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集装箱运输与多式联运课程设计 题目：集装箱空箱调运分析
题目：集装箱空箱调运分析
摘
要：经济发展带来的对外贸易量的增长需要集装箱运输的紧密配合，在整个海运集装箱运输过程中，关乎航运企业发展经营的重要问题之一就是海运集装箱空箱调运问题。只有行之有效的缓解、解决空箱调运问题，才能从根本上降低航运企业的运输成本，这个问题也已经成为学术界和企业界重视并研究的重点。集装箱空箱运输产生的本质是由于货物运输的不平衡，所以，不同的港口对于集装箱空箱的需求量就不一样，集装箱空箱的存在，不仅有运输成本问题，而且还存在港口库存问题，所以，对于集装箱班轮公司而言，海运集装箱的合理调配既是满足公司正常运输生产的需要，也是在集装箱班轮运输市场上同竞争对手竞争的需要。本文对空箱调运产生的原因及减少空箱调运的方法进行了探讨和总结，同时，结合海运集装箱调运的现状，以集装箱空箱运输成本最低的思想，建立相应的模型，对目前海运集装箱空箱调运过程中成本居高不下的实际问题进行理论上的探索。
关键词：海运、集装箱运输、空箱调运、线性规划 引言：集装箱运输兴起于20世纪初,经过几十年的迅速发展,现已成为全球国际贸易中最重要的运输方式之一,创造了巨大的经济和社会效益。但由于地区间经济贸易的不平衡性以及船运公司集装箱管理水平存在差异,空箱调运在整个集装箱运输系统中占据了大量比重。据估计,当前全球空箱调运量约占集装箱总运输量的35%,有些船公司的空箱运输超过这一比例。集装箱空箱调运已成为提高集装箱运输效率的瓶颈。研究如何减少集装箱空箱调运,并做到集装箱空箱运输成本最低，对于促进集装箱运输快速发展、协调多式联运、提高企业经济效益具有重要意义。
1.空箱调运的主要原因 总体来说,可以分为客观原因(即非人为因素造成的物流不平衡引起的空箱调运)和主观原因(人为因素形成物流不平衡引起的空箱调运)两类。
1. 1 客观原因 产生集装箱空箱调运的客观原因主要有:
1.1.1 集装箱港口进、出口箱数量不均衡。进出口货源不平衡，造成进、出口集装箱比例失调，产生空箱调运的问题，或由于贸易逆差，导致集装箱航线货流不平衡，产生空箱调运。
1.1.2 集装箱港口进、出口箱型不均衡。从经济效益的角度出发,发货人在进、出口贸易中经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,形成空箱调运。
1.1.3集装箱产销地的空间差异产生空箱运输。往往集装箱的生产地和消费地空间分离。例如,中国是集装箱的主要生产地,制造的干货箱几乎占世界的90%。而世界各地区对集装箱均有大量的需求,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现象。
1. 2 主观原因 产生集装箱空箱调运的主观原因主要有: 1.2.1 港口集装箱空箱大量积压。在装卸搬运设施不完善,未形成国际中转枢纽的中小型港口,存在大量的集装箱空箱积压。例如,我国内陆大批适箱货物出口以散件方式经由公路、铁路、水路运往日本、香港中转,使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以最大程度减小积压的损失。
。
1.2.2 集装箱管理水平不高导致空箱调运。如由于单证交接不全，流转不畅，影响空箱的调配和周转；又如货主超期提箱，造成港口重箱积压，影响到集装箱在内陆的周转，为保证船期，需要从附近港口调运空箱。
。
1.2.3 租箱合同中对退租地点的要求。由于港口进出口箱型和箱量的不平衡,使箱源分布不尽合理。为了避免或弥补租箱人租期满后在集装箱积压地区大量退租而造成的损失,在租箱合同中严格规定了集装箱的退租地点和还箱费用。还箱费用因地而异,从几十到几百美元不等。因此,租箱人在租期满时应将租箱调运至指定还箱地点或者还箱费用比较低的地区;否则,要向租箱公司支付高额的还箱费用。
。
1.2.4 修箱费用和修箱要求。因各地集装箱修理费用和各班轮公司对修箱要求的不同,班轮公司出于经济上或质量上的考虑,将集装箱调运至修理成本比较低和技术水平比较高、离港口近的修理厂修理。
2 2 解决集装箱调运的主要措施 2.1 组建联营体，实现船公司之间集装箱的共享。联营体通过互相调用空箱，可减少空箱调运量和航线集装箱需备量，节省空箱调运费和租箱费。
2.2 强化集装箱集疏运系统，缩短集装箱周转时间。通过做好集装箱内陆运输各环节的工作，保证集装箱各环节紧密配合，缩短集装箱周转时间和在港时间，以提供足够箱源，不致因缺少空箱而从临港调运。
2.3 强化集装箱跟踪管理系统，实现箱务管理现代化。通过优化集装箱跟踪管理计算机系统，采用EDI系统，以最快、准确的方式掌握集装箱信息，科学而合理的进行空箱调运，最大限度的减少空箱调运量及调运距离。
2.4 合理调整特定航线的运价，鼓励边际装箱货采用适箱化包装。例如，由于中美贸易不平衡，导致美国空集装箱积压过多，从美国运往中国的大豆、木材也开始采用集装箱运输，形成箱主和货主共赢的局面。
3.空箱运输成本最低的基本模型 由于客观的货物流向、流量及货种的不平衡，产生一定数量的空箱调运是必然的。通过采取上述中的解决空箱调运的主要措施有利于提高集装箱利用率、节约资金、减少运输成本。同时，针对客观的必然的空箱调运问题，本文结合海运集装箱调运的现状，以集装箱空箱运输成本最低的思想，建立相应的模型，对目前海运集装箱空箱调运过程中成本居高不下的实际问题进行理论上的探索． 3.1 模型的构建 令：
O (k) ，k∈K 代表起运地的集装箱空箱 k，其中 K 为不同类型的集装箱空箱； D (k) ，k∈K 代表为目的地的集装箱空箱 k； T (k) ，k∈K 代表为转运地的集装箱空箱 k； oki，i∈ O (k) ，k∈K,集装箱码头 i 对集装箱空箱 K 的供应量； dki，i∈ D (k) ，k∈K,集装箱码头 i 对集装箱空箱 K 的需求量； u ij，（i,j）∈A 为弧（i,j）的容量； ukij，（i,j）∈A 为在弧（i,j）集装箱空箱 k 的最大运量； 变量 xkij，（i,j）∈A，k∈K 为集装箱 k 在弧（i,j）的运量； Ckij （ xkij），（i,j）∈A，k∈K 为弧（i,j）运输 xkij单位流量集装箱空箱的
成本。
多种集装箱空箱最小成本的模型
min
K k A j) (i,Ckij （ xkij）
(1) s.t.
oki，i∈ O (k) ，k∈K
A j i ）
（ ,xkij - A j i ）
（ ,xkji
=
- dki，i∈ D (k) ，i∈V,k∈K
(2)
0,
i∈ T(k) ，k∈K xkij<= ukij，（i,j）∈K, （i,j）∈A, k∈K
(3 A j i ）
（ ,xkij<= ukij,（i,j）∈A
(4) xkij>=0, （i,j）∈A, k∈K 目标函数（1）是总的费用； 约束条件（2）是对集装箱码头 i∈V 和每一类货物 k∈K 的运量限制； 约束条件（3）表示每一类货物 k∈K 通过每一条弧（i,j）∈A 的流量不超过容量 ukij； 约束条件（4）表示对于每一条弧（i,j）∈A，通过弧（i,j）∈A 的总运量不大于运量 ukij。
对于任意的 oki，i∈ O (k) ，k∈K 和 dki，i∈ D (k) ，k∈K，满足下面的条件 (k) O ioki = (k) D idki，k∈K 否则问题是行不通的。
虽然集装箱有不同的类别，但是班轮公司使用的集装箱大部分仍然是普通集箱，又称干货集装箱(dry container)以装运件杂货为主，通常用来装运文化用品、日用百货、医药、纺织品、工艺品、化工制品、五金交电、电子机械、仪器及机器零件等．这种集装箱占集装箱总数的80％以上口。鉴于此，在实际应用中，
构建单集装箱空箱线性最小成本流模型。根据上述多种集装箱空箱线性最小成本流的原理，构建下面单集装箱空箱线性最小成本流问题模型，同时，我了便于后面相关算例的验证，模型必须满足如下假设。
假设1 相同航线上几家独立的集装箱班轮公司，在航线和航期表固定、一定计划周期内所有航班都正好完成1次运输、每航次的货船容量(即重箱运输量)已知的情形下，开展单箱种(20 ft)空箱的调运。
假设2 计划期开始时各港口空箱的供给量和需求量已知，且据此可确定本期的供给港和需求港。
假设3 当客户对空箱的需求仅仅依靠调运已不能满足时，班轮公司将从集装箱租赁公司租用空箱，这些空箱在任何时间、任何港口都没有数量限制，并且能够即刻得到。
假设4 班轮公司在各航线上的空箱运输费率、在各港口的租箱费等成本参数已知．所假设公司各方面情况接近且计划期长度有限．因此认为在特定港口的同一计划期内租箱费用相同、恒定 。
min
A j i ）
（ ,c ij x ij
s.t.
o i ，i∈ O
A j i ）
（ ,x ij
- A j i ）
（ ,x ji
=
- d i，i∈ D ，i∈V
0,
i∈ T
x ij <= u ij ， x ij >=0, （i,j）∈A, 集装箱空箱线性最小成本流问题模型，可以通过线性规划中的单纯形算法来求解。
3.2单纯形法算法步骤 步骤一：给出第一个基可行解 步骤二：检验这个基可行解是否是最优解 步骤三：若步骤二得出的不是最优解，转换到另一个基可行解，回到步骤 二
3.3 案例：
上海铁洋多式联运有限公司是一多试联运承运人，当客户将货物从起运地运至目的地时，该公司提供一个或多个空集装箱来装货，一旦到达目的地，货物卸下，空箱运至新接货点的客户。该公司的管理只需要周期性的重新分配空集装箱(实际中是1周1次)。现有几十个空的20ft的标准箱需要在上海港、青岛港、东京港、香港（分别记作港口1、港口2、港口4、港口4）进行调运。各码头的空集装箱的数量和需要的数量和运费，见图1.
x x x x x x x x x xz55 55 30 30 20 20 40 40 30 3043 34 32 23 41 14 31 13 21 12min
s.t. 10 - - - -41 31 21 14 13 12 x x x x x x 40 - - x 3212 23 21 x x x 20 - - -43 13 23 34 31 32 x x x x x x 30 - -34 14 43 41 x x x x043 34 32 23 41 14 31 13 21 12x x x x x x x x x x ， ， ， ， ， ， ， ， ，
用大 M 法求此线性规划问题（M 是一个任意大的正数）
。
30 20 -10 -40 55 40 20 30 30 1 2 3 4 i 代表港口 代表空箱流向 图 1
空箱问题的代表图
此函数标准化后得：
x x x x x x x x x xz55 55 30 30 20 20 40 40 30 3043 34 32 23 41 14 31 13 21 12min
+x 1 M+ +x 2 M+ +x 3 M+ +x 4 M
s.t. 10
+
- - -Mx 141 31 21 14 13 12 x x x x x x 40 -2 32 12 23 21 x - Mx x x x 20 - - -3 43 13 23 34 31 32 Mx x x x x x x 30 - -4 34 14 43 41 Mx x x x x043 34 32 23 41 14 31 13 21 12x x x x x x x x x x ， ， ， ， ， ， ， ， ，
用单纯形法进行计算 步骤一：列出初始单纯行表，如表 1
C j → 30 30 40 40 20 20 30 30 55 55 M M M M i
C B
X B b x 12 x 21 x 13 x 31 x 14 x 41 x 23 x 32 x 34 x 43 x 1
x 2
x 3x 12x 4
M x 1
10 -1 1 -1 1 -1 [1] 0 0 0 0 1 0 0 0 10 M x 2
40 1 -10 0 0 0 0 -1 1 0 0 0 1 0 0
表 1 初始单纯行表
M x 3
20 0 0 -1 1 0 0 -1 1 1 -1 0 0 1 0
M x 4
30 0 0 0 0 -1 1 0 0 -1 1 0 0 0 1 30 j 30 30 40+2M 40-2M 20+2M 20-2M 30+2M 30-2M 55 55 0 0 0 0
步骤二：第一次换基迭代，见表 2
C j → 30 30 40 40 20 20 30 30 55 55 M M M M i C B
X B b x 12 x 21 x 13 x 31 x 14 x 41 x 23 x 32 x 34 x 43 x 1
x 2
x 3
x 420 x 41
10 -1 1 -1 1 -1 1 0 0 0 0 1 0 0 0
M x 2
40 1 -1 0 0 0 0 -1 1 0 0 0 1 0 0 40 M x 3
20 0 0 -1 1 0 0 -1 [1] 1 -1 0 0 1 0 20 M x 4
20 1 -1 1 -1 0 0 0 0 -1 1 -1 0 0 1
表 2
j 50-2M 10+2M 60 20 40 0 30+2M 30-2M 55 55 2M-20 0 0 0
步骤三：第二次换基迭代，见表 3
C j → 30 30 40 40 20 20 30 30 55 55 M M M M i
C B
X B b x 12 x 21 x 13 x 31 x 14 x 41 x 23 x 32 x 34 x 43 x 1
x 2
x 3
x 420 x 41
10 -1 1 -1 1 -1 1 0 0 0 0 1 0 0 0
M x 2
20 [1] -1 1 -1 0 0 0 0 -1 1 0 1 0 0 20 30 x 32
20 0 0 -1 1 0 0 -1 1 1 -1 0 0 1 0
M x 4
20 1 -1 1 -1 0 0 0 0 -1 1 -1 0 0 1 20 j 50-2M 10+2M 90-2M 2M-10 40 0 60 0 25+2M 85-2M 2M-20 0 M-30 0
表 3
步骤三：第三次换基迭代，见表 4
C j → 30 30 40 40 20 20 30 30 55 55 M M M M i C B
X B b x 12 x 21 x 13 x 31 x 14 x 41 x 23 x 32 x 34 x 43 x 1
x 2
x 3
x 420 x 41
30 0 0 0 0 -1 1 0 0 -1 1 1 1 0 0
30 x 12
20 1 -1 1 -1 0 0 0 0 -1 1 0 1 0 0
30 x 32
20 0 0 -1 1 0 0 -1 1 1 -1 0 0 1 0
M x 4
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 -1 0 1
j 0 60 40 40 40 0 60 0 75 35 M+10 M-10 M-30 0
x=（20,0，0, 0，0，30,0,20,0,0） z =1800 具体的空箱流见表1．可以明晰的看出各种港口之间集装箱空箱的流量．根据港口之间的空箱流，可以得出最优解是1800。
x ij
运算值 x ij
运算值 表 1 某公司集装箱空箱分配问题的求解值 TEU 表 4
x 12
20 x 41
30 x 21
0
x 23
0 x 13
0 x 32
20 x 31
0 x 34
0 x 14
0 x 43
0
4 结论 随着国际贸易的快速发展,集装箱运输在国际运输体系中的地位不断提高。然而在集装箱运输迅猛发展的...
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