亓強(qiáng)強(qiáng) 楊立娟 張 煜

(武漢理工大學(xué)物流工程學(xué)院1) 武漢 430063) (桂林航天工業(yè)學(xué)院2) 桂林 541004)

0 引 言

隨著長江經(jīng)濟(jì)帶的快速發(fā)展，三峽樞紐過壩貨運(yùn)需求急劇增加.但由于三峽船閘設(shè)計(jì)通航能力有限，過閘需求與船閘通航能力的矛盾日益尖銳.三峽樞紐船舶積壓已成常態(tài)化，若遇船閘檢修、大風(fēng)大霧、汛期大流量等應(yīng)急情況時(shí)，船舶待閘積壓更為嚴(yán)重，因此，針對(duì)三峽樞紐船舶積壓問題的調(diào)控研究具有現(xiàn)實(shí)必要性.

目前，該研究主要以擴(kuò)大船閘通過能力的內(nèi)在措施和貨物壩前翻壩分流以減少過閘需求的外在措施為主.其中，內(nèi)在措施中的平均過閘次數(shù)、閘室面積利用率、過閘調(diào)度等基本達(dá)到飽和狀態(tài)，提升空間不大.對(duì)于三峽翻壩轉(zhuǎn)運(yùn)等外在措施，張廣磊[1]指出了當(dāng)前翻壩運(yùn)輸存在的問題.吳曉濤等[1]綜合考慮運(yùn)輸成本、中轉(zhuǎn)成本和時(shí)間成本，構(gòu)建以最小總成本為目標(biāo)的翻壩路線選擇模型，指導(dǎo)貨主合理經(jīng)濟(jì)地選擇貨運(yùn)路線.李璠等[3]在對(duì)貨物類別和運(yùn)輸方式的分析基礎(chǔ)上，運(yùn)用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法，得出最佳的水陸聯(lián)運(yùn)方案，為解決三峽翻壩運(yùn)輸?shù)膿矶绿峁┮欢ǖ睦碚撘罁?jù).劉清等[4]從積壓船舶應(yīng)急疏導(dǎo)組織實(shí)際需求出發(fā)，建立應(yīng)急疏導(dǎo)組織投入成本與船舶積壓損失成本最小的多目標(biāo)優(yōu)化模型，利用遺傳算法求得貨運(yùn)組織調(diào)控策略.但以上調(diào)控措施并未觸及到翻壩轉(zhuǎn)運(yùn)問題的根本，即如何擴(kuò)大翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率以減少過閘需求從而減輕壩前船舶積壓.

目前，由于翻壩體系不完善、翻壩成本過高等因素，貨主選擇翻壩運(yùn)輸意愿不強(qiáng)，翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率較低.就翻壩體系不完善因素，政府已開工建設(shè)三峽樞紐翻壩體系，于2035年全面建成.就翻壩成本過高因素，本文擬以建成后的三峽樞紐翻壩體系為地理基礎(chǔ)，提出實(shí)行翻壩補(bǔ)貼的具體措施以促使貨主選擇翻壩分流從而解決船舶待閘積壓問題.為此，本文以改進(jìn)的C-Logit模型為基礎(chǔ)模型構(gòu)建基于翻壩補(bǔ)貼的三峽翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率模型，在此基礎(chǔ)上研究翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率和翻壩補(bǔ)貼之間的量化關(guān)系.

1 基于翻壩補(bǔ)貼的翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率建模

1.1 研究范圍

三峽樞紐最適宜翻壩運(yùn)輸?shù)呢浳餅樯唐奋嚌L裝和集裝箱，且大多為重慶和上海的支線運(yùn)輸[5-6].同時(shí)長江航道上下行貨物量之比為32∶68，即三峽船閘通過能力相對(duì)不足主要是針對(duì)下行貨物而言.選取集裝箱滾裝和商品車作為研究對(duì)象，重慶至上海的下行貨運(yùn)作為研究運(yùn)輸區(qū)域.待三峽樞紐翻壩體系建成后，從重慶至上海有三種貨運(yùn)路徑可供選擇，見圖1.

圖1 三峽樞紐貨運(yùn)線路圖

1.2 基本符號(hào)

出于數(shù)學(xué)模型包容性考慮，做出如下前提與假設(shè)：①不考慮“擁堵”或“閑置”效應(yīng)造成的廣義貨運(yùn)費(fèi)用改變；②貨物時(shí)間價(jià)值為常數(shù)；③貨運(yùn)時(shí)間成本和貨運(yùn)時(shí)間為線性關(guān)系；④集裝箱和商品車運(yùn)輸時(shí)間相同、中轉(zhuǎn)時(shí)間相同、待閘時(shí)間相同；⑤不考慮翻壩過程中貨物損差問題.基本符號(hào)及其定義見表1.

表1 基本符號(hào)及其定義

1.3 模型構(gòu)建

1.3.1建模思路

1) 傳統(tǒng)Logit模型 傳統(tǒng)Logit模型常從預(yù)測(cè)精度、計(jì)算作業(yè)等方面研究地區(qū)間交通方式的分擔(dān)率[7-8].依據(jù)效用最大化理論可得傳統(tǒng)Logit模型的一般形式為

式中:Pi為路徑的分擔(dān)率；Vi為路徑i的效用確定項(xiàng)；Ci為路徑i的阻抗確定項(xiàng)；D(ξ)為阻抗隨機(jī)項(xiàng)ξ的方差；A為路徑集合；θ為待估參數(shù).傳統(tǒng)Logit模型具有兩個(gè)缺點(diǎn)：①IIA(independence of irrelevant alternatives)特性，傳統(tǒng)Logit模型假設(shè)各選擇肢之間相互獨(dú)立，但是當(dāng)存在相似或重疊路徑時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)不合理的分擔(dān)結(jié)果;②IID(independently identically distribution)特性，傳統(tǒng)Logit模型假設(shè)阻抗隨機(jī)項(xiàng)服從同一分布，同分布致使路徑分擔(dān)結(jié)果只與路徑阻抗之差有關(guān).

2) 傳統(tǒng)C-Logit模型 傳統(tǒng)Logit模型由于IIA特性，不能很好地解決重疊路徑問題.因此，一種表征路徑重疊(或相似)程度的C-Logit模型被提出，模型為

式中：CFi為模型修正項(xiàng)，用于度量路徑間的重疊(或相似)程度，以減小重疊路徑的影響；αCF和φ為待估參數(shù)，通常取為1.

3) 改進(jìn)的C-Logit模型 C-Logit模型雖能較好地解決路徑重疊問題，但其IID特性仍然存在.國內(nèi)學(xué)者引入相對(duì)阻抗概念建立改進(jìn)的C-Logit模型[9-13].模型為

鑒于此次研究區(qū)域路徑間重疊部分較大，同時(shí)為了盡量緩解IID特性，故采用引入相對(duì)阻抗的改進(jìn)C-Logit模型作為本研究的理論模型.

1.3.2廣義貨運(yùn)費(fèi)用

阻抗通常以費(fèi)用、時(shí)間、安全性、便捷性等廣義費(fèi)用作為參數(shù)測(cè)度，本文采用廣義貨運(yùn)費(fèi)用概念替代阻抗.在長江航運(yùn)中，由于集裝箱和商品車運(yùn)輸模式已經(jīng)相對(duì)成熟，運(yùn)輸安全性、便捷性等因素均能得到充分保障.同時(shí)，集裝箱貨物和商品車時(shí)間價(jià)值較高，對(duì)貨運(yùn)時(shí)間要求較為嚴(yán)格.所以本文把貨運(yùn)成本、時(shí)間成本以及政府補(bǔ)貼費(fèi)用作為廣義貨運(yùn)費(fèi)用的組成內(nèi)容，具體說明見圖2.

圖2 廣義貨運(yùn)費(fèi)用

由上述可定義廣義貨運(yùn)費(fèi)用為

式中：δ為邏輯變量，當(dāng)i為1時(shí)，其值為0，否則取1.

其中，貨運(yùn)成本包括運(yùn)輸費(fèi)用和中轉(zhuǎn)費(fèi)用.運(yùn)輸費(fèi)用為狹義運(yùn)輸費(fèi)用，即只與運(yùn)距和運(yùn)價(jià)相關(guān)的費(fèi)用.中轉(zhuǎn)費(fèi)用是集裝箱和商品車在港口中轉(zhuǎn)所需費(fèi)用.對(duì)于本文水公水、水鐵水兩種貨運(yùn)路徑而言，在一次完整貨運(yùn)歷程中，集裝箱和商品車在港口中轉(zhuǎn)兩次，通過調(diào)研可知重慶至上海集裝箱水運(yùn)、水公水、水鐵水運(yùn)輸費(fèi)用分別為1 920,2 200,2 090元/TEU；商品車水運(yùn)、水公水、水鐵水運(yùn)輸費(fèi)用分別為540,630,600元/車.集裝箱中轉(zhuǎn)費(fèi)用為600元/TEU，商品車為105元/車.翻壩補(bǔ)貼為政府為翻壩運(yùn)輸提供的補(bǔ)貼費(fèi)用.重慶至上海水路、水公水、水鐵水運(yùn)輸時(shí)間分別為160,156,152 h.翻壩碼頭中轉(zhuǎn)時(shí)間為16 h.對(duì)于待閘時(shí)間，由于三峽樞紐船舶待閘時(shí)間與積壓船舶數(shù)量具有一定相關(guān)性，根據(jù)文獻(xiàn)[11]的數(shù)據(jù)，采用一元線性回歸方法得出待閘時(shí)間為

TD=0.45N+4

式中：N為三峽壩上積壓船舶數(shù)量.對(duì)于時(shí)間價(jià)值，根據(jù)時(shí)間價(jià)值計(jì)算方法，可確定集裝箱貨物時(shí)間價(jià)值為3.85元/(TEU·h)，商品車時(shí)間價(jià)值為0.92元/(車·h).

根據(jù)以上數(shù)據(jù)及式(7)～(8)可得重慶至上海集裝箱和商品車廣義貨運(yùn)費(fèi)用，見表2～3.

表2 集裝箱廣義貨運(yùn)費(fèi)用 元/TEU

表3 商品車廣義貨運(yùn)費(fèi)用 元/TEU

1.3.3基于翻壩補(bǔ)貼的三峽翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率模型

根據(jù)1.2的基本前提和假設(shè)及式(4)～(6)，構(gòu)造基于翻壩補(bǔ)貼的三峽翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率模型為

(9)

依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，θ在3～4之間波動(dòng)，一般取3.3[14].將表2～3中數(shù)據(jù)代入式(9)可得集裝箱翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率為

(10)

商品車翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率為

(11)

2 結(jié)果分析

2.1 基于翻壩補(bǔ)貼的三峽翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率

三峽樞紐翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率為翻壩補(bǔ)貼和壩上積壓船舶數(shù)量的二元函數(shù)，根據(jù)式(10)～(11)可繪制三峽翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率圖，見圖3.

圖3 集裝箱及商品車翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率

由圖3可知，當(dāng)X=0，N=0，即無翻壩補(bǔ)貼且無船舶積壓情況下，未來年從重慶至上海集裝箱翻壩運(yùn)輸比例為48.99%，商品車過閘運(yùn)輸比例為52.71%.翻壩體系將承擔(dān)近一半的集裝箱和商品車過壩貨運(yùn)量.這一數(shù)據(jù)也直接佐證了三峽樞紐翻壩體系的功用.當(dāng)應(yīng)急情況出現(xiàn)時(shí)，積壓船舶數(shù)量增加，由于船舶積壓造成待閘時(shí)間延長，船舶過閘運(yùn)輸時(shí)間成本增大.同時(shí)，隨著翻壩補(bǔ)貼的力度的不斷加大，翻壩運(yùn)輸成本降低.貨主選擇翻壩運(yùn)輸?shù)谋壤饾u升高.

2.2 應(yīng)急狀況下三峽翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率

根據(jù)文獻(xiàn)[9]，可知當(dāng)三峽壩上積壓船舶數(shù)量達(dá)到200艘時(shí)啟動(dòng)三級(jí)黃色預(yù)警，達(dá)到280艘時(shí)啟動(dòng)二級(jí)橙色預(yù)警，達(dá)到360艘時(shí)啟動(dòng)一級(jí)紅色預(yù)警.其各級(jí)別應(yīng)急等級(jí)下三樞紐翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率見圖4.

圖4 應(yīng)急等級(jí)下集裝箱及商品車翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率

無翻壩補(bǔ)貼時(shí)，在三級(jí)黃色預(yù)警情況下，集裝箱翻壩運(yùn)輸比例為58.42%，商品車為61.07%；二級(jí)橙色預(yù)警情況下，集裝箱翻壩運(yùn)輸比例為61.89%，商品車為64.12%；一級(jí)紅色預(yù)警情況下，集裝箱翻壩運(yùn)輸比例為65.15%，商品車為66.99%.當(dāng)實(shí)行翻壩補(bǔ)貼措施后，貨主開始實(shí)行翻壩轉(zhuǎn)運(yùn)，各應(yīng)急等級(jí)下集裝箱翻壩運(yùn)輸比例均開始上升，船舶積壓情況有所緩解.

2.3 邊際效應(yīng)分析

邊際效應(yīng)指每單位自變量發(fā)生變化對(duì)分擔(dān)率的影響.對(duì)于本文翻壩補(bǔ)貼自變量，有翻壩補(bǔ)貼邊際效應(yīng)公式為

(12)

將100元單位貨物翻壩補(bǔ)貼作為單位翻壩補(bǔ)貼.基于式(12)，考慮計(jì)算各應(yīng)急等級(jí)下的集裝箱和商品車的翻壩補(bǔ)貼邊際效應(yīng)以及無翻壩補(bǔ)貼時(shí)的積壓船舶數(shù)量邊際效應(yīng)，計(jì)算結(jié)果見圖5.

圖5 應(yīng)急等級(jí)下集裝箱及商品車翻壩補(bǔ)貼邊際效應(yīng)

由圖5可知，每增加100元/TEU的集裝箱翻壩補(bǔ)貼，集裝箱翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率將增加1.9%～2.5%；每增加100元/車的商品車翻壩補(bǔ)貼，商品車翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率將增加4.0%～10%.且隨著應(yīng)急等級(jí)的提升，翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率增加量隨之下降.同時(shí)當(dāng)翻壩補(bǔ)貼增大到一定水平時(shí)，翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率增加量轉(zhuǎn)而降低，符合邊際效應(yīng)遞減規(guī)律.

2.4 過閘運(yùn)輸轉(zhuǎn)移率分析

過閘貨運(yùn)轉(zhuǎn)移率是指在翻壩補(bǔ)貼政策的影響下由過閘運(yùn)輸轉(zhuǎn)向翻壩轉(zhuǎn)運(yùn)的貨運(yùn)量占過閘貨運(yùn)量的比例.該概念表征了翻壩補(bǔ)貼力度對(duì)緩解三峽樞紐船舶待閘積壓現(xiàn)象的功用.據(jù)此，構(gòu)建過閘運(yùn)輸轉(zhuǎn)移率為

(13)

由圖6可知，過閘運(yùn)輸轉(zhuǎn)移率隨著翻壩補(bǔ)貼的增加而增加.同時(shí)由于該函數(shù)曲線有一定的線性趨勢(shì)，經(jīng)對(duì)圖中曲線進(jìn)行線性擬合可得出如下結(jié)論：在各應(yīng)急等級(jí)下，每提供100元/TEU或100元/車的翻壩補(bǔ)貼就能實(shí)現(xiàn)集裝箱約6.2%或商品車約21.2%的轉(zhuǎn)移率.

圖6 應(yīng)急等級(jí)下集裝箱及商品車過閘運(yùn)輸轉(zhuǎn)移率

2.5 參數(shù)θ的敏感性分析

θ參數(shù)可看作判斷誤差或決策者對(duì)各選擇肢阻抗的熟悉程度，其值越大表明決策者對(duì)各選擇肢阻抗越熟悉.依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，其值在3～4之間波動(dòng)，本文取θ為3.3.令θ分別取值為3.0，3.3，3.6，3.9以探究此模型對(duì)參數(shù)的敏感度.無船舶積壓時(shí)，不同θ的集裝箱翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率見圖7.

圖7 不同θ下集裝箱翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率

集裝箱翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率隨著θ的增大而減小，這是因?yàn)棣仍龃笠馕吨浿鞲恿私狻盁o船舶積壓時(shí)，過閘運(yùn)輸廣義貨運(yùn)費(fèi)用比翻壩運(yùn)輸廣義貨運(yùn)費(fèi)用低”這一事實(shí)，基于理性經(jīng)紀(jì)人假設(shè)，貨主更愿意選擇過閘運(yùn)輸.但同時(shí)也可以看出，隨著翻壩補(bǔ)貼的增加，翻壩運(yùn)輸和過閘運(yùn)輸?shù)膹V義貨運(yùn)費(fèi)用差距開始縮小，集裝箱翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率對(duì)不同θ時(shí)取值的敏感性逐漸降低.

3 結(jié) 論

1) 翻壩補(bǔ)貼措施能直接影響三峽樞紐翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率，減少過閘需求，從而減輕船舶積壓.且隨著翻壩補(bǔ)貼力度的加強(qiáng)，三峽樞紐翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率隨之提高.

2) 在無船舶積壓時(shí)，翻壩體系將承擔(dān)近一半的重慶至上海集裝箱和商品車過壩貨運(yùn)量.當(dāng)三峽樞紐出現(xiàn)應(yīng)急情況導(dǎo)致船舶壩前積壓時(shí)，在各應(yīng)急等級(jí)下，每提供100元/TEU或100元/車的翻壩補(bǔ)貼就能實(shí)現(xiàn)集裝箱約6.2%或商品車約21.2%的轉(zhuǎn)移率.

本文建立的翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率模型為靜態(tài)的，下一步研究中，應(yīng)考慮貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的擁擠效應(yīng)，研究廣義貨運(yùn)費(fèi)用和貨運(yùn)方式的內(nèi)在影響機(jī)制，將翻壩運(yùn)輸分擔(dān)率問題考慮為動(dòng)態(tài)問題從而更好地逼近實(shí)際.