（交通运输规划与管理专业论文）内陆集装箱空箱调运网络规划与调度优化研究.pdf

摘要 随着集装箱运输企业竞争的加剧以及货主全方位门到门集装箱运输需求的增 长，集装箱运输企业纷纷推出其物流发展战略。门到门运输要求集装箱运输企业重 视内陆集装箱运输。在内陆集装箱运输管理中，空箱调运成本( 包括空箱运输成本与 空箱租赁成本等) 占内陆集装箱管理成本的5 5 左右，这使得内陆集装箱空箱调运管 理成为集装箱管理最重要的方面。本文重点探讨了如何提高内陆集装空箱调运管理 水平，降低空箱调运成本，提高对货主的服务水平。 从目前内陆空箱调运管理的现状以及对空箱调运优化的研究现状看，影响空箱 调运成本及效率的因素主要表现为：随着内陆集装箱运输业务的增长，空箱调运网 络布局成为影响内陆集装箱空箱调运成本的重要方面；集装箱空箱调运动态性、随 机性以及复杂性使得现有的调度方法难以得到优化方案。 根据存在的这些问题本文从两个方面对内陆集装箱空箱调运进行优化。首先建 立了内陆集装箱空箱调运网络规划模型，优化了集装箱空箱调运网络的构成、空箱 站场服务区域的划分阻及空箱站场之间的空箱流量，并根据本问题的具体特征开发 了禁忌搜索算法来解决这个大规模混合整数规划问题：其次，建立了内陆集装箱空 箱日常调度模型，考虑到空箱调度的动态性、随机性、以及多箱种因素，优化了空 箱站场与用户之间、空箱站场的租箱量以及空箱站场之间的日常空箱流量及流向。 为了检验模型的优化效果，本文将这两个模型应用于湖南y y 集装箱运输公司， 对该公司的集装箱空箱站场布局、各空箱场站对顾客的服务区域的划分，以及站场 之间的空箱流量进行优化：日常空箱调运，在上述空箱调运网络规划的基础上，考 虑到4 种类型的集装箱，站场空箱保有量以及场站所覆盖的区域的随机空箱需求服 从正态分布的情况下，得到计划期为5 天的日常空箱调度计划，计算结果显示了较 好的优化效果。 关键词：空箱站场；选址；禁忌搜索；空箱调运 a b s t r a c t w i t ht h ec o m p e t i t i o no fc o n t a i n e rt r a n s p o r te n t e r p r i s ea g g r a v a t e da n dt h e d e m a n do f s h i p p e r o m n i - d i r e e t i o n a ld o o r - t 口d o o rc o n t a i n e r i z e d t r a n s p o r t i n c r e a s e d ，c o n t a i n e rt r a n s p o r te n t e r p r i s e si n t r o d u c e i t s l o g i s t i c sd e v e l o p m e n t s t r a t e g yo n e a f t e ra n o t h e r d o o r - t o - d o o r 订a n s p o r tr e q u i r e m e n t sm a k ec o n t a i n e r t r a n s p o r te n t e r p r i s ep a ya t t e n t i o nt oi n l a n dt r a n s p o r t a t i o n i ni n l a n dc o n t a i n e r i z e d t r a n s p o r tm a n a g e m e n t ，e m p t y c o n t a i n e r a l l o c a t i n ga n dt r a n s p o r t a t i o nc o s ti n c l u d e e m p t yc o n t a i n e rt r a n s ；p o r t c o s ta n dl e a s i n gc o s ta c c o u n tf o ri n l a n dc o n t a i n e r m a n a g e c o s t5 5 a b o u t ，t h i sm a k e st h em a n a g e m e n to fi n l a n de m p t yc o n t a i n e r a l l o c a t i n gb e c o m e t h em o s t i m p o r t a n tr e s p e c t o fm a n a g e m e n to ft h ec o n t a i n e r t h i sp a p e ra n a l y s e st h ei n f l u e n c ef a c t o ro fe m p t yc o n t a i n e ra l l o c a t i n gc o s t a n de m p t yc o n t a i n e ra l l o c a t i n ge f f i c i e n c y , e t c t h e s ef a c t o r sa r es u m m a d z e da s t h e f o i l o w i n gt h r e ep o i n t s ：f i m to fa l l ，n e g l e c t i n gt h es t r u c t u r eo ft h ei n l a n de m p t y c o n t a i n e ra l l o c a t i n gn e t w o r k ；m o r e o v e r ，t h eo p e r a t i o no fd a i l ye m p t yc o n t a i n e r a l l o c a t i n gr e l ym a i n l yo nt h ee x p e r i e n c e ；f i n a l l y , t h ee x i s t i n ge m p t yc o n t a i n e r a l l o c a t i n gm o d e l l a c kp r a c t i c a b i l i t y a c c o r d i n g t ot h e a n a l y s i s t h i s p a p e rd i s c u s s e s f m mt w or e s p e c t ，t h e o p t i m i z a t i o n o fi n l a n de m p t yc o n t a i n e ra l l o c a t i n g f i r s t ，t h en e t w o r kp l a n n i n g m o d e lo fi n l a n de m p t yc o n t a i n e r d e p o t ，o p t i m i z e t h el a y o u to ft h ee m p t yc o n t a i n e r d e p o t s t h el o g i s t i c sz o n e so fe v e r ye m p t yc o n t a i n e rd e p o t a n db a l a n c ef l o w s b e t w e e ne m p t yc o n t a i n e rd e p o t s a n dt h et a b us e a r c ha l g o r i t h mi sd e v e l o p e df o r s o l v i n g t h e s e l a r g e s c a l e m i x i n t e g e rp l a n n i n gp r o b l e ma c c o r d i n g t ot h e c h a r a c t e r i s t i co ft h ep r o b l e m ；s e c o n d 。t h e d a i l ye m p t y c o n t a i n e ra l l o c a t i o nm o d e l c o n s i d e r i n gt h ef a c t o ro fd y n a m i c s ，r a n d o m n e s sa n dm u l t i - c o m m o d i t y , o p t i m i z e t h ef l o w sb e t w e e nt h ec u s t o ma n dt h ei n l a n d e m p t yc o n t a i n e rd e p o t sa n d b e t w e e nt h ee m p t yc o n t a i n e rd e p o t s f i n a l l y , t h i sp a p e ra p p l i e s t h e s et w om o d e l st oh u n a ny yc o n t a i n e r e n t e r p r i s e g a i n e dt h eo v e r a l la r r a n g e m e n to p t i m i z e do ft h ei n l a n de m p t yc o n t a i n e rd e p o t ， t h ec u s t o m e r 。sd i s t r i b u t i o nt oae m p t yc o n 协i n e rd e p o t t h ef l o w sb e t w e e nt h e i n l a n dc o n t a i n e r d e p o t s i nd a i l ye m p t y c o n t a i n e r a l l o c a t i o n ，u s i n gr o l l i n gp l a n n i n g ， t h eq u a n t i t yo fe m p t yc o n t a i n e ri n d e p o to b e y sn o r m a ld i s t r i b u t i o n ，4k i n d so f c o n t a i n e r s ，g e t5d a y sp l a no fe m p t y c o n t a i n e r d a i l ya l l o c a t i o n a n dc o m p a r i n gt h e r e s u rw i t hm e t h o db e f o 怕o p t i m i z i n g i ts h o w st h a th a sg o tb e t t e ro p t i m i z a t i o n r e s u l t k e y w o r d s ：i n l a n de m p t yc o n t a i n e rd e p o t d e p o ts e l e c t i o n ，t a b us e a r c h ，e m p t y c o n t a i n e ra l l o c a t i o n u 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研 究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写的成果作品。对本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。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：侮皇毒 日期：跏够年争月 7 0 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，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权长沙理工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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密曰。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名：群堂喜 导师签名：j j 8 1 日期：_ 妊# 咖月2 。日 日期：一u 年u 月一日 第一章绪论 1 1 内陆集装箱空箱调运优化问题的提出 1 1 1 研究背景 1 1 1 1 综合物流需求使集装箱运输公司大力发展内陆集装箱运输 上个世纪9 0 年代末以来，国内一些大的集装箱运输公司为了适应货主的全过 程、全方位的综合物流服务的需求，以及追求规模经济效益，保持其竞争优势，并 使经济利润最大化，迅速介入了陆上运输、仓储、代理和流通领域，进而使我国集 装箱运输进入到一个综合物流阶段。我国集装箱运输公司也在加快向物流公司转 变，特别是中远、中海的物流业拓展已具较强的竞争力。 集装箱运输市场在经济全球化趋势的推动下，货主对承运人的服务要求越来越 高，导致服务竞争不断加剧。与此同时，集装箱运输公司的经营性质也发生了重大 变化，即从传统的单一海上运输向包括海上和内陆全程集装箱运输其它服务的综合 物流服务体系发展。近几年来，几乎所有的集装箱运输公司都成立了专业的物流公 司，并大步向航运与物流一体化方向迈进。如日本邮船、j | | 崎汽船和商船三井3 家 公司均是航运界物流业起步较早的船公司，其总部旗下均设有专门的物流公司。在 3 家公司中，e l 本邮船的物流发展尤为突出。 日邮于1 9 8 6 年成立了物流研发中心，至1 9 9 7 年发展壮大为日邮物流研究所， 主要研究如何提供全程海运和陆上运输，日邮总部还下设有专业的物流公司，目前 已在全球各地成立了2 0 多个物流点；而航运巨头马士基海陆对客户的始终追随和 优质服务赢得了许多全球客户的青睐，不断从全球海运运输服务延伸到内陆物流配 送服务；0 0 c l 是中国多式联运的急先锋，无论在内河运输还是在内陆运输方面， 0 0 c l 都不断完善其物流服务网络，并在中国形成驳船运输、铁路运输和卡车运输 二大体系等等。 1 1 1 2 空箱调运管理成为集装箱运输公司提高竞争力的关键 2 0 世纪9 0 年代中期以来，随着新一轮的运力扩张，世界各大集装箱运输公司 竞相开辟新航线、订造新船，扩大经营规模，造成航运市场供大于求，竞争曰趋激 烈。为了保证揽取足够的货源，各公司纷纷采取降低运价的营销策略，进行恶性竞 争，导致运费水平一降再降，各集装箱运输公司相继出现效益滑坡，尤其是东南亚 金融危机的爆发，对集装箱运输公司经营更是雪上加霜，大多数集装箱运输公司的 经营处于微利甚至亏损的境地。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。由于在集装箱运输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运营费的第二大成本，占到整个营运成本的2 0 左右。因 此，如何能最大限度的提高集装箱管理水平，降低集装箱管理成本，已成为当务之 急。 集装箱管理成本构成比例从图1 1 中可以看出，空箱调运费包括空箱运输和租 箱费占了集装箱管理成本的5 5 ，也就是一半以上。集装箱空箱调运成为集装箱运 输降低成本的关键。随着竞争的加剧，目前各船公司纷纷把提供综合物流服务作为 自己公司的竞争战略，把内陆运输以及增值服务作为自己利润中心，由此可见，内 陆运输组织提高是提高集装箱运输公司竞争力的重要手段。这样，集装箱空箱调运 成为集装箱运输公司的提高自身竞争力的关键。 ( 资料来源：中远集团统计数据) 图1 1 集装箱管理成本构成比例 为此本文将着重研究在集装箱内陆流转过程中，如何进行集装箱空箱调运，才 能降低集装箱管理成本，提高集装箱运输公司的服务质量，提高自身的竞争力。 1 1 2 问题的提出 影响内陆集装箱空箱调运成本以及效率的因素有很多方面，概括起来主要有集 装箱空箱调运网络方面和集装箱空箱日常调运方面。 1 1 2 1 内陆集装箱空箱调运网络规划 内陆集装箱空箱调运网络规划包括以下三个方面：首先是空箱站场的选址，即 确定集装箱运输公司在内陆的空箱调运网络的节点，它是集装箱运输公司的顾客服 务网点，空箱站场的选择对集装箱运输公司的空箱调运成本的影响是全局的、深远 的。如何确定空箱站场的位置以及数量才能保证在一定的时间内空箱的调总成本以 及空箱站场的固定成本以及运营成本之和最小，也即内陆空箱站场的选址优化问题， 2 成为各集装箱运输公司需要面对的问题。其次是空箱站场的所服务的顾客的划分。 最后是空箱站场之间的空箱流量，因为集装箱运输公司同集装箱班列、内河船运公 司和集装箱卡车运输公司签订运输协议时必须考虑的问题。 1 1 ，2 ，2 内陆集装箱日常空箱调运 日常空箱调运计划是在空箱调运网络规划所确定的空箱调运网络，以及同其它 运输公司以及顾客所签订的协议的基础上空箱在各个时间段的流量以及流向。 国际集装箱运输公司由于其拥有完善的国际海上运输网络，控制了较大的货源， 在其发展内陆集装箱运输时具有较强的市场竞争能力。然而随着我国加入w t o ， 世界上较大的国际集装箱运输公司纷纷抢滩我国，这使我国的集装箱运输公司面临 着巨大的竞争，加强管理，降低成本，提高服务质量，才在市场竞争中立于不败之 地。 1 2 内陆集装箱空箱调运问题的研究现状 1 - 2 1 内陆集装箱空箱站场选址问题的研究现状 从集装箱空箱站场的功能上看，它起着对空箱的存储以及中转作用，在这点 上同配送中i l , 相同，对工厂( 多个) 一配送中心( 多个) 销售网点这种分销网络 中配送中心的选址研究很多。 多种商品从工厂按照订单从工厂送往配送中心每个配送中心再根据需求状况 将商品送往各个销售网点，要求最小化运输费用。选址问题的决策包括以下几个方 面：( 1 ) 公司应该使用多少物流结点，他们应该座落在何处? ( 2 ) 物流结点应该 服务于哪些客户或市场领域? ( 3 ) 每个物流结点规模如何? 主要用到的方法有以 下几种研： 1 、一般方法：这是一种物流地理重心方法，也称解析方法，它根据距离、重 量或两者的结合，通过在坐标上显示，以物流结点位置为变量，用代数方法来求解 物流结点的坐标。 2 、线性规划：这是一种最优化技巧，是一种广泛使用的战略和战术物流计划 与设计工具，它一般是在一些特定的约束条件下，从许多可用的选择中挑选出一个 最佳的方案。线性规划。般有两个条件，一是必须有两个或两个以上可供选择的资 源( 在物流结点的选址与设计中为要有两个及以上的可供选择的地址) ，另一方面在 一个问题中，所有的相关关系中是确定的。 3 、仿真技术：它通过模拟仿真( 如电脑的三维显示技术) 在选扯与设计中的 实际条件，来确定物流结点的选址与设计。目前仿真技术丰要有两种，一是静态仿 真；一是动态仿真。 c r a i n i c 2 4 嘲1 2 6 1 吲【2 田网等人将顾客分为供应顾客和需求顾客。并考虑到 集装箱场站之间的平衡流，提出了带平衡流的双层网络选址模型及算法，其中包括 分支定界法口7 l 删，并行启发式算法婀，双梯度方法【3 6 l ，拉格朗日松弛法1 等。但 这些模型最大的缺点是只考虑到单箱种，使得模型与实际应用存在一定的差距。 1 2 2 内陆集装箱空箱日常调度问题的研究现状 集装箱的空箱日常调度问题主要是集装箱运输公司在进行的内陆集装箱空箱调 运时，为了满足顾客目前和未来一段时间内确定的和随机的需求，而对集装箱进行 的调度，这与集装箱运输车辆调度不同，集装箱运输车辆调度是为了完成集装箱运 输任务而对集装箱运输车辆进行的调度。 内陆集装箱空箱分配是内陆集装箱流转的核心，近年来空箱调运费用的增加促 使各航运企业、货代、货主、港口等关注和研究空箱的调运问题。他们对这个问题 的研究大都集中在以下几个方面：提高空箱的周转次数、使用效率：改善管理，减 少人为因素造成的不合理运输；建立业务联盟，相互共享空箱资源，减少了不必要 的空箱运输；制定空箱调运计划，选择合适的调运时间和调运地点；提高生产效率， 减少空箱堆存时间，减少空箱的延期等。总的看来可概括如下： 施欣【18 j 将空箱调运与租箱策略融合在一起，构造了相应的优化决策模型，并用 数字仿真，揭示了策略运用过程中所蕴含的内在规律，即运输成本、存储成本和租 箱成本等各种经济参数之间的比例关系，是决定租箱和调箱策略是否应用的关键， 至于供需平衡式、供需随机变动等情况仅在一定的程度上影响租箱和调箱策略应用 的程度。 汪传旭等运用机会约束规划和库存论的思想，建立了随机条件下的空箱调配 模型，该模型考虑到系统内外相关的随机因素的影响和制约，充分反映了陆上空箱 调配的复杂性，提供了一个在单箱种情况下处理不确定数据的有效解决办法。 c h u e n y i hc h e n z 7 1 考虑了动态随机的海上空箱分配问题，并用两阶段随机 网络算法来解这个问题。 s o o k t y i n gc h o o n g 4 7 j 揭示了在多式联运中考虑公铁水三种不同的运输方式经 济特性的空箱调运模型中，使用滚动计划时，计划期越长，就越能使早期的空箱有 一个好的分配。计划期越长，就越能管理好租箱购箱，并且越应该选择慢且便宜的 驳船运输方式，但文章也指出在内陆有充足的集装箱库存的系统中，这个优势很小。 w w w h i t e 和a m b o m b e r a u l t 旧 对铁路运输系统的集装箱调运进行了研究， 他们通过构造一个t i m e s p a c e 模型来描述现实中的集装箱空箱调运问题，并给出了 4 诱导网络流算法，及相应的计算例子来对时间段内的空箱调运方案进行优化，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 供应确定性的空箱调运。这个模型最大的优点是能够反映集装箱调配的全过程，缺 点是计算规模比较小，适用于比较简单的模型，且无法考虑缺货情况。 t i o g ag r o u p l 4 9 1 对加利福利亚的空箱物流进行了研究。研究组通过调查该地 区的空箱流，和多式联运企业的参与者们一起探讨了空箱物流的实践，空箱物流优 化的限制条件，以及改进的潜力，调查了协调多式联运参与者的基于互联网的信息 系统后确定了该地区的在法律，运作流程，保险和其他制度上空箱物流策略。加利 福利亚地区由于巨大的贸易不平衡，需要出口的空箱比例非常大，内陆的空箱运输 问题非常突出，其解决空箱调运的策略和方法值得借鉴，但是我国集装箱运输刚好 和其相反，我国内陆空箱紧缺。要很好的运用其研究的成果还需要进一步探讨。 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 瞄剐等人以陆上空箱 调运为研究对象，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 ) 随机性空箱需求的满足( 即对客户的空箱交付) 采用 “尽量延迟交付”的保守性策略，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 箱种，以线性规划为基础。 总的来看，在研究方法上运用了线性规划方法，t i m e - s p a c e 网络分析方法， 动态仿真方法，从考虑的因素上分为动态性( 长期) 和静态( 短时) ，随机型的和确 定型，单箱种和多箱种。 1 3 存在的问题 1 3 1 集装箱空箱调运的优化研究的系统性不完备 在以往的研究中，空箱调运往往建立在一个前提下，就是系统中各个要素已经 确定，即内陆集装箱空箱站场已经确定，而且站场之间，内陆空箱站场和集装箱枢 纽港之间的空箱流量是已知的。而很少考虑中长期战略决策，确定集装箱空箱调运 系统的节点，以及节点之间的空箱流量等，这些对集装箱空箱调运的影响更大。 1 3 2 模型的实用性受限 对空箱日常调运计划的研究所建立的数学模型缺乏实用性，这表现在以下两个 方面。首先海运公司所拥有的集装箱的种类有多种，从尺寸上看，国际标准集装箱 第一系列有1 3 种类型。另外还有干货集装箱、开顶集装箱、平台式集装箱、通风 集装箱、冷藏集装箱、散货集装动物集装箱、罐式集装箱、汽车集装箱等多种，对 这些集装箱的运输其成本是不一样的，对集装箱的需求不仅有个数量的问题，也有 个结构问题。其次，在实际的运作中，不同集装箱之间有个替代问题，比方说需求 一个4 0 英尺集装箱可以用两个2 0 英尺集装箱来替换，这些因素数学模型很少考虑 到。 1 3 3 大规模混合整数规划算法效率不高 集装箱空箱站场选址问题是一个大规模混合整数规划，目前的算法在全局寻优， 以及计算时间上还不理想，这就需要有更有效率的算法，才能使模型应用于实际的 运作中。 1 4 本文研究的主要内容及研究思路 本文首先对集装箱空箱调运系统进行分析，建立了集装箱空箱调运网络规划的 中长期战略决策模型和日常空箱调度的短期运作模型。战略决策模型包括集装箱空 箱场站的定位、集装箱空箱站场的服务区域空箱站场之间的空箱流量；日常空箱 调度模型包括：确定日常的顾客到空箱站场、空箱站场到顾客、以及空箱站场之间 的日常空箱流量，最后将该模型运用于某大型国际运输公司在湖南省的子公司的集 装箱空箱调运，研究运行中应该注意的问题，对该模型的优化效果进行验证。 以下是本论文的分析框架： 6 图1 2 内陆集装箱空箱调运优化分析框架 1 5 本章小结 本章分析了内陆集装箱空箱调运问题产生的背景，h 前内陆集装箱空箱调运存 在的问题，以及该问题的研究现状，为了解决这些问题，克服目前研究中的不足， 提出了本文的研究内容及其分析框架。 第二章内陆集装箱空箱调运问题分析 本章主要对集装箱空箱调运系统进行分析，确定集装箱空箱调运系统的构成以 及功能，分析影响空箱调运系统决策的因索，制定空箱调运系统的目标。 2 1 集装箱流转过程概述 一个集装箱典型的流转过程如下所述。一位顾客从仓库或港站领取一只空箱， 装上自己的货物，并在船只离港的几天前( 大多数集装箱班轮运输服务的船期表是固 定的，顾客能够提前得到这一信息) 将载货集装箱交到港站。在那里集装箱被装船并 运往目的港。到达目的港后，载货集装箱被送至收货人处。收货人将自己的货物取 出，并将空箱返回给仓库或直接返回给港站。这个空箱也许会被直接用来满足其他 顾客的需要或者被储存起来成为港站或仓库的库存。随后，港站和仓库的部分或全 部库存会被用来满足本港站顾客的需求或被装船调运到其他港站用来满足那里的顾 客需求。因为当某一港站的空箱存量不足时，集装箱运输公司的操作人员就必须选 择租用空箱或者从其他的港站调运空箱。 目前，我国的大型航运公司采用的都是人为经验管理的方法i s 。以中国海运集 团为例，中海集装箱运输有限公司开辟的航线有中国至日本、韩国、北美、欧洲、 地中海、澳大利亚等国际集装箱班轮航线和国内沿海内贸线及外贸内支线。中海集 装箱运输公司在经营的各个航线上都存在空箱调运的问题，空箱调运占总集装箱流 动的比例约为2 0 ，4 2 万t e u 左右。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，制定公司的整个用箱计划；各挂靠港站设立箱管代理中心，负责所 辖地区内的港站码头堆场及后方堆场的具体箱务管理；总部还成立了集装箱运输部 来管理载货集装箱的运输。集装箱运输部根据客户的需要及与联营方的合作关系， 统计出每个时期内的用箱量、产出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。 中海集运空箱调运的原则是从多箱港站调运空箱到缺箱港站，进行一次空箱调 运，避免造成过多的调运成本的花费。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、装卸费等等) 、最大程度提高空箱的 周转率和减少租箱量。各港站箱管代理完成以下各项工作：统计和核实所辖地区内 的港站码头堆场及港外堆场的空箱保有量，中转箱量：每天进出港站的箱量统计( 并 算出概率分布) ，余、缺空箱情况；编制港站区域的需箱和供箱报表并且上报箱管总 部：落实港站码头堆场空箱调运计划；向本区域用箱客户提供空箱，并及时向中海 8 集运箱管总部反映工作中的问题。箱管中心根据各港站代理的预报表，结合公司箱 管中心根据各航线的船期、舱位的利用率、货运情况和集装箱运输部的运输计划， 确定调箱计划( 从何处调箱、调多少箱、何时调箱) ，向各港站箱管代理、航线经营 人发出调箱指令。中心对各地调箱计划统一平衡，直至满足各方面对空箱的需求， 才最终正式落实用箱计划。 2 2 内陆集装箱空箱调运系统的构成以及功能 内陆集装箱空箱调运设施包括集装箱枢纽港或其卫星港、内陆集装箱货运站， 集装箱空箱站场等设施。这是内陆集装箱空箱调运网络的节点。集装箱调运设备包 括集装箱、运输工具( 集装箱卡车、集装箱班列、内河集装箱船舶) 、以及专用的装 卸设备等。 2 2 1 集装箱港站 集装箱港站包括集装箱枢纽港，或者枢纽港的卫星港。这是内陆集装箱调运同 海上集装箱调运系统的结合处。在我国深圳港和上海港是我国的国际集装箱枢纽港。 在内陆集装箱空箱调运中，集装箱港站起着特殊的作用，它是内陆集装箱运输 系统进入点或者退出点。大部分内陆集装箱运输网络和国际海上集装箱运输网络之 间的集装箱交换都发生这样的港站。而且，大部分集装箱运输公司是海运公司，他 们操纵了大部分从内陆到枢纽港的集装箱运输。集装箱港站还维持着大量的空箱， 所以要考虑在内陆集装箱空箱调运中要考虑到港站的作用。 2 2 2 内陆集装箱货运站 内陆场站也称内陆货运站( c o n t a i n e rf r e i g h ts t a t i o n ，c f s ) ，内陆集装箱中 转站( i n l a n dc o n t a i n e rd e p o t ) ，它是内陆集装箱运输系统的中枢。这些场站经常 位于内陆运输方式的枢纽处，如公路运输枢纽站，铁路运输枢纽站，内河运输枢纽 港内。集装箱运输公司通常只是在这些地方租赁某个区域用于自己的运营。从长期 上看，集装箱运输公司可能会调整自己的运输网络的组成；从短期上看，集装箱运 输公司的运输网络的组成是固定的。 货运站在内陆和集装箱港站都有，主要用来储存和中转重箱和空箱，有的也用 来作为集装箱多式联运的换乘点，比方说铁路一公路联运。用户需求的空箱，从集 装箱货运站处运输到需求的顾客处，以及当重箱运输到顾客处拆空后再返回到货运 站。 货运站的职能包括以下几个方面：拼箱货的理货和交接；对货物外表检验如有 异状时，就办理批注：拼箱货的配箱积载和装箱；进口拆箱货的拆箱和保管；代承 运人加铅封并签发站收据；办理各项单证和编制等。 2 2 3 内陆集装箱空箱堆场 随着内陆集装箱业务的增长，如果用户需求集装箱，就必须到集装箱货运站， 或者其它内陆集装箱堆场去提取，另一方面，用户还箱，集装箱公司必须将集装箱 从用户处还到集装箱货运站，或者其它内陆集装箱堆场。这样如果还箱点或取箱点 离用户比较远，那么空箱调运费用就可想而知的增长。这样就出现了在内陆地区设 置空箱堆场，以满足这个地区客户的取箱或还箱之用。 2 2 4 装载货物的集装箱 关于集装箱的定义在各国的国家标准、各种国际公约和文件中都有具体的规定， 其内容不尽一致。国际标准化组织在i s 0 8 3 0 1 9 8 1 集装箱术语中作了如下规定 f 1 1 ： 集装箱是这样一种设备：具有足够的强度能反复使用；适合一种或多种方式运 输，中途转运时，箱内货物不必换装；可进行快速搬运和装卸，特别便于从一种运 输方式转移到另一种运输方式；便于货物装满和卸空；具有1 立方米以上的容积。 我国国家标准集装箱重量系列，采用5 吨、1 0 吨、2 0 吨、3 0 吨四种，相应的 型号为5 d 、1 0 d 、1 c c 及1 a a 。5 吨和1 0 吨集装箱主要用于国内运输；2 0 吨和 3 0 吨集装箱主要用于国际运输具体技术参数下表。 表2 1 集装箱技术参数 集装箱外部尺寸、极限偏差和额定重量 集装 高度( h )宽度( w ) 长度( l ) 箱型尺寸极限偏差 尺寸| 极限偏差i 尺寸i 极限偏差 额定重量( 最大 县总重) k g m m 1 m2 5 9 10 - 52 4 3 80 51 2 1 9 20 - 1 03 0 4 8 0 1 a2 4 3 80 - 52 4 3 80 - 51 2 1 9 20 1 03 0 4 8 0 1 a x 2 4 6 82 4 3 8 o 一51 2 1 9 20 1 03 0 4 8 0 1 c c2 5 9 10 52 4 3 80 - 56 0 5 8o 62 0 3 2 0 1 c x2 4 3 80 52 4 3 80 56 0 5 8 o 62 0 3 2 0 1 c = 1 2 53 0 0 0 4 0 0 05 0 0 0 0 值得指出的是内河集装箱运输所用的船舶大多不是集装箱专用船舶，但是随着 远洋集装箱船舶大型化的发展趋势，远洋运输公司将其剩余的小型集装箱船舶用于 内河运输。 由于船舶运输的价格低，利用内河船舶的空仓位进行内陆集装箱空箱的调运是 一种非常经济的方式。这为促进了集装箱在更大范围内进行供应和需求的平衡。 2 2 6 集装箱班列 为了增强铁路在集装箱集疏运中的作用，1 9 9 8 年铁道部实施与港站联合建立港 站，加强海铁联运。铁道部提出三个方面的措施：一是在1 6 个港站建立集装箱港 站；二是在港站组织开展集装箱班列；三是开展国际集装箱代理业务，为货主提供 全程服务。 中铁集装箱运输中心开行的集装箱班列，采取定点、定线、定车次、定时间、 定价格的方式，实行一次受理、一次收费、一票到底的包干运输。班列服务周到、 手续便捷、运送及时、安全可靠、价格优惠，客户可通过临时订车位、短期包车位、 长期包车包列等形式与集装箱中心建立业务联系。在集装箱托运手续上，客户可选 择车站办理、电话委托以及上门办理等方式；在运输方式上，客户可选择站到站或 “门到门”两种运输形式；在运输费用上，可以按量给予优惠，对于长期包车、包 列的客户，实行特另u 优惠价。客户可通过电话、传真、i n t e m e t 瓦联网等方式查询 集装箱运输信息。 集装箱班列的运输成本在集装箱帚车和集装箱船舶之间，大型的集装箱运输公 司利用其业务量大的优势。可以争取到集装箱班列优惠而有保障空仓位。 2 2 _ 7 集装箱卡车 集装箱膏车运输是集装箱运输中成本最高的一种运输方式，而且在内陆地区， 集装箱专车数量和结构都还不能充分满足需求，且集装箱仁车在内陆集装箱到门运 输中是不可替代的，所以从事内陆集装箱运输的公司都配备了一定数量的集装箱卡 车。 2 3 空箱调运决策的要素分析 从中海集运的空箱管理模式中可以看出，空箱调运是一个非常复杂的运作过程， 特别是当集装箱运输公司的目标是同时满足成本最优化和保证公司在竞争环境下的 服务质量的时候。在这一过程中，集装箱运输公司操作员要做出一系列的决定，而 做出这些决定要依赖于大量的信息，其中包括跟公司的分配和运输系统有关的各种 各样的考虑，供给和需求的水平，公司的运作策略，公司与其所处环境的关系( 竞争 者、伙伴关系的集装箱运输公司、政府条例和规定、与承运人达成的协议等等1 。在 这里，只考虑那些最能反映问题特点的要素，这些要素增加了问题的复杂性，同时 也对集装箱空箱调运系统产生最重大的影响。下面就对这些对空箱调运系统起决定 作用的关键因素进行分析。 2 3 1 空箱供给港站和空箱需求港站 集装箱的需求和供给是不平衡的，所以总是存在空箱富余的港站( 即供给港站) 和空箱缺乏的港站( 即需求港站) ，因此产生了空箱由供给港站到需求港站的流动。 现实中，集装箱空箱的供给港和需求港站都不是固定的，它们在某时期是供给港站 ( 需求港站) ，而在另一个时期是需求港站( 供给港站) 。但是，对于个确定的时期或 计划期来说，空箱的供给港站和需求港站必须是固定不变的，否则空箱调运就是没 有意义的。因此，对空箱供给港站和需求港站有明确的区分，也就是说明确地知道 空箱的流向。另外，并不是空箱的供给港站就没有空箱需求。之所以称之为供给港 站是因为其空箱数量较多，在满足了本港站的空箱需求之后，还能够提供空箱调运 到其他港站满足那里的空箱需求。同理，空箱需求港站并不是没有空箱供给。任何 港站都会有一定的载货集装箱到港，货物卸空后就产生了本港站的空箱供给，只不 过空箱供给加上原有库存数量不足，需要从其他港站调运空箱和租赁空箱来满足顾 客需要。总之，无论是空箱供给港站还是空箱需求港站都存在自身的空箱供给和需 求。 2 3 2 空箱的需求和供给 在中海集运的空箱调运管理中，各港站的箱管代理须编制港站区域的需箱和供 箱报表并且上报箱管总部，然后才能落实港站堆场空箱调运计划，向本区域用箱客 户提供空箱。可见空箱的需求量和供给量是系统中最为关键的因素。一般来说，空 箱的需求至少有t n 几个渠道：( 1 ) 货主提取空箱用来装运货物；( 2 ) 其他港站需要调 配空箱；( 3 ) 租箱到期后的归还。与空箱需求相似，空箱的供给也存在下列三个渠道： ( 1 ) 货主卸货后归还空箱；( 2 ) 从别的港站调来空箱；( 3 ) 租箱。 2 3 3 空箱库存保有量 空箱的库存量相当于空箱蓄水池，对急剧变化的空箱需求和供给起着缓冲的作 用，随时都在发生着变化。有船舶到港时，载货集装箱中的货物卸下，空箱存入港 站码头堆场或仓库，于是库存量增加。当库存的空箱用来满足本港的需求甚至其他 港站的需求时，库存量又有所减少。在整个空箱调运过程中，只要始终保持空箱库 存量大于等于零就可以了。至于空箱库存量在什么时期保存多少，要取决于系统对 顾客服务的保障程度。 2 3 4 空箱的租赁 在实际情况中，空箱的租赁分为长期租赁和短期租赁。长期租赁的租期一般在 一年以上，郎在这一年中即使不再需要这一空箱，也不能将之还给租赁公司，只能 将其存储在仓库中，并且负担一定的库存费。所以，从某种程度上说，长期租赁的 空箱与自有空箱是等同的。而短期租赁的空箱则可以在不需要的情况下随时还给租 赁公司，来节省租金和库存费。如果是集装箱运输公司自有空箱，当某次运输活动 不需要这一空箱时，公司要为之付出库存费用。而如果这个不需要的空箱是短期租 赁箱，集装箱运输公司操作员就可以选择将它返还给集装箱租赁公司。但是，当集 装箱运输公司面临新的顾客需求时，不一定能够再次得到这一被返还的空箱，因为 它有可能已经被出租给了其它的集装箱运输公司。因此。集装箱运输公司操作员必 须在平均租赁费用和库存费用以及在下一个空箱需求时期得不到空箱的风险之间做 出平衡。 2 3 5 空箱调运计划期 在实际的空箱调运管理中，对各个港站的空箱调运一般都基于一个5 2 0 天的 计划的推算数据。这些数据由于空箱需求和供给本质上的动态性要产生一定范围的 变动。因此集装箱运输公司的操作员要对这个计划不断进行调整，直至落实空箱 的调配。另外，集装箱运输公司要达到成本最优化和顾客满意度的最优化，不可能 是每一天的最优化，而应该是一段时间的整体最优化。其中隐含的意思是，也许某 一天调运大量的空箱对这一天来讲成本花费巨大，但是对今后的一段时期来讲，节 1 4 省了大笔的库存费用和租赁费用，那么这一策略就是可取的。寻求一个时期内整体 最优也是最为理性的决策方法。 2 4 空箱调运系统的目标 从经济学角度来看，各集装箱运输公司和其他用箱单位为了追求最大经济利益， 会尽量合理地购置集装箱或提出合适的集装箱需求( 或供给) 。也就是说，在整个集 装箱使用市场上，在一个比较长的时期内，总的供给量是等于总的需求量的，只是 由于市场的不均衡和一些因素的影响，造成短期内的需求和供给的不平衡。一方面， 集装箱运输公司不可能无限制地购嚣集装箱，所以市场上流转的集装箱量是有限的， 即该资源是稀缺的。另一方面，由于各集装箱运输公司自身的贸易量，也就是装箱 货物的有限，形成了对集装箱需求的有限性。有时在某个时期集装箱的供给量大于 需求量，这样空箱调运的重点是如何调配、调配多少、何时调配空箱以各需求的需 要或以备后期需要；有时该地对集装箱的需求量大于集装箱的供给量，这时就应考 虑如何从其他地方调配空箱以满足需要。所以，空箱调运的问题就是如何解决集装 箱的需求与供应的不平衡问题，是控制和决策集装箱从供给港站到需求港站的流动。 研究集装箱调运的目的就是追求成本的最小化和尽量满足客户的需要。 2 4 1 托运人满意度目标 托运入满意与否就在于能否及时和足量地获得集装箱运输公司的空箱用来装载 货物。当某一集装箱运输公司不能提供托运人需要的空箱或不能足量地提供托运人 需要的空箱时，一般来说托运人会转而寻找其它能够足量提供空箱的集装箱运输公 司。因为，如果托运人坚持在原来的集装箱运输公司托运货物，而这一班船又没有 足够的箱量，他就必须等待下一班船这两班船的时间间隔也许会很长，这种延误 所带来的损失通常是托运人即货主无法承受的。所以说，一旦集装箱运输公司不能 满足货主的空箱需求，就要面临销售额的损失，比这更严重的是要面临公司信誉和 托运人满意度的损失，这对集装箱运输公司未来的发展非常不利。因此，集装箱运 输公司的目标是在箱量充足时，按托运人的要求及时将空箱送至托运人处。当箱量 不足时，要用各种手段，包括从其他港站调箱或者租赁空箱，来保证托运人的需求 得到及时足量地满足。 2 4 2 成本最小化目标 集装箱运输公司的成本中与集装箱管理有关的费用主要有：集装箱堆存费、集 装箱托运费、集装箱折旧费、集装箱租赁费、集装箱使用费、集装箱修理费、集装 箱保险费、集装箱调运费、底盘车费、e m s 费用、箱管代理费、检疫费等。本文中 只考虑与集装箱空箱调运相关集装箱管理成本，即运输成本、库存成本和租箱成本， 忽略一些微不足道的成本。集装箱空箱可能是集装箱运输公司自有的，也可能是租 赁的。当从一个港站将公司自有的空箱