 管理中存在的非理性问题，充分考虑空箱调运的动态属性，来建