洋山港集裝箱集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究

岳 鑫，尹傳忠，武中凱

（1.西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川 成都 611756；2.上海海事大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，上海201306；3.中國鐵路哈爾濱局集團(tuán)有限公司 經(jīng)營開發(fā)部，黑龍江 哈爾濱 150006）

1 洋山港集裝箱集疏運(yùn)現(xiàn)狀

洋山港是上海國際航運(yùn)中心的一個(gè)具有15 m水深的集裝箱深水港區(qū)，也是上海港參與國際競爭的核心港區(qū)，能夠滿足大型集裝箱船舶進(jìn)出。自2005年洋山港(一期工程)開港以來，集裝箱吞吐量已累計(jì)完成1.38億TEU，2017年洋山港的集裝箱吞吐量已達(dá)到上海港集裝箱吞吐量的42%。隨著洋山港四期全自動(dòng)化碼頭建成投產(chǎn)，洋山港的集裝箱吞吐量將大幅增加，集裝箱集疏運(yùn)量也將相應(yīng)增長。由于洋山港集裝箱集疏運(yùn)系統(tǒng)受集疏運(yùn)通道建設(shè)不完備、鐵路集疏運(yùn)發(fā)展滯后、公路集疏運(yùn)壓力巨大等因素影響，集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)難以滿足港口發(fā)展需求。

洋山港位于浙江省的崎嶇列島上，與內(nèi)陸之間的集裝箱集疏運(yùn)必須要通過東海大橋，使用公路運(yùn)輸或采用駁船運(yùn)輸。目前，洋山港的集裝箱集疏運(yùn)方式主要有3種，包括通過東海大橋采用公路直達(dá)運(yùn)輸、沿內(nèi)河(沿海)支線采用水路運(yùn)輸，以及通過蘆潮港集裝箱中轉(zhuǎn)站采用鐵路運(yùn)輸。洋山港集裝箱集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)主要存在問題如下。

（1）過度依賴公路集疏運(yùn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前洋山港的集裝箱集疏運(yùn)方式中，公路、鐵路、水路運(yùn)輸比例分別為67.4%，0.4%和32.2%，公路運(yùn)輸在這個(gè)集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)中占主導(dǎo)地位。在公路集疏運(yùn)中，東海大橋是洋山港公路集卡的惟一通道，這種單一性對(duì)整個(gè)集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行造成不穩(wěn)定性。隨著洋山港集裝箱吞吐量的快速增加，東海大橋的容量趨于飽和，大橋上發(fā)生的車輛事故率、車輛故障率必然上升。公路集疏運(yùn)造成交通擁堵越來越嚴(yán)重，伴隨擁堵的是集卡尾氣排放惡化空氣質(zhì)量[1]。

（2）鐵路集疏運(yùn)發(fā)展緩慢。洋山港區(qū)沒有設(shè)置鐵路專用線，鐵路線與碼頭分離。蘆潮港鐵路中心站位于上海市浦東新區(qū)蘆潮港鎮(zhèn)，距離洋山深水港碼頭約40 km，其建設(shè)目的是要實(shí)現(xiàn)洋山深水港區(qū)的集裝箱集疏運(yùn)。海鐵聯(lián)運(yùn)集裝箱從上海口岸進(jìn)出，必須要經(jīng)過港區(qū)與蘆潮港鐵路集裝箱中心站間的短駁，導(dǎo)致運(yùn)輸成本增加和運(yùn)輸時(shí)效性降低，削弱了與其他港口競爭的優(yōu)勢，且鐵路運(yùn)輸缺乏與大型企業(yè)集團(tuán)之間的領(lǐng)導(dǎo)整合，信息交流不暢[2-3]。

為推動(dòng)鐵路集裝箱運(yùn)輸發(fā)展，國家發(fā)展和改革委員會(huì)和交通運(yùn)輸部于2017年4月發(fā)布《“十三五”鐵路集裝箱多式聯(lián)運(yùn)發(fā)展規(guī)劃》，東海二橋(公鐵兩用橋)作為重點(diǎn)規(guī)劃項(xiàng)目之一，將在很大程度上緩解洋山港集疏運(yùn)壓力。因此，在東海二橋建成的背景下，考慮將鐵路線引進(jìn)洋山港，合理規(guī)劃洋山港集裝箱集疏運(yùn)線網(wǎng)，協(xié)調(diào)公路、鐵路、水運(yùn)3種運(yùn)輸方式的比重，對(duì)洋山港的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 集裝箱集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型

集裝箱集疏運(yùn)涉及到港口、腹地及港口與腹地之間的集裝箱中轉(zhuǎn)站，以這3部分為節(jié)點(diǎn)，通過公路、鐵路和水路運(yùn)輸方式與線路連接起各節(jié)點(diǎn)之間所形成的弧即構(gòu)成了港口的集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)。港口與腹地之間的貨物運(yùn)輸方式主要有2種：①通過公路、鐵路或水路將貨物直接從港口運(yùn)輸至腹地或從腹地直接運(yùn)輸至港口；②貨物在運(yùn)輸過程中要經(jīng)過集裝箱中轉(zhuǎn)站換裝再運(yùn)輸至目的地[4]。港口與腹地之間的集裝箱運(yùn)輸方式如圖1所示。

圖1 港口與腹地之間的集裝箱運(yùn)輸方式Fig.1 Container transport modes between Yangshan Port and hinterland

假設(shè)集裝箱在集裝箱中轉(zhuǎn)站僅產(chǎn)生固定的中轉(zhuǎn)費(fèi)用；集裝箱在港口與腹地之間的運(yùn)輸最多經(jīng)過一次中轉(zhuǎn)；集裝箱中轉(zhuǎn)站完成中轉(zhuǎn)任務(wù)后無集裝箱剩余。以構(gòu)建的集裝箱集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，將整個(gè)集裝箱集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)輸總成本最優(yōu)作為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建優(yōu)化模型[5-8]如下。

式中：Cm為第m種運(yùn)輸方式的單位集裝箱單位距離的運(yùn)費(fèi)；Qijm為采用第m種運(yùn)輸方式將集裝箱從港口i運(yùn)輸至集裝箱中轉(zhuǎn)站j的運(yùn)量；Dij為港口i到集裝箱中轉(zhuǎn)站j的距離；Qjkm為采用第m種運(yùn)輸方式將集裝箱從集裝箱中轉(zhuǎn)站j運(yùn)輸至腹地城市k的運(yùn)量；Djk為集裝箱中轉(zhuǎn)站j到腹地城市k的距離；Qikm為采用第m種運(yùn)輸方式將集裝箱從港口i運(yùn)輸至腹地城市k的運(yùn)量；Dik為港口i到腹地城市k的距離；Fj為集裝箱中轉(zhuǎn)站j單位集裝箱貨物轉(zhuǎn)運(yùn)的操作費(fèi)用；Tj為經(jīng)過集裝箱中轉(zhuǎn)站j的貨運(yùn)總量；Qk為腹地城市k的集裝箱需求量；Pijm為采用第m種運(yùn)輸方式將集裝箱從港口i運(yùn)輸至集裝箱中轉(zhuǎn)站j的運(yùn)量上限；Pjkm為采用第m種運(yùn)輸方式將集裝箱從集裝箱中轉(zhuǎn)站j運(yùn)輸至腹地城市k的運(yùn)量上限；Pikm為采用第m種運(yùn)輸方式將集裝箱從港口i運(yùn)輸至腹地城市k的運(yùn)量上限；Rj為集裝箱中轉(zhuǎn)站j的操作能力。

公式 ⑴ 表示整個(gè)集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)輸總成本最優(yōu)，由4部分組成：第1部分表示將集裝箱從港口運(yùn)輸至集裝箱中轉(zhuǎn)站的運(yùn)輸總成本；第2部分表示將集裝箱從港口運(yùn)輸至腹地城市的運(yùn)輸總成本；第3部分表示將集裝箱從集裝箱中轉(zhuǎn)站運(yùn)輸至腹地城市的運(yùn)輸總成本；第4部分表示在集裝箱中轉(zhuǎn)站的中轉(zhuǎn)費(fèi)用總額。公式 ⑵ 表示從港口到腹地城市的集裝箱運(yùn)量滿足腹地城市的需求；公式 ⑶ 表示每個(gè)集裝箱中轉(zhuǎn)站運(yùn)輸結(jié)束后無存貨；公式 ⑷ 至公式 ⑹ 表示各種運(yùn)輸方式運(yùn)量限制；公式 ⑺ 表示經(jīng)過集裝箱中轉(zhuǎn)站的周轉(zhuǎn)量不能超過集裝箱中轉(zhuǎn)站的操作能力；公式 ⑻ 表示非負(fù)約束[9-10]。

3 洋山港集裝箱集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化研究

3.1 構(gòu)建集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)

集疏運(yùn)節(jié)點(diǎn)和集疏運(yùn)通道是構(gòu)成集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，港口即為洋山港，集裝箱中轉(zhuǎn)站為蘆潮港和太倉港，腹地城市為上海、南京、武漢、成都、重慶，新增集疏運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施為東海二橋。

（1）集裝箱中轉(zhuǎn)站。由于洋山港特殊的地理位置，集裝箱在洋山港與內(nèi)陸之間的運(yùn)輸只能依靠東海大橋或水上穿梭巴士，因而洋山港的鐵路集疏運(yùn)需在蘆潮港集裝箱中心站中轉(zhuǎn)。按照船舶規(guī)范的要求及長江航道限制，目前海船尚不能直接駛?cè)雰?nèi)河航道，而江船上的出口中轉(zhuǎn)集裝箱也須經(jīng)換裝海船出境，海船與江船的轉(zhuǎn)運(yùn)業(yè)務(wù)由太倉港完成，因而選擇蘆潮港與太倉港為集裝箱中轉(zhuǎn)站。

（2）腹地城市。上海市、江蘇省和浙江省是洋山港的直接腹地。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，長三角地區(qū)的集裝箱吞吐量占洋山港集裝箱吞吐量的比重達(dá)到85% ～ 90%。考慮到浙江省主要是寧波舟山港的直接腹地，對(duì)其進(jìn)行集裝箱需求量預(yù)測會(huì)存在較大偏差，因而選擇上海市和江蘇省作為直接腹地。洋山港的間接腹地覆蓋整個(gè)長江流域，主要有四川省、重慶市、湖北省、湖南省、安徽省和江西省，為充分考慮不同運(yùn)輸距離對(duì)各集疏運(yùn)方式的運(yùn)輸成本的影響，在間接腹地中分別選擇四川省、重慶市和湖北省作為節(jié)點(diǎn)。

（3）新增集疏運(yùn)通道?！渡虾Ｊ懈傻缆肪W(wǎng)深化規(guī)劃》指出，東海二橋?qū)⑹堑诙B接洋山港與內(nèi)陸的大橋，設(shè)計(jì)為公鐵兩用橋。東海二橋的位置在已經(jīng)建成的東海大橋的左側(cè)，登錄線從S2公路起，上跨G1501公路、平莊公路、滬通鐵路(平東—黃渡)、浦東鐵路(阮巷—蘆潮港)、兩港大道，沿線與S2公路、G1501公路、兩港大道保持互通立交功能，道路紅線寬度60 m，兩側(cè)道路隔離帶各50 m。

基于洋山港、集裝箱中轉(zhuǎn)站、腹地城市、集疏運(yùn)通道及新增集疏運(yùn)通道，構(gòu)建洋山港集裝箱集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。

3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

根據(jù)東海二橋的規(guī)劃情況，將2022年作為規(guī)劃年，采用回歸預(yù)測與二次指數(shù)平滑相結(jié)合的組合預(yù)測法對(duì)洋山港2022年集裝箱吞吐量進(jìn)行預(yù)測。結(jié)果顯示，到2022年洋山港集裝箱吞吐量預(yù)計(jì)將達(dá)到2 226萬TEU。根據(jù)所選取的各集疏運(yùn)節(jié)點(diǎn)，收集腹地城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表1所示，集裝箱中轉(zhuǎn)站與集疏運(yùn)通道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表2所示。

圖2 洋山港集裝箱集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)Fig.2 Yangshan Port container collection and distribution network

表1 腹地城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Tab.1 Basic data of hinterland cities

表2 集裝箱中轉(zhuǎn)站與集疏運(yùn)通道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Tab.2 Basic data of container transit stations and collection and distribution corridors

3.3 現(xiàn)有運(yùn)輸通道下模型求解

以2022年各腹地城市集裝箱需求量為基礎(chǔ)(所選擇的5個(gè)腹地城市的集裝箱需求量大約占洋山港2022年集裝箱吞吐量的70%)，將收集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)帶入優(yōu)化模型中，運(yùn)用Lingo軟件求解，模型求解結(jié)果為通過3種運(yùn)輸方式分配到各集疏運(yùn)線路上的集裝箱運(yùn)量，并得出集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)成本為829萬元。各種運(yùn)輸方式在集裝箱運(yùn)輸中占比情況如表3所示。

由表3可知，從洋山港運(yùn)輸至5個(gè)腹地城市的集裝箱總量中，采用公路運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)量占比最大，達(dá)71.3%，而鐵路運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)量僅占0.2%，集裝箱運(yùn)輸在各種運(yùn)輸方式上的運(yùn)量分擔(dān)極不平衡。造成這種結(jié)果可能主要受東海大橋僅有公路運(yùn)輸?shù)南拗?，且?duì)于與洋山港距離較近的城市(上海、南京)，其距離在鐵路經(jīng)濟(jì)運(yùn)距以外(鐵路經(jīng)濟(jì)運(yùn)距為大于500 km)，在考慮集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)成本的情況下，

表3 各種運(yùn)輸方式在集裝箱運(yùn)輸中占比情況Tab.3 Proportion of each mode for container transportation

不適合用鐵路運(yùn)輸。

3.4 新增集疏運(yùn)通道下模型修訂

隨著洋山港集裝箱吞吐量的增加，若其集疏運(yùn)方式中仍主要采用公路運(yùn)輸，則公路運(yùn)輸必然受東海大橋運(yùn)力的限制，進(jìn)而限制洋山港的發(fā)展。在考慮東海二橋建成的情況下，在洋山港與內(nèi)陸連接的部分新增加鐵路運(yùn)能，調(diào)整約束條件重新計(jì)算，得出集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)成本為640萬元。東海二橋建成后各種運(yùn)輸方式在集裝箱運(yùn)輸中占比情況如表4所示。

表4 東海二橋建成后各種運(yùn)輸方式在集裝箱運(yùn)輸中占比情況Tab.4 Proportion of each mode for container transportation after the completion of the Second Donghai Bridge

可見，在考慮東海二橋的背景下，從洋山港運(yùn)輸至5個(gè)腹地城市的集裝箱總量中，公路運(yùn)輸運(yùn)量占比僅為55.02%，鐵路運(yùn)輸運(yùn)量占比達(dá)10.9%，各運(yùn)輸方式的集疏運(yùn)比例更加協(xié)調(diào)，集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)成本降低。對(duì)比分析東海二橋建成前后的計(jì)算結(jié)果可知，東海二橋建成后，鐵路所承擔(dān)的集裝箱運(yùn)量大幅增加，其中較遠(yuǎn)的腹地城市表現(xiàn)更為明顯。而對(duì)于距離近的腹地城市，應(yīng)該充分發(fā)揮公路運(yùn)輸靈活性優(yōu)勢。東海二橋建成后，研究范圍內(nèi)的集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)成本從829萬元降低到640萬元，降低了22.8%，對(duì)于洋山港集疏運(yùn)系統(tǒng)的發(fā)展有較大促進(jìn)作用。

4 結(jié)束語

港口集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化對(duì)港口貨物運(yùn)輸起著至關(guān)重要的作用。在港區(qū)規(guī)劃進(jìn)港鐵路線，完善集疏運(yùn)通道，健全集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮公路、鐵路、水路運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢，保證集疏運(yùn)工作高效地完成，對(duì)促進(jìn)港口海鐵聯(lián)運(yùn)發(fā)展、提高港口競爭能力、緩解城市交通壓力具有重要意義。同時(shí)，建立完善、暢通、便捷的集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)，需要港口企業(yè)與政府部門的共同努力，從長三角綜合交通運(yùn)輸布局角度出發(fā)，統(tǒng)籌考慮東海二橋的建設(shè)與港區(qū)分工、集疏運(yùn)通道對(duì)接、多式聯(lián)運(yùn)通道建設(shè)等問題，才能盡快實(shí)現(xiàn)降低港口物流成本的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。