孫飛飛， 梁承姬， 胡筱淵

(上海海事大學(xué)物流科學(xué)與工程研究院, 上海 201306)

0 引言

近些年，港口的快速發(fā)展促進(jìn)港口貨物吞吐量的迅速增加，但同時(shí)也引發(fā)了環(huán)境污染和交通擁堵等一系列問(wèn)題。面對(duì)這些問(wèn)題，Machado等[1]提出一種新的運(yùn)輸方式——地下物流系統(tǒng)(underground logistics system，ULS)，來(lái)分擔(dān)原有公路運(yùn)輸?shù)呢涍\(yùn)量，從而減少因貨運(yùn)增加而導(dǎo)致的燃料消耗、噪音、污染和交通事故等問(wèn)題。截至目前，對(duì)ULS的研究主要從定性和定量2方面展開(kāi)。定性研究主要從ULS相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)考慮： Vernimmen等[2]提出ULS是一個(gè)專(zhuān)用的地下鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)，使用隧道或管道來(lái)運(yùn)輸貨物； Connell等[3]提出 ULS可以作為城市地下交通工具的一種形式，主要有管道式和隧道式2種類(lèi)型，基于管道的地下物流系統(tǒng)包括氣動(dòng)、泥漿和膠囊類(lèi)型； Mueller等[4]提出基于隧道式的地下物流系統(tǒng)通常使用自動(dòng)的、導(dǎo)引的、電動(dòng)推進(jìn)的車(chē)輛； Katgerman[5]提出盡管AGV并非專(zhuān)門(mén)用于地下貨運(yùn)，但ULS的設(shè)計(jì)者在關(guān)于ULS運(yùn)載工具選擇的問(wèn)題上，可以采用AGV，并對(duì)AGV系統(tǒng)運(yùn)用在ULS中進(jìn)行了一些論證。然而，這些研究大多來(lái)自于經(jīng)驗(yàn)，缺乏強(qiáng)有力的數(shù)值試驗(yàn)。定量研究主要從成本、政策等方面考慮： Rezaeifar等[6]從集成的角度建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)ULS建成后成本進(jìn)行優(yōu)化分析； Tabesh等[7]建立路徑優(yōu)化模型，對(duì)ULS的運(yùn)輸路線和車(chē)站的選擇進(jìn)行研究，并分析ULS建成后對(duì)環(huán)境的影響； Janbaz等[8]指出建設(shè)ULS的相關(guān)政策支持，并對(duì)其中的財(cái)務(wù)可行性和公共政策問(wèn)題可行性進(jìn)行定量分析； 李彤等[9]提出建設(shè)ULS來(lái)解決傳統(tǒng)物流網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的交通擁堵問(wèn)題，采用模擬值為生長(zhǎng)算法，得到城市地下物流網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)布局； CHEN Yicun等[10]對(duì)ULS在交通運(yùn)輸、貨運(yùn)、環(huán)境和相關(guān)問(wèn)題上的影響建立了多目標(biāo)規(guī)劃模型，進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)ULS用于補(bǔ)充傳統(tǒng)的運(yùn)輸系統(tǒng)時(shí)，具有明顯優(yōu)勢(shì)，尤其在減排工作這項(xiàng)議程上。然而，現(xiàn)有的研究很少有將ULS和“碳減排”相結(jié)合進(jìn)行定量分析，討論ULS對(duì)節(jié)能減排工作的影響。

“碳減排”政策可以有效緩解港區(qū)交通擁堵和環(huán)境污染問(wèn)題。近些年，中國(guó)在“節(jié)能減排”方面貢獻(xiàn)了自己的力量，相關(guān)學(xué)者們的研究也取得了一定的成效。朱艷笛[11]分析了我國(guó)碳交易體系建成后對(duì)企業(yè)、國(guó)內(nèi)碳貿(mào)易價(jià)格的影響； 李艷梅等[12]構(gòu)建碳排放因素分解分析模型，通過(guò)對(duì)分析模型求解，提出碳排放量增加的主要原因是經(jīng)濟(jì)總量的增加和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，而減少污染物排放的唯一途徑就是降低碳排放； 李娜[13]以低碳經(jīng)濟(jì)為背景，從公路運(yùn)輸能源消耗和碳排放的角度出發(fā)，建立公路運(yùn)輸碳交易體系，并分析其建立的必要性； 陳怡霏[14]以碳稅和碳交易為背景，以集裝箱多式聯(lián)運(yùn)為研究對(duì)象，在多式聯(lián)運(yùn)的綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中，建立路徑選擇優(yōu)化模型，并對(duì)碳稅率和碳費(fèi)率區(qū)間進(jìn)行討論。近10年來(lái)，學(xué)者們均將“碳減排”的目光放到了構(gòu)建碳交易體系和降低碳交易限額上，側(cè)重于在現(xiàn)有的運(yùn)輸方式下降低排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，卻少有人研究新的運(yùn)輸方式——ULS對(duì)節(jié)能減排帶來(lái)的影響。

2017年12月9日，全國(guó)碳交易體系啟動(dòng)，全國(guó)碳交易系統(tǒng)落戶(hù)上海，上海作為碳交易的試點(diǎn)城市，減排工作刻不容緩。相關(guān)學(xué)者在碳交易的背景下提出興建上海外高橋—嘉定地下物流系統(tǒng)的設(shè)想，本文對(duì)該設(shè)想進(jìn)行初步論證，分別從碳交易、時(shí)間、成本3個(gè)角度出發(fā)進(jìn)行分析，得到地下物流系統(tǒng)作為傳統(tǒng)公路運(yùn)輸?shù)难a(bǔ)充時(shí)能夠大大降低成本的結(jié)果，并在“減排”這項(xiàng)工作議程上發(fā)揮明顯優(yōu)勢(shì)，其中多余的碳排放限額可以以碳交易的方式出售給其他企業(yè)，從而給企業(yè)帶來(lái)盈利。

1 問(wèn)題描述

2017年，上海市對(duì)外年運(yùn)輸量11.6億t，其中港口貨物年吞吐量7.51億t，占總吞吐量的64.74%，公路年貨運(yùn)量3.97億t，鐵路年貨運(yùn)量1 181萬(wàn)t。上海港是中國(guó)最大的集裝箱運(yùn)輸港口，有吳淞口、外高橋和洋山3個(gè)集裝箱港區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，外高橋港區(qū)作為上海港的重要組成部分，港口集裝箱吞吐量約占上海港的50%。在集裝箱的集疏運(yùn)方式中，公路集疏運(yùn)約占56.27%、水水轉(zhuǎn)運(yùn)約占43.5%、鐵路集疏運(yùn)約占0.23%。外高橋區(qū)域公路集散通道主要由S20、楊高北路、華東路、洲海路、港城路—長(zhǎng)江西路—江楊北路等構(gòu)成。圖1示出了上海公路集裝箱卡車(chē)的交通量分布，紅色部分代表該路線交通量的密集程度，可見(jiàn)外環(huán)線和郊環(huán)線的集裝箱卡車(chē)交通量較大，特別是外環(huán)線東段和北段以及郊環(huán)線北段，最高斷面可達(dá)6萬(wàn)～7萬(wàn)PCU/12[15]。外高橋港區(qū)內(nèi)密集的交通量不僅造成外環(huán)隧道、外環(huán)高速及繞城高速東北段常年處于擁堵?tīng)顟B(tài)，而且產(chǎn)生了大量尾氣，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。據(jù)研究表明，100萬(wàn)t/km公路運(yùn)輸?shù)奶寂欧帕渴氰F路的4.4倍、水運(yùn)的3.9倍。上海港運(yùn)輸結(jié)構(gòu)失衡，公路運(yùn)輸占比較大，帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源消耗，這給上海市的“節(jié)能減排”工作帶來(lái)壓力。

圖1 上海公路集裝箱卡車(chē)交通量分布

上述研究發(fā)現(xiàn)，外高橋—嘉定線現(xiàn)有的公路網(wǎng)是一個(gè)瓶頸，無(wú)法支持未來(lái)集裝箱貨運(yùn)量的增加。因此，可以通過(guò)建造ULS以減輕交通擁堵并提高港口集裝箱運(yùn)輸?shù)娜萘亢托剩瑫r(shí)減少空氣污染并改善港口區(qū)域環(huán)境。此外，地下空間是一個(gè)尚未被完全開(kāi)發(fā)利用的資源，可以減少集裝箱卡車(chē)造成的交通事故[16]。

根據(jù)上述分析，本文考慮在S20(江蘇方向)周邊建設(shè)地下物流系統(tǒng)，結(jié)合服務(wù)周邊集裝箱堆場(chǎng)的需要，建設(shè)6個(gè)集裝箱裝卸點(diǎn)。外高橋—嘉定線集裝箱運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)布局如圖2所示。6個(gè)區(qū)域由節(jié)點(diǎn)1到6表示； 每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置位于地圖上標(biāo)注的中心位置，連接節(jié)點(diǎn)的道路用實(shí)線表示。引入地下物流系統(tǒng)后，集裝箱運(yùn)輸模式會(huì)發(fā)生改變： 傳統(tǒng)的運(yùn)輸模式是港口集裝箱在港區(qū)裝卸后直接采用公路運(yùn)輸?shù)姆绞竭\(yùn)送至目的地；新的運(yùn)輸模式是港口集裝箱在港區(qū)裝卸后可通過(guò)地下物流系統(tǒng)運(yùn)輸部分行程再轉(zhuǎn)向公路運(yùn)輸?shù)姆绞竭\(yùn)送至目的地。新的運(yùn)輸模式有利于緩解港區(qū)內(nèi)因公路集疏運(yùn)為主而帶來(lái)的交通擁堵和環(huán)境污染等一系列問(wèn)題。

圖2 外高橋—嘉定地下物流系統(tǒng)布局

本文主要根據(jù)外高橋—嘉定線地下集裝箱物流運(yùn)輸系統(tǒng)布局設(shè)想，考慮碳交易政策和軟時(shí)間窗約束，建立綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型，利用港口公路集疏運(yùn)吞吐量數(shù)據(jù)，求解綜合成本最小時(shí)多種運(yùn)輸方式下運(yùn)量的合理分配，并對(duì)公路集疏運(yùn)、地下集裝箱運(yùn)輸系統(tǒng)和綜合運(yùn)輸系統(tǒng)的減排情況以及運(yùn)輸時(shí)間和運(yùn)輸成本進(jìn)行對(duì)比分析。

2 模型建立

2.1 模型假設(shè)

1)運(yùn)輸過(guò)程中的集裝箱均為5 898 mm×2 352 mm×2 393 mm； 2)集裝箱在運(yùn)輸過(guò)程中無(wú)破損、不可分割； 3)不考慮運(yùn)輸過(guò)程中的車(chē)型； 4)集裝箱只能在節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)； 5)不考慮地下物流系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。

2.2 符號(hào)說(shuō)明

符號(hào)說(shuō)明如表1所示。

表1 符號(hào)說(shuō)明

2.3 綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型

集裝箱運(yùn)輸過(guò)程中的總碳排放量：

qji)·yij。

(1)

碳交易政策下集裝箱運(yùn)輸過(guò)程中碳排放成本：

E*=ω·(E-Emax) 。

(2)

集裝箱運(yùn)輸過(guò)程中的總時(shí)間：

yij。

(3)

集裝箱運(yùn)輸過(guò)程中的時(shí)間成本：

T*=f·max(T-Tmax， 0) 。

(4)

集裝箱運(yùn)輸過(guò)程中的總成本：

qji)·yij。

(5)

碳交易政策下集裝箱綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化目標(biāo)：

minF=min(C+E*+T*)；

(6)

S. t． ；

(7)

(8)

(9)

fij≤Amaxij,?(i,j)∈L1,L2；

(10)

(11)

二氧化碳排放量的計(jì)算根據(jù)集裝箱在運(yùn)輸過(guò)程中采取運(yùn)輸工具的不同，采用《2006年IPCC國(guó)家溫室氣體清單指南》中給出的公式計(jì)算二氧化碳排放量。

時(shí)間的計(jì)算與道路阻抗函數(shù)有關(guān)。在港口貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)中，道路交通容量固定，過(guò)多車(chē)輛使用道路將導(dǎo)致運(yùn)輸延誤。因此，在模型的制定中包括道路網(wǎng)絡(luò)的阻抗函數(shù)[16]：

(12)

式中：Aij為路段(i,j)的額定交通流量；α和β為參數(shù)，其值根據(jù)在USBPR研究中的建議值分別設(shè)定為0.15和4.0。

在ULS中，使用自動(dòng)化設(shè)備移動(dòng)貨物，以此固定地面和地下之間的運(yùn)輸時(shí)間。地下物流系統(tǒng)的容量由車(chē)站的貨運(yùn)處理能力決定。在這項(xiàng)研究中，ULS運(yùn)營(yíng)通道是雙向雙軌道通道。在貨物裝載到車(chē)輛之后，車(chē)輛被派遣。站間隧道段傳輸時(shí)間取決于車(chē)輛速度和隧道段長(zhǎng)度。因此，地下貨運(yùn)的阻抗函數(shù)為：

(13)

式(6)是總目標(biāo)函數(shù)，分別包含3個(gè)子目標(biāo)函數(shù)，為式(2)、式(4)和式(5)。

式(1)是綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的二氧化碳排放量，式前半部分對(duì)應(yīng)運(yùn)輸中產(chǎn)生的二氧化碳排放量，后半部分對(duì)應(yīng)地上與地下銜接時(shí)裝卸產(chǎn)生的二氧化碳排放量。

式(3)是綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中消耗的時(shí)間，式前半部分對(duì)應(yīng)運(yùn)輸中消耗的時(shí)間，后半部分對(duì)應(yīng)地上與地下銜接時(shí)裝卸消耗的時(shí)間。

式(2)是碳排放成本，主要包括運(yùn)輸時(shí)產(chǎn)生的碳排放成本和裝卸時(shí)產(chǎn)生的碳排放成本。

式(4)是時(shí)間成本，主要包括運(yùn)輸時(shí)產(chǎn)生的時(shí)間成本和裝卸時(shí)產(chǎn)生的時(shí)間成本。

式(5)是綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的成本，式前半部分對(duì)應(yīng)運(yùn)輸中產(chǎn)生的運(yùn)輸成本，后半部分對(duì)應(yīng)地上與地下銜接時(shí)裝卸產(chǎn)生的裝卸成本。

式(7)是運(yùn)輸過(guò)程中物流節(jié)點(diǎn)i至j至少選擇一種運(yùn)輸方式進(jìn)行運(yùn)輸。

式(8)是在每個(gè)運(yùn)輸區(qū)間內(nèi)，集裝箱貨運(yùn)量需要滿(mǎn)足對(duì)應(yīng)物流節(jié)點(diǎn)的運(yùn)輸需求。

式(9)是在每個(gè)運(yùn)輸區(qū)間內(nèi)，集裝箱貨運(yùn)量大于等于0。

式(10)是在每個(gè)運(yùn)輸區(qū)間內(nèi)，集裝箱貨運(yùn)量不得超過(guò)該區(qū)間路段的運(yùn)輸能力。

式(11)是裝卸要求，地下物流運(yùn)輸系統(tǒng)需要經(jīng)過(guò)裝卸工藝與公路運(yùn)輸系統(tǒng)聯(lián)系。

各個(gè)子目標(biāo)函數(shù)主要由2部分構(gòu)成，前半部分表示運(yùn)輸環(huán)節(jié)產(chǎn)生的花費(fèi)(碳排放、時(shí)間和成本)，后半部分表示裝卸環(huán)節(jié)產(chǎn)生的花費(fèi)，該綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)建立的優(yōu)化模型體現(xiàn)了3個(gè)目標(biāo)的協(xié)同優(yōu)化。

3 模型求解

3.1 參數(shù)信息

表2示出節(jié)點(diǎn)之間移動(dòng)的集裝箱日平均交易量?；谏虡I(yè)數(shù)據(jù)信息和未來(lái)的港口建設(shè)等因素，需要對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，但這并不影響結(jié)果的可靠性。在案例研究中使用了優(yōu)化模型證明其在外高橋—嘉定線建立地下物流系統(tǒng)的合理性。

表2 日平均節(jié)點(diǎn)間貨物需求量

在這項(xiàng)研究中，ULS車(chē)輛特征是基于美國(guó)德克薩斯州交通運(yùn)輸部資助的研究中的安全貨運(yùn)車(chē)輛。該系統(tǒng)由運(yùn)輸車(chē)輛、導(dǎo)軌、控制系統(tǒng)和物流終端組成，年貨運(yùn)量將超過(guò)200萬(wàn)個(gè)集裝箱。每輛車(chē)載有1個(gè)5 898 mm×2 352 mm×2 393 mm的集裝箱，速度為48～112 km/h。研究假設(shè)地下車(chē)輛的速度為90 km/h，且道路上的卡車(chē)速度為60 km/h。 表3示出各種路段的貨運(yùn)量限制。表4示出示例貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。

表3 路段貨運(yùn)量限制

表4 參數(shù)數(shù)據(jù)

3.2 結(jié)果分析

基于上述案例，針對(duì)文中所建立的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)數(shù)據(jù)，將案例和參數(shù)數(shù)據(jù)代入模型中，分別計(jì)算不同的目標(biāo)函數(shù)和優(yōu)化模型結(jié)果。在Intel(R) Core(TM) i5-3230M CPU @2.60GHz 4GB內(nèi)存及Windows10 64位操作系統(tǒng)中運(yùn)行，通過(guò)最優(yōu)化軟件Lingo12對(duì)模型進(jìn)行精確求解，并在MATLAB2017b中對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，繪制圖表，通過(guò)運(yùn)算得到運(yùn)量分配和不同運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算結(jié)果。

針對(duì)上述建立的優(yōu)化模型，求解出綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)運(yùn)量的分配，如圖3所示。紅色實(shí)線表示物流節(jié)點(diǎn)間采用單一公路集疏運(yùn)，藍(lán)色虛線表示物流節(jié)點(diǎn)間采用單一地下物流運(yùn)輸；括號(hào)內(nèi)的數(shù)字表示運(yùn)量分配，前者表示節(jié)點(diǎn)序號(hào)由小至大的物流節(jié)點(diǎn)分配的運(yùn)量，后者表示節(jié)點(diǎn)序號(hào)由大至小的物流節(jié)點(diǎn)分配的運(yùn)量。物流節(jié)點(diǎn)1—2、3—4、5—6、3—6和4—6的往返運(yùn)量均由ULS承擔(dān)，即路段(2,7)、(3,8)、(4,9)、(5,10)上的運(yùn)量全部轉(zhuǎn)移至ULS進(jìn)行運(yùn)輸，其余物流節(jié)點(diǎn)間皆是部分運(yùn)量由ULS進(jìn)行運(yùn)輸，即路段(1,7)、(7,8)、(9,10)上的運(yùn)量部分轉(zhuǎn)移至ULS進(jìn)行運(yùn)輸。在綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中，公路運(yùn)輸集裝箱卡車(chē)為126 469輛，占比56.42%。

圖3 綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)貨運(yùn)量分配

不同運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)比較見(jiàn)表5。由表5可以看出，單一的公路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)相較于單一的ULS運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)在于總成本低，這是因?yàn)閁LS需要考慮的裝卸成本費(fèi)用較高，地下物流系統(tǒng)在碳排放量和總時(shí)間2方面更具有優(yōu)勢(shì)，碳排放量比公路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)減少32.4%(1 496.38 t)、運(yùn)輸距離減少11%(532 889.5 km)、運(yùn)輸時(shí)間減少83%(14.27 h)。

表5 不同運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)比較

圖4為不同運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的綜合成本構(gòu)成，綜合成本包括碳交易成本、時(shí)間成本和運(yùn)輸成本。碳交易成本是指碳排放量超過(guò)碳交易限額時(shí)所支付的成本，當(dāng)未超過(guò)時(shí)，企業(yè)可將多余的部分出售，從而獲得部分收益。時(shí)間成本是指當(dāng)運(yùn)輸時(shí)間超過(guò)時(shí)間限制所支付的懲罰成本。運(yùn)輸成本是指運(yùn)輸過(guò)程中的油耗等開(kāi)支所產(chǎn)生的成本，與公路運(yùn)輸不同的是，ULS的運(yùn)輸成本中包含裝卸成本，即吊具裝卸集裝箱的成本。由圖4可知： 單一地下物流系統(tǒng)和綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)在引入U(xiǎn)LS后碳排放量大大降低，在碳交易的背景下給企業(yè)帶來(lái)部分收益，僅公路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)會(huì)產(chǎn)生成本支出，加入綜合成本中；時(shí)間成本也只有公路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)會(huì)帶來(lái)懲罰成本；運(yùn)輸成本中單一的ULS運(yùn)輸成本高于單一的公路運(yùn)輸，是因?yàn)樵谵D(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中ULS帶來(lái)很大的裝卸成本開(kāi)支。綜上所述，單一的ULS雖然會(huì)很大程度的實(shí)現(xiàn)“碳減排”，但也會(huì)增加不必要的成本開(kāi)支，所以采用公路運(yùn)輸和ULS相輔相成的綜合運(yùn)輸方式更加合理。

圖4 不同運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的綜合成本構(gòu)成

3.3 靈敏度分析

基于上述案例，對(duì)碳交易價(jià)格和地下物流系統(tǒng)運(yùn)輸單價(jià)進(jìn)行靈敏度分析，得出在合理閾值范圍內(nèi)，該模型結(jié)果可信度較高。

單目標(biāo)與優(yōu)化模型比較見(jiàn)表6。表6顯示，基于綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，考慮碳排放或總時(shí)間最優(yōu)時(shí)，ULS分別承擔(dān)86.69%和88.59%的運(yùn)量，集疏運(yùn)比例不合理，考慮成本最小時(shí)，ULS承擔(dān)運(yùn)量44.75%。3種單目標(biāo)規(guī)劃計(jì)算結(jié)果顯示，不同單目標(biāo)規(guī)劃模型在時(shí)間上的差異較小，考慮碳排放或時(shí)間的單目標(biāo)最優(yōu)時(shí)，碳排放量較小，可以看出，時(shí)間和碳排放量之間呈正相關(guān)聯(lián)系。僅考慮時(shí)間最優(yōu)的單目標(biāo)模型，成本最高，綜合成本也最高，表示時(shí)間的降低必然會(huì)帶來(lái)成本的增加?？紤]運(yùn)輸成本最小的單目標(biāo)模型，綜合成本較小，所以運(yùn)輸成本的高低很大程度上決定了綜合成本的高低。綜上所述，碳交易、時(shí)間和成本的協(xié)同優(yōu)化既能達(dá)到“節(jié)能減排”的作用，又能降低成本。除此之外，ULS分擔(dān)公路運(yùn)量，可以緩解交通擁堵問(wèn)題。

表6 單目標(biāo)與優(yōu)化模型比較

在碳交易政策背景下，當(dāng)二氧化碳排放量小于碳限額時(shí)，最優(yōu)方案的二氧化碳排放量少，多余的碳配額以出售的方式轉(zhuǎn)讓給二氧化碳排放量超額的企業(yè)，從而給該企業(yè)帶來(lái)一定“收益”，抵消了部分運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)成本。同理，當(dāng)二氧化碳排放量大于碳限額時(shí)，多排放的二氧化碳需要該企業(yè)從其他企業(yè)購(gòu)入，這就轉(zhuǎn)化成一定“費(fèi)用”計(jì)入總成本。表7示出不同碳交易限額對(duì)最優(yōu)方案的影響。本文的綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)運(yùn)量分配是在時(shí)間限制為12 h、碳限額為4 300 t的基礎(chǔ)上計(jì)算的，如表5所示，此時(shí)總成本較低，碳排放量也遠(yuǎn)小于公路集疏運(yùn)，綜合成本在3種運(yùn)輸方式中最低，即2 900.20萬(wàn)元，ULS承擔(dān)運(yùn)量占總運(yùn)量的43.58%，其中由碳排放帶來(lái)的“利潤(rùn)”為2.81萬(wàn)元，抵消了部分裝卸成本。

表7 碳交易配額變化下的最優(yōu)方案

碳交易價(jià)格與ULS運(yùn)輸價(jià)格分析見(jiàn)圖5。

(a)

(b)

(c)

(d)

針對(duì)碳交易價(jià)格，我國(guó)碳交易市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格在8歐元/t左右(約0.062 6元/kg)。2009年，中國(guó)向歐洲買(mǎi)家出售的二氧化碳減排量的售價(jià)是11歐元/t左右(0.086 07元/kg)，但這都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)際水平。綜合近幾年國(guó)內(nèi)外碳交易市場(chǎng)價(jià)格，本文主要討論在碳配額限制下的交易機(jī)制。碳配額采取按標(biāo)準(zhǔn)免費(fèi)發(fā)放的方式，在交易費(fèi)率上，本文選取碳交易價(jià)格為12～25歐元/t(0.1～0.2元/kg)的研究區(qū)間。由圖5可知，碳交易價(jià)格的變動(dòng)對(duì)綜合運(yùn)輸成本有著非常明顯的影響，并不是隨著碳交易成本的提高綜合成本減少。由圖5(a)和圖5(c)可以得到: 碳交易成本在(0.14,0.16)和(0.18,0.2)時(shí)，綜合成本較低； 但當(dāng)碳交易成本為0.18元/kg/時(shí)，ULS運(yùn)量比較高，且節(jié)點(diǎn)運(yùn)量分配不均勻; 在(0.19,0.2)時(shí)，當(dāng)前中國(guó)市場(chǎng)的碳交易價(jià)格還是比較低的，該區(qū)間單價(jià)較高，與實(shí)際不符，故將碳交易價(jià)格固定在(0.14,0.16)區(qū)間比較合適，本文取0.15元/kg，使研究具有可靠性。

針對(duì)ULS的單位運(yùn)輸價(jià)格，在不考慮建設(shè)費(fèi)用的前提下，對(duì)運(yùn)輸價(jià)格進(jìn)行分析，研究表明ULS單位運(yùn)輸價(jià)格在(3.5,9)范圍內(nèi)，圖5(b)和圖5(d)顯示了ULS運(yùn)輸運(yùn)價(jià)的選擇。當(dāng)單價(jià)過(guò)低時(shí)，會(huì)造成集疏運(yùn)比例不合理； 而單價(jià)過(guò)高，綜合運(yùn)輸成本過(guò)大，建設(shè)地下物流系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)不明顯； 當(dāng)價(jià)格在(6,7)時(shí)，出現(xiàn)波動(dòng)； 當(dāng)ULS運(yùn)輸價(jià)格在(6.5,7)范圍內(nèi)，集疏運(yùn)比重較為合理(45%左右)。因此，ULS的運(yùn)輸價(jià)格在(6.5,7)時(shí)，ULS 更具有明顯優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)論與討論

本文對(duì)上海外高橋港區(qū)交通擁堵、環(huán)境污染等問(wèn)題提出解決方法，即引入U(xiǎn)LS。從碳交易、時(shí)間、成本3個(gè)角度出發(fā)，建立綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化模型并求解，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析。

基于綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)建立的優(yōu)化模型，可以得出以下結(jié)論： 本文研究的優(yōu)化模型基于定量分析的方法，從碳交易、時(shí)間、成本3個(gè)角度對(duì)引入U(xiǎn)LS的綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)ULS可以分擔(dān)貨運(yùn)量，縮短運(yùn)輸距離，達(dá)到節(jié)能減排、緩解交通擁堵和降低成本的目的；公路運(yùn)輸系統(tǒng)與地下物流系統(tǒng)相結(jié)合，可大大縮短運(yùn)輸時(shí)間，提高運(yùn)輸效率。

興建外高橋—嘉定的地下物流系統(tǒng)，可以從一定程度上緩解因公路集疏運(yùn)系統(tǒng)所帶來(lái)的交通擁堵和環(huán)境污染等問(wèn)題。本文根據(jù)外高橋港區(qū)江蘇方向的日交通量，實(shí)際估算地下物流系統(tǒng)建成后能帶來(lái)的氣體減排量，評(píng)估其減排效益，利用優(yōu)化模型計(jì)算地下物流系統(tǒng)建成后所帶來(lái)的成本效益。然而，本文沒(méi)有考慮車(chē)型和車(chē)速對(duì)二氧化碳排放產(chǎn)生的影響，未來(lái)將從不同車(chē)型和不同行駛速度方面對(duì)車(chē)輛產(chǎn)生的氣體排放進(jìn)行研究。