劉偉榮 真虹

摘 要：針對集裝箱存量共享與增量共享均不能有效實施的問題，提出基于區(qū)塊鏈原理的集裝箱共享模式。首先，闡述基于區(qū)塊鏈原理的集裝箱共享模式的運作機制;其次，分析在該模式的作用下，集裝箱運輸流程發(fā)生的變化;然后以Petri網(wǎng)理論為基礎(chǔ)，使用CPN Tools分別建立傳統(tǒng)模式與基于區(qū)塊鏈集裝箱共享模式下的集裝箱運輸流程的賦時著色Petri網(wǎng)（CPTN）模型;最后，對模型進行仿真實驗，選取不同模式下接收訂單到提取空箱裝貨的時間、路運段空車行駛時間比例、訂單損失率、作漏裝的集裝箱比例這四項指標對比分析。實驗結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)模式下相比，基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式下，發(fā)貨人提箱時間縮短，集卡空車行駛比例減小5.28%，不再出現(xiàn)因船期與訂單時間窗不匹配而損失的訂單，作漏裝的集裝箱比例減小6.99%。通過仿真實驗結(jié)果可知，基于區(qū)塊鏈原理的集裝箱共享模式不僅能夠彌補集裝箱存量共享與增量共享中存在的不足，而且對集裝箱運輸流程起到優(yōu)化作用，是集裝箱運輸行業(yè)實現(xiàn)降本增效的一種有效途徑。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈;集裝箱共享;運輸流程;著色賦時Petri網(wǎng);流程建模

Abstract： To solve the problem that stock and increment sharing of container can not be effectively implemented， a container sharing model based on blockchain principle was proposed. Firstly， the operation mechanism of blockchain based container sharing mode was elaborated. Secondly， the changes of container transportation process with the influence of this mode were analyzed. Thirdly， based on Petri net theory， Colored Timed Petri Net （CTPN） models of traditional mode and blockchain based container sharing mode were established respectively by CPN Tools. Finally， the simulation of the models were carried out with four indicators compared and analyzed under different modes. The four indicators were the time from receipt of orders to picking up of empty containers， the ratio of empty driving time in the road， the order loss rate and the proportion of unloaded containers. The experimental results show that compared with under the traditional mode， under the blockchain based container sharing mode， the shippers picking up time is shortened， the empty driving proportion reduces by 5.28% while there is no longer any order lost due to the mismatch between the shipping time and the order time window， and the proportion of unloaded containers is reduced by 6.99%. The simulation results show that the blockchain based container sharing mode can not only make up for the shortcomings of stock and increment sharing of container in the traditional ways， but also optimize the container transportation process. It is an effective way to reduce costs and increase efficiency in container transportation industry.

Key words： blockchain; container sharing; transportation process; Colored Timed Petri Net （CTPN）; process modeling

0 引言

Sterzik[1]、Vojdani等[2]、劉大成[3]等學(xué)者認為，在集裝箱運輸領(lǐng)域，集裝箱共享是集裝箱運輸行業(yè)實現(xiàn)降本增效的有效手段，但集裝箱共享在實際運作中鮮有成功案例。楊磊[4]認為信息技術(shù)的限制和商業(yè)模式的局限，是集裝箱共享難以有效開展的主要原因。在實際運作中，曾出現(xiàn)過以“集裝箱共享（Box sharing）”為代表的集裝箱存量共享，以及以“灰箱（Grey Box）”為代表的集裝箱增量共享兩種模式，但在實際運作中受到信息技術(shù)和商業(yè)模式的限制，而未能普及。目前，尚未出現(xiàn)一種集裝箱共享模式，能突破現(xiàn)有集裝箱共享的局限性。

區(qū)塊鏈技術(shù)為集裝箱共享的發(fā)展帶來契機，一方面為共享集裝箱提供了技術(shù)保障，另一方面基于區(qū)塊鏈原理的商業(yè)模式為集裝箱共享模式的拓展提供了新思路。區(qū)塊鏈技術(shù)研究初期，研究主要集中在區(qū)塊鏈的技術(shù)細節(jié)以及金融應(yīng)用，隨著研究的不斷深入，區(qū)塊鏈的研究重點逐步轉(zhuǎn)向了基于區(qū)塊鏈的商業(yè)模式研究，F(xiàn)ridgen等[5]認為，區(qū)塊鏈的優(yōu)勢在于它打破了既定的商業(yè)模式，可以觸發(fā)新的商業(yè)流程，影響組織結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致參與者之間任務(wù)分配的變化?；趨^(qū)塊鏈的商業(yè)模式以區(qū)塊鏈技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)商業(yè)模式中的信任，形成去信任化、去中心化的運作模式，與傳統(tǒng)的商業(yè)模式運作機制有所不同， Jenitha[6]基于區(qū)塊鏈原理，對銀行的客戶識別流程進行重新設(shè)計，認為區(qū)塊鏈在流程創(chuàng)新上有很大潛力。Zhang等[7]基于區(qū)塊鏈原理，提出一種面向物聯(lián)網(wǎng)電子商務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)電子商務(wù)模型，并對傳統(tǒng)電子商務(wù)模型中的多個要素進行重新設(shè)計，形成一種全新的商業(yè)模式。Mendling等[8]基于區(qū)塊鏈原理，結(jié)合商業(yè)流程管理（Business Process Management， BPM）相關(guān)理論，重構(gòu)了一種無中心機構(gòu)的跨組織間的商業(yè)流程。Li等[9]認為，在區(qū)塊鏈與商業(yè)模式結(jié)合的研究中，區(qū)塊鏈的潛力并未得到充分挖掘，繼續(xù)挖掘基于區(qū)塊鏈的商業(yè)模式將是區(qū)塊鏈技術(shù)的重要研究方向，此外對基于區(qū)塊鏈商業(yè)模式的實證研究也相對缺乏，這將會是未來的研究方向之一。

在前期研究中，劉偉榮等[10]構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈的共享集裝箱商業(yè)模式，認為該模式下集裝箱屬性和特點發(fā)生變化，從而導(dǎo)致集裝箱的流轉(zhuǎn)方式與運輸流程也發(fā)生變化。在此模式下，集裝箱將實現(xiàn)在不同運輸主體之間的共享，突破集裝箱增量共享與存量共享的局限性。用箱人通過區(qū)塊鏈系統(tǒng)查找并使用最符合需求的集裝箱，而非通過承運人指定用箱，集裝箱用箱方式的變化將導(dǎo)致整個集裝箱運輸流程發(fā)生變化。本文研究的重點是，在該模式下集裝箱運輸流程發(fā)生的改變，以及流程改變對集裝箱運輸效率產(chǎn)生的影響。區(qū)塊鏈與集裝箱運輸相結(jié)合的研究尚處于起始階段，仍然存在諸多不足：一是區(qū)塊鏈與商業(yè)模式相結(jié)合的研究并不充分，區(qū)塊鏈原理與集裝箱運輸行業(yè)的結(jié)合點還未能被充分挖掘;二是對基于區(qū)塊鏈原理的集裝箱共享模式研究中，僅分析了該模式下集裝箱運作方式，并未對集裝箱運輸流程的影響進行分析;三是現(xiàn)有的研究以設(shè)計基于區(qū)塊鏈的商業(yè)模式為主，而缺少定量分析和研究。

對集裝箱運輸流程的分析研究主要有流程建模、流程再造、流程優(yōu)化等幾個方面，且研究對象多為集裝箱海鐵多式聯(lián)運。van der Aalst[11]提出，集裝箱運輸系統(tǒng)被認為具有同步、并發(fā)、沖突、互斥、資源共享等離散事件系統(tǒng)特征，是典型的離散事件動態(tài)系統(tǒng)（Discrete Event Dynamic System， DEDS）。為直觀地體現(xiàn)傳統(tǒng)模式下與基于區(qū)塊鏈的共享集裝箱模式下集裝箱運輸流程的區(qū)別，本文采用Petri網(wǎng)進行建模和分析。在物流、交通等流程建模與分析方面，Petri網(wǎng)被廣泛使用，是一種成熟、高效的建模方法。如：Dotoli等[12]在考慮新型的通信交流技術(shù)的情況下，對多式聯(lián)運系統(tǒng)進行Petri網(wǎng)建模，分析出通信交流技術(shù)對多式聯(lián)運在實施管理方面產(chǎn)生的影響。Labadi等[13]使用離散Petri網(wǎng)對公共自行車的共享系統(tǒng)進行研究。大量基于Petri網(wǎng)的流程建模和分析的文獻表明，利用Petri網(wǎng)理論分析基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式下的集裝箱運輸流程是可靠的，而且能更加直觀、全面地將流程表現(xiàn)出來。從以上研究中可得知，Petri網(wǎng)理論適用于對集裝箱運輸流程建模的研究和分析。用Petri網(wǎng)理論，對基于區(qū)塊鏈原理的集裝箱共享模式下集裝箱運輸流程建模研究尚處于空白，本文研究不僅是對該模式下定量分析不足的補充，而且進一步豐富了Petri網(wǎng)在集裝箱運輸流程建模中的應(yīng)用。

本文從區(qū)塊鏈的技術(shù)特點出發(fā)，分析基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式下集裝箱運輸流程發(fā)生的變化，并根據(jù)分析構(gòu)建基于傳統(tǒng)模式下的集裝箱運輸流程賦時著色Petri網(wǎng)模型（Coloured Timed Petri Net， CTPN）與基于區(qū)塊鏈的共享集裝箱模式下集裝箱運輸流程CTPN模型。在分析模型可靠性的基礎(chǔ)上，選取關(guān)鍵指標分別對兩個CTPN模型進行模擬仿真，通過對比得出研究結(jié)論。

1 問題描述

1.1 傳統(tǒng)模式下集裝箱運輸流程描述

在傳統(tǒng)的集裝箱運輸中，除少量貨主自有箱（Shippers Own Container， SOC）外，大部分集裝箱屬于承運人箱（Carriers Own Container， COC），用箱人需要用箱時，必須先通過航運企業(yè)的允許，使用航運企業(yè)指定的集裝箱，裝貨后的集裝箱需根據(jù)航運企業(yè)的安排，裝上其運營航線的船舶。進、出口空箱和重箱的流轉(zhuǎn)如圖1所示。

傳統(tǒng)模式下的集裝箱運輸流程中，航運企業(yè)在集裝箱運輸業(yè)務(wù)中占主導(dǎo)地位，用箱人使用的集裝箱、提箱的堆場等都由航運企業(yè)指定，即便在鄰近的廠商、道路、貨運站中存在一個可用的空集裝箱，托運人也無法得知該消息，也無法使用該集裝箱，仍需接受航運企業(yè)安排用箱，運輸成本很難受到托運人的控制。

1.2 基于區(qū)塊鏈共享集裝箱模式的集裝箱運輸流程描述

區(qū)塊鏈所構(gòu)建系統(tǒng)的特點是去中心化、弱控制、自治機制、不可篡改和耦合連接，與共享的理念高度吻合。集裝箱共享理念中引入?yún)^(qū)塊鏈后形成基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式[3]，弱化了航運企業(yè)對集裝箱擁有絕對控制權(quán)的中心地位，用箱人用箱方式更為靈活，其運作方式如圖2所示。在該模式下，集裝箱所有人以點對點（Peer-to-Peer， P2P）的形式將共享集裝箱的使用權(quán)交予用箱人，用區(qū)塊鏈智能合約控制集裝箱使用權(quán)的轉(zhuǎn)移以及費用支付，因此，該模式下的集裝箱屬性發(fā)生變化：一是實現(xiàn)集裝箱的相對獨立性，用箱人可從共享集裝箱池中查詢并使用最佳可用箱，而非由航運企業(yè)指定用箱;二是區(qū)塊鏈記錄集裝箱的流轉(zhuǎn)過程及狀態(tài)，承運人可承接任意共享集裝箱的運輸任務(wù)，并以“搶單”的方式獲得運輸權(quán)。

該模式中，共享集裝箱池中的所有集裝箱可供任意用箱人使用，集裝箱在多個實體構(gòu)成的組織或聯(lián)盟之間流轉(zhuǎn)。為保證用箱安全，可采用聯(lián)盟鏈的形式來實現(xiàn)集裝箱共享，并結(jié)合集裝箱運輸?shù)纳虡I(yè)數(shù)據(jù)是否公開、是否許可，劃分不同的客戶端類型。客戶端通過電腦端或移動端進行操作，進行數(shù)據(jù)上傳、確認、管理等。同時，由于基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式下，集裝箱使用權(quán)的轉(zhuǎn)移過程匿名進行，所有人與用箱人之間不能相互知道身份，為了避免濫用箱等擾亂市場行為，可設(shè)置一定的準入條件，并使用信用積分的形式進行互認。

集裝箱流轉(zhuǎn)方式變?yōu)椋?）集裝箱所有者將閑置的集裝箱納入共享集裝箱池，根據(jù)集裝箱所有人的要求，限定所共享的集裝箱的使用范圍以及約束用箱人的用箱行為，依此生成智能合約的條款;2）用箱人通過區(qū)塊鏈系統(tǒng)查詢最優(yōu)可用集裝箱;3）用箱人的用箱要求（所裝貨類、目的地等）和預(yù)期費用滿足集裝箱所有人設(shè)置的用箱條件匹配，可通過區(qū)塊鏈系統(tǒng)鎖定目標集裝箱，賬戶中的用箱費用將被凍結(jié)目標箱的使用權(quán)轉(zhuǎn)移給用箱人;4）集卡（或車隊）從平臺中查詢待運輸?shù)募b箱;5）集卡（或車隊）以搶單的方式獲取運輸權(quán)，智能合約控制運輸權(quán)的獲取以及運輸費用支付;6）搶單成功的集卡完成提箱、運輸?shù)热蝿?wù);7）基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享系統(tǒng)記錄集裝箱流轉(zhuǎn)，集裝箱所有權(quán)的轉(zhuǎn)移;8）以區(qū)塊鏈智能合約控制集裝箱所有權(quán)的轉(zhuǎn)移以及費用結(jié)算，使集裝箱所有人與用箱人形成點對點結(jié)算。用箱完畢后，去除用箱人的集裝箱使用權(quán)，集裝箱狀態(tài)變?yōu)榭捎?，等待下一次使?9）返回步驟2）。

由于在該模式下，集裝箱流轉(zhuǎn)方式的變化，導(dǎo)致集裝箱運輸流程發(fā)生以下變化：

1）托運人（出口商）使用集裝箱來源增加。區(qū)塊鏈系統(tǒng)記錄每個集裝箱的流轉(zhuǎn)，在關(guān)鍵節(jié)點的狀態(tài)將被記錄到區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，用箱人擁有查詢權(quán)限，可以查到最符合用箱需求的集裝箱。其中最符合用箱需求的集裝箱包括三類（如圖3所示）：一類是在堆場的集裝箱;第二類是進口重箱掏箱后，準備還回堆場的集裝箱，該類集裝箱一般離出口商較近，且拖車與集裝箱均在進口商處，不需要重新安排拖車，能為發(fā)貨商的出貨節(jié)省時間和成本，是出口商的首選，但該類集裝箱停留的時間窗較短，進口商作業(yè)結(jié)束，時間窗也隨之消失;第三類是進口空箱，進口空箱直接被出口商鎖定并使用，能節(jié)省提箱的時間和成本，亦可作為用箱選項之一。

2）托運人訂艙時間可延至裝箱后。在基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式中，承運人對集裝箱的控制權(quán)被弱化，托運人可以選擇系統(tǒng)內(nèi)可查到的任意可用箱，由于不需要在提箱前與航運企業(yè)訂艙，所以托運人在裝貨后選擇最合適的船舶航次訂艙（如圖4所示）。集裝箱裝箱后，預(yù)估集卡重箱運輸時間Ti，再查詢所有掛靠本港并能駛至相同目的港的船舶?？繒r間窗口TWi，確定目標船舶后，向航運企業(yè)訂艙。

3）可靈活選擇出貨港口。由于實現(xiàn)集裝箱與承運人分離，集裝箱出貨港口不再由承運人來制定，而由托運人根據(jù)實際情況選擇，托運人可以根據(jù)實際情況選擇不同的發(fā)貨港，而掛靠這些發(fā)貨港的航運企業(yè)和航線可能會有所不同。如圖5即表示發(fā)貨人可選擇集裝箱出貨港口：當裝箱完畢準備出貨時，發(fā)現(xiàn)某一航次船舶即將掛靠，運輸時間不足以趕上截港時間，同時相鄰港口某一航線也能到達相同目的港，且船期較為合適時可選擇從另一個港口出貨（如分別掛靠寧波港和上海港的航線）。

通過上述關(guān)鍵節(jié)點的分析，在基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式下集裝箱的流轉(zhuǎn)如圖6所示，其中：IF（Import Full）表示進口重箱，IE（Import Empty）表示進口空箱。以航運企業(yè)為中心的用箱格局被區(qū)塊鏈所代替，出口商可任意選擇可用箱，出口商可選擇的集裝箱、托運人、出貨港范圍擴大，并能使集裝箱運輸?shù)馁Y金成本和時間成本均有所縮減。

經(jīng)過學(xué)者們的不斷深入研究，Petri網(wǎng)衍生出時間賦時Petri網(wǎng)此處是否應(yīng)為賦時Petri網(wǎng)，請明確（Timed Petri Net， TPN）、著色Petri網(wǎng)（Colored? Petri Net， CPN）、隨機Petri網(wǎng)（Stochastic? Petri Net， SPN）等高級形式。本文根據(jù)集裝箱運輸流程的特點，主要采用賦時、著色Petri網(wǎng)分析研究對象。賦時擴展主要用于分析集裝箱的流轉(zhuǎn)效率，著色擴展主要用于描述集裝箱狀態(tài)的變化，如空箱裝貨后變?yōu)橹叵洹?/p>

文中所采用CPN Tools作為建模工具和仿真工具。楊磊等[14]、Jensen等[15]認為，CPN Tools不僅提供了具有較強交互性的用戶界面，同時還具有大量的自動化分析工具，適合大規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)Petri網(wǎng)建模與仿真。本文所研究的集裝箱運輸流程具有大量同步、并發(fā)、沖突、互斥、資源共享等特征，適合用CPN Tools對其建模和仿真分析。

2.2 傳統(tǒng)模式下集裝箱運輸流程CTPN建模

根據(jù)集裝箱出口流程，使用CPN Tools建立出口集裝箱一般流程的CTPN分層模型如圖7所示，其中包含四個子網(wǎng)模型，分別為：訂單接收子網(wǎng)模型（T_A），由變遷T1、T2、T8以及庫所P2構(gòu)成;訂艙及空箱提取子網(wǎng)模型（T_B），由變遷T3、T4、T5、T6、T7以及庫所P4、P5、P6、P7、P9構(gòu)成，如圖8所示;空箱運輸、裝貨到重箱運至港區(qū)子網(wǎng)模型（T_C）由變遷T9、T10、T11、T12、T13以及庫所P12、P13、P14、P15構(gòu)成;班輪運行及碼頭裝卸子網(wǎng)模型（T_D），由變遷T14、T15、T6、T17、T18、T19、T20以及庫所P19、P20、P21、P22、P23、P24、P25構(gòu)成。模型中頂層模型與子網(wǎng)模型的變遷與庫所含義如表1所示。

2）當出現(xiàn)船期不能滿足訂單的情況，訂單失效，訂單由其他出口商完成或其他航線完成。從接收訂單到將貨物運進港區(qū)需要一周以上的時間，所以是否接收訂單需要與船期作比較，模型中相關(guān)設(shè)置為：弧P28—T2的約束條件為t4-t≥7 andalso t4-t≤14。

3）根據(jù)實際運作數(shù)據(jù)，截港時間為船開前4天，模型中相關(guān)設(shè)置為：將T12的GUARD設(shè)置為[t2-3≤t1 andalso t1≤t2]，并將變遷T12設(shè)置為優(yōu)先級高，即在T12變遷設(shè)置：P_HIGH，其中，t1為貨物到港區(qū)的時間，t2為船舶靠港時間，船舶?？坎僮鲿r間為1d。

4）未趕上船期作漏裝需要重新作申報，時間為2d。

5）班輪航線上的船舶6～9d靠泊一次港口，等待裝卸的集裝箱均可裝卸上船，船舶靠港前可告知準確的船期表，船舶半期相關(guān)設(shè)置為： fun runTime（）=discrete（6，9）。

2.3 基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式下集裝箱運輸流程建模

基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式下，出口集裝箱流程的改變主要體現(xiàn)為三個方面：一是從區(qū)塊鏈系統(tǒng)中可查到的可用箱范圍擴大，除了堆場空箱外，還可以選擇進口商使用完的進口箱以及未進堆場的進口空箱;二是訂艙可以延至裝箱后，使集裝箱可以選擇到相同目的港的其他航線，或選擇從原定航線的鄰近港口出貨;三是訂艙延后，使出口商不需要提前訂艙，在裝箱后再選擇合適的船期。

基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式下集裝箱出口流程的CTPN模型建立中，以傳統(tǒng)模式CTPN模型為基礎(chǔ)，根據(jù)分析出的三點變化增加或修改模型，使其充分體現(xiàn)基于區(qū)塊鏈原理的集裝箱共享模式。類似的，將整個集裝箱運輸系統(tǒng)分為四個子網(wǎng)模型：訂單接收子網(wǎng)模型，訂艙及空箱提取子網(wǎng)模型，空箱運輸、重箱運輸子網(wǎng)模型，班輪運行及碼頭裝卸子網(wǎng)模型。在基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式的作用下，訂艙及空箱提取子系統(tǒng)以及班輪運行及碼頭裝卸子系統(tǒng)發(fā)生變化。為方便觀察模型前后的變化，在能達到相同分析效果的情況下對部分改變作了簡化：首先，在選擇可用箱方面，選擇進口商使用完的進口箱與選擇未進堆場的進口空箱的子系統(tǒng)是相同的，不同點在空箱運至裝貨點的時間，對整個集裝箱運輸系統(tǒng)的影響類似，均體現(xiàn)為可用箱選擇范圍擴大對集裝箱運輸系統(tǒng)的影響，故將兩者合為一個子系統(tǒng)進行考察;其次，在該模式下，可選到目的港的所有航線的船舶以及可選擇從鄰近港口出貨，可理解為同一出口集裝箱在選擇海運段的可選范圍增加，在模型中通過減小船舶運行周期便能達到相同的效果。

CTPN模型中的改變體現(xiàn)為：訂艙及提箱子網(wǎng)模型中，在訂艙及空箱提取子系統(tǒng)中增加了可從進口商處提箱的模塊（庫所P28，P29，P30，P31，P32，P33;變遷T23，T24，T25），在實際操作用，進口商在掏箱后便將空箱歸還至堆場，并非一直停留在進口商處，所以這類集裝箱的選用有一定的時間窗口，即從掏箱至還箱的時間段內(nèi)，可選用此類集裝箱，如圖9所示。在模型設(shè)置上，變遷T25的GUARD設(shè)置為[t-t5≤1 andalso t-t5≥0]。進口商的集裝箱一般離出口商距離近，且不需要另外聯(lián)系拖車，使拖車空車行駛減少，所以在進口商的可用箱是用箱的首選，故將此類集裝箱設(shè)置為出口商有先會選用的集裝箱，在模型中，將變遷T25的優(yōu)先級設(shè)為“高”（P_HIGH），當堆場空箱與進口商處的空箱同時可用時，優(yōu)先選用進口商處的空箱。出口商不需要提前訂艙，故船期對接收訂單的影響消失，在模型中刪除庫所P28，同時刪除T20—P28—T2的兩段弧。在本模型中，船舶到港周期根據(jù)經(jīng)驗值設(shè)置為：在區(qū)間[2，4]上服從均勻分布，數(shù)據(jù)可根據(jù)不同港口的實際情況作調(diào)整。

與傳統(tǒng)模式下集裝箱運輸CTPN模型相比，基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式下的集裝箱運輸流程CTPN模型新增以及發(fā)生變化的庫所和變遷如表2所示。為保證兩個模型的可對比性，除體現(xiàn)船舶到港周期的@+runTime（）函數(shù)變?yōu)椋篺un runTime（）=discrete（2，4）外，其余的顏色集、變量、函數(shù)均保持不變。大量仿真實驗以及對模型狀態(tài)空間分析，均表明該系統(tǒng)CTPN模型可靠。

3 仿真結(jié)果與對比分析

為體現(xiàn)基于區(qū)塊鏈的共享集裝箱模式在集裝箱出口中的作用和效果，有針對性地選取了四項指標進行對比分析：1）提空箱備貨效率分析，即接收訂單到裝箱準備出貨的平均時間;2）訂單損失率分析，即由于訂單與船期不匹配而未接收的訂單比例;3）拖車利用率分析，即空車行駛占總運輸時間的比例;4）集裝箱運行效率分析，即未趕上船期而作漏裝的集裝箱比例。

利用CPN Tools的監(jiān)視器（Monitor）功能，對所考察關(guān)鍵節(jié)點進行監(jiān)視，將仿真步數(shù)設(shè)置為3000步，從兩個模型的仿真報告中各隨機抽取一組實驗數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算得到如下結(jié)論。

實驗結(jié)果表明，在相同數(shù)據(jù)輸入的情況下，兩種不同模式中，所研究的四項指標在基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式中均優(yōu)于傳統(tǒng)模式，如表3所示。

由表3結(jié)論分析如下：

1）出口商接收訂單到提箱裝貨的時間在基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式中平均減小1.18d，即出口商提箱時間減少，從Petri網(wǎng)模型的對比中可看出，在訂艙及空箱提取子系統(tǒng)中添加進口商與進口空箱提箱子系統(tǒng)后，變遷T8將被時間較早的Token激活，從而使時間減少。從集裝箱流轉(zhuǎn)的角度看，主要原因是：一方面，在傳統(tǒng)模式中，航運企業(yè)為貨主提供的可用箱都存放在固定的堆場里，提箱指令發(fā)出后，必然存在空車前往堆場提箱的過程;而在基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式中增加了從區(qū)塊鏈系統(tǒng)中鎖定在進口商處的可用箱的方式，減少了空車到堆場提箱的次數(shù)。另一方面，一般堆場位于港區(qū)附近，離出口商或進口商的距離較遠，而同一港口腹地的進口商與出口商空間距離相對較近，空箱運輸時間也相對縮短。

2）基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式下，陸運段空車行駛時間在集裝箱運輸總時間中所的比例減小5.28%。集卡空駛是造成集裝箱運輸資源浪費的一個重要原因，在傳統(tǒng)模式下，集卡運輸完成指定的運輸任務(wù)后，返回堆場，存在較多的空駛，而在基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式下，集卡以“接單”的方式接收并完成運輸任務(wù)，集卡運輸完一個任務(wù)后，會選擇就近接單的方式。例如：集卡完成進口箱任務(wù)后，為避免無效行駛，會接受附近的出口任務(wù)，而出口商也更愿意選擇從相鄰進口商處獲取空箱，可以在更短的時間內(nèi)完成提箱。

3）基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式中，不存在因船期與訂單時間窗不匹配而導(dǎo)致的訂單損失的情況。從Petri網(wǎng)模型中可看出，在該模式下，變遷T19發(fā)生變化，發(fā)貨人從班輪運輸子系統(tǒng)中可選的航次增多。傳統(tǒng)模式中，出口商選擇承運人存在選擇偏好，需要根據(jù)航運企業(yè)提供的船期來決定是否接收定單，即考慮船期是否能趕上訂貨方需求;而在基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式中，發(fā)貨人可將訂艙時間延后至裝箱后，可選擇任意到目的港的船舶進行出貨，或選擇相鄰港口出貨，故不存在船期與訂單時間窗不符的情況。

4）在基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式中，未趕上船期而作漏裝的集裝箱比例減小6.99%。主要原因是：在傳統(tǒng)模式中，出口商需要根據(jù)航運企業(yè)發(fā)布的船期，預(yù)估提箱、備貨、出貨這一流程的時間而選擇是否追趕某一班船期，其中集裝箱的陸運段和裝箱時間存在諸多不確定因素，導(dǎo)致集裝箱趕不上船期而作漏裝的現(xiàn)象，而在基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式中，出口商可以根據(jù)船期情況，甚至相鄰港口的船期情況，選擇最有利的出貨策略，故漏裝比例減少。

4 結(jié)語

區(qū)塊鏈被認為是最有潛力的顛覆性技術(shù)，集裝箱運輸也將受此技術(shù)影響發(fā)生變化。本文研究認為：在基于區(qū)塊鏈的作用下，集裝箱可以實現(xiàn)在不同承運人之間的共享，用箱人可以通過記錄集裝箱的區(qū)塊鏈系統(tǒng)選取最符合用箱需求的集裝箱，而非通過承運人（通常為航運企業(yè)）指定用箱以及指定運輸船舶。本文分析了基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式下集裝箱運輸流程發(fā)生的變化，得到以下結(jié)論：一是托運人（用箱人）從區(qū)塊鏈系統(tǒng)中可以查詢并鎖定相鄰進口商即將使用完的集裝箱、還未進堆場的進口空箱、堆場中存放的集裝箱;二是托運人可將訂艙時間推遲至裝箱后，規(guī)避在提箱和裝箱時間的不確定因素;三是托運人可根據(jù)掛靠本港的船舶船期選擇最適合的到達目的港的船舶，或選擇從相鄰港口出貨。

在此基礎(chǔ)上，本文分別建立了傳統(tǒng)模式下出口集裝箱運輸流程的CTPN模型，以及基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式下的出口集裝箱運輸流程的CTPN模型，通過CPN Tools對流程進行仿真分析。本文選取并分析了兩種模式下的四項關(guān)鍵指標，結(jié)果表明，在基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式下，接收訂單到提取空箱裝貨的時間、路運段空車行駛時間比例、訂單損失率、作漏裝的集裝箱比例均有所下降，表明該模式下集裝箱運輸?shù)男实玫教嵘??；趨^(qū)塊鏈的集裝箱共享模式為集裝箱運輸?shù)慕当驹鲂峁┝诵碌乃悸?。本文僅分析了在基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式下集裝箱運輸流程，未來的研究中，可將研究范圍擴展，一方面對該模式下的集裝箱運輸網(wǎng)絡(luò)進行研究探討，另一方面對結(jié)合集裝箱運輸實際運作，對區(qū)塊鏈智能合約、用箱規(guī)則等方面作進一步探討。

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