秦圻　周兆欣　鹿洪霞　王士鵬　韓洋

摘 要：針對(duì)水鐵聯(lián)運(yùn)集裝箱港口堆場與鐵路作業(yè)區(qū)的集卡水平運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的碳排放問題，以及集裝箱的運(yùn)輸方式的組合，建立以碳排放成本為目標(biāo)路徑規(guī)劃模型，采用變鄰域搜索算法對(duì)模型進(jìn)行求解，得到引入鐵路作業(yè)區(qū)的港口碳排放集卡作業(yè)路徑的選擇結(jié)果。通過設(shè)計(jì)相關(guān)算例，利用MATLAB對(duì)模型進(jìn)行求解，從而得到碳排放成本最小下的最優(yōu)路徑選擇結(jié)果，據(jù)此說明該模型的可行性。

關(guān)鍵詞：碳排放成本;水鐵聯(lián)運(yùn);變鄰域搜索算法;最優(yōu)路徑

中圖分類號(hào)：U691.3? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）10-0109-03

碳達(dá)峰和碳中和是中國乃至全球的共識(shí)，其根本目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。由于外集卡集中堆場作業(yè)，消耗了能源，排放出大量的CO2以及污染氣體，環(huán)境污染也變得更加嚴(yán)重。集卡作為服務(wù)于集裝箱裝卸的工具，是集裝箱碼頭集港作業(yè)流程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，合理地優(yōu)化集卡的調(diào)度方案對(duì)提高車輛的資源配置、減少碳排放等有著重要的影響。

在此背景下，天津港太平洋國際集裝箱碼頭通過完善節(jié)能管理機(jī)制、健全節(jié)能管理制度、執(zhí)行智能化節(jié)能管理方案，逐步加強(qiáng)能源管理、建設(shè)綠色低碳港口[1]。同時(shí)，郭瑾研究低碳港口形成的機(jī)理，采用LMDL分解法分析我國港口碳足跡測算與表層驅(qū)動(dòng)因素，從而解決綠色低碳港口建設(shè)的難度^[2]。唐國磊、秦明等人針對(duì)集卡調(diào)度模式的特征，將碳排放考慮其中，通過定量分析同貝同步的調(diào)度方式與集卡配置數(shù)量，最終結(jié)果是既減少了碳排放，又保證了裝卸效率^[3]。戈艷艷、王姍姍通過數(shù)據(jù)包絡(luò)方法和方向距離函數(shù)處理我國沿海19個(gè)港口的面板數(shù)據(jù)^[4]。喻聲頻、劉杰通過對(duì)比考慮碳排放和不考慮碳排放的多式聯(lián)運(yùn)模型，提出運(yùn)輸總成最小和運(yùn)輸碳排量最小的多目標(biāo)0-1規(guī)劃模型，提出了多式聯(lián)運(yùn)的選擇方法^[5]。

為此，筆者對(duì)上述研究成果進(jìn)行分析與整合，提出考慮碳排放成本下水鐵聯(lián)運(yùn)港口集卡裝卸作業(yè)方案，其目的是調(diào)整原傳統(tǒng)港口集卡運(yùn)輸方式，引入碳排放成本從而改善集卡裝卸作業(yè)環(huán)境、增強(qiáng)綠色低碳港口的發(fā)展概念。

1 碳排放成本計(jì)算

2.1問題描述

目前水鐵聯(lián)運(yùn)碼頭采用“船舶-堆場-列車”一種調(diào)度模型^[6]。一般包括同貝同步以及單向運(yùn)輸集卡作業(yè)過程以及線路，見圖1。

2.2符號(hào)與變量

2.3基本假設(shè)

為了方便建模和模型的求解，做出了如下的假設(shè)：①港口存在待裝船與待卸船;②各運(yùn)輸節(jié)點(diǎn)運(yùn)輸線路容量足夠大;③集卡集裝箱保持勻速;④集卡只能運(yùn)一個(gè)40英尺集裝箱，滿載、空載情況。

2.4建立模型

由已知的符號(hào)說明建立碳排放成本的聯(lián)運(yùn)集裝箱作業(yè)線路優(yōu)化模型為

3求解算法

通過變鄰域搜索算法解決此類問題，這種算法由抖動(dòng)過程和變鄰域深度搜索過程組成，其中抖動(dòng)過程是為了避免陷入局部最優(yōu)解，鄰域結(jié)構(gòu)是滿足實(shí)際情況。求解步驟如下

4 數(shù)值分析

假設(shè)待卸船舶停靠于泊位1，其中有470個(gè)進(jìn)口箱，待裝船舶停靠于泊位2，有440個(gè)出口箱。港口有4個(gè)堆場進(jìn)口箱區(qū)和4個(gè)聯(lián)運(yùn)進(jìn)口箱區(qū)以及4個(gè)堆場出口箱區(qū)和4個(gè)聯(lián)運(yùn)出口箱區(qū)，各進(jìn)口箱區(qū)所能容納的集裝箱數(shù)量和出口箱區(qū)已堆存的集裝箱數(shù)量能滿足。箱區(qū)與泊位、箱區(qū)與箱區(qū)之間的距離保持在0.6m。集卡的空載燃料消耗率，滿載燃料消耗率，集卡速度，每輛集卡固定成本元，集卡數(shù)輛。

通過變鄰域搜素算法對(duì)考慮碳排放成本的水鐵聯(lián)運(yùn)港口中集卡路徑優(yōu)化模型進(jìn)行求解，從而得到完成吞吐量下的最小的值為50628元，以及所對(duì)應(yīng)的路勁和沿路勁裝卸量，由表1所示。

以最短目標(biāo)為模型，根據(jù)所優(yōu)化出來的總成本為46819元^[7]。因此，本文構(gòu)建的考慮碳排放成本的優(yōu)化模型得到結(jié)果更優(yōu)。

5 結(jié)論

水鐵聯(lián)運(yùn)集裝箱碼頭集卡路徑問題，本文從國家號(hào)召的節(jié)能減排的角度出發(fā)，考慮集卡碳排放這個(gè)因素，通過建立集卡碳排放成本的優(yōu)化模型，得到在完成一次吞吐量的總成本小于傳統(tǒng)模型中以集卡路徑最短為目標(biāo)的優(yōu)化得到的總成本。

在將碳排放轉(zhuǎn)化為聯(lián)運(yùn)碼頭經(jīng)營成本的情況下，只考慮碳排放成本層次還不夠深入，應(yīng)該可將運(yùn)輸時(shí)間、可變成本、不同種類集裝箱等角度考慮進(jìn)去，對(duì)水鐵聯(lián)運(yùn)集裝箱港口裝卸路徑優(yōu)化問題進(jìn)一步探究。

參考文獻(xiàn) ：

[1]陳妍.加強(qiáng)能源管理建設(shè)綠色低碳港口[J].集裝箱化，2018，29（07）：15-18.

[2]郭瑾.低碳港口形成機(jī)理及投資優(yōu)化研究[D].大連海事大學(xué)，2020.

[3]唐國磊，秦明，李翔.集卡調(diào)度方式對(duì)集裝箱港區(qū)碳排放的影響[J].水運(yùn)工程，2019（06）：46-51+62.

[4]戈艷艷，王姍姍.考慮碳排放的港口全要素生產(chǎn)率及影響因素分析[J].交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2021，21（02）：22-29.

[5]喻聲頻，劉杰.考慮碳排放的多式聯(lián)運(yùn)路徑優(yōu)化[J].交通節(jié)能與環(huán)保，2018，14（06）：38-41+78.

[6]吳麗榮，胡祥培，饒衛(wèi)振.考慮燃料消耗率的車輛路徑問題模型與求解[J].系統(tǒng)工程學(xué)報(bào)，2013，28（06）：804-811.

[7]趙金樓，黃金虎，劉馨.集裝箱碼頭的集卡兩階段路徑優(yōu)化研究[J].中國管理科學(xué)，2017（4） ： 152-157.

基金項(xiàng)目：山東交通學(xué)院2021年研究生科技創(chuàng)新項(xiàng)目（2021YK02）。