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浙江大学硕士学位论文 海运集装箱空箱渡箱策略研究 摘要 集装箱运输作为现代化的运输方式其高效、安全、优质、经济的优势和最 适合开展门到门多式联运的特点，是任何其他运输形式无法比拟的。随着全球经 济的一体化和世界贸易的迅猛发展，集装箱在国际贸易的运输中，发挥着无可替 代的作用。与此同时，航运业作为典型的周期行业，在经历着蓬勃发展的同时， 也将面临着非景气时期的来临，因此如何来降低成本是所有船公司必须面对的课 题，其中集装箱的空箱渡箱环节越来越多地被各家船公司所关注。有不少国际班 轮公司表示，集装箱空箱渡箱方面存在的问题瓶颈是阻碍其加快市场开拓步伐的 主要因素之一。因而，集装箱渡箱问题已成为海运集装箱运输业的一道难题，同 时，如何降低操作成本和高效率的解决集装箱渡箱过程中存在的问题也已经成为 航运界的重点课题。 本文结合作者本人的实践和调研分析和列举了大型航运公司的实际运作经 验，并根据海运集装箱空箱流转系统的特性，重点着墨于集装箱渡箱模型的建立。 通过分析已有的研究成果，并在这些研究成果的基础上，改进了以往的线性规划 模型，利用纯整数现行规划的方法建立海运渡箱系统的优化模型。同时此模型也 具有扩展性，为继续深入研究作了必要的铺垫。 本文共由六章构成，第一章简要回顾了近年集装箱航运的现状，指出了航 运界在面临成本上升的情形下，研究集装箱渡箱的意义所在，并综述了学术界的 主要研究成果，以及给出本文的工作内容；第二章分析了集装箱渡箱的产生根本 原因和特点以及航运界对于海运空箱渡箱问题的研究与实践，尤以大型航运公司 “东方海外”为例，详细介绍了“东方海外”在实际运作中如何进行空柜调运； 第三章介绍了集装箱班轮公司在减少集装箱空箱流量方面现实的主要方法：第四 章详述了利用纯整数线性规划的方法建立海运渡箱系统的优化模型；第五章实证 分析，利用l i n g o 语言来验证优化模型优劣性和现实性；第六章文章总结与研究 方向展望。 关键词：集装箱渡箱；线性规划；成本控制；集装箱管理；渡箱系统优化模型 浙江大学硕士学位论文 海运集装箱空箱渡箱策略研究 a b s t r a c t a st h eg l o b a lt r a d eb e c o m e sm o r ea n dm o r e f r e q u e n t m a r i n eb u s i n e s sh a sa l s o o b t a i n e ds t e a d yd e v e l o p m e n t sd u r i n gt h ep a s tt e ny e a r s c o n t a i n e rt r a n s p o r t a t i o na s t h em o s ti m p o r t a n tm o d e mt r a n s p o r t a t i o nm o d e lp o s s e s s e sm o r ea d v a n t a g e st h a n o t h e rt r a n s p o r t a t i o nm o d e l s u c ha si t se f f i c i e n c y ，s a f e t y ，s c a l ee c o n o m ya n d d o o rt o d o o rs e r v i c e s i n c et h em i d - 1 9 9 0 sa san e wr o u n do fc a p a c i t ye x p a n s i b n ，s p a c e s s u p p l ye x c e e d sd e m a n di nt h es h i p p i n gm a r k e ta n dc o m p e t i t i o ng r o w sm o r ea n dm o r e v e h e m e n t i nt h em e a n t i m e ，o c e a nt r a n s p o r t a t i o ni n d u s t r yi st h et y p i c a lc y c l i c i n d u s t r y e a c hs h i p p i n gc o m p a n y h a st of a c et h ec o m i n go f “b e a r s e a s o nw h e ns h e i se n j o y i n gb l o s s o m i n g c o s tr e d u c t i o nb e c o m e sm o r ev i t a lt h a ne v e r s om a n y s h i p p i n gc o m p a n i e sr e g a r de m p t yc o n t a i n e rf l o w i n ga n dr e p o s i t i o na st h eo u t s t a n d i n g a s p e c to ft h e i rc o s tc o n t r o ls y s t e m 。 o nt h eb a s i so fa n a l y z i n gt h em a i nc h a r a c t e r so fe m p t yc o n t a i n e rf l o w i n ga n d r e p o s i t i o na n dr e f e r r i n gt ot h ed e p e n d i n go np e r s o n a le x p e r i e n c ea c t u a l i t yo fe m p t y c o n t a i n e rm a n a g e m e n to fo r i e n t a lo v e r s e ac o n t a i n e rl i n ef o o c l ) c o m p a n y ，t h i s t h e s i sf o c u s e so nt h e b u i l d u po fe m p t y c o n t a i n e rr e p o s i t i o ns y s t e mm o d e l w r i t e r i n t e n d st os e tu pt h i sm o d e lt h r o u g hp u r ei n t e g e rl i n e a rp r o g r a m m i n g i nt h e m e a n t i m e ，s o m eu s e f u la n dp r a c t i c a lm e t h o d st oc o n t r o lt h ec o s ta r es h a r e dw i t h r e a d e r si nt h i sp a p e r t h es t r u c t u r eo ft h i sp a p e ri sa sf o l l o w i n g f i r s tc h a p t e r ：e x p r e s st h em e a n i n go f s t u d y i n gt h et h e m eo ft h i st h e s i su n d e rt h ec o s tr i s ! n ga n df o r t h c o m i n gg o i n gd o w n c y c l eo fo c e a nt r a n s p o r t a t i o ni n d u s t r y a n a l y z et h ec u r r e n tr e s e a r c hs t a t u si nt h e o r y c i r c l e s s e c o n dc h a p t e r ：i n t r o d u c et h es o c i a lb a c k g r o u n do ft h ee m p t yc o n t a i n e r a 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 er o o tr e a s o na n dt h e o r yv a l u e a i ma to o c la n d s h o wh o wo o c ld e f i n e st h ee m p t y r e p o s i t i o na n d h o wo o c ls e t t l et h ed i l e m m a t h i r dc h a p t e r ：i n t r o d u c et h em a i np r e v a l e n ta n d p r a c t i c a lm e t h o d so fr e d u c i n gt h e v o l u m eo fe m p t yc o n t a i n e rf l o w i n g f o r t hc h a p t e r ：p u tf o r w a r di n n o v a t i n gm o d e l ： e m p t yc o n t a i n e rr e p o s i t i o no p t i m i z a t i o nm o d e lw i t hp u r ei n t e g e rl i n e a r p r o g r a m m i n g ( p i l p ) f i f t hc h a p t e r ：u s el i n g ol a n g u a g et ot e s t i f yp i l pm o d e lw i t h r e a ld a t a + s i x t hc h a p t e r ：c o n c l u s i o n so ft h i sp a p e ra n dp r o s p e c ti ne m p t yc o n t a i n e r r e p o s i t i o nf i e l d k e yw o r d s ：e m p t yc o n t a i n e rr e p o s i t i o n ；p i l p ；c o n t a i n e rm a n a g e m e n t ；c o s t c o n t r o l ；r e p o s i t i o no p t i m i z a t i o nm o d e l i i 浙江大学硕士学位论文 海运集装箱空箱渡箱策略研究 1 绪论 1 。1 研究背景 1 1 1 近年集装箱航运业的发展回顾 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，发达国家件杂货运输的 集装箱化程度已超过8 0 。据统计，到2 0 0 2 年，世界上各类集装箱般舶的总载 箱量达7 3 0 0 万t e u ，集装箱运输已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已成为不可阻挡的发展趋势。 1 1 2 集装箱空箱渡箱问题的提出集装箱运量不平衡 ( 1 ) 渡箱和渡箱成本的概念 渡柜是指由于所划分的地理的贸易区之间的贸易不均衡而导致集装箱空箱 在地理的位置上从一个地方移动到另一个地方的过程；渡柜成本是指由于渡柜而 产生的成本。在过去的二十年里，亚洲特别是日本，韩国和中国，成为了”世界工 厂”是名副其实的世界制造中心，因此大量的商品由亚洲输出至全球各地，尤其 是北美洲，与此同时，输入亚洲的商品数量的增加远远低于输出的增长，正是由于 这种贸易不均衡的存在，所以大量的空柜需要从全球各地( 尤其是北美洲) 渡柜到 亚洲。 ( 2 ) 世界集装箱运量不平衡的现状 集装箱空箱渡箱问题产生的根本原因在于世界集装箱运量不平衡，而世界集 装箱运量不平衡的原因在于世界贸易的不平衡。 在集装箱班轮运输于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 区运往箱源匮乏地区，即产生了集装箱空箱渡箱问题。 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1 3 左右。 浙江大学硕士学位论文 海运集装箱空箱渡箱策略研究 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 要港口一洛杉矶、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 u ，比 上年增长了1 2 ；洛杉矾年空箱比例大约2 0 2 1 ；奥克兰空箱比例平均达到了 2 6 。在亚洲，通过日本港口的集装箱中1 6 为空箱，而中国贸易中存在的此类 情况更是严重。 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。根据研究空箱渡箱问题权威机构 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院收入的增长，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， 海运集装箱空箱渡箱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 海运空箱渡箱量、避免不必要的渡箱、在何时何地适量的空箱渡箱以满足集装箱 运输在时间和数量等方面的要求等集装箱空箱渡箱方面的问题已成为学术界和 企业界日益关注的研究问题。 1 1 3 世界各大船公司所面临的现状 从2 0 0 3 年开始，世界集装箱运输市场走出了2 0 0 1 和2 0 0 2 年的价格低谷， 步入了上升的良好趋势，这种强劲的走势已经持续了两年多的时间，它还会持续 多久呢? 海运是一个典型的周期性行业，各大航运公司早已心知肚明，她们一方 面努力趁现在的大好局面下，赢得金银满钵，另一方面，抓住这一盛事的最后阶 段的同时，也在积极的应对如何度过下一个航运冬天。“节约成本”几乎被所有 的船公司看作头等大事。 世界集装箱运量不平衡是目前令世界主要集装箱班轮公司头疼的事情之一。 东南亚金融危机之后，该地区的出口飞速增长，进一步加剧了这种同面，这对港 口和集装箱班轮公司产生了巨大的影响，导致成本上升、竞争能力下降。 根据美国托运人报道，2 0 0 2 年全球国际集装箱班轮公司的财务收入总额 远低于2 0 0 1 年，其中个别集装箱运输公司的财务收入连续几年亏损，到2 0 0 2 浙江大学颈士学位论文海运集装箱空箱渡箱策略研究 年的资产回报率已经跌破警戒线。据美国托运人统计，2 0 0 0 年全球标准集装 箱年平均运费收益是1 ，3 3 0 美元，2 0 0 1 年是1 ，2 6 0 美元，2 0 0 2 年是1 ，1 6 0 美元， 年平均每年连续下跌大约8 ，年平均标准集装箱运费收益的下降速度一旦超过 经营管理成本的下降速度，必然注定国际集装箱承运人年平均经营收入的下 降，甚至出现亏损。国际集装箱运输经济分析家指出，2 0 0 0 年是国际集装箱承运 人的所谓丰收年，当时的税前毛利年增长率是7 ，而2 0 0 2 年收入最高的国际集装 箱承运人的毛利年增长率是3 5 ，不少国际集装箱班轮公司的毛利收益与往年 持平，如果扣除经营管理成本和税费，实际上已经亏损。面对如此困境，各大船 东纷纷采取相应的措施应对。在过去的几年中，大部分国际集装箱运输公司在降 低集装箱经营管理成本上，大幅度降低集装箱运输费用，减少管理成本等方面狠 下功夫。总而言之，尽管国际集装箱运输行业步履艰难，大多数国际集装箱承运人 却并没有因此而从国际集装箱运输市场上退缩，而是纷纷采取积极的应对措施， 如现代商船海运( h y u n d a im e r c h a n tm a r i n e ) 把一部分汽车运输船出售给海皇东 方，为了抵补公司在经营管理中发生的债务。又例如法国达飞航运用大吨位集装 箱船舶替换小吨位集装箱船，用自有集装箱船替代租赁船，仅此一举就为法国达 飞节约一大笔集装箱运输的经营管理费用。笔者通过收集数据和资料也发现作为 典型的周期性行业的国际集装箱运输的周期似乎变得更短，1 9 9 7 年到1 9 9 8 年的 亚洲经济风暴造成众多的国际远洋承运人经营收入的下降，3 年以后的2 0 0 1 年又 出现暴舱现象( 暴舱即货物量超出了船舶的装载舱位) ，结果到了2 0 0 2 年远洋承 运人的经营收入受到严重的打击。这些都说明国际集装箱运输的发展是波浪式的， 而且这种动荡不定似乎在加剧，集装箱货运量的大幅度增长并不一定带来集装箱 运价的上涨。 1 2 集装箱空箱渡箱策略研究的意义 ( 1 ) 降低成本，提高经济效益的经济效益 集装箱空箱渡箱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。通过对集装箱空箱渡箱问题的研究寻求到优化 系统的方法，优化渡箱活动，减少无谓的、不必要的渡箱量，对于必须进行的渡 箱活动进行优化，合理安排渡箱方式、线路、时间等，将会提高班轮公司集装箱 利用率，降低渡箱成本，提高经济效益。例如赫伯罗特( h a p a g l l o y d ) 公司， 通过针对空箱渡箱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 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 和息后的经营收益实现了从1 0 9 亿欧元一2 5 亿欧元，1 3 0 的增长”。 ( 2 ) 提高运输设备的利用率，降低集装箱总量 通过对于空箱渡箱问题的研究，可以合理安排空箱渡箱的环节，避免不必要 浙江大学硕士学位论文 海运集装箱空箱渡箱策略研究 的重复渡箱，顺畅集装箱流转的过程，缩短阶段性的空箱渡箱时间，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，空箱渡箱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。通过对空箱渡箱问题的研究，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些问题。因此可以根据空箱渡箱 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 以节约空箱渡箱成本，而且也可以实现整个企业运营质量的提高。 1 3 国内外研究综述 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。 上海海运学院施欣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 箱存量与渡箱量之和为最大值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爿考虑租赁 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。 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 在an e t w o r ka l g o r i t h mf o re m p t yf r e i g h tc a r a l l o c a t i o n ( i b ms y s t e mj o u r n a l ，n o 2 ，1 9 6 9 ) 一文中对铁路运输系统的集装箱渡箱 浙江大学硕士学位论文海运集装箱空箱渡箱策略研究 迸和地研究。他们通过构造一个空间时间模型来描述现实中的集装箱空箱渡箱 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。但主要用于铁 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 n 一和c m k h o o n g 在a d d f o r e m p t y c 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 ( d e c i s i o ns u p p p o r ts y s t e m l 5 ，1 9 9 5 ) 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，该模型主要用 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固 定的，并且假定在一定时间间隔内，各港都要面临一次决策。这咱假定与实际有 所违背，且无法考虑缺货情况。 f l o r e z ( 1 9 8 6 ) 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 ( 1 9 9 3 ) 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 cf 1 9 9 3 ) 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最小化问题， 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最小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灾祸集装箱都考虑进去，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 ，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 ( 1 9 9 5 ) ，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；旌欣、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，有一些学者也做孓相当的工作。 t e o o rg 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 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 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 i a m 仿真语言进行了仿真模拟。 浙江大学硕士学位论文 海运集装箱空箱渡箱策略研究 李维斌，赵健华等人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。 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，因此在此基础上的 海运渡箱方面的研究效果很不理想。 1 4 本文所作工作的主要内容及创新点 在以上的选题背景之下，本文本文采用定量与定性相结合、理论与实践相结 合的方法，将针对集装箱海运空箱渡箱问题进行分析与研究，主要将进行以下工 作： ( 1 ) 通过透视当今世界贸易现状与格局，阐明海运集装箱空箱渡箱问题产生 的根本原因，分析此问题的特点，并回顾和介绍了现阶段学术界的研究与实践成 果。 ( 2 ) 分析国内外航运企业海运集装箱渡箱策略的各自特点。其中重点描述了 东方海外( o o c l ) 的渡箱成本模式。 ( 3 ) 借鉴其他运输方式的相关经验，从减少渡箱量和优化渡箱系统两个角度 出发，简述了减少集装箱空箱渡箱量和优化渡箱系统的多种现实有效的方法。 ( 4 ) 根据海上班轮运输的具体特性，借鉴前人对于海运空箱渡箱系统的分析 和建模思路，利用纯整数线性规划方法提出了改进后的海运空箱渡箱系统的优化 模型。通过计算机l i n g o 语言，引入集装箱运输实例，代入数据计算，验证模 型的合理性。并在此基础之上进行灵敏度分析，研究各主要参数和约束条件对空 箱渡箱及租箱策略的影响程度，以及航线总成本相关的各方面因素对于空箱渡箱 策略的影响。 本文的创新点主要体现在下面的两个方面： ( 1 ) 海运空箱渡箱系统优化模型的创新。借鉴其他运输方式的研究经验，改 进了前人以往的线性规划模型，利用纯整数线性规划方法建立海运空箱渡箱系统 的优化模型。通过真实的数据运算( 数据来源于我国的一家船公司) ，利用 l i n g 0 9 1 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。在此基础上，通过变动部分系统数据来分 析由此带来的对渡箱和租箱决策的影响。引入纯整数线性规划方法来研究集装箱 空箱渡箱策略，丰富了学术界在此方面的研究，增强了集装箱空箱渡箱策略研究 的实践性，因此，此模型可以在集装箱航运界推广试行。同时我们可以看到， l 矾g o 可以帮助我们迅速地完成大量的计算工作。 浙江大学硕士学位论文 海运集装箱空箱渡箱策略研究 ( 2 ) 东方海外( o o c l ) 的渡箱成本模式。本文介绍了目前国内两家航运巨 头中远集团和中海集团在集装箱渡箱方面的管理实践，同时重点讲解了东方海外 的渡箱成本模式，虽然其模式与本文所提出和论证的优化模型没有直接的联系， 但它给了集装箱航运界企业一个成功模式的样板，具有很强的借鉴和现实指导意 义。 浙江人学硕士学位论文 海运集装箱空箱渡箱策略研究 2 集装箱空箱渡箱策略问题分析 2 1 集装箱空箱渡箱问题产生原因概述 2 1 1 管理因素与硬件设施原因 产生空箱渡箱的管理因素与硬件设施原因是指由于人为因素或港口及相关 设施建设跟不上集装箱运输的发展速度形成货流不平衡状况引起箱子供需矛盾。 这种空箱渡箱的成因较为复杂。一般是由经营方针不妥或管理水平不高引起。这 一点在我国表现得比较突出，主要表现为： ( 1 ) 我国内陆大批适箱货物出口以散件方式经由水路、公路、铁路运往日本、 香港中转，使得我国主要港口集装箱出口货源不足，导致港口集装箱进出口比例 失调，港口及内陆货运站进大于出，形成空箱积压，不得不将这些空箱运往境外； ( 2 ) 由于船公司及其与港口代理机构之间的集装箱管理信息系统尚未完善， 管理水平落后，致使集装箱单证流转不畅以及交接手续不全，集装箱动态记录传 送速度缓慢，影响了集装箱的周转速度及调度，为应付急需不得不进行空箱渡箱： ( 3 ) 集装箱港口疏运能力偏低，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，不得不从相邻港口渡箱。 2 1 2 世界贸易不平衡原因 世界贸易不平衡是客观的大环境原因，大体上有以下几种情况： ( 1 ) 进出箱量的不平衡：东西向集装箱货物贸易量的不平衡 由于世界各国的产业结构不同，经济发展的不平衡，世界主要集装箱班轮航 线大多存在着因航线两端国家或地区的贸易不平衡所引起的货物流量、流向不平 衡，进而导致了各航线上港口间的进出箱量不平衡。 全球主要的三条东西向贸易航线在过去的几年里逐渐占据了主导地位。这三 条航线上普遍存在着严重的贸易不平衡。亚洲东西向航线的情况与全球范围的情 况类似，根据远东水脚公会( f a r e a s t e r n f r e i g h tc o n f e r e n c e ) 的数字，2 0 0 2 年， 其成员亚欧方向运量为2 ，8 6 0 ，0 0 0 t e u ，对应的东向运量为l ，9 2 0 ，0 0 0 t e u ，形成 了接近百万的不均衡。自1 9 9 8 年以来不均衡量一直在这个水平上居高不下，为 1 9 9 7 年之前的两倍甚至三倍。长滩港，2 0 0 2 年入箱量1 7 9 ，8 0 0 ，而出箱量为8 2 ，7 9 7 。 而作为世界工厂中国和作为世界最大的进口国美国之间的贸易量的比较无疑最 可以说明贸易不平衡的现状( 表2 1 ) 浙江大学硕士学位论文 海运集装箱空箱渡箱策略研究 表2 1 ：中美贸易的不平衡绝对额单位：亿美元 年份出口进口顺差 1 9 8 03 7 51 1 62 5 9 1 9 8 13 62 0 61 5 4 1 9 8 22 912 54 1 l 稍32 1 32 4 8 。 3 5 1 9 8 42 9 93 2 82 9 1 9 8 53 84 2 24 2 1 9 8 6 3 l - 35 2 42 1 1 1 9 8 73 4 96 9 13 4 2 1 9 8 85 0 18 5 13 5 1 9 8 9 5 7 6 1 1 9 1- 6 1 5 1 9 9 04 8 11 5 2 。2 一1 0 4 1 1 9 9 16 2 81 8 9 71 2 6 9 1 9 9 27 4 22 5 7 31 8 3 1 1 9 9 3 8 7 73 1 5 32 2 7 6 1 9 9 49 2 93 8 7 8- 2 9 4 9 1 9 9 51 1 7 。54 5 5 63 3 8 1 1 9 9 61 1 9 75 1 4 93 9 5 2 1 9 9 71 2 86 2 64 9 8 1 9 9 81 4 37 1 2- 5 6 9 i 9 ：9 91 2 08 0 6- 6 8 6 2 0 0 01 6 2 51 0 0 0 68 3 8 1 2 0 0 1 王7 0 ，2 9 4 8 77 7 5 5 注：统计来自美国商务部统计资料。 ( 2 ) 区域进出箱型不平衡 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，形成空箱渡箱。具体表现，由于进出口贸易承运 货物种类及性质上的差异，使托运人使用不同规格的箱子，造成箱流不平衡。作 为一个普遍的规律，入口聚居地区的贸易通常是吸收大量的消费品，产生集装箱 的剩余，然而生产制造区域则缺箱严重；对于重货，通常选择小箱，对于轻泡货， 通常选择大箱；由于运费、装卸费收费标准的不同，运输条件的差异等也会使得 运输者使用不同规格的箱子，造成空箱渡箱。 2 2 集装箱空箱渡箱问题的特点 空箱渡箱可以发生在海上运输阶段，也可以发生在内陆运输阶段。本文主要 研究的是海上运输部分，其有如下主要特点： ( 1 ) 随机性 浙江大学硕士学位论文 海运集装箱空箱渡箱策略研究 集装箱空箱渡箱系统的随机性主要表现在集装箱空箱的需求和供应产生的 随机性，需求和供应的数量和时间，系统内影响因素等也都具有随机性。 ( 2 ) 动态性 由于需要在不同时间内对空箱渡箱进行决策( 包括数量和流向) ，而现实中 的集装箱发生量比较多，空箱的需求地和供应地之间常随时间变异。如某时间段 某地对集装箱产生需求，而下一个时间段或下几个时间段内，该地产生出空箱， 形成空箱的供应。因此，集装箱空箱渡箱是动态性离散过程。 ( 3 ) 复杂性 集装箱运输系统包括水路运输系统内的空箱渡箱、铁路运输系统内的空箱渡 箱一级公路运输系统内的空箱渡箱等，涉及方较多，如内陆货运站、货主、码头 堆场、港口等；箱型多，如2 0 英尺、4 0 英尺普通箱、高箱、特殊箱，冷藏箱， 以及其他特种箱等等，所有这些都给空箱渡箱带来很大的复杂性。 ( 4 ) 运输需求和供应时间上的限制性 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问内完成，一旦超过规定时间或过早的完成空箱从需求 地到供应地的渡箱，就会导致不必要的集装箱堆存损失、违反合同损失、空箱需 求不足损失等等。 2 3 航运界对于海运空箱渡箱问题的研究与实践 2 3 1 我国航运界的空箱渡箱渡箱管实践 目前我国的大型航运公司都采用的是经验管理方法： ( 1 ) 中远集团集装箱运输有限公司的空箱问题办法 中远集团集装箱运输有限公司的空箱渡箱主要由箱管部负责，采用集装箱统 一管理方法。公司箱管部作为核心机构，下设各航线经营人和港口箱管代理，采 用一级调度，三级管理体制，对公司的集装箱进行全球跟踪管理，使集装箱管理 水平有了很大的提高，这是基于货流的准确预报基础上进行空箱的调箱安排。 作为集装箱营运管理的一部分，近年来对空箱需求量和供应量产生的管理的 核心经历了两个阶段。第一阶段是引进美国通用公司的集装箱管理系统 ( t c o n ) 。t c o n 是集装箱运输管理系统e d i 的一个重要组成部分，为网络型 管理信息系统，通过各港口的计算机联网，可及时跟踪集装箱动态。各港口的箱 管代理每天更新数据，并统计出各时刻集装箱供求数量及般存数量，为制定空箱 和重箱的调箱计划提供依据，从而给优化调度提供了可能。近年来中集公司从东 方海外引进了i r i s 2 系统，逐步替代了t c o n 。 浙江大学硕士学位论文海运集装箱空箱渡箱策略研究 在制定调箱计划时，公司目前采用的是e d c a 循环的全面质量管理方法， 即统计一预测一计划一落实一总结的循环方式，箱管中心统一调度。每月，分布 在各地的代理根据以往的进出口货物量，实际的签约量( 揽货量) ，计算差额， 预估出下个月各星期的集装箱需求量，上报总部。总部箱管部利用i r i s 2 箱管 模块盘存各地的空箱量，通过上报的集装箱需求量和空箱量差值，判断出各点的 多缺箱情况，最后，向各个航线下达空箱调度任务。基本的调度方法是在航线 上将空箱由多箱港调往缺箱港。 中心通过i r i s 一2 向各箱管分中心、航线经营人发出调箱指令，并由i r i s 2 对调箱计划统一平衡，直至满足各方面的对空箱的需求，最终由箱管中心正式落 实用箱计划。 ( 2 ) 中国海运集团集装箱空箱渡箱管理现状 中海集装箱运输公司同样在经营的各个航线上都存在空箱渡箱的问题，空箱 渡箱约占总集装箱流动比例的2 0 ，4 2 万t e u 左右。因此，中海集装箱运输有 限公司对空箱渡箱的问题研究比较多，中海集团领导对此也尤为重视，投入了大 量人力与物力。 公司对集装箱的管理方式主要是在公司总部成立箱管中心，各港口设立箱管 代理中心，并且在总部建立相配合的集装箱运输部。 箱管中心负责协调各港口船、货、港、箱关系，疏导港口集装箱的储备与积 压，压缩港口的集装箱堆存量，降低集装箱运输成本，加快集装箱周转，降低集 装箱运输成本并保证所辖区域内用箱；箱管中心根据各港口箱管代理的预报表， 结合公司箱管中心根据各航线的船期、舱位的利用率、货动情况和集装箱运输部 的运输计划，制定公司的整个用箱计划( 从何处调箱、调多少箱、何时调配箱) ， 并向各港口箱管代理、航线经营人发出调箱指令；租箱必须由中海集运箱管部统 一安排，没有得到中海集运发给的租箱确认任何人无权得箱。 各挂靠港口设立箱管代理中心，负责所辖地区内的港口码头堆场及后方堆场 的具体箱务管理，统计并上报其港口的空箱情况，定期上报港口的周、月用箱计 划。当出现调箱需求时，箱管代理向箱管部提出申请，由中海集运箱管部安排安 箱渡箱或租箱、制订调箱或租箱计划； 总部成立的集装箱运输部负责管理公司载货重箱的运输。箱运部根据客户的 需要以及与联营方的合作关系，统计出每个时期内的用箱量、产生的空箱量和用 箱情况的概率分布等，协助箱管部的空箱管理。 中海集运空箱渡箱的原则是从多箱港口渡箱空箱到缺箱港口，进行一次空箱 渡箱，避免因二次或多次空箱渡箱，造成过多的渡箱成本的花费。调箱计划同时 要考虑满足客户的空箱需要、成本最优化( 包括堆存费、租箱费、空箱运费、装 卸等等) 、最大程序提高空箱的周转率，减少租箱量。空箱渡箱要求码头做到“先 翌鬯2 苎望型：塑堡塞 塑垩叁茎笪窒笪塑笪篁堕婴塞 进先出”及“烂柜优先渡”的原则。 ( 3 ) 我国航运企业空箱渡箱方面存在的问题 我国航运企业在空箱渡箱业务上还是存在着许多问题的，仍然存在着集装箱 利用率较低，空箱渡箱量过大的现象。在珠江三角洲与香港的船舶运输中，集装 箱空箱的数量超过5 0 以上。通常3 、4 月份是集装箱运输淡季，平均每天运出 1 0 个t e u ，超出了集装箱总量的5 0 。这除了是客观的货物流向流量不平衡造 成的以外，更重要的还是主观原因。 ( 1 ) 我国缺乏高素质的集装箱专业人才，港1 5 1 或货代责任心不强，运输信息 不灵，生产组织水平不高，出现了很多超期箱、错用箱。 所谓超期箱是指客户使用时间过长的集装箱，也就是指在堆场、仓库以及其 它场所的堆放时间超过了规定的集装箱。超期箱的存在，严重的影响了集装箱的 周转，降低了集装箱的利用效率，造成了从其他地区的一些不必要的空箱渡箱。 错用箱直接影响了箱管中心的日常箱务管理工作的正常进行，造成了集装箱调配 计划不能e 常实行，从而造成了本不应有的额外渡箱，增加了渡箱成本。 ( 2 ) 渡箱方案过于简单，缺乏动态性，尚存进一步压缩成本的空间。 某些班轮公司在安排渡箱空箱的计划时，只是简单的利用船舶空箱位，空箱 的运输成本忽略不计，随船从多箱港装船大量空箱，按照满足沿线港口的空箱需 求的原则是，沿线卸下所需空箱，往往卸下空箱远远超过了暂时的需求。例如某 条航线a - b c - d - e ，a 、b 为余箱港，c 、d 、e 为缺箱港，当由船舶自a 出发时， 装上2 0 0 0 空箱，自b 装上1 0 0 0 空箱，整个航程下来，在c 、d 、e 顺次放下1 0 0 0 、 5 0 0 、1 5 0 0 空箱，即完成了空箱的渡箱和平衡过程。此种方式过于简单，可能由 于很多不必要的渡箱带来装卸成本等的增加。而且当航运市场情况乐观、箱位紧 张的时候，这种方法就很难解决重箱运输需求与空箱渡箱的矛盾。 产生这种情况的主要原因是，集装箱的运输是一个每时每刻都在发生的活 动，空箱的使用和产生也是每天都不断变化的。按照现在通常的做法，班轮公司 每周都要进行一次集装箱调度，由于调配系统等方面的限制以及管理人员的责任 心不强，班轮公司无法频繁的进行决策计算，只能简单作出大约的渡箱计划。 2 3 2 国外航运企业解决集装箱空箱渡箱问题的措施及思路 ( 1 ) 制定经济运作模式，合理挂靠港顺序 空箱渡箱问题的严重，不但使船公司，而且使集装箱租赁公司、中介组织、 船舶代理，甚至货物托运人等都一直在尝试采取各种措施。这个问题可分为两个 区段：海运区段和内陆运输区段。海运区段的集装箱货流一般非常臣大，通过选 择合理的挂靠顺序可以减少这类空箱的运输。 在2 0 世纪8 0 年代中期，航运业内人士针对空箱流问题设计出比以往更为复 浙江大学硕士学位论文 海运集装箱空箱渡箱策略研究 杂的运作模式，目的是空箱流的最小化。典型的例子是欧洲冲东印度，远东欧 洲的三角航线，这种方式很快就以其经济性取代了传统的欧洲同海湾地区的直接 航线。随后，船公司开创出越来越多的新营方式减少空箱运输区段。到今天，大 多数船公司单独的或通过同其竞争对手签订合作协议的方式经营这种“跨