嵇莉莉（南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210031）

JI Li-li (Nanjing Institute of Railway Technology,Nanjing 210031,China)

0 引 言

集裝箱多式聯(lián)運(yùn)因其便捷、安全、費(fèi)用低等特點(diǎn)，在國(guó)際貨物運(yùn)輸中扮演越來(lái)越重要的角色。鐵路運(yùn)輸一直是我國(guó)客、貨運(yùn)的主要運(yùn)輸形式。但是，在多式聯(lián)運(yùn)迅猛發(fā)展的今天，鐵路參與國(guó)際集裝箱多式聯(lián)運(yùn)卻進(jìn)展緩慢。2010年，上海洋山港完成鐵水聯(lián)運(yùn)運(yùn)量3.03萬(wàn)TEU，占港口集裝箱吞吐量的0.3%；2011年1～9月，全國(guó)港口集裝箱吞吐量12117萬(wàn)TEU，其中鐵水聯(lián)運(yùn)量136萬(wàn)TEU，占港口集裝箱吞吐量的1.1%[1]。平均而言，我國(guó)鐵路參與港口集裝箱鐵水聯(lián)運(yùn)的運(yùn)量不到港口集裝箱吞吐量的3%，這與鐵路運(yùn)輸在我國(guó)整個(gè)交通運(yùn)輸中的主導(dǎo)地位形成了鮮明的對(duì)比[2]。鐵道部采取了一系列措施，包括客貨分流、建設(shè)鐵路專運(yùn)線、開(kāi)行集裝箱班列等，以求推動(dòng)鐵路集裝箱運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。

目前，已有很多人對(duì)集裝箱多式聯(lián)運(yùn)進(jìn)行了研究，但這些研究都忽略了運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)換過(guò)程中可能產(chǎn)生的接駁費(fèi)用[3-5]。我國(guó)的現(xiàn)實(shí)情況是，由于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不足，海鐵聯(lián)運(yùn)難以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，貨主為了規(guī)避海鐵聯(lián)運(yùn)中因接駁運(yùn)輸而額外產(chǎn)生的裝卸及運(yùn)輸費(fèi)用，大多選擇了“海—公”聯(lián)運(yùn)的方式，使得鐵路在多式聯(lián)運(yùn)中的作用不能充分發(fā)揮，也影響了多式聯(lián)運(yùn)方式選擇的決策。本文以實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸成本最小化為目標(biāo)，考慮到我國(guó)大部分港口的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)難以實(shí)現(xiàn)海鐵聯(lián)運(yùn)無(wú)縫銜接的現(xiàn)實(shí)情況，將公路接駁運(yùn)輸納入多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)的考慮范圍，建立了多式聯(lián)運(yùn)方式選擇模型。同時(shí)給出了求解此模型的一個(gè)算法，此算法相較于智能算法[6-9]簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)，并可以保證在有限步收斂。最后用MATLAB軟件對(duì)算法進(jìn)行了數(shù)值仿真，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)鐵路如何更好地參與集裝箱多式聯(lián)運(yùn)的問(wèn)題提出建議。

1 多式聯(lián)運(yùn)方式選擇模型

多式聯(lián)運(yùn)可以看成是一個(gè)由若干個(gè)節(jié)點(diǎn)和連接節(jié)點(diǎn)間的箭線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)模型，如圖1所示。節(jié)點(diǎn)1到達(dá)運(yùn)輸方式是公路，發(fā)送運(yùn)輸方式也是公路，即在節(jié)點(diǎn)1不發(fā)生換裝。節(jié)點(diǎn)2到達(dá)運(yùn)輸方式是公路，發(fā)送運(yùn)輸方式是鐵路，即在節(jié)點(diǎn)2做公路—鐵路的換裝。這個(gè)過(guò)程可以在鐵路集裝箱辦理站完成，公路和鐵路的換裝可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接。節(jié)點(diǎn)3的到達(dá)運(yùn)輸方式是鐵路，發(fā)送運(yùn)輸方式是水路，即在節(jié)點(diǎn)3做鐵路—水路的換裝。由于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不完善，我國(guó)大部分集裝箱碼頭都沒(méi)有直接連接鐵路線，貨物在節(jié)點(diǎn)3上的換裝不能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，需要通過(guò)公路接駁。例如上海洋山港集裝箱碼頭，通過(guò)鐵路集運(yùn)的集裝箱貨物只能運(yùn)到蘆潮港集裝箱中心站，接下來(lái)30多公里的跨海大橋需要由集卡通過(guò)公路完成。實(shí)踐中，節(jié)點(diǎn)3上，增加的換裝作業(yè)以及接駁作業(yè)會(huì)增加多式聯(lián)運(yùn)的總費(fèi)用和總時(shí)間，也可能會(huì)影響到多式聯(lián)運(yùn)經(jīng)營(yíng)人對(duì)多式聯(lián)運(yùn)組合方式的選擇。本文基于?！F不能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接的情況，以費(fèi)用最小化為目標(biāo)，建立多式聯(lián)運(yùn)方式選擇模型。

圖1 多式聯(lián)運(yùn)節(jié)點(diǎn)換裝示意圖

1.1 模型假設(shè)

根據(jù)以上描述，對(duì)模型做如下假設(shè)：

（1）由于集裝箱運(yùn)輸對(duì)裝卸設(shè)備有特殊要求，因此，換裝只發(fā)生在特定中轉(zhuǎn)站點(diǎn)；且根據(jù)通常的做法，做如下限定：公鐵換裝發(fā)生在鐵路場(chǎng)站；公水換裝發(fā)生在港口碼頭；鐵水換裝不需接駁發(fā)生在港口碼頭，需換裝的分別發(fā)生在鐵路場(chǎng)站和港口碼頭。

（2）兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間可選的運(yùn)輸方式有3種，即公路、鐵路、水路。

（3）轉(zhuǎn)換運(yùn)輸方式時(shí)，如需接駁，一般采用公路運(yùn)輸作為接駁方式。

（4）不考慮貨運(yùn)量對(duì)運(yùn)輸價(jià)格及運(yùn)輸時(shí)間的影響。

（5）運(yùn)量不可分割，即兩個(gè)城市之間只能選擇一種運(yùn)輸方式。

（6）不考慮運(yùn)輸能力的限制。

1.2 參數(shù)說(shuō)明

1.3 模型建立

以多式聯(lián)運(yùn)費(fèi)用最小化為目標(biāo)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)：

其中，目標(biāo)函數(shù)（1）表示要求多式聯(lián)運(yùn)總的運(yùn)輸費(fèi)用最小，包括運(yùn)輸費(fèi)用、換裝費(fèi)用和必要時(shí)的接駁費(fèi)用；約束條件（2）表示兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間只能選擇一種運(yùn)輸方式；約束條件（3）表示從i-1節(jié)點(diǎn)到i節(jié)點(diǎn)選擇m方式運(yùn)輸，從i節(jié)點(diǎn)到i+1節(jié)點(diǎn)選擇n方式運(yùn)輸，則在i節(jié)點(diǎn)要進(jìn)行運(yùn)輸方式m和n的轉(zhuǎn)換，即保證運(yùn)輸時(shí)連續(xù)的；約束條件（4）和（5）是時(shí)間約束，表示運(yùn)輸時(shí)間必須控制在 ［tmin,tmax］之間。

2 MATLAB算法設(shè)計(jì)

MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平[10]。本節(jié)利用MATLAB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，給出了求解此模型的一個(gè)算法，此算法相較于智能算法簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)，并可以保證在有限步收斂。算法主要步驟如下：

第一步，輸入 cyi,i+1,m、dyi,i+1,m、tyi,i+1,m、cji,m,n、Ui,m,n、chm,n、thm,n、dji、tji、vm。

第二步，計(jì)算多式聯(lián)運(yùn)貨物在途費(fèi)用。

第三步，計(jì)算多式聯(lián)運(yùn)貨物在站點(diǎn)的換裝和接駁費(fèi)用。

第四步，選擇最優(yōu)方案。在總時(shí)間T∈ ［Tmin,Tmax］的情況下，如果計(jì)算單箱運(yùn)費(fèi)C＜Cmin，記錄運(yùn)費(fèi)Cmin=C，記錄總時(shí)間，記錄各節(jié)點(diǎn)選擇的運(yùn)輸方式。

3 數(shù)值仿真

例：假設(shè)集裝箱貨物裝運(yùn)地為成都，途徑鄭州、南京，最終到達(dá)上海洋山港裝船出口。本節(jié)為該批貨物選擇適合的運(yùn)輸方式，使其在滿足時(shí)間約束的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸成本的最小化。為了使問(wèn)題簡(jiǎn)單起見(jiàn)，本節(jié)定義節(jié)點(diǎn)K=4，表示有成都、鄭州、南京、上海4個(gè)節(jié)點(diǎn)城市。

仿真中需要的數(shù)據(jù)如下：

各節(jié)點(diǎn)間集裝箱多式聯(lián)運(yùn)各種運(yùn)輸下的運(yùn)輸距離如表1所示。表1中，南京到上海的公路距離包括了連接洋山港的東海大橋距離，鐵路距離為南京西站到上海蘆潮港鐵路集裝箱中心站距離，水路運(yùn)輸距離為南京港到洋山港距離。各種運(yùn)輸方式下，運(yùn)載工具的速度如表2所示。

表1 集裝箱多式聯(lián)運(yùn)各種運(yùn)輸方式的運(yùn)距表單位：千米

表2 運(yùn)載工具速度表單位：千米/小時(shí)

針對(duì)公路、鐵路、水路三種運(yùn)輸方式，分別各采集了40組數(shù)據(jù)（運(yùn)輸距離—運(yùn)輸費(fèi)用）。用MATLAB軟件的polyfit命令對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，得到各種運(yùn)輸方式下運(yùn)費(fèi)的計(jì)算公式。

（1）公路集裝箱單箱單位距離運(yùn)輸費(fèi)用計(jì)算公式：

（2）鐵路集裝箱單箱單位距離運(yùn)輸費(fèi)用計(jì)算公式：

（3）水路集裝箱單箱單位距離運(yùn)輸費(fèi)用計(jì)算公式：

根據(jù)費(fèi)用公式（6）～（8）和表1中數(shù)據(jù)，計(jì)算得到集裝箱單箱單位距離運(yùn)輸費(fèi)用如表3所示。

各種運(yùn)輸方式中轉(zhuǎn)站換裝費(fèi)用如表4所示。

表3 多式聯(lián)運(yùn)各路段單箱單位距離運(yùn)輸費(fèi)用單位：元

表4 換裝費(fèi)用單位：元/箱

換裝過(guò)程中，各節(jié)點(diǎn)接駁運(yùn)輸距離如表5所示。

中轉(zhuǎn)站換裝時(shí)間[11]如表6所示。

表5 公路接駁運(yùn)距單位：千米

表6 中轉(zhuǎn)站換裝時(shí)間表單位：小時(shí)

對(duì)上述數(shù)據(jù)利用MATLAB軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，得到運(yùn)輸方式組合策略如表7所示。

分析表7數(shù)據(jù)，可以看到，在不同的時(shí)間約束條件下，多式聯(lián)運(yùn)方式組合的策略有所不同，其對(duì)應(yīng)的成本也有較大差別。貨主對(duì)送達(dá)時(shí)間上的要求會(huì)影響到多式聯(lián)運(yùn)方式組合的決策。從時(shí)間的角度來(lái)看，公路較鐵路運(yùn)輸方式具有優(yōu)勢(shì)，但是，只有在對(duì)時(shí)間要求極強(qiáng)的情況下，公路的這種競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)才能凸顯，鐵路參與多式聯(lián)運(yùn)仍有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

4 鐵路參與多式聯(lián)運(yùn)的建議

4.1 合理選址鐵路集裝箱辦理站

為了探討鐵路如何更好地參與多式聯(lián)運(yùn)的問(wèn)題，在程序運(yùn)行過(guò)程中，本文改變蘆潮港鐵路集裝箱中心站的選址來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果顯示，海鐵聯(lián)運(yùn)中，公路的接駁距離有一個(gè)臨界值，當(dāng)接駁距離小于這個(gè)臨界值時(shí)，鐵路運(yùn)輸有優(yōu)勢(shì)，當(dāng)接駁距離大于這個(gè)臨界值時(shí)，公路運(yùn)輸更有優(yōu)勢(shì)。也就是說(shuō)，從費(fèi)用的角度來(lái)看，短距離的接駁運(yùn)輸不影響鐵路的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。這個(gè)臨界值的確定跟鐵路和公路的運(yùn)價(jià)，以及貨物在站點(diǎn)內(nèi)的留存時(shí)間和作業(yè)成本等有關(guān)。隨著鐵路運(yùn)價(jià)的上升，以及公路運(yùn)價(jià)的下跌，這個(gè)臨界值趨于減小。

表7 多式聯(lián)運(yùn)方式組合

因此，對(duì)于鐵路專運(yùn)線不能延伸到達(dá)的港口碼頭，根據(jù)本文給出的算法，可以找到海鐵聯(lián)運(yùn)接駁的臨界距離，應(yīng)該在以港口為中心，以該臨界距離為半徑的范圍內(nèi)，建設(shè)鐵路集裝箱辦理站。辦理站應(yīng)具有集運(yùn)堆存、通關(guān)、保稅監(jiān)管等功能。出口貨物在辦理站辦結(jié)出口手續(xù)，按照海關(guān)監(jiān)管貨物完成接駁運(yùn)輸并裝船出口；進(jìn)口貨物卸船后不落地，按照保稅貨物在海關(guān)監(jiān)管下疏運(yùn)至鐵路集裝箱辦理站，與貨主的交接在辦理站完成。鐵路集裝箱辦理站完善的業(yè)務(wù)功能和合理的選址，有助于鐵路與其他運(yùn)輸方式協(xié)同發(fā)展。

4.2 縮短鐵路運(yùn)輸服務(wù)響應(yīng)時(shí)間

鐵路在參與多式聯(lián)運(yùn)中存在的主要問(wèn)題不是成本，無(wú)法實(shí)現(xiàn)海鐵的無(wú)縫銜接也在其次。鐵路運(yùn)力緊張、貨物等待時(shí)間長(zhǎng)，以及服務(wù)質(zhì)量和市場(chǎng)意識(shí)薄弱等，才是鐵路參與多式聯(lián)運(yùn)亟待解決的問(wèn)題。本文對(duì)運(yùn)輸工具轉(zhuǎn)換過(guò)程中的貨物等待時(shí)間做了簡(jiǎn)化處理，而事實(shí)上，由于鐵路運(yùn)力緊張，在開(kāi)展集裝箱運(yùn)輸過(guò)程中，常常出現(xiàn)有貨無(wú)箱、有箱無(wú)車、有車無(wú)計(jì)劃的現(xiàn)象，很難滿足貨主對(duì)運(yùn)輸時(shí)間的要求。這往往正是貨主棄鐵路而選擇其他方式的主要原因。調(diào)整模型中鐵路站點(diǎn)的貨物換裝時(shí)間，當(dāng)換裝等待時(shí)間增加1天，鐵路相對(duì)水路運(yùn)輸將失去優(yōu)勢(shì)。而目前，集裝箱貨物在鐵路站點(diǎn)的等待時(shí)間往往是超過(guò)1天的。因此，提高鐵路集裝箱運(yùn)輸能力，縮短鐵路運(yùn)輸服務(wù)響應(yīng)時(shí)間，是鐵路更好地參與多式聯(lián)運(yùn)的關(guān)鍵。

4.3 引入靈活的國(guó)際貨運(yùn)代理機(jī)制

集裝箱多式聯(lián)運(yùn)通常是由多式聯(lián)運(yùn)經(jīng)營(yíng)人組織全程運(yùn)輸，貨主不直接與運(yùn)輸企業(yè)聯(lián)系。多式聯(lián)運(yùn)經(jīng)營(yíng)人建立自己的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)在各地的運(yùn)輸代理人與各實(shí)際承運(yùn)人達(dá)成運(yùn)輸協(xié)議，完成貨物運(yùn)輸業(yè)務(wù)。

長(zhǎng)期以來(lái)，海運(yùn)貨代業(yè)務(wù)已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，一個(gè)海港城市擁有的貨代公司大多數(shù)以萬(wàn)計(jì)。多式聯(lián)運(yùn)經(jīng)營(yíng)人想要與貨代取得聯(lián)系或訂艙都是比較容易的。但是鐵路運(yùn)輸行業(yè)由于長(zhǎng)期以來(lái)市場(chǎng)意識(shí)缺乏，鐵路貨代的入行門檻比較高，一個(gè)集裝箱貨運(yùn)站的貨代業(yè)務(wù)就掌握在少數(shù)幾家公司手中。這種現(xiàn)象增加了多式聯(lián)運(yùn)經(jīng)營(yíng)人選擇鐵路運(yùn)輸方式的難度，嚴(yán)重影響了鐵路參與多式聯(lián)運(yùn)的主動(dòng)性。因此，參考海運(yùn)貨代的運(yùn)作模式，與更多貨運(yùn)代理企業(yè)建立業(yè)務(wù)關(guān)系，是鐵路走向市場(chǎng)，更好地參與多式聯(lián)運(yùn)的重要途徑。

[1]董紅梅.洋山港海鐵聯(lián)運(yùn)模式的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].物流工程與管理，2011(10)：27-29.

[2]張戎，秦明霞，艾彩娟.蘆潮港集裝箱中心站海鐵聯(lián)運(yùn)發(fā)展對(duì)策研究[J].鐵道貨運(yùn)，2010(10)：12-17.

[3]李成，蓋宇仙，頡棟棟.構(gòu)建鐵路物流中心為核心節(jié)點(diǎn)的多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2010(4)：4-7.

[4]周躍.集裝箱多式聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸決策與協(xié)調(diào)問(wèn)題的研究[D].南京：河海大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2006.

[5]韓俊，徐奇，靳志宏.動(dòng)態(tài)規(guī)劃的集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)輸方式組合優(yōu)化[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版），2010(8)：661-664.

[6]陳相東，劉彥良，王鵬濤,等.多種運(yùn)輸方式模型優(yōu)化及求解[J].天津師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2005(9)：66-69.

[7]賀竹磐，孫林巖，李曉宏.時(shí)效性物流聯(lián)運(yùn)方式選擇模型及其算法[J].管理科學(xué)，2007(2)：8-12.

[8]李浩.基于遺傳算法的大件物流運(yùn)輸方案選擇優(yōu)化研究[D].青島：中國(guó)海洋大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2011.

[9]于瑞菊.集裝箱多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)輸組合優(yōu)化與分級(jí)優(yōu)化研究[D].青島：青島大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2010.

[10]Cleve B.Moler.MATLAB數(shù)值計(jì)算[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[11]靳志宏.物流調(diào)度與協(xié)調(diào)[M].北京：中國(guó)物資出版社，2008.