基于冷鏈物流的G港集疏運流量分配優(yōu)化

（武漢理工大學 交通學院，湖北 武漢 430063）

1 引言

近年來，國家以及各部委陸續(xù)出臺了一系列有利于冷鏈物流業(yè)加速發(fā)展的相關政策，廣東省及廣州市各部門對于相關的政策和規(guī)劃的研究也在穩(wěn)步推進中，積極推動冷鏈物流行業(yè)快速發(fā)展，因此冷鏈物流需求得到釋放，其發(fā)展環(huán)境也得到了明顯的改善[1]。同時，廣州作為全國大宗冷凍產(chǎn)品交易集散地，具有較高程度的市場積累，以南沙新港作為大宗冷凍產(chǎn)品的直航進口母港并進行二次分撥的發(fā)展前景可預期。因此，對G港冷藏箱集疏運系統(tǒng)進行優(yōu)化研究具有較高的現(xiàn)實意義。由于冷鏈運輸在港口水運方面的特殊性，本文選擇冷藏集裝箱作為主要研究對象。

目前，國內(nèi)外針對冷藏集裝箱的集疏運流量分配優(yōu)化的研究還比較少，但對普通集裝箱的集疏運網(wǎng)絡優(yōu)化已經(jīng)取得了一定的成果[2-4]。此外，國內(nèi)外對冷藏集裝箱的研究方向大致相似，大部分都集中在冷藏箱箱體材料的選擇或是運輸過程中所使用軟件設施的研究上，也有少許研究結(jié)果可為冷藏集裝箱集疏運網(wǎng)絡的優(yōu)化提供參考?；诖?，本文以冷藏集裝箱作為研究對象，結(jié)合G港內(nèi)陸集疏運系統(tǒng)的實際情況，綜合考慮運輸成本與貨損成本，構(gòu)建流量分配優(yōu)化模型，實現(xiàn)系統(tǒng)綜合成本最小，使用Lingo進行求解，并以穿梭巴士冷藏箱載箱量為自變量進行靈敏度分析。

2 G港冷藏集裝箱內(nèi)陸集疏運網(wǎng)絡節(jié)點優(yōu)化

2.1 G港集疏運網(wǎng)絡節(jié)點現(xiàn)狀分析

近年來，G港集團不斷加速內(nèi)陸網(wǎng)點的建設進程，截止2016年9月底，共設立內(nèi)陸港和辦事處共23處。冷藏箱內(nèi)陸中轉(zhuǎn)站可以有兩種方式：一是在已有內(nèi)陸港的城市中選擇站點來開拓冷藏箱業(yè)務，二是選擇未有內(nèi)陸港的城市建立冷藏箱內(nèi)陸中轉(zhuǎn)站。由于現(xiàn)實情況中冷鏈市場在不同區(qū)域發(fā)展存在差異性，本文以珠三角區(qū)域的冷藏箱集疏運系統(tǒng)為研究對象。

根據(jù)統(tǒng)計資料顯示，廣東省內(nèi)鐵路、公路、水路貨運周轉(zhuǎn)量占比分別為0.96%、12.89%和85.15%，G港集裝箱在珠三角區(qū)域內(nèi)大多是通過水路和公路進行集疏運，而水路運輸由于自身的獨特之處，具有一定的復雜性與不確定性，因此在珠三角地區(qū)冷藏箱集疏運系統(tǒng)的節(jié)點選擇優(yōu)先等級問題上，采取灰色關聯(lián)分析法對珠三角區(qū)域內(nèi)的七個城市，即佛山、中山、惠州、東莞、珠海、江門和肇慶（除開廣州市以及深圳市）進行分析。

2.2 灰色關聯(lián)模型構(gòu)建及求解

將參考序列確定為G港冷藏箱的年吞吐量X0，

比較序列定為備選城市的地區(qū)生產(chǎn)總值Xi，具體見表1。

表1 備選城市地區(qū)生產(chǎn)總值（億元）及G港冷藏箱年吞吐量（萬TEU）

（1）將原始數(shù)據(jù)作百分比變換。記Xi經(jīng)百分比變換后為yi，Xi(k)經(jīng)百分比變換后為yi(k)。其中i=0,1,2,3,4,5,6,7；k=1,2,3,4,5,6,7。變換公式為：

（2）計算絕對差序列。

（3）計算關聯(lián)系數(shù)。取ρ=0.5，則有：

（4）計算關聯(lián)度。

2.3 結(jié)果及分析

結(jié)果顯示，關聯(lián)度r06＞r01＞r04,即在2010-2015期間，江門市、佛山市、東莞市的經(jīng)濟發(fā)展水平對G港冷藏箱吞吐量的影響較大。因此確定珠三角區(qū)域的冷藏箱中轉(zhuǎn)站為江門、佛山和東莞。G港集團已分別于2016年9月和10月開設佛山辦事處及江門辦事處，同時查閱“G港穿梭巴士與南沙港聯(lián)運對接班期表”得知，每周固定有“穿梭巴士”（駁船）往返這三個城市與G港南沙港區(qū)。綜上所述，江門、佛山、東莞三個城市同時具備公路與水路集疏運的條件，將其作為G港冷藏箱中轉(zhuǎn)站點。

3 G港冷藏集裝箱集疏運流量分配

3.1 冷藏箱集疏運系統(tǒng)綜合成本分析

（1）運輸成本

①公路冷藏箱運輸成本

重箱運費=重箱運價×計費箱數(shù)×計費里程+箱次費×計費箱數(shù)+貨物運輸其他費用

其中貴重、鮮活貨物運價在整批（零擔）貨物基本運價的基礎上加成40%～60%。

②穿梭巴士冷藏箱運輸成本。根據(jù)資料顯示，在實際操作中冷藏箱的運費比普通箱加收50%。

（2）貨損成本。冷藏集裝箱在運輸過程中的貨損情況與運輸時間和該時刻的貨物量有關，貨損程度隨著運輸時間的增加而增加。假定在t=0時刻貨物完好，貨物價值為Q(0)，冷藏集裝箱的貨損速率設定為一恒定值θ，則微分方程如下：

對其進行積分可得：

冷藏集裝箱的價值量隨著運輸時間的增加而減少，則貨損成本為初始時刻與t時刻的價值量之差。若冷藏集裝箱的運輸時間為t，則相應的貨損成本為：

3.2 冷藏箱集疏運流量分配模型構(gòu)建及求解

（1）模型假設

①網(wǎng)絡構(gòu)建方面。建立起以G港作為起始點，珠三角區(qū)域內(nèi)的江門、佛山、東莞三個冷藏箱中轉(zhuǎn)站城市作為路徑終點的冷藏箱集疏運流量分配模型。

②運輸方式方面。在鐵公水三種集疏運方式中，由于珠三角城市之間距離較近，所以鐵路并不屬于珠三角城市與G港之間冷藏箱運輸現(xiàn)行的方式之一；同時，G港當前拖車資源基本能夠滿足珠三角城市的運輸要求，所以此處只考慮“穿梭巴士”冷藏集裝箱運量的限制。

③駁船運量限制方面。一艘標準集裝箱船的冷藏箱位應占總箱位的15%-20%。根據(jù)船舶的技術參數(shù)得出，“穿梭巴士”集裝箱船的載箱量在93TEU-250TEU范圍內(nèi)，本文中選取載箱量為150TEU的集裝箱船為例，其相應冷藏箱載箱量為30TEU。

④模型單位選取方面。本文以20英尺的冷藏集裝箱為標準，TEU是計算單位。

（2）模型構(gòu)建。集疏運系統(tǒng)的綜合運輸成本盡可能低是冷藏箱集疏運系統(tǒng)優(yōu)化的最終目的，因此構(gòu)建優(yōu)化模型如下：

約束條件：

式中：C為區(qū)域內(nèi)運輸網(wǎng)絡的總運輸成本；a=1,2依次表示集疏運方式為公路、水路；b=1,2,3依次表示江門、佛山、東莞三個冷藏箱中轉(zhuǎn)站；Vab表示以a方式到達冷藏箱中轉(zhuǎn)站b的冷藏箱箱量；Fab表示以a方式到達冷藏箱中轉(zhuǎn)站b的單位成本，由運輸成本和貨損成本組成。

（3）結(jié)果及分析。根據(jù)調(diào)研資料整理出冷藏集裝箱通過水路和公路運輸至各城市的收費情況。由于集裝箱船上安有可以為冷藏集裝箱充電的插座，而在集疏運過程中碼頭換裝運輸方式的腐敗成本基本可以忽略，所以通過穿梭巴士進行運輸?shù)睦洳丶b箱腐敗成本設為零。在考慮貨損成本時重點計算公路運輸方式中的腐敗成本。上述的原始數(shù)據(jù)資料整理后可得單位成本費用Fab的值，具體見表2。

表2 Fab的計算結(jié)果

從Fab的值可以看出，通過駁船進行冷藏箱運輸?shù)某杀镜陀谟眉ㄟ\輸冷藏箱的成本。這是因為“穿梭巴士”在珠三角范圍內(nèi)的使用有實現(xiàn)貨物的快裝快運、緩解道路擁堵以及綠色環(huán)保等優(yōu)點，通過“穿梭巴士”運輸珠三角城市范圍內(nèi)的冷藏箱更為經(jīng)濟合理。根據(jù)相關預測，2018年G港冷藏箱的吞吐量可達17.29萬TEU，按照市場情況將珠三角城市所占比例取為60%，即10.37萬TEU,再根據(jù)地區(qū)GDP在各區(qū)域進行分配。將上述相關數(shù)據(jù)帶入到模型中，運用Lingo進行優(yōu)化求解運算。

表3 G港冷藏集裝箱集疏運網(wǎng)絡配流比例

在此種約束條件下珠三角區(qū)域冷藏箱集疏運網(wǎng)絡達到最優(yōu)即整個集疏運網(wǎng)絡總成本最小，為：11 351.96萬元。珠三角西部地區(qū)水路運輸占主導地位，占70%以上，遠遠高于公路運輸。根據(jù)本文中優(yōu)化模型的結(jié)果，冷藏集裝箱在珠三角地區(qū)集疏運中水路運輸?shù)恼急纫不痉线@一規(guī)律。這與珠三角區(qū)域內(nèi)發(fā)達的水網(wǎng)以及G港完善的“穿梭巴士”運輸體系有關。特別是針對江門市，模型的結(jié)果顯示冷藏集裝箱的水路運輸比例已達100%（見表1），在佛山和東莞兩個城市的流量比例中，水路運輸占比也多于公路運輸。由此說明，江門市“穿梭巴士”目前的班期安排已然能夠滿足該城市冷藏箱的集疏運需求，而佛山市和東莞市“穿梭巴士”的冷藏集裝箱運量趨向于飽和，進一步發(fā)揮駁船運輸?shù)膬?yōu)勢，增加其冷藏箱運量限制，可相應降低珠三角區(qū)域冷藏箱集疏運網(wǎng)絡的總成本。

3.3 靈敏度分析

“穿梭巴士”運輸冷藏集裝箱的優(yōu)點眾多，同時加之G港南沙港區(qū)“穿梭巴士”的項目網(wǎng)絡覆蓋面大、聯(lián)運規(guī)模大等基礎條件，可以預見在冷藏集裝箱箱量大幅度增長的未來，“穿梭巴士”在冷藏箱集疏運系統(tǒng)中將占據(jù)不可或缺的地位。考慮到上述情況，假設在保持公路運輸成本不變的前提下，將“穿梭巴士”上運輸冷藏集裝箱的運量限制進行一定程度的釋放，觀察集疏運系統(tǒng)總成本的變化，具體見表4。

表4 “穿梭巴士”冷藏箱量限制變化表

靈敏度分析的結(jié)果顯示，“穿梭巴士”上增加運輸冷藏箱的數(shù)量能夠降低整個珠三角區(qū)域內(nèi)集疏運網(wǎng)絡的總成本。當“穿梭巴士”的冷藏箱量限制釋放至50TEU/船的時候，珠三角區(qū)域集疏運網(wǎng)絡總成本減少了15.95%，與釋放冷藏箱箱量限制有同等作用的還有增加“穿梭巴士”的班期密度。

4 結(jié)語

本文的結(jié)論是建立在實際數(shù)據(jù)分析、理論模型研究基礎上的，具有一定的可靠性，但還有一些問題有待進一步的研究。

（1）需要承認冷鏈貨物的集疏運系統(tǒng)不是一個單面的問題，它涉及到多角色、多運輸方式的配合與協(xié)調(diào)，本文只涉及到了在G港珠三角地區(qū)的駁船運輸、公路運輸方式，班輪運輸以及比重極小的航空運輸嚴格意義上也應作為集疏運系統(tǒng)的研究對象。

（2）冷藏箱集疏運網(wǎng)絡優(yōu)化模型的部分假設，如貨損成本、公路運輸狀況良好等，是與實際情況有一定差異的，更深入的研究可就這些假設再進行探討。