基于風(fēng)險(xiǎn)偏好—信息熵的集裝箱裝卸設(shè)備選擇研究

王愛虎 李麗蘭 鄭斯斯

摘 要： 集裝箱裝卸設(shè)備選擇對(duì)提高碼頭運(yùn)營(yíng)效率和通過(guò)能力具有重要意義。針對(duì)該問題，提出了基于風(fēng)險(xiǎn)偏好-信息熵的混合多屬性決策模型（hybrid multiple attribute decision making model based on risk preference information entropy，HMADM-RPIE）。首先，基于文獻(xiàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研建立全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。然后，根據(jù)決策者對(duì)屬性的重視程度和屬性對(duì)決策的作用度分別確定主觀權(quán)重和客觀權(quán)重。主觀權(quán)重考慮決策者自身權(quán)重，客觀權(quán)重引入決策者風(fēng)險(xiǎn)偏好。最后，運(yùn)用TOPSIS方法對(duì)方案進(jìn)行排序，并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)偏好因子進(jìn)行靈敏度分析。以高明港為例，驗(yàn)證了該模型的實(shí)用性和有效性。表明：基于建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及高明港的發(fā)展現(xiàn)狀，裝卸設(shè)備的最優(yōu)選擇是軌道吊，為集裝箱裝卸設(shè)備選擇提供了一個(gè)科學(xué)有效的新思路。

關(guān)鍵詞：裝卸設(shè)備選擇；風(fēng)險(xiǎn)偏好；決策者自身權(quán)重；信息熵；TOPSIS

中圖分類號(hào)： F224 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-055X（2018）05-0047-09

doi：10-19366/j-cnki-1009-055X-2018-05-006

一、引 言

隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程不斷加快，我國(guó)貨物運(yùn)輸量增長(zhǎng)迅猛。由于集裝箱運(yùn)輸比傳統(tǒng)運(yùn)輸方式在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)方面更有優(yōu)勢(shì)，因此集裝箱運(yùn)輸在進(jìn)出口貨物運(yùn)輸過(guò)程中扮演著舉足輕重的角色。集裝箱運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展離不開集裝箱碼頭的建設(shè)，迅速增長(zhǎng)的集裝箱作業(yè)量對(duì)碼頭的作業(yè)能力提出了更高的要求：既要提高裝卸效率，減少船舶在港時(shí)間，以提高客戶滿意度，又要降低運(yùn)營(yíng)成本。

在集裝箱碼頭整個(gè)運(yùn)作過(guò)程中，堆場(chǎng)起到了承上啟下的關(guān)鍵性作用。堆場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)效率直接影響船舶的在港時(shí)間，而堆場(chǎng)的裝卸設(shè)備選擇及裝卸工藝是影響堆場(chǎng)運(yùn)營(yíng)效率的關(guān)鍵因素。其中，集裝箱裝卸設(shè)備的選擇是充分發(fā)揮集裝箱碼頭緩存和轉(zhuǎn)運(yùn)功能的基礎(chǔ)，對(duì)集裝箱碼頭的作業(yè)效率起決定性作用。在我國(guó)集裝箱碼頭同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)加劇的大背景下，集裝箱碼頭運(yùn)營(yíng)效率和通過(guò)能力的提高已成為港口運(yùn)營(yíng)商獲取競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的重要手段。

在對(duì)珠三角集裝箱碼頭進(jìn)行深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，綜合考慮設(shè)備的裝卸效率、適用范圍、運(yùn)營(yíng)成本、環(huán)境影響等因素，建立了全面的評(píng)價(jià)體系。針對(duì)集裝箱裝卸設(shè)備選擇評(píng)價(jià)呈現(xiàn)多屬性、決策不確定性等特點(diǎn)，本文以集裝箱裝卸設(shè)備為研究對(duì)象，將混合多屬性決策理論引入評(píng)價(jià)模型，運(yùn)用信息熵和TOPSIS相結(jié)合的方法，對(duì)裝卸設(shè)備進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，其基本思路和方法對(duì)現(xiàn)有內(nèi)河港口以及處于規(guī)劃建設(shè)中的新碼頭都有著重要指導(dǎo)意義。

二、研究現(xiàn)狀

關(guān)于集裝箱裝卸設(shè)備選擇問題，國(guó)內(nèi)外已有一些學(xué)者探討研究。白瑞海[1]針對(duì)集裝箱裝卸設(shè)備的生產(chǎn)工藝流程、場(chǎng)地利用率、全生命周期運(yùn)營(yíng)成本，探討堆場(chǎng)最優(yōu)的裝卸機(jī)械類型。莫駿[2]根據(jù)正面吊和軌道吊在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和工程投資等方面的特點(diǎn)比較兩種工藝，為集裝箱結(jié)點(diǎn)站設(shè)備選型提供理論依據(jù)。Stahlbock 和 Vo[3]考慮集裝箱裝卸設(shè)備的堆存能力，得出了“軌道吊（優(yōu)于）輪胎吊跨運(yùn)車正面吊”的結(jié)論。

隨著該問題的深入研究，其評(píng)價(jià)體系也在逐漸完善。王維宇[4]綜合考慮機(jī)械效率、經(jīng)濟(jì)成本以及環(huán)境等因素，運(yùn)用FAHP方法對(duì)集裝箱堆場(chǎng)的設(shè)備選型提出了新思路。Yang 和 Lin[5]從建設(shè)綠色港口的角度，綜合考慮工作效率、節(jié)能、減排三個(gè)因素對(duì)集裝箱裝卸設(shè)備進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)自動(dòng)軌道和電動(dòng)輪胎吊是綠色裝卸設(shè)備的最佳選擇。文獻(xiàn)[4]和[5]與以往的文獻(xiàn)不同，不僅涉及成本、效率這些定量的因素，更引入了裝卸工藝的靈活性、環(huán)境影響等定性的分析因素，完善了集裝箱裝卸設(shè)備的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

屬性權(quán)重的確定是求解多屬性決策問題的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，直接影響決策的準(zhǔn)確性。同時(shí)，決策者的參與和專家的主觀能動(dòng)性是保障決策的合理性和滿意性的重要因素。何滿輝[6]注意到?jīng)Q策者的知識(shí)水平、決策經(jīng)驗(yàn)都會(huì)影響到屬性的權(quán)重，因此，在考慮決策者對(duì)屬性的重視程度時(shí)，為決策者進(jìn)行加權(quán)，減少主觀權(quán)重的不確定性。王興鵬、呂淑然[7]和尤天慧、高美麗[8]就如何考慮決策者風(fēng)險(xiǎn)偏好問題進(jìn)行了研究，針對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)偏好的碼頭管理者，提供符合他們風(fēng)險(xiǎn)偏好的設(shè)備選型決策。鄒樹梁[9]等針對(duì)主觀賦權(quán)和客觀賦權(quán)的缺陷，從影響權(quán)重的三個(gè)方面對(duì)指標(biāo)進(jìn)行組合賦權(quán)，全面考慮了影響權(quán)重差異的多個(gè)方面。

目前，集裝箱裝卸設(shè)備選擇評(píng)價(jià)的方法缺乏系統(tǒng)工程的思想，忽略了將理論和實(shí)踐相結(jié)合，由于研究方法依賴于問卷調(diào)查結(jié)果或者專家偏好，得出的結(jié)論具有一定的局限性。本文針對(duì)集裝箱裝卸設(shè)備選擇問題，提出了HMADM-RPIE模型。該模型從屬性對(duì)決策的作用度和決策者對(duì)屬性的重視程度兩個(gè)方面確定屬性的權(quán)重，然后運(yùn)用TOPSIS方法對(duì)裝卸設(shè)備進(jìn)行排序。最后，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果，深入討論了風(fēng)險(xiǎn)偏好因子變化對(duì)結(jié)果的影響。

三、集裝箱裝卸設(shè)備選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

堆場(chǎng)最常用的裝卸設(shè)備有軌道吊（RMG）、輪胎吊（RTG）、跨運(yùn)車（SC）、正面吊（reach stackers，RS）、底盤運(yùn)輸車（chassis-based transporters）[10]。文獻(xiàn)[1]和[11]～[13]對(duì)幾種主要集裝箱裝卸設(shè)備的機(jī)械性能進(jìn)行了較詳細(xì)地定性比較，如動(dòng)力類型、作業(yè)效率、機(jī)動(dòng)性、穩(wěn)定性、故障維修費(fèi)用等方面，不再贅述。

（一）評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)的原則

建立科學(xué)合理的集裝箱裝卸設(shè)備選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是保證決策準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)，因此，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立需遵循一定的原則，以確保結(jié)論的合理性和準(zhǔn)確性。影響集裝箱裝卸設(shè)備選擇的因素很多，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系需要建立在客觀、系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)之上?？偠灾?，集裝箱裝卸設(shè)備選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立，應(yīng)遵循以下原則：①技術(shù)先進(jìn)、操作簡(jiǎn)單；②經(jīng)濟(jì)適用、性能可靠；③整體協(xié)調(diào)；④節(jié)能環(huán)保等。

（二）評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

影響集裝箱裝卸設(shè)備選擇的因素很多，每個(gè)因素在不同港口可能不盡相同，而且因素之間往往相互關(guān)聯(lián)、相互制約，因此，裝卸設(shè)備選擇評(píng)價(jià)必須建立在對(duì)各種因素綜合考慮的基礎(chǔ)上。已有研究的指標(biāo)體系主要從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三個(gè)方面考慮。表1列舉了幾篇文獻(xiàn)中具有代表性的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

本文參考文獻(xiàn)[4]、[6]、[15]和[16]中的指標(biāo)體系，并結(jié)合港口實(shí)際情況，遵循集裝箱裝卸設(shè)備選型評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立的基本原則，從技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性能、環(huán)保性能三個(gè)方面，建立堆場(chǎng)集裝箱裝卸設(shè)備選擇評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，如圖1所示。

不難發(fā)現(xiàn)，本文的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系在延續(xù)已有研究的基礎(chǔ)上，在技術(shù)性能和環(huán)保性能方面引入了符合港口發(fā)展趨勢(shì)的指標(biāo)，完善了集裝箱裝卸設(shè)備選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，使評(píng)價(jià)結(jié)果更具實(shí)際意義和參考價(jià)值。

在技術(shù)性能方面，增加了文獻(xiàn)中少有人注意到的“適用范圍”和“技術(shù)先進(jìn)性”指標(biāo)。設(shè)備的適用范圍也是決策者?？紤]的，如軌道吊、正面吊可以適應(yīng)重箱和吉箱，而堆高機(jī)只能適應(yīng)吉箱；各設(shè)備可堆疊的最高集裝箱層數(shù)也不一樣。對(duì)于場(chǎng)地規(guī)劃、主要裝卸箱型和箱型數(shù)量比例等指標(biāo)不一致的港口而言，將裝卸設(shè)備的適用范圍考慮在指標(biāo)體系內(nèi)，顯得尤為重要。技術(shù)先進(jìn)性，是指設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化、智能化的難易程度。港口日益增加的集裝箱吞吐量對(duì)港口設(shè)備的技術(shù)先進(jìn)性提出了更高的要求，因此，該指標(biāo)是絕大部分港口都需要考慮的。在環(huán)境性能方面，考慮碳排放量指標(biāo)，這也是之前的學(xué)者很少涉及，但很有意義的指標(biāo)。國(guó)家“十二五”規(guī)劃綱要明確要求節(jié)能減排，而裝卸設(shè)備是集裝箱碼頭廢氣排放的主要來(lái)源，因此，在港口設(shè)備選擇中考慮碳排放量指標(biāo)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的關(guān)鍵。

（三）指標(biāo)定義

1.技術(shù)性能

技術(shù)性能主要考查機(jī)械的各項(xiàng)功能的技術(shù)指標(biāo)是否滿足相應(yīng)的作業(yè)要求，主要從以下六個(gè)方面進(jìn)行綜合衡量。①裝卸效率：指單位時(shí)間內(nèi)一臺(tái)裝卸設(shè)備的作業(yè)量，是衡量裝卸設(shè)備作業(yè)速度的綜合性指標(biāo)。②設(shè)備利用率：指設(shè)備實(shí)際被利用的時(shí)間與堆場(chǎng)計(jì)劃工作時(shí)間的比值，是堆場(chǎng)設(shè)備管理的一項(xiàng)綜合指標(biāo)。③靈活性：指設(shè)備的轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)、堆場(chǎng)功能區(qū)擴(kuò)建、改造等的容易程度。④適用范圍：指設(shè)備適合于多大發(fā)展規(guī)模的堆場(chǎng)、場(chǎng)地形狀、集裝箱類型等。如軌道吊適用于重箱、吉箱的堆疊；正面吊主要用于四層以下的重箱和吉箱的堆疊；堆高機(jī)通常用于空箱的堆垛，可達(dá)6個(gè)集裝箱的高度。⑤運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性：指機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中不發(fā)生事故的程度，一般從人員、物資和機(jī)械本身安全的角度來(lái)衡量。⑥技術(shù)先進(jìn)性：指設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化、智能化的容易程度。

2.經(jīng)濟(jì)性能

經(jīng)濟(jì)性能也是港口管理者考慮的重要因素，主要從設(shè)備購(gòu)置成本、維修費(fèi)用和能耗費(fèi)用三個(gè)指標(biāo)綜合考量。①設(shè)備購(gòu)置成本：指設(shè)備的購(gòu)置成本，充分考慮了裝卸系統(tǒng)的前期固定資產(chǎn)的投入。②維修費(fèi)用：指設(shè)備定期檢查、因設(shè)備故障而需維修或更換零部件等的維修保養(yǎng)費(fèi)。③能耗費(fèi)用：指設(shè)備運(yùn)行消耗的電量或油費(fèi)以及照明等能耗總費(fèi)用。

3.環(huán)保性能

國(guó)際港口協(xié)會(huì)表示，溫室氣體排放量的增長(zhǎng)已被證明是全球氣候變化的重要原因，而在港口作業(yè)中會(huì)產(chǎn)生二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和二氧化氮（NO2）等溫室氣體。Magnus[17]等發(fā)現(xiàn)裝卸設(shè)備是集裝箱碼頭廢氣排放的主要來(lái)源。Yang 和Lin確定了集裝箱裝卸設(shè)備在二氧化碳減排性能方面的排序，即電動(dòng)輪胎吊（E-TT）自動(dòng)軌道吊（ART）軌道吊（RT）輪胎吊（TT）。環(huán)保性能主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行考察。①碳排放量：指集裝箱裝卸設(shè)備在裝卸作業(yè)及運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的平均溫室氣體排放量，用單箱耗油量或耗電量與柴油或耗電的碳排放因子的乘積表示。②油污：指裝卸設(shè)備在作業(yè)過(guò)程中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的油污，對(duì)堆場(chǎng)地面整潔度及摩擦系數(shù)產(chǎn)生一定的影響。③噪聲：指裝卸設(shè)備在作業(yè)過(guò)程中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲污染。

四、集裝箱裝卸設(shè)備選擇評(píng)價(jià)模型的建立

（一）HMADM-RPIE評(píng)價(jià)模型的建立

由于多屬性決策中有很多定性指標(biāo)，存在著不確定性，為了將不確定性指標(biāo)屬性值轉(zhuǎn)化為相對(duì)確定性的表達(dá)形式，故將定性指標(biāo)的語(yǔ)言變量轉(zhuǎn)化為三角模糊數(shù)[20]265-286。

模型建立的三個(gè)核心環(huán)節(jié)為決策矩陣的規(guī)范化、指標(biāo)權(quán)重的確定和備選方案的排序。

1.決策矩陣的規(guī)范化

文獻(xiàn)中使用最多的規(guī)范化方法是極差變換法和向量規(guī)范化法，考慮數(shù)據(jù)類型的適用性及求解的簡(jiǎn)便性，模型采用文獻(xiàn)[21]的向量規(guī)范化法，以消除屬性值量綱不一致的影響。記規(guī)范化決策矩陣為Y={yij}m×n。

2.指標(biāo)權(quán)重的確定

指標(biāo)權(quán)重的確定是多屬性決策問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，既要考慮到樣本信息決定的客觀權(quán)重，也要考慮決策者和專家的主觀能動(dòng)性，以保障決策的合理性和滿意性。因此，本文從屬性對(duì)決策的作用度和決策者對(duì)屬性的重視程度兩個(gè)方面確定屬性的權(quán)重。

（1）基于簡(jiǎn)單加權(quán)法（SAW）確定決策者對(duì)屬性的重視程度[22]。為消除因決策者自身經(jīng)驗(yàn)和學(xué)識(shí)的不一致導(dǎo)致的決策偏差，本文考慮決策者自身權(quán)重，則決策者對(duì)屬性Cj的重視程度[7]為：Wsj=（g1dWsj1）⊕（g2dWsj2）⊕…⊕（gtdWsjt）。則屬性Cj的主觀權(quán)重為：ωsj=Wsj∑nj=1Wsj，其中，0≤ωsj≤1，且∑nj=1 ωsj=1。

（2）基于決策者風(fēng)險(xiǎn)偏好-信息熵的方法確定屬性對(duì)決策的作用度。信息熵求權(quán)重的基本思路是：若某指標(biāo)屬性值差異越大，則該指標(biāo)的信息對(duì)決策的貢獻(xiàn)率就越大，故其對(duì)應(yīng)的權(quán)系數(shù)就越大；反之，則權(quán)系數(shù)越小。然而，熵理論更多是用于經(jīng)典的多準(zhǔn)則決策問題，其中屬性值以清晰數(shù)表示，Lotfi和 Fallahnejad[23]將Shannon的熵值法擴(kuò)展到了區(qū)間數(shù)和模糊數(shù)的問題中去。本文在信息熵的基礎(chǔ)上考慮決策者的風(fēng)險(xiǎn)偏好，來(lái)確定混合多屬性的客觀權(quán)重。