（交通运输规划与管理专业论文）随机环境下海运集装箱空箱调配问题研究.pdf

摘要 伴随着集装箱运输的发展，以及多式联运、门到门运输的普及，集装箱运输 。哆已经渗透到海陆空多种运输领域。由于贸易的不平衡以及集装箱管理不善等方面 亨钓原因。金g 的空箱调运量一直占集装箱总运量的2 0 左右。因此，集装箱空箱 调运是航运界关注的重要课题。低效的空箱调运不但浪费大量的空箱资源，同时 也使得相关成本急剧上升，对集装箱运输的经济效益有深远的影响。集装箱班轮 公司空箱调运水平的高低直接影响到船公司的航线配备箱量、租箱量等，因而直 接关系其集装箱运输成本。为减少空箱的闲置和盲目流动，最大限度提高集装箱 的利用率，降低集装箱运输的总成本，有必要研究集装箱空箱调运问题。 目前，世界上中小型航运公司多采用人为经验管理方法解决空箱调运问题。 学术界有关集装箱空箱调运问题的研究有很多，但主要集中在公路和铁路方面。 而且建模时缺乏随机性、动态性和系统性等方面的研究。而实际上，空箱调运问 题中的许多因素都是带有不确定性的，以往建立的模型即便考虑其随机性也大多 将带有随机性因素的变量减少或将其随机性大大简化，与实际情况相差较大。 本文以当前新的航运市场环境为背景，充分考虑空箱调运问题的随机性特征， 应用动态规划中的马尔可夫决策过程建立空箱调运模型，并对其进行仿真，找到 空箱调运问题的内在规律性。为集装箱班轮公司空箱调运提供一般的决策原则。 本文共由五章构成，第一章简要阐述了集装箱空箱调运的研究意义和目前对该 论题的研究情况以及存在的不足之处，阐明了本文的研究思路；第二章对集装箱 营运中空箱调运产生的原因及现有解决问题的各种措施进行了分析和研究：第三 章在对集装箱调运管理进行仔细分析的基础上，总结空箱调运的特点，并从经济 k 抑学角度分析了空箱调运的成本；第四章则着重对马尔可夫决策过程的研究：疗法及 f ，。步骤进行了介绍，构建起多港口集装箱空箱调运的马尔可夫模型，并进行了实证 分析；第五章为结论和展望。总之本文的脉络是基于对集装箱空箱调运实际业务 分析的基础，应用马尔可夫决策理论，对集装箱空箱调运的业务流程建立动态模 型，并对该模型进行了系统仿真，从而弥补了以前静态分析的不足，为集装箱空 箱调运的理论研究和实践走出了一条新路子。 关键词：集装箱，空箱调运，马尔可夫决策过程 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec 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 p r e a do f m u l t i m o d a lt r a n s p o r ta n dd o o rt od o o r s er 、，i c em o d e l ，c o n t a i n e rt r a n s p or t a t i o n c a nb ef o u n dj nv a r i o u sm o d e so ft r a n s p or t a t i o nd u e1 0t h ef a c t o r s 。s u c ha s 、i m b 萄a n c e 蕊t r a d ea n di n e 仟i c i e n tm a n a g e m e n t ， 2 0p e r c e n ic o n t a i n e r si n t r a n s p o r t a t i o n a r et h o s ee m p t yc o n t a i n e r st h a th a dt ob ed i s p o s e d t h e r e f o r e ， e m p t yc o n t a i n e rd i s p o s i t i o nh a sb e c o m eo n eo ft h em o s ti m p o r t a n ts u b j e c t sf o r s t u d ya n dd i s c u s s i o n i n e f f i c i e n te m p t yc o n t a i n e rd i s p o s i t i o nd o e sn o to n l y w a s t ep l e n t yo ft h er e s o u r c e so fe m p t yc o n t a i n e r s ，b u ta l s or a i s er e l e v a n tc o s t s ， w h i c hw i l la f f e c tt h ee c o n o m i ce f f i c i e n c yo fc o n t a i n e rt r a n s p o r t a t i o n t h e e f f i c i e n c ya n dp e r f o r m a n c eo fe m p t yc o n t a i n e rd e p o s i t i o no fal i n e rc o m p a n yw i l l d i r e c t l yi n f l u e n c et h eq u a n t i t i e so ft h ec o n t a i n e r sd e p l o y e do nt h es e r v i c el i n e s ， a n dt h eq u a n t i t i e so ft h el e a s i n gc o n t a i n e r s t h e r e f o r ea c to nt h ec o s t so f c o n t a i n e rt r a n s p o r t g r e a te f f o r t ss h o u l db ed e v o t e do nt h es t u d yo fe m p t y c o n t a i n e rd i s p o s i t i o ni no r d e rt om i n i m i z et h ei d l e n e s sa n du n e c o n o m i c a l m o v e m e n to f e m p t yc o n t a i n e r sa n dm a x i m i z eo p e r a t i n ge f f i c i e n c y o ft h e c o n t a i n e r ss ot h a tt h egr o s sc o s t so fc o n t a i n e rt r a n s p o r tc o u l db er e d u c e d e f f e c t i v e l y n o w a d a y s ，m e d i u ma n ds m a l ls h i p p i n gc o m p a n i e si n t h ew o r l du s u a l l y e x e c u t ee m p t yc o n t a i n e rd i s p o s i t i o nb ye x p e r i e n c e s i nt h ea c a d e m i cf i e l d s ， t h e r ear em a n yr e s e a r c h e sf o c u s e do ne m p t yc o n t a i n e r sd i s p o s i t i o nh o w e v e r ， m o s to ft h er e s e a r c h e sar er e s t r i c t e di nt h er o a da n dr a i l w a yt r a n s p o r tf i e l d s ， 7 f u r t h e r m o r e ，w h e n t h em o d e l sa r e e s t a b l i s h e d r a n d o m d y n a m i c a n d r s y s t e m a t i cc h a r a c t e r sh a v en o tb e e np a i dm u c ha t t e n t i o nt od u r i n gt h es t u d i e s i n f a c t ，m a n y f a c t o r s p e r t a i n i n g t o e m p t yc o n t a i n e r sd i s p o s i t i o n a r eo f u n c e r t a i n t y i nt h ep r e v i o u ss t u d i e s ，e v e ni ft h em o d e l se s t a b l i s h e dh a v et a k e n i n t oc o n s i d e r a t i o nt h er a n d o m i c i t y ，m o s to ft h e mh a v er e d u c e do rs i m p l i f i e dt h e r a n d o m i c i t y ，w h i c ha r ef a rd i f f e r e n tf r o mt h ea c t u a lc o n d i t i o n s u n d e rt h ep r o t e a nb a c k g r o u n do fs h i p p i n gm a r k e t w h e na n a l y z i n ge m p t y c o n t a i n e r sd i s p o s i t i o n 。t h i st h e s i sp a y sm o r ea t t e n t i o nt ot h ec h a r a c t e ro f r a n d o m i c i t y ，a n da p p l i e sm a r k o vd e c i s i o np r o c e s s e s ( m d p ) w h i c hi n c l u d e di n i i v t h es u b j e c to fd y n a m i cp r o g r a m m i n gt om o d e la n di m i t a t e ，a tl a s t t h et h e s i s f o u n ds o m ei n h e r e n tr u l ea b o u te m p t yc o n t a i n e rd i s p o s i t i o n t h i sc a np r o v i d e c o n t a i n e rl i n e rc o m p a n yw i t hg e n e r a lr u l ei nd e c i s i o n - m a k i n g t h et h e s i si sc o m p o s e do f5c h a p t e r s c h a p t e r1m a k e sab r i e fe x p l a n a t i o n o ft h es i g n i f i c a n c eo ft h er e s e a r c ho 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 ec ur r e n t ，r e s e a r c hs t a t u s ，a n de l u c i d a t e st h er e s e a r c h i n gw a yo ft h et h e s i s c h a p t e r2 a k e a na n 甜y s i so ft h eo r i g i no ft h ep r o b l e m ，a n dt h em e a s u r e st od e a lw i t hi t o nt h eb a s i so fat h o r o u g hr e s e a r c h c h a p t e r3s u m m a r i z e st h ec h a r a c t e r i s t i c s o fe m p t yc o n t a i n e rd i s p o s i t i o n a n a l y z i n gt h ec o s to fe m p t yc o n t a i n e rd i s p o s i t i o n f r o mt h ep o i n to fe c o n o m i c s t h ee m p h a s i so fc h a p t e r4i so ni h ei n t r o d u c t i o no f t h em e t h o d p r o c e d u r eo ft h em a r k o vd e c i s i o np r o c e s s e s ( m d p ) 。e s t a b l i s h i n g am a r k o vm o d e lo ft h ee m p t yc o n t a i n e rd i s p o s i t i o ni nm u l t i - h a r b o re n v i r o n m e n t c h a p t e r5i st h ec o n c l u s i o n p r o s p e c t i naw o r d i h es k e l e t o no ft h et h e s i si st oe s t a b l i s had y n a m i cm o d e lo ft h e b u s i n e s sp r o c e d u r eo ft h ee m p t yc o n t a i n e rd i s p o s i t i o n a n dm a k eas y s t e m a t i c s i m u l a t i o no ft h em o d e l t h el h e s i sp r o v i d e su san e ww a yt ot h et h e o r e t i c a l r e s e a r c h p r a c t i c eo ft h ee m p t yc o n t a i n e rd i s p o s i t i o np r o b l e m ，o v e r c o m i n gt h e d i s a d v a n t a g eo ft h es t a t i ca n a l y s i s z h a od a n ( t r a n s p o r t a t i o np l a n n i n g m a n a g e m e n t ) d i r e c t e db yw a n gx u e f e n g ( p r o f e s s o r ) k e yw o r d s ：c o n t a i n e r ，e m p t yc o n t a i n e rd i s p o s i t i o n ，m a r k o v d e c i s i o n p r o c e s s e s ( m d p ) i i i 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他 机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对研究的启发和所做的 贡献均已在论文中作出了明确的声明并表示了谢意。 作者签名： 斟吼醴7 论文使用授权声明 本人同意上海海事大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网 公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其他复制手段 保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定。 作者签名：导师签名：a 蚴， 0 日期：查竺生：笪：三 上海海事大学硕士论文随机环境下海运集装箱空箱调配问题研究 第一章绪论 第一节论文的研究背景和意义 2 0 0 3 年以来，随着世界经济复苏以及世界贸易自由化和一体化进程的加快，海 运市场需求急剧增加，世界航运市场呈现“盛世”景象。全球经济一体化改变了世 界经济结构，促进了全球贸易强势增长，国际航运将持续升温，各界对未来几年 世界经济的发展前景普遍看好。 中国经济的飞速发展带给世界多方面的影响，这种影响被称之为“中国因素”。 而在集装箱运输市场上，“中国因素”已成为推动海上集装箱运输市场发展的重要 动力。很显然，“中国因素”对集装箱航运市场的突出影响，还表现在对空箱的调 运上。出于我国外贸进出口结构的差异，进出口的重箱量相差很大。如2 0 0 4 年上 海港进出口重箱量之比约为0 6 ：l ，有的港口相差还要大。就航线而言，空箱调 运问题同样异常严峻，在大西洋和太平洋等承载中国商品出口的主力航线上尤其 如此。东向航线贸易量突然增加，使得从亚洲至美国和美国至亚洲的集装箱装载 率之比接近2 5 比l 。 空箱调运问题长期以来一直困扰着集装箱港口和班轮公司。空箱占用了码头有 限的极其宝贵的空间，而调运空箱则耗去了班轮公司2 0 以上的运量。据英国德 鲁旱航运咨询公司估算，以2 0 0 3 年为例，全球的集装箱运量为2 6 亿t e u ，其中 空箱运量为5 1 7 0 万t e u ，以平均2 8 8 美元t e u 的空箱调运费计算，班轮公司要多 支出1 4 9 亿美元，这里还不包括多式联运铁路和公路的运输费用。因而，集装箱 空箱调运已成为集装箱运输市场上一个重大难题。 另外，集装箱已经是国际海运不可或缺的运输工具，即使有足够的集装箱船， 没有箱子一样也不能运输货物。目前中国工业需求使得钢材供应紧张，导致了亚 洲集装箱制造商生产受挫和提价，这些限制了设备的供应。租箱租金费率走势主 要是跟随每年新箱箱价而变动，因此租箱市场价格也水涨船高。这对于新船纷纷 下水而导致箱源告急的船公司而言，为解决箱源问题，不得不转向公司内部，充 上海海事大学硕士论文 随机环境下海运集装箱空箱调配问题研究 分利用现有资源，挖掘内部潜力，加强对集装箱的管理，尽量优化集装箱的配置， 以提高集装箱的利用率和周转速度。 箱源的不平衡一直是困扰船公司的难题，特别是在中国市场，主要原因是进出 口的不平衡和地区的不平衡造成的。由于进出口的不平衡，在外积压了大量的空 箱等待进口货物，若单独调运空箱，成本过高；而地区的不平衡，主要集中在内 陆城市，箱子进去却没有货物运出来，只好积压，不然，等到有货时却来不及调 箱。集装箱班轮公司空箱调运水平的高低直接影响到公司的航线配备箱量、租箱 量等，因而直接关系其集装箱运输成本。为减少空箱的闲置和盲目流动，最大限 度提高集装箱的利用率，降低集装箱运输的总成本，有必要研究集装箱空箱调运 问题。 第二节国内外研究现状 关于集装箱空箱调运的研究一直是理论界和实际工作部门在内的各方面人士 重视研究的问题。目前世界上一些大型的航运公司对空箱调运问题非常重视，在 这方面的研究很多。班轮公司在既定的集装箱配备规模的情况下，如何突破传统 的缺箱租箱一一退租模式，不断寻求新的方法来提高集装箱的使用效率是近 年来各方关注的热点。近二十几年来，许多班轮公司一方面通过重组来提高班轮 公司各种资源的利用率以降低经营风险：另一方面在各个班轮公司之间开展集装 箱的互用合作；还有些试图改善企业的管理，提高工作人员的工作效率，从人为 经验方面来管理空箱调运。学术界有关集装箱空箱调运问题的研究也有很多，但 主要集中在公路和铁路方面。 f 一、国外研究现状 在国外，w h i t e 首先将运输规划理论应用于开展空载运输工具优化调配的研 究。之后，有关内陆集装箱空箱调运优化的方法逐渐完善，并日趋重视随机性、 动态性和系统性等方面的研究。 有关利用网络流模型来解决集装箱空箱调运问题的文献很多，网络流模型的 h 海海事大学硕士论文 黼机环境下海运集裟箱空箱调配问题研究 优势在于能够易于得到整数解。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 k a 1 9 0 r i t h mf o re m p t yf r e i g h tc a ra 1 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调运进行了研究。他们通过构造一个空间一时间 模型来描述现实中的空箱调运问题，并给出了诱导式网络流算法及相应的计算例 子，对某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，研究结论 。非常可取，但主要用于铁路系统的运输需求与供应所确定的空箱调运。该方法的 不足之处在于计算规模比较小，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 和 c m k h o o n g 在a d s s f 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 ( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m1 5 ，1 9 9 5 ) 一文中应用网络化方法对海运集装 箱空箱调运问题进行研究。该文中，决策变量主要为是否还箱或租箱，假定决策 时间间隔固定，且在每一时间间隔内各港都要进行一次决策，这种假定与实际有 所违背，且无法考虑缺货情况。 值得指出的是，虽然内陆调箱的研究成果对海运空箱调运具有借鉴意义和启 发作用，但由于海运集装箱的流转与内陆运输有很大差别，因此在此基础上的关 于海运空箱调运的研究成果均不是很理想。 二、国内研究现状 我国国内近年来也有学者进行了海运集装箱空箱调运方面的研究工作，并取 得了非常有价值的成果。施欣教授所著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。施欣教授在他的另外一篇文章一一 基于库存论的集装箱空箱保存量优化决策中，运用存贮论中的( s ，s ) 型策略 研究空箱保存量的优化方案，从库存论的角度出发，寻求到一种新的合理确定集 装箱空箱保存量的途径。 也有一些学者应用运筹学线性规划( l p ) 方法，以调运费用最低或调运时间最 短为目标，通过建立空箱调运问题的线性规划模型，解出该模型进而得出结论。 。它的不足是，由于考虑的因素很多，所设的变量因此也很多，而且都是静态变量， 约束方程式也比较复杂，求解时也只考虑某一静止状态的情况，而不能与变化多 样的现实紧密联系，对快速变化的动态过程束手无策。 不管是人为的经验管理，还是理论研究所建立的数学模型，它们都存在某些 不足，特别是随着集装箱运输实践的深入和时间的推移。因此，需要一种行之有 效的理论方法来解决集装箱空箱调运的诸多问题。本文是对已有研究成果的发展， 进一步研究海运集装箱空箱调运问题。 上海海事大学硕士论文 随机环境下海运集装箱空箱调配问题研究 第三节本文的研究方法 由于在国际多式联运情况下，集装箱货物多为门到门运输，集装箱要运到内陆 ，地区。这就更增加了空箱调运的复杂性及难度，上述各种理论研究很难与事实完 全吻合，所以理论研究成果很难发挥实质性的效果。 本文在前人研究的基础上，以当前新的航运市场环境为背景，充分考虑空箱 调运问题的随机性、动态性、复杂性特征，应用随机规划的方法建立空箱调运模 型，并对其进行仿真，找到空箱调运问题的内在规律性。为集装箱班轮公司提供 集装箱空箱调运的一般原则，以及针对具体问题设计空箱调运方案。 人们在日常生活中经常会做一些决策，当然做决策时即要考虑到当前的效果， 又要照顾到长远的利益。因此，做决策不是孤立的，也就是说今天的决策会影响 到明天，而明天的决策会影响到将来。如果不顾及对将来的影响而只考虑当前的 利益做决策，从长远的角度来看，效果不会很好。同样，集装箱空箱调配问题也 是一样，调配者不仅要考虑决策结果的即时效应，还要考虑为将来做决策创造机 会。这是由于受控制的系统在持续发展，过去的决策通过状态的转移会影响到今 天的决策。一般来讲，一步最优的选择不是最好的决策，必须要考虑系统在将来 状态上的预期机会和费用。例如，有a 、b 两港，某时刻a 港缺箱，b 港多箱，决 策者根据目前的情况计算，从b 港调大量空箱运往a 港，以满足a 港的用箱需求， 调运费用最低；但接下来的一个月，正逢b 港出口旺季，需要大量空箱，为满足 b 港的用箱需求则需要再从其他港口调进大量空箱，这样，从总体来看，并没有 达到总费用最低。本文在建模时即充分考虑到这一点，在不确定环境下建立起序 列决策模型一一马尔可夫决策过程模型。 马尔可夫过程是一类重要的随机过程。随机过程是研究随时间演变的随机现象 的一门学科，它以概率论为基础，是概率论的深入和发展。随着科学技术的发展， 、：它已被广泛地应用到雷达与通信、动态可靠性、自动控制、生物工程、社会科学 以及其它工程科学等领域，并且在这些领域显示出十分重要的作用。马尔可夫过 程的特点是具有马尔可夫性或称无后效性。它的直观含义是：在已知“现在”的 条件下，随机过程在“将来”的概率分布与“过去”无关，即随机过程在下一时 刻所处的状态仅与当前状态有关，而与过去无关。 本文通过分析海运集装箱空箱调运产生的原因、调运的费用构成以及影响因 素，找出优化空箱调运的策略，使得集装箱空箱从多箱港口调运到缺箱港口，进 上海海事大学硕士论文 随机环境下海运集装箱空箱调配问题研究 行一次空箱调运，避免因二次或多次空箱调运而花费过多的调运成本。作为调箱 决策者，所面对的问题就是抓住影响所控制的概率系统的机会，适时地做出一系 列的行动选择，以期达到优化的目的。 上海悔事大学硕士论文 随机环境下海运集装箱空箱调配问题研究 第二章集装箱运输发展与空箱调运 第一节集装箱运输的发展现状与趋势 集装箱( c o n t a i n e r ) 又称“货柜”、“货箱”，原意是一种容器，具有一定的 强度和剐度，专供周转使用并便于机械操作和运输的大型货物容器。因其外形象 一个箱子，又可以集装成组货物，故被称为“集装箱”。 一、集装箱运输的产生及发展 集装箱大规模应用于运输虽是现代运输的产物，但它却有较长的发展历史。 集装箱的使用，首先是从铁路、公路运输开始的。早在1 9 世纪末期，在英国的铁 路上就出现了简单的集装箱运输。 海上集装箱运输开始于1 9 5 6 年4 月，美国海陆运输公司( s e a l a n ds h i p p i n g c o ，其前身为泛大西洋轮船公司) ，将一艘油轮改装后进行集装箱试运营，在纽约 至休斯顿航线上作首次航行。试航三个月后，获得了巨大的经济效益，每吨货物 的装卸费用从原来平均5 8 3 美元下降至o 1 5 美元，为普通货船装卸费用的1 3 7 。 随后各国群起仿效，集装箱运输迅速发展，从此拉开了海上集装箱运输序幕。特 别是7 0 年代以后，国际海上集装箱运输的发展速度更是惊人。 集装箱运输的开始阶段，各国和各个船公司使用的都是按照自定标准制造的 集装箱，规格极不统。集装箱规格的不统一，既影响了其在多式联运中各种运 输工具间的交换使用，也影响了装卸效率。为了解决这些实际存在的问题，1 9 6 1 年美国标准化协会( a m e r i c a ns t a n d a r d i z a t i o na s s o c i a t i o n ：a s a ) 向i s o 提出 制定集装箱标准的建议。同年6 月，i s o 在纽约成立了专门研究国际集装箱各种 技术参数和规格的技术委员会，即i s o t c l 0 4 ，并以i s o t c l 0 4 为中心开展集装 箱标准化工作。该组织成立后，先后制定了一系列国际集装箱标准。与此同时， 上海海事大学硕士论文随机环境下海运集装箱空箱调配问题研究 与之相配套的集装箱码头及其装卸设施等也在不断发展、完善。这些都极大地促 进了国际集装箱运输的发展。 据统计，世界贸易货物的9 0 是通过海运完成交易的，而中高档商品主要是采 用集装箱装运，而且，适箱货的概念正在日益变得模糊，即适箱货越来越多。这 是e h 于集装箱运输具有运输效率高、运输质量好、费用低、便于开展多式联运等 优点，已成为海上运输的主要形式，其发展速度远远高于航运业的发展。据统计， 1 9 9 0 2 0 0 3 年间，全球海运业的整体年平均增幅为2 9 ，但是同期的集装箱航运业 年平均增长率达到8 9 。据国际运输杂志引用伦敦航运专家的预测，到2 0 0 7 年， 全球的集装箱海运量年平均增长6 6 ，2 0 0 7 年集装箱的海运量将达到3 6 亿t e u 。 世界集装箱船队作为世界商船队五大分支船队( 集装箱船队、油船队、散货 船队、杂货船队和客滚船队) 活力最旺盛、发展最神速和平均船龄最年轻的一支 海运船队，在进入2 l 世纪的世界海运市场上，其发展前景正如日出东方一样，是 不可阻挡的。表2 - 1 是全球主要航线集装箱运力配置表。 表2 一l 全球主要航线集装箱运力配置( 截止2 0 0 5 3 1 日) 航线名称船舶数量( 艘)船舶箱量( t e u ) 远东北美西海岸 4 2 31 7 4 7 1 9 8 东亚东北亚3 7 27 8 3 1 3 4 欧洲远东3 0 8 1 5 9 2 2 8 7 远东地中海 2 9 01 3 5 9 2 0 6 东亚东南亚 2 8 05 5 9 5 7 8 欧洲区内2 5 6 1 1 6 1 3 5 地中海区内支线 2 5 l1 8 8 6 6 1 东亚区内 2 4 35 7 7 1 0 0 远东印度次大陆 2 3 56 5 6 3 9 4 欧洲地中海 2 2 06 0 0 8 3 6 合计 2 8 7 88 1 8 0 5 2 9 摘自：中国航务周刊 二、集装箱运输的发展趋势 ( 1 ) 集装箱船舶继续向大型化发展 上海海事大学硕士论文 随机环境下海运集装箱空箱调配问题研究 2 0 世纪9 0 年代中后期以来，海洋集装箱运输得到了长足发展，集装箱运输 船舶也越造越大，而且集装箱运输船大型化的发展走势不可阻挡。目前投入航线 运营的箱运船已从4 0 0 0 t e u 级、5 0 0 0 t e u 级、6 5 0 0 t e u 级，发展到了8 0 0 0 t e u 及以 上级。 集装箱运输船大型化是为适应全球海运物流量不断扩大的客观需求而发展起 来的。大型集装箱船运输的经济效益最高可提高近2 0 ，因为其载箱量加大，减 少了航次，能源消耗和劳务投入相对减少；对国际贸易，尤其是长距离的大宗商 品贸易，相对缩短了商品运输周期，为国际贸易界、为进口和出口商赢得了商品 宝贵时间；对船厂来讲，大型箱运船附加值高，便于连续作业，比建造载箱量与 之相等的多艘小型箱运船，既节省材料，又节省劳动力和时间。此外，激烈的国 际海运市场竞争也是促使海运公司追逐大型集装箱运输船的重要原因之一。据计 算，使用一艘9 0 0 0 t e u 级的箱船同使用两艘4 5 0 0 t e u 级的箱船相比，可以节约1 7 7 的运输成本，因为前者的单箱运费为2 0 8 美元，而后两者的单箱运费只有1 7 l 美 元。 2 0 0 3 年1 0 月，英国劳氏船级社认为，集装箱运输船达到1 2 5 0 0 t e u 级是可行 的。有关集装箱运输船大型化的报道最近又有新突破，即荷兰一所大学确认建造 1 8 0 0 0 t e u 级箱运船是可行的。目前世界上各大集装箱班轮公司手持新船订单中， 大部分都是8 0 0 0 t e u 以上的超大型集装箱船。如中海集团已在韩国三星重工船厂 订造了5 艘8 2 0 0 t e u 的集装箱船和8 艘9 6 0 0 t e u 的集装箱船，现代重工旗下船厂 将为中远建造4 艘目前世界上最大吨位一一1 0 0 0 0 t e u 级集装箱船舶，第一艘船舶 将于2 0 0 7 年交付使用。预期班轮集装箱总运力( 包括在集装箱班轮航线上的非集 装箱船) 将以8 年左右的速度增长。今后几年，集装箱船舶预计交船量将高达 6 6 9 6 2 3 t e u 年。船舶经营人和船东的船舶订单中的集装箱船舶运力，相当于目前 世界集装箱船队运力的4 5 ，这些船舶将在今后4 年内全部交付使用。2 0 0 4 年l 月至2 0 0 7 年1 月，世界集装箱船队中单船运力超过4 0 0 0 t e u 的集装箱船舶艘数将 增加7 8 ，其总运力达到4 7 0 万t e u 。据预测世界集装箱保有量到2 0 0 5 年底可达 到1 5 0 4 9 2 万t e u ，增长率为4 左右。 ( 2 ) 箱形将日益向大型化、专用化发展 展望未来，全球集装箱的需求仍将保持稳步增长。在适箱货概念日益模糊的 今天，人们开始考虑现有的集装箱是否适货的问题。 目前国际上使用最多的是2 0 英尺和4 0 英尺国际标准干货箱。但据统计，从 2 0 0 0 年至2 0 0 4 年间，4 0 集装箱增长率是2 0 箱的2 倍，所占比重也由4 9 7 上升到5 4 6 ，其中高箱和4 5 超高箱占了3 0 。而且，近年来，4 8 和5 3 非 上海海事大学硕士论文随机环境下海运集装箱空箱调配问题研究 标准箱的使用比例也在逐年增加。可见，随着集装箱运输规模的扩大，集装箱箱 体有进一步大型化的趋势，这也是集装箱船舶大型化的必然结果。集装箱箱体迸 一步大型化，具有现实意义。以2 0 英尺和4 0 英尺国际标准干货箱为例，4 0 与 2 0 箱相比，所需的装船或卸船费、搬移费等并不是以集装箱尺寸增加的比例同 比增大，而仅增加0 5 倍左右，但集装箱的容积、装卸效率、集疏运速度、船舶 。在港时间等却是成倍增长的。也就是说集装箱箱体的大型化可进一步体现集装箱 运输和装卸的高效化。 ( 3 ) 集装箱箱务管理实现现代化 随着集装箱运输的迅猛发展，尤其是国际多式联运的推广普及，集装箱的数 量日益增多，并由于“门到门”的运输活动使其流动的范围更加广泛，集装箱很 难进行有效的控制。为提高集装箱管理决策的水平，最大限度地发挥集装箱的运 输能力，防止因种种原因产生的集装箱灭失现象，班轮公司大都已建成或在建自 己的集装箱箱务管理信息系统，实现集装箱箱务管理现代化，以建立起高效率的 集装箱跟踪管理系统。 集装箱跟踪管理系统是运用电子计算机技术建立起来的信息传输和数据处理 管理系统。利用先进的集装箱管理信息系统，可以有效地对集装箱进行跟踪，随 时了解集装箱的动态，对于一些内陆点和还箱地点困难的特殊情况，通过重点跟 踪，可以避免集装箱灭失的可能，降低集装箱重置费用。 通过上述集装箱跟踪管理系统功能的实现，可以为船公司提供原始数据，为 货主提供优质的服务，为港区检查工作、堆场业务处理、船舶装卸、船图配置和 提货提供方便，从而实现了集装箱管理的现代化。目前，利用计算机对集装箱进 行管理己由初级阶段的动态控制，即跟踪管理，发展到高级阶段的控制动态业务 处理。船公司不仅能够掌握和跟踪分布在国内外集装箱码头堆场、集装箱货运站、 内陆货运站、货主仓库以及运输途中的有关集装箱的地理位置及使用状态的动态 信息，而且还可以对各个运输环节的箱子需求情况做出预测。今后的发展趋势是， 如何基于这些信息作出符合理性的优化决策。 9 上海海事大学硕士论文 随机环境下海运集装箱空箱调配问题研究 第二节集装箱流转过程 集装箱在整个运输过程中的流转程序一般是： ( 1 ) 货主为了装运货物，产生了对空箱的需求，临近的内陆货运站或港口将空 箱运往货主所在地或其指定的装箱地点。如果临近的内陆货运站或港口缺少空箱， 那么就需要从其它港口或货运站调进空箱，或者从租箱公司租进空箱。 ( 2 ) 当货主的空箱需求满足后，空箱装入货物后成为重箱，然后通过内陆运输， 集装箱货物被运至集装箱码头堆场，等待装船出运。 ( 3 ) 通过海上运输，集装箱货物被运往另一个港口。 ( 4 ) 重箱在另一个港口卸下后，再经内陆运输运往货主所在地；在货主所在地， 重箱卸完货物后，变为空箱，该空箱将被运往临近的货运站或港口。 ( 5 ) 空箱运至货运站或港口后，将被再次使用，或还给租箱公司。 该过程可简单的用如下图描述：。 ( 承运人租箱) 一承运人放箱一发货人装箱一承运人承运一收货人拆箱一承运人 回运空箱一( 租箱公司收回空箱) 此外，集装箱按所有者的不同，除包括承运人箱和租箱公司出租箱外，还包 括货主自备箱。货主自备箱一般是大型生产厂商( 如跨国公司) 自己独立拥有和 使用的，其流转程序一般如下： 发货人装箱一承运人承运一收货人拆箱一箱主收回空箱 在此过程中，集装箱作为货物的一部分由船公司承运，收货人提取货物后， 船公司不存在调箱及其它相关问题，因此该箱种不在本文的考虑范围之内。 在上述集装箱的流转过程中，可见作为运输工具的集装箱需要经历从船公司 堆场( c y ) 到货主仓库( d o o r ) 或集装箱货运站( c f s ) ，然后重箱经内陆运输到码头堆 场( p o l ) 等候装船，装船后经海上运输( s e a ) ( 部分需要中转) 至目的港( p o d ) ，卸船 ，后至码头堆场，经内陆运输后至收货人仓库( d o o r ) 或集装箱货运站( c f s ) ，待收货 人拆箱完毕后返空至班轮公司堆场( c y ) ( 如果发生损坏，则需要安排修理) ，进入 空箱待用状态。整个集装箱运输流程如图2 1 所示： 上海海事大学硕士论文随机环境下海运集装箱空箱调配问题研究 锶 i 堆场c 吖， 码 j 海上运输e 头 i 凸 堆 局 严 圈2 - l 集装箱运输谭程示意图 根据上图，我们可以将集装箱整个运输流程分为三个阶段： 阶段一：在岸( 装船前) ，集装箱由空箱到重箱状态，等候装船； 阶段二：在船( 装船后) ，重箱装船后进入海上运输阶段； 阶段三：在岸( 卸船后) ，船舶抵目的港后，重箱卸船、发放到空箱返回。 任何一个集装箱要完成全部运输过程，都必须经过由空箱到重箱，通过某一航 线上的某一艘班轮承运抵达目的港，再由重箱到拆空后返回堆场的过程，即需要 经历前述三个阶段。 第三节集装箱空箱调运产生的原因 7 从上节集装箱的流转过程，可以看出集装箱在整个营运过程中，不可避免地 会产生港口箱量或箱型的进出不平衡，造成一些港口空箱积压，而另一些港口空 箱紧缺。对于所有班轮公司来说，不平衡是绝对的，仅有重有轻而已。而造成这 种情况的原因有多种，下面从客观和主观两方面加以分析。 上海海事大学硕士论文 随机环境下海运集装箱空箱调配问题研究 一、空箱调运产生的客观原因 ( 1 ) 港口进出箱量不平衡 集装箱货物运量的不平衡本质上是由于贸易流的差异造成的。集装箱货物运 量的最大不平衡发生在以亚洲为一端的两大主干远洋贸易航线上，即亚洲：1 1 ：美和 亚欧航线上。在这两条主干航线上，亚洲出口量远远超过进口量。 。 ( 2 ) 港口进出箱型不平衡 由于进出口货物种类和性质上的差异以及运费和装卸费收费标准不同等原 因，导致航线上进出口箱型不平衡。以远东至欧洲航线为例，近年来西向货流多 为轻泡货，适宜用4 0 箱，而东向货流则多为重货，适宜用2 0 箱，导致西向货 流4 0 箱短缺，而东向货流2 0 箱短缺，从而产生空箱调运。 再者，冷藏箱和罐式箱等特种箱有其自身独特的运动规律。 ( 3 ) 货流量的突然变化及货源实效性 货流量的突然增加或减少，货源的时令必然导致箱量进出不平衡。如澳大利 亚港口，每年四月份羊毛的大量出口必然造成其港口在这一段时间内用箱量的上 升。 ( 4 ) 国家和地区间经济发展的不平衡 由于国家和地区间经济发展的不平衡，造成集装箱货源流向上货量、货种的 不平衡，从而导致一些地区空箱大量闲置，而另一些地区空箱无法满足运量需求， 只能通过空箱调运来满足航运需求。例如，作为一般规律，在所有的贸易中，人 口中心城市往往吸收大量的消费品，从而产生空余的集装箱；而制造业发达的地 区则缺少集装箱。这两种性质地区的地理位置在很大程度上并不重叠，空箱调运 问题由此而产生。 ( 5 ) 装箱的生产地到投入使用地之间的空箱运输 中国是全球制箱霸主，制造的干货箱几乎占9 0 ，由此造成了由中国各集装箱 ，制造厂向世界各地运输空箱的局面。 二、空箱调运产生的主观原因 ( 1 ) 港口空箱积压 港1 2 1 设施还不完善，未形成国际中转枢纽大港，我国内陆大批适箱货物出e l 需运往日本、香港中转，使我国主要集装箱港1 2 及内陆货运站进大于出，形成空 上海海事大学硕士论文随机环境下海运集装箱空箱调配问题研究 箱积压。 ( 2 ) 集装箱箱务管理的失误，运作不规范 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，致使集装箱单证交接不全、流转不畅，集装箱动态记录传送速度缓慢， 影响箱子的调配和周转，为应付急需不得不调运空箱。甚至有的箱子因责任不清， 导致损坏或灭失未及时追回或无法追回，只能调运空箱补充。 ( 3 ) 超期用箱、错用箱 所谓超期箱是指客户使用时间过长的集装箱，即在仓库、堆场、港口以及其 它场所的堆放时间超过了相关规定的集装箱。超期箱的存在，严重影响了集装箱 的正常流转，降低了集装箱的利用效率。错用箱直接影响箱管中心的日常箱务管 理工作的正常进行。 ( 4 ) 租箱协议中有关退租地点的限制 租箱公司为了避免或弥补班轮公司在租期届满后在集装箱积压地区退租造成 损失，所以一般在租箱协议中严格规定集装箱退租地点和还箱限额，船公司为了 履行协议而不得不调运空箱。 ( 5 ) 区域间修箱成本和修箱标准的差异 因各区域修箱费用和各班轮公司对修箱要求的不同，坏箱通常被调至修理成 本较低或技术水平较高的修理厂家所在港口或地区进行修理，由此而产生空箱调 运。 第四节集装箱空箱调运现有措施 班轮公司在既定集装箱配备规模的情况下，如何突破传统的缺箱一一租箱 退租模式，不断寻求新的方法来提