王永立，徐 威

(1.新國線運(yùn)輸集團(tuán)有限公司，廣東 深圳518049;2.西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川 成都 610031)

0 引言

集裝箱多式聯(lián)運(yùn)是一種以實現(xiàn)貨物整體運(yùn)輸?shù)男б孀顑?yōu)化為目標(biāo)的聯(lián)運(yùn)組織形式.它通常以集裝箱為運(yùn)輸單元，將不同的運(yùn)輸方式有機(jī)地組合在一起，構(gòu)成連續(xù)的、綜合性的一體化貨物運(yùn)輸.多式聯(lián)運(yùn)的特點是由多式聯(lián)運(yùn)經(jīng)營人與托運(yùn)人簽訂一個運(yùn)輸合同，統(tǒng)一組織全程運(yùn)輸，實現(xiàn)運(yùn)輸全程的一次托運(yùn)、一單到底、一次收費(fèi)、統(tǒng)一理賠和全程負(fù)責(zé).因此，實行以集裝箱為運(yùn)輸單元的多式聯(lián)運(yùn)可以降低運(yùn)輸成本、提高運(yùn)作效率、提高服務(wù)質(zhì)量［1］.正是由于集裝箱多式聯(lián)運(yùn)有以上優(yōu)勢，如何利用我國的地理情況以及交通狀況，構(gòu)建集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)，充分發(fā)揮集裝箱多式聯(lián)運(yùn)的優(yōu)勢，顯得至關(guān)重要.目前，國內(nèi)外學(xué)者對此進(jìn)行了一定研究.主要研究內(nèi)容有：以影響集裝箱多式聯(lián)運(yùn)的某一因素進(jìn)行探討［2］，比如以運(yùn)輸費(fèi)用最小、或者以運(yùn)輸時間最短為目標(biāo)建立集裝箱多式聯(lián)運(yùn)模型.也有綜合考慮多因素而建立模型［3-5］，但在這方面的研究甚少;同時也有關(guān)于集裝箱空箱調(diào)度的問題研究;關(guān)于集裝箱多式聯(lián)運(yùn)的運(yùn)作機(jī)制、組織協(xié)調(diào)、發(fā)展策略等的研究［6-7］.此外，也有學(xué)者對集裝箱多式聯(lián)運(yùn)通道的一般運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行研究.這些內(nèi)容中關(guān)于集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)中各因素的協(xié)調(diào)優(yōu)化研究較少，因此，本文在重點分析了多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)相關(guān)因素的基礎(chǔ)上，建立了基于協(xié)同學(xué)原理的集裝箱多式聯(lián)運(yùn)規(guī)劃模型，并運(yùn)用模型求解實例.以期進(jìn)一步豐富集裝箱多式聯(lián)運(yùn)理論體系內(nèi)容.

1 集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)的協(xié)同關(guān)系

協(xié)和學(xué)，是德國物理學(xué)家H·哈肯在研究激光理論的基礎(chǔ)上，于20世紀(jì)70年代提出的，是一門關(guān)于系統(tǒng)內(nèi)諸子系統(tǒng)相互合作、相互作用的規(guī)律的科學(xué).協(xié)同學(xué)的研究對象是非平衡開放系統(tǒng)中的自組織及形成的有序結(jié)構(gòu).由子系統(tǒng)組成的大系統(tǒng)總有一個相對穩(wěn)定的宏觀結(jié)構(gòu)，這個宏觀結(jié)構(gòu)是各個子系統(tǒng)相互競爭、合作而形成的模式，各子系統(tǒng)之間的協(xié)同作用與競爭關(guān)系決定著系統(tǒng)從無序到有序的演化過程［8］.

多式聯(lián)運(yùn)通道、各種運(yùn)輸方式、集裝箱是構(gòu)成集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)的最基本的三要素.集裝箱是進(jìn)行集裝箱多式聯(lián)運(yùn)的源和流，多式聯(lián)運(yùn)通道、各運(yùn)輸方式是進(jìn)行多式聯(lián)運(yùn)的體和渠.而在多式聯(lián)運(yùn)通道和各運(yùn)輸方式之間又存在著既可能相互促進(jìn)、也可能相互制約的協(xié)同關(guān)系.集裝箱、多式聯(lián)運(yùn)通道、各種運(yùn)輸方式的協(xié)同性決定或影響到多式聯(lián)運(yùn)活動的效率、水平和質(zhì)量.

從多式聯(lián)運(yùn)的角度看，集裝箱、多式聯(lián)運(yùn)通道、各種運(yùn)輸方式的協(xié)同關(guān)系可用圖1表示.

圖1 集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)三角形關(guān)系圖

整體看這三者之間的協(xié)同關(guān)系，可以從兩種循環(huán)關(guān)系來理解：首先，可以從順時針看它們間的協(xié)同關(guān)系.由于對集裝箱的利用產(chǎn)生集裝箱貨源，而對貨物的運(yùn)輸需要利用各種運(yùn)輸方式，從而集裝箱是運(yùn)輸方式本源性的需求.多式聯(lián)運(yùn)即各種運(yùn)輸方式的聯(lián)合運(yùn)輸，各種運(yùn)輸方式需要通過一定的途徑進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，從而提高集裝箱運(yùn)輸?shù)男?、質(zhì)量.這一途徑就是利用多式聯(lián)運(yùn)通道.集裝箱多式聯(lián)運(yùn)通道相對一般集裝箱中轉(zhuǎn)站、貨運(yùn)站有更強(qiáng)的輻射能力，充分吸取周圍集裝箱貨源，形成向外輻射的經(jīng)濟(jì)帶.從這個循環(huán)的協(xié)調(diào)關(guān)系中可以看出，集裝箱貨源是多式聯(lián)運(yùn)的基礎(chǔ)，重視集裝箱貨源是實施集裝箱多式聯(lián)運(yùn)戰(zhàn)略的關(guān)鍵舉措.

再從逆時針方向分析.進(jìn)行集裝箱運(yùn)輸有著非常明顯的優(yōu)勢，這必將會帶來集裝箱運(yùn)輸、貨物集裝箱化的大力發(fā)展，這對多式聯(lián)運(yùn)通道的進(jìn)一步發(fā)展提供了決策依據(jù).多式聯(lián)運(yùn)通道為各種運(yùn)輸方式提供一定場所、服務(wù)設(shè)施，促進(jìn)各種運(yùn)輸方式的協(xié)調(diào)發(fā)展，從而帶來更大的社會和經(jīng)濟(jì)效益.充分運(yùn)用各種運(yùn)輸方式能夠?qū)崿F(xiàn)集裝箱“門到門”運(yùn)輸，完成貨物空間位移.從這個循環(huán)的協(xié)同關(guān)系分析中，可以得出如下結(jié)論：要實現(xiàn)集裝箱多式聯(lián)運(yùn)的社會和經(jīng)濟(jì)效益，各種運(yùn)輸方式的聯(lián)合運(yùn)輸有著其邏輯必然性，而多式聯(lián)運(yùn)通道在其發(fā)展過程中因考慮不同地區(qū)的情況，因地制宜，適時發(fā)展.

2 集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化模型

2.1 協(xié)同理論

集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)是由集裝箱、運(yùn)輸方式、多式聯(lián)運(yùn)通道構(gòu)成復(fù)合系統(tǒng).基于協(xié)同學(xué)原理的集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)化分析，就是協(xié)調(diào)集裝箱貨物、各種運(yùn)輸方式、集裝箱多式聯(lián)運(yùn)通道的關(guān)系，保持其間的動態(tài)平衡，達(dá)到集裝箱充分利用、運(yùn)輸方式合理搭配、多式聯(lián)運(yùn)通道集約高效的狀態(tài).

協(xié)同學(xué)研究表明，系統(tǒng)處于相變點的變量可分為快、慢弛豫兩類變量，慢弛豫變量也稱為系統(tǒng)的序參量，它決定系統(tǒng)的演變方向，系統(tǒng)由無序走向有序的關(guān)鍵在于系統(tǒng)內(nèi)部序參量之間的協(xié)同作用.集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)中，集裝箱需求是快變量，運(yùn)輸方式及通道是慢變量［8］.

集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)可以近似看做是由集裝箱子系統(tǒng)、運(yùn)輸方式子系統(tǒng)、集裝箱多式聯(lián)運(yùn)通道子系統(tǒng)組成.基于協(xié)同學(xué)原理的集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)化的協(xié)同特征就是通過對集裝箱、運(yùn)輸方式、多式聯(lián)運(yùn)通道子系統(tǒng)中的序參量進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制，提高它們的協(xié)同作用，實現(xiàn)集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)的有序發(fā)展.

2.2 協(xié)同模型

2.2.1 集裝箱子系統(tǒng)

集裝箱子系統(tǒng)主要是對集裝箱的調(diào)用，在其使用過程中會產(chǎn)生相應(yīng)的效益.因此，集裝箱子系統(tǒng)可以將集裝箱利用效益作為目標(biāo)函數(shù).設(shè)Xi表示第i種集裝箱利用數(shù)量;Ci表示集裝箱利用的價值系數(shù);bi表示可供利用的集裝箱數(shù)量.其模型可以表示為：

其中，式(1)為目標(biāo)函數(shù)，表示利用集裝箱所產(chǎn)生的效益要最大;式(2)表示使用的集裝箱數(shù)量不能超過可供利用的集裝箱數(shù)目;式(3)表示決策變量為非負(fù)約束.

2.2.2 運(yùn)輸方式子系統(tǒng)

在多式聯(lián)運(yùn)中，通過各種運(yùn)輸方式的無縫銜接，即可縮短運(yùn)輸時間，亦可同時減少運(yùn)輸成本.運(yùn)輸方式子系統(tǒng)即建立各種運(yùn)輸方式的組合優(yōu)化模型，選擇合適的運(yùn)輸方式或線路以最小的費(fèi)用完成貨物運(yùn)輸.考慮到目前集裝箱空運(yùn)與其他運(yùn)輸方式在標(biāo)準(zhǔn)上很難統(tǒng)一，本文僅就鐵路、公路、水運(yùn)等運(yùn)輸方式進(jìn)行探討.各運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)運(yùn)可用圖2表示.其中階段1表示集裝箱貨物經(jīng)多式聯(lián)運(yùn)通道分配給鐵路、公路、水路等運(yùn)輸方式，階段2表示貨物經(jīng)上述三種運(yùn)輸方式聯(lián)合運(yùn)輸后將貨物運(yùn)達(dá)目的地.

圖2 運(yùn)輸方式組合圖

由圖2可以看出，貨物經(jīng)由多式聯(lián)運(yùn)通道運(yùn)至目的地有這樣3部分費(fèi)用組成：多式聯(lián)運(yùn)通道處將貨物分配給鐵路、公路、水路等運(yùn)輸方式時產(chǎn)生的費(fèi)用、貨物運(yùn)輸產(chǎn)生的費(fèi)用、貨物轉(zhuǎn)運(yùn)時產(chǎn)生的費(fèi)用.將多式聯(lián)運(yùn)通道看做網(wǎng)絡(luò)的源，將目的地看做匯，各運(yùn)輸方式看做網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，則運(yùn)輸方式子系統(tǒng)可以簡化為網(wǎng)絡(luò)的流問題，該問題中節(jié)點代表運(yùn)輸方式的同時也表明下段線路所采取的運(yùn)輸方式.

結(jié)合上述說明，建立從多式聯(lián)運(yùn)通道至目的地的運(yùn)輸費(fèi)用模型如下［3-4］：

式中，Ciij表示以運(yùn)輸方式i將貨物從節(jié)點i運(yùn)至j時單位運(yùn)量單位運(yùn)輸距離的單價;Lij表示節(jié)點i與j之間的距離;dijj表示節(jié)點j處將運(yùn)輸方式由i轉(zhuǎn)為j時單位運(yùn)量的中轉(zhuǎn)費(fèi)用，若節(jié)點處不存在運(yùn)輸方式中轉(zhuǎn)，此時dijj=0;q為運(yùn)輸量，qij表示i到j(luò)這條運(yùn)輸路線的運(yùn)能.

式(4)為目標(biāo)函數(shù)，它表示運(yùn)輸過程中總費(fèi)用最小，有兩部分組成：運(yùn)輸費(fèi)用、中轉(zhuǎn)費(fèi)用.式(5)表示決策變量的取值為0或1.式(6)表示運(yùn)輸量不能超過運(yùn)輸線路的運(yùn)輸能力.式(7)表示在某節(jié)點處，若存在運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)換，則只能存在一種轉(zhuǎn)換.

2.2.3 多式聯(lián)運(yùn)通道子系統(tǒng)

集裝箱樞紐港中鐵路、公路、水路等多種運(yùn)輸方式的設(shè)施配置在一定程度上會受多式聯(lián)運(yùn)通道規(guī)劃的影響.多式聯(lián)運(yùn)子系統(tǒng)主要考慮通道內(nèi)各運(yùn)輸方式因能力不足而帶來的懲罰費(fèi)用.設(shè)Q表示通道處實際貨量，Si表示第i種運(yùn)輸方式因能力不足或過剩而導(dǎo)致的每單位貨物的懲罰費(fèi)用.Qi表示通道處第i種運(yùn)輸方式所能承受的最大max運(yùn)量，Qimin表示通道處第i種運(yùn)輸方式所能承受的最小運(yùn)量.該模型表示如下：

式(8)為目標(biāo)函數(shù)，它表示因運(yùn)輸方式能力不匹配而帶來的懲罰費(fèi)用.

2.2.4 協(xié)同模型

根據(jù)協(xié)同學(xué)原理，有序度作為序參量的狀態(tài)函數(shù)，可以表征系統(tǒng)有序或混亂的度量，可以引入有序度的概念來衡量各子系統(tǒng)之間的協(xié)同作用，判斷系統(tǒng)的演化方向.對于集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)，包含集裝箱、各運(yùn)輸方式、多式聯(lián)運(yùn)通道以及多類序參量，衡量各類序參量對系統(tǒng)有序度的貢獻(xiàn)，通過序參量對子系統(tǒng)有序度貢獻(xiàn)進(jìn)行集成.基于協(xié)同學(xué)原理的集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)化配置可以用式(9)表示：

式中，f1(x)，f2(x)，f3(x)為集裝箱、各運(yùn)輸方式、多式聯(lián)運(yùn)通道子系統(tǒng)優(yōu)化模型的3個目標(biāo)函數(shù);a1，a2，a3為各目標(biāo)函數(shù)權(quán)重參數(shù).由上述3個子系統(tǒng)可以看出，集裝箱貨量貫穿模型始終，因而從系統(tǒng)的角度看，對集裝箱多式聯(lián)運(yùn)進(jìn)行協(xié)調(diào)研究是有必要的.

上述三個子系統(tǒng)的目標(biāo)不盡相同，但由于集裝箱子系統(tǒng)的目標(biāo)效益由運(yùn)輸方式子系統(tǒng)目標(biāo)的確定而確定，故求解時集裝箱子系統(tǒng)模型在F(x)中不予考慮.則基于協(xié)同學(xué)原理的集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)化配置可以表示為：

3 算例

現(xiàn)有一批貨物欲從某運(yùn)能足夠大的集裝箱樞紐港S運(yùn)至目的T，二者之間可以利用的運(yùn)輸方式網(wǎng)絡(luò)圖如圖3所示.A1、B1表示鐵路運(yùn)輸，A2、B2表示公路運(yùn)輸，A3表示水路運(yùn)輸.各節(jié)點間的距離、線路運(yùn)能、運(yùn)輸費(fèi)用如附表.假設(shè)當(dāng)貨運(yùn)量為900 t及1 000 t時，分別求解可行的運(yùn)輸線路方案.

圖3 運(yùn)輸方式網(wǎng)絡(luò)圖

附表 各節(jié)點間不同參數(shù)值

根據(jù)上述協(xié)同優(yōu)化模型，運(yùn)用0～1算法進(jìn)行求解.當(dāng)貨運(yùn)量為900 t時，選取的運(yùn)輸路徑為S→A1→B1→T，即全程采用鐵路運(yùn)輸，總費(fèi)用為59 661元.當(dāng)貨運(yùn)量為1000 t時，選取的運(yùn)輸路徑為S→A3→B2→T，即先采用內(nèi)河水路運(yùn)輸，然后采用公路運(yùn)輸，總費(fèi)用為77 520元.

4 結(jié)論

集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)由集裝箱、各運(yùn)輸方式、多式聯(lián)運(yùn)通道等子系統(tǒng)組成，在分析各子系統(tǒng)協(xié)同關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立各子系統(tǒng)優(yōu)化模型，確定集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)化配置模型，并通過實例對模型進(jìn)行驗證.在建模的過程中，由于賦予節(jié)點雙重含義，從而將模型簡單化，這給求解帶來了極大的方便.

文章從協(xié)同學(xué)的角度考慮了影響集裝箱多式聯(lián)運(yùn)效率、效益的相關(guān)因素，對集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)研究起到了一定的參考作用.當(dāng)然，發(fā)展集裝箱多式聯(lián)運(yùn)還需考慮的因素很多.因此，仍需進(jìn)一步研究集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)的相關(guān)理論，以促進(jìn)我國集裝箱多式聯(lián)運(yùn)的快速發(fā)展.

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