1、1运力供需失衡时集装箱班轮航线配船优化摘要： 在可预见的未来一段时期内，航运市场运力供需失衡会呈现常态化，集装箱运力供给会长期大于运力需求，是否减速航行和闲置运力成为航运企业的关键决策.基于这一行业发展背景，以航速和运营船舶数量为决策变量，构建运力过剩时集装箱班轮航线运力配置数学优化模型.结合问题的特性开发禁忌搜索算法，对模型进行求解.基于实际航线的大规模数值算例进行试验.试验结果显示模型及算法有效，表明该模型和算法对运力供需失衡时运力配置决策具有借鉴意义. 关键词： 集装箱； 班轮； 运输； 航线配船； 航速； 混合整数规划； 禁忌搜索算法 中图分类号： U695.22； U692.33；
2、O221.4； TP301.6 文献标志码： A 0 引言 作为国际贸易的派生需求，国际航运业的发展取决于国际贸易的发展，而集装箱班轮运输市场作为国际航运市场最重要的子市场，是全球经济贸易变化最直接、最敏感的“温度计”.基于航运市场 270 余年的数据统计，航运市场的变化呈现周期性，每一周期都经过波谷、增长、波峰、衰退等 4 个阶段，期望周期为 711 年.本轮周期始于 200320072年，在此期间航运市场得到快速发展，航运市场的火爆致使班轮公司纷纷扩张运力，在 2008 年达到波峰；受 2008 年由美国次贷危机引发的全球金融危机的影响，集装箱班轮运输需求大幅下降，供需严重失衡，运价大幅下
3、滑，2009 年达到波谷；2010 年，在各国经济刺激举措下，全球经济开始走出低谷，全球贸易量呈恢复性增长，集装箱运输市场也不同程度回暖，国际集装箱市场供需关系总体上相对平稳.2011 年至今，受欧洲债务危机的影响，主要发达经济体的经济复苏和发展中经济体的经济增长均有所减缓，不确定因素增加，航运市场仍然处于缓慢复苏之中. 从集装箱运量供给方面看，受造船周期长、运力供给滞后于运力需求变化的影响，近年来集装箱运力供给一直保持着快速增长，集装箱市场出现运力供过于求的状态，且这一状况会在今后一段时期内长期存在.德鲁里航运咨询公司的数据显示，全球船舶供过于求的状况将延续至2015 年. 面对班轮运输市场
4、供需失衡的状况，班轮公司在市场低迷时需要采取相应的经营策略，其中降低航速和闲置运力便是其主要经营策略.例如，亚欧航线上集装箱船的航速在金融危机爆发前普遍为 2425 kn，危机爆发以来各船公司普遍将航速降至 1214 kn.另外，班轮航线具有很强的稳定性，一旦开辟航线，在相当长的一段时间内不宜变更.航运危机期间航运业不仅面临着外部需求的减少，且航运业内部正在消化鼎盛时期盲目扩张造成的运力过剩压力. 关于集装箱班轮航线方面的研究主要包括两大方面：其一是航线网络设计、船队规模确定1、挂靠港口选择、挂靠顺序优化、服务频率设3定等；其二是航线配船，即在现有船队规模前提下，决定各航线配置的船型、各船型配
5、置数量、运力闲置船型及数量等.前者属于战略层面的航线规划与设计问题，后者则属于运作层面的调度优化问题.本文研究的内容属于后者. 国外关于航线配船方面的研究起步较早.PERAKIS 等2和 JARAMILLO等3针对船公司现有航线网络，基于航运需求预测，将航线配船问题分别归结为线性规划与混合整数规划问题.CHO 等45针对某集装箱班轮企业筛选出若干条备选航线，利用线性规划模型优化航线，在此基础上采用混合整数线性规划模型对更大规模船队进行运营优化研究.POWELL 等 6针对航线配船问题构建混合整数规划模型，通过模型求解给出各船舶的挂靠顺序，并据此决策船公司的船队规模. 国内关于航线配船方面的研究
6、相对较晚.杨华龙等7建立航线配船问题的线性规划数学模型，探讨最优船型配置问题.徐天芳等8分别针对两点往返型航线、环型航线、钟摆型航线提出运量、运力平衡方法.李智等9采用神经网络算法求解班轮航线配船优化模型.赵刚等10对上海电煤长江运输系统的航线配船问题进行优化.林珈伊等11研究内河航运中受船闸时间阻抗变动影响下的配船问题，建立非线性配船模型.靳志宏等12结合班轮航运市场的上行、下行周期，分别构建多航线多船型的自有、租用联合分配优化模型. 在当今的航运市场，减速航行作为一种运营手段，一方面可以降低燃油成本，另一方面也可以吸收过剩运力，保持一定的发船频率，确保减速但不影响服务质量.CHRISTIA
7、NSEN 等13归纳近年来不定期船和班轮4在减速航行领域的研究成果.杨秋平等14分析航速变化对航次时间、航次成本、航线配船数量等规划决策产生的非线性影响，但缺乏班轮航线船舶发船频率的约束，也没有考虑航速变化对实际运营成本的影响.NORSTAD 等15研究不定期航线航速变化对航次成本与配船数量的影响，以航速为变量构建数学模型.文献1415提供的模型和方法更适合于不定期船舶运输.MENG 等16以降低日运营成本为目标，提出单一集装箱航线上航速与配船数量和类型的解决方法. 基于航运业的运力供需失衡的行业现状及其研究现状，本文构建以航速和运营船舶数量为决策变量的运力过剩时的班轮航线运力配置优化模型，开
8、发禁忌搜索算法对模型进行求解，基于实际航线的大规模数值试验显示该模型及算法的有效性. 1 供过于求时的班轮航线配船建模 1.1 班轮航线配船概述 班轮航线配船是将班轮船队中不同类型、不同载箱量的集装箱船舶配置到公司经营的各条航线上，在运力供不应求时使整个船队效益最大，在运力供过于求时使运营成本最低.主要包括单航线多船型、多航线单一船型和多航线多船型几种情形.航线配船除应满足挂靠港以及船舶本身的硬件和技术方面的需求外，还应遵循整个航线网络系统优化、按照船期表准班运行、同一航线船型相近以及大船配干线等原则. 除满足上述航线配船硬性条件及软性约束外，集装箱航线配船的影响因素还包括沿线各港口货运需求量
9、、发船频率、航线距离等. 参考文献： 51杨秋平， 谢新连. 多种类型投资的船队规划模型J. 上海海事大学学报， 2010， 31（1）： 6166， 80. 2PERAKIS A N， JARAMILLO D I. Fleet deployment optimization for liner shipping part 1： background， problem formulation and solution approachesJ. Maritime Policy and Manage， 1991， 18（3）： 183200. 3JARAMILLO D I， PERAKIS A N
10、. Fleet deployment optimization for liner shipping part 2： implementation and resultsJ. Maritime Policy and Manage， 1991， 18（4）： 235262. 4CHO S C， PERAKIS A N. Linear and integer linear programming models for container liner fleet routing strategyJ. Maritime Policy and Manage， 1994， 21（1）： 3561. 5CH
11、O S C， PERAKIS A N. Optimal liner fleet routing strategiesJ. Maritime Policy and Manage， 1996， 23（3）： 249259. 6POWELL B， PERKINS A N. Fleet deployment optimization for liner shipping： an integer programming modelJ. Maritime Policy and Manage， 1997， 24（2）： 183192. 7杨华龙， 钟铭. 集装箱班轮航线配船优化决策研究J. 大连海事大学学报
12、， 1996， 22（3）： 5154. 68徐天芳， 胡丽娜. 国内班轮航线配船研究J. 大连海事大学学报， 2000， 26（2）： 5355. 9李智， 陈明昭， 董治德. 基于神经网络的班轮航线配船优化方法J. 交通与计算机， 2000， 18（1）： 3436. 10赵刚， 祁斌. 上海电煤长江运输系统航线配船优化J. 上海海事大学学报， 2004， 25（3）： 5155. 11林珈伊， 陶桂兰. 船闸阻抗影响下的内河航线非线性配船模型J. 上海海事大学学报， 2012， 33（2）： 1417. 12靳志宏， 李娜， 陈梦. 基于航运周期的班轮航线运力配置优化J. 武汉理工大学学
13、报： 交通科学与工程版， 2012， 36（2）： 219222. 13CHRISTIANSEN M， FAGERHOLT K， NYGREEN B， et al. Ship routing and scheduling in the new millenniumJ. Eur J Operational Res， 2013， 228（3）： 467483. 14杨秋平， 谢新连， 裴光石. 考虑船舶航速的船队规划非线性模型J. 华南理工大学学报：自然科学版， 2011， 39（10）： 119126. 15NORSTAD I， FAGERHOLT K， LAPORTE G. Tramp shi
14、p routing and scheduling with speed optimizationJ. Transportation Res Part C： Emerging Technologies， 2011， 19（5）： 853865. 16MENG Q， WANG T. A scenariobased dynamic programming model for multiperiod liner ship fleet planningJ. 7Transportation Res Part E： Logistics and Transportation Rev， 2011， 47（4）： 401413. （编辑贾裙平）
