海运集装箱空箱调运优化研究

摘要
随着世界经济的快速发展和国际贸易的不断增长，集装箱运输走上了国际贸易的舞台，成为其不可或缺的一部分，随之迅速成长壮大起来。

可是由于世界上各国家及地区经济发展的不平衡、文化的差异等导致全球货物流向失衡，使集装箱需求量和供给量在地理位置上出现了很大差异和不均衡，集装箱空箱调运量占据了每年全球集装箱总运量的五分之一，形成了集装箱空箱调运的需求。

优化集装箱空箱调运是一个亟待解决的重要问题。

在国际贸易，集装箱运输的地位至关重要。

本文着重论述了海运集装箱空箱调运的操作要领及管理方法，从产生要素开始系统分析和研究了当今世界海运集装箱空箱调运的发展及研究现状，发现了船公司在运营过程中的一些问题。

本文的本文的研究重点就是通过建立集装箱空箱调运成本最低的模型来分析集装箱运营的效率从而降低空集装箱运输的数量和租赁集装箱所产生的成本，并编写LINGO语句，运用LINGO 10.0进行计算。

为班轮公司提供了更好的集装箱管理方案，也为集装箱空运工作提供了相应的理论依据。

关键词：集装箱，空箱调运，成本
Abstract
With the rapid development of the world economy and the continuous growth of international trade, container transportation has become an indispensable part of international trade and has grown rapidly. However, due to the imbalance of economic development and cultural differences in various countries and regions in the world, the global cargo flow imbalance is unbalanced, resulting in a large difference and imbalance in the geographical demand and supply of container containers. One-fifth of the world's total container traffic per year, which has created the need for container empty container transportation. Optimizing the empty container transportation is an important issue to be solved urgently. Container transportation plays an important role in international trade.
This paper focuses on the operation essentials and management methods of empty container transportation of marine containers. From the factors of production, the system analyzes and studies the development and research status of the world's shipping container empty container transportation, and finds some problems in the operation process of the shipping company. The focus of this paper is to analyze the
efficiency of container operations by establishing the model of the lowest container
empty container transportation cost, thereby reducing the number of empty container transportation and the cost of renting containers, and writing the LINGO statement
and using LINGO 10 for calculation. It provided a better container management plan
for the liner company and provided a corresponding theoretical basis for container air transportation.
Key words：Container，Empty container transfer，Lease
目录
前言 (3)
1 绪论 (4)
1.1 选题的背景 (4)
1.2选题的意义 (4)
1.3集装箱空箱调运国内外研究现状 (5)
1.3.1国外研究现状 (5)
1.3.2 国内研究现状 (5)
1.4研究内容 (6)
2集装箱运输概述 (7)
2.1集装箱及集装箱运输的定义 (7)
2.2集装箱运输的优势 (8)
2.3集装箱流转过程的描述 (8)
2.4集装箱运输现状 (9)
3 海运集装箱空箱调运系统分析 (10)
3.1 海运集装箱空箱调运产生的原因 (10)
3.1.1客观原因 (10)
3.1.2主观原因 (11)
3.2海运集装箱空箱调运 (11)
3.2.1空箱调运的特点 (11)
3.2.2空箱调运的方式 (12)
3.2.3空箱调运目标及要素 (13)
3.3空箱调运所要解决的核心问题 (14)
4海运集装箱空箱调运成本分析 (15)
4.1空箱调运成本的构成 (15)
4.2影响空箱调运成本的因素 (17)
4.3 集装箱租赁业务 (17)
4.3.1 集装箱租赁在集装箱运输中的作用 (17)
4.3.2 集装箱租赁的方式 (18)
4.4空箱调运成本控制方法 (18)
5基于网络单纯形法的海运集装箱空箱调运研究 (21)
5.1基本模型 (21)
5.1.1 模型的构建 (21)
5.1.2模型满足的假设 (23)
5.1.3 网络单纯形法算法步骤 (23)
5.2案例分析 (24)
5.3其他降低调运成本的策略 (27)
结论 (28)
致谢.................................................. 错误!未定义书签。

参考文献 (28)
前言
海运公司往往在实际运营过程中，存在海运集装箱的空箱调运存在弊端及优
化不合理的问题，给其了带来极大的经济损失。

对集装箱空箱调运过程存在的问
题，进行深入的分析和专业的研究，得出优化方案后，就可以极大程度上的优化
其调运活动的灵活性，从而减少了多余的可以不存在的空箱运输活动，从根本上
减少了空箱运输量。

优化必要的空箱运输活动，使空箱调运的各个环节得到最合
理的安排，同时使各个环节之间紧密结合，规避了重复运输带来的损失。

大力提
高集装箱周转速度，减少班轮公司集装箱的总储备量，同时减少流动资金的占用，
降低总的集装箱调运成本，提高班轮公司的经济效益。

目前，在航运业中，各大班轮公司都在采取多种措施来解决空集装箱运输的
问题，达到提高空集装箱的利用率，使空箱调运量降到最低的目的。

从而，降低
空箱调运的成本，缩短调运的时间。

然而,在实际的调运过程中，系统优化不足
和方法过于简单的问题一直困扰着我们，空箱调运问题有很大的发展潜力。

多年
以来，学术界对海运集装箱空箱调运优化的分析和研究相对较少，大部分的研究
都是集中在公路及铁路等方面。

对于公路、铁路集装箱空箱调运的问题，国内外
学者都有过研究，他们采用的方法有运输规划、网络流模型法等，但以上的这些
研究方法都存在突出的局限性。

研究海运集装箱空箱调运可以将公路、铁路集装
箱空箱调运的研究成果作为前车之鉴，秉持着取其精华，去其糟粕的精神，进行
研究。

国内外学者在长期的研究实践中，都取得了非常具有参考价值的研究成果。

如今加快海运集装箱空箱调运问题优化模型及系统的开发，推进海运集装箱
空运调运改革对于航运企业的经营与发展已迫在眉睫，这也早已成为航运界及学
术界想要早日重点攻克的课题、难题。

本文从集装箱海运过程中空箱调运产生的
原因、空箱调运的特点、调运的方式、调运目标及要素进行分析，以及社会各界
对现存现象的研究成果开始介绍。

从如何能使空箱调运更加科学合理和如何降低
集装箱空箱调运量两个角度出发，进行空箱调运成本分析，从社会各界的研究成
果和同类型问题比较中，得出集装箱海运空箱调运改革的良药和方针。

最终通过
各种数据在全面分析了海运集装箱空箱调运问题所处根本原因的基础上，成功建
立海运集装箱空箱调运系统优化模型。

与以前其他的线性规划相比建立了集装箱
空箱运输成本最低的模型，当这一优化模型被运用到实际中，将极大地减少航运
业的成本从而推动航运业大发展，为提高航运业的经济效益作出不可磨灭的贡
献。

1 绪论
1.1选题的背景
多年以来，全球海运集装箱的发展一直保持着稳健增长的趋势，不过，在不断向前发展的过程中，进口和出口集装箱数量的严重不平衡问题逐渐呈现出来。

全球各个国家及地区之间存在着严重的贸易不平衡，导致每天都有大量的空集装箱，由箱源充裕的国家及地区通过海运运往箱源匾乏的国家及地区，产生了集装箱空箱调运的问题，给经济的发展带来了极其不利的影响。

北欧主要港口的数据显示，其总集装箱吞吐量的15%是空集装箱。

欧洲鹿特丹、汉堡等先进集装箱港口也都备受空箱调运问题的困扰，空箱量占总箱量的13%-14%，主要港口安特卫普、马赛空箱比例甚至已经达到20%[1]。

空箱调运现象非常严重，对经济造成了一定的影响。

在美国的海运集装箱中，空箱量高达五分之一。

在亚洲，通过日本港都集装箱有16%为空箱，而中国港口存在的空箱调运情况也非常严重。

分析以上数据，可得出全世界主要港口空箱的平均比例大约都在15%以上。

伴随着集装箱运输在世界范围内的迅速发展，空箱调运数量肯定还会进一步增长。

根据德路里(Drewry) 国际航运研究及咨询机构估计，由于空箱调运线路的不合理、优化系统的不完善导致每年全球航运业都要直接和间接损失高达105亿美元，其中各港口岸上运作方面的损失也高达35亿美元[2]。

同步网Synchro Net 是研究集装箱空箱调运问题的权威机构，他预计仅仅在海运这一段过程中，全球航运业就已经浪费了50亿美元在运输那些空箱。

大多数的航运业的公司在运输成本中都将每个空箱的运输成本预估在一个很高的价格只因为没有更好的方法。

但是即使如此实际产生的成本可能早已远远超过了这个数字。

尽管是最近几年集装箱运输方式成为最主要的航运方式之一的大前提下，大部分承运人因为空箱运输成本的增长大大超过了收入的增长，这说明空集装箱的调运在调运过程中存在弊端并由此产生了惊人的额外支出。

集装箱空箱问题浪费了大量的集装箱资源，造成了集装箱调运成本的增加，对企业经济效益的提高产生了不可磨灭的影响。

正因如此，如何减少集装箱空箱调运，杜绝不必要的运输，已成各界都在研究的问题。

1.2选题的意义
(1)降低运输成本，提高经济效益
通过对海运集装箱空箱调运的研究，分析得到优化系统的方法，对调运活动进行合理的优化，减少不必要的调运量，合理安排调运方式、线路、时间等，将
会提高班轮公司集装箱的利用率，降低调运成本，班轮公司的经济效益才有可能随之提高[3]。

(2)改善服务质量和班轮公司的集装箱管理
综上所述，集装箱空箱调运问题的产生，除了其本身的客观特征外，公司经营管理的各个方面也有很大影响，如集装箱管理系统、管理人员、制度等。

对空集装箱调运的研究，涉及到企业集装箱管理的许多方面问题，都需要深入研究后进行解决。

它可以在促进和协助企业的改革和改进管理体系结果的基础上研究空集装箱运输问题,这样可以节省空集装箱运输的成本,还有可能提高整个企业的运营质量。

1.3集装箱空箱调运国内外研究现状
目前，在航运业，各班轮公司都针对空集装箱问题采取了许多措施，提高空集装箱的利用率，减少运输量，降低空集装箱运输的成本和时间。

但在实际应用中，存在着方法过于简单，优化不够的问题。

集装箱空箱调运优化问题仍存在巨大的进步空间。

1.3.1国外研究现状
国外的学者主要采取的研究方法是定量研究，A.M.Bomberault和W.W.WHITE 首先研究空集装箱调运的范围是在铁路运输。

他们首先构建了时间和空间的二维模型，然后采用诱导式网络流算法，设置了一个决策期，对集装箱空箱调运进行优化，最后用实际算例进行演算。

W.S.SHEN和C.M.Khoong为了解决集装箱空箱的调运问题，建立了一个决策系统。

此模型运用网络优化的相关知识，两个决策变量包括租箱量和还箱量[4]。

Qiang Meng经过研究，提出了关于多个供给需求港，多个挂靠港条件下的班轮运输服务网络设计。

首先引入一个“段”的概念，定义为一对有序的港口之间的一条运输线，并随后建立了一个混合整数线性规划模型[5]。

1.3.2 国内研究现状
国内最开始早对于海运集装箱空箱调运的探讨和寻找优化方案，相对国外来说起步晚，早期的研究也只是着眼于其定义方面，研究集装箱的管理方法和经验，后期才逐渐发展成为定量研究。

徐剑华认为空箱调运在实际运作中是不可能避免的只能进行最大限度的优化以减少成本和损耗，若各船舶公司之间能发展合作、合作共赢在空箱调运方面采取相比以前更加适当的联合措施，最少可减少30%的空箱调运率。

刘恒说通过解剖引起集装箱空箱的原因和调运所处的因素特点,强调调运的
关键问题是从什么时间、什么时候及有多少空集装箱需要运输,并指出大多数航运公司盲目管理，使用了类比管理的方式没有根据其特点对症下药。

施欣成功的建立了空箱调运基于UML和Petri网的雷达测试系统建模方法研究的Petri网模型，然后进行模拟，从而利用Petri网有效的解决了很多集装箱空箱调运问题，为我国航运业做出了突出贡献[6]。

汪传旭的理念是对为什么产生空箱的主客观原因进行解剖，对空箱所引起的资本影响，空箱调运所处环境的特点进行解剖。

介绍了一些从经验出发的方法：选择合理的港口路径，大公司之间联盟和合作，通过全球实时信息系统的协调，建立“灰箱”。

周红梅、方芳建立了两种假设下的空集装箱调运模型。

第一种假设是当港口现有的空集装箱能够满足对该集装箱的需求时；第二个假设是当港口现有的空集装箱不能满足对集装箱的需求时。

第二种假设分为两个优化层次：第一层是确定放弃重箱运输和空箱运输的计划；第二层进一步确定了最优的空集装箱运输方案。

季文元提出空集装箱运输的成本往往不是最受关注的部分，而往往更关注空集装箱的供给。

因此，他建立了基于系统可靠性指标的集装箱空箱存储量优化决策模型。

研究结果为确定空箱的存储容量提供了新的思路和解决方案。

1.4研究内容
本篇文章分别从定性和定量两方面，来进行探讨，研究海运集装箱空箱调运优化问题。

文章主要分为以下三大部分：
第一，介绍了本文选题的意义，然后对集装箱运输的优势、流转过程及现状进行了简单的概述，分析了空箱调运产生的最主要原因，对空箱调运过程中各因素之间的互相关联作用进行了全面的研究。

第二，对海运集装箱调运进行系统分析和成本分析，分析影响成本的主要因素，介绍集装箱租赁业务。

最后，在运筹学理论的基础上，建立起集装箱空箱运输成本最低的模型。

结合实例，并用LINGO进行运算，得出最小成本。

本文进行研究的技术路线图如下图1.1。

图1.1技术路线图
Figure 1.1 Technology Roadmap
2集装箱运输概述
2.1集装箱及集装箱运输的定义
国际标准化组织（ISO）对集装箱的定义，即集装箱使一种运输设备，它应具备以下条件：
（1）具有足够的强度，可长期反复使用；
（2）适于一种或多种运输方式运送货物，无需中途换装；
（3）装有便于装卸和搬运的装置，特别是便于从一种运输方式转移到另一种运输方式；
（4）便于货物的装满和卸空；
（5）内部容积为1m3或1m3以上。

比较常见的集装箱的尺寸有20英尺和40英尺两种。

集装箱运输，就是以集装箱为一个整体的运输单位，在运输过程中进行装卸搬运的运输组织形式。

集装箱发展阶段如下表2.1所示。

表2.1 集装箱发展阶段表
Table 2.1 Container development stage table
2.2集装箱运输的优势
（1）可以通过各种机械设备进行装卸搬运代替人工，可以节省大量的劳动力，为从事其他方面的工作提供多余的劳动力，有利于促进公司整体的发展；
（2）有利于将零散的货物进行整合运输，可以很好的保护货物，使其保存完好，提高货物运输质量，同时可以减少货损货差；
（3）可以节约大量的包装材料和费用，有效的避免过度包装，为保护环境、保护资源做出不可磨灭的贡献，积极响应党中央提出的“绿水青山就是金山银山”的号召，大幅度降低运输成本，提高运输公司的经济效益；
（4）可以露天堆放，不易受到暴晒，雨水等不可控因素的影响，造成货物的损坏可以节约室内仓库的容积；
（5）可以有效地在海陆空等各种运输方式间进行联运，国际通用且比较常见的集装箱有20英尺和40英尺两种，所以，可以很轻松的实现标准化运输，节省运输工具的空间。

2.3集装箱流转过程的描述
对于集装箱运输流转来说，比较常见的流程是在流转过程中，集装箱货主为了装运货物，从而对空集装箱产生了需求，接着邻近的港口或者说内陆货运站就会将空集装箱运送到货主所在地。

若临近的港口或内陆货运站的现存空集装箱量不能满足货主的需求，那么就需要从别的港口或者内陆货运站调运空箱，或者从租箱公司租空集装箱。

当货主的空箱需求得到满足后，装入货物后的空集装箱及变成了重箱，途径陆运送至临近港口，然后经船舶运送至另一个港口。

重箱在另一个港口被卸下后，再经过陆运运往货主所在地；在货主所在地，重箱卸完货物后，变为空箱，该空箱将运往邻近的港口或者内陆货运站。

空箱运至港口或内陆货运站后，等待着被再次使用，或还给集装箱租赁公司[7]。

以上所描述的整个集装箱流转网络，是一种理想化的状态，实际操作的情况要复杂得多。

在实际系统运行的过程中，上述节点的流向是否全部成立，还取决于船舶、内陆集疏运的运行模式、集装箱供需分布态势等实际因素。

按照载运工具划分，可划分为水路集装箱运输系统、铁路集装箱运输系统和公路集装箱运输系统；按照流转区域划分，可划分为水运系统和内陆集疏运系统；从集装箱是否
载货角度出发，又可以分为空箱流转系统和重箱流转系统。

以上各个系统之间存在着相互影响，相互制约的关系[8]。

综上所述，在实际的集装箱流转过程中，各个环节之间的集装箱流转，不光要看空箱的需求，还取决于空箱和重箱的需求及供应的关系，船舶的运力等因素的共同影响。

集装箱流转过程如下表2.1所示。

表2.1 集装箱流转过程
2.4集装箱运输现状
2015年上半年，全球经济增速远远不及预期水平。

集装箱运输需求的恢复步伐有所加快。

全球集装箱的运量增速约为 6.1%。

其中，远东至欧洲、泛太平洋航线运输需求复苏稳健，集装箱运量均将达到2240万TEU，同比分别增长5.7%、3.2%；亚洲区域内集装箱运量将达到4810万TEU，同比增速为7.7%。

到2015年上半年年底，全球集装箱船舶运力的规模高达1821.0万TEU，同比增长6.4%。

海运集装箱空箱调运问题，早已成为集装箱运输发展的一大阻碍。

空箱调运的成本使得集装箱运输系统的总成本变得很高。

当今世界的集装箱运输大多是班轮公司以班轮形式组织的。

班轮公司的经营成本比例如下图2.1所示。

图 2.1 班轮公司经营成本比例示意图
Figure 2.1 Schematic diagram of the ratio of operating costs of liner companies
3 海运集装箱空箱调运系统分析
3.1 海运集装箱空箱调运产生的原因
3.1.1客观原因
(1)由于世界上各个国家和地区间的经济水平和贸易能力差异相当明显，贸易发展十分不平衡，所以各个港口的进口和出口集装箱箱量差距很大，出现港口集装箱供应和需求不平衡的问题，由此产生了空箱调运的需求。

(2)由于港口进口和出口货物的性质有所不同，存在很大差异，所以要使用不同规格的集装箱。

所以某些港口供给的集装箱规格和需求的集装箱规格不一致，这就需要通过调运各种类型相匹配的集装箱来满足货运需求。

(3)由于集装箱运输的特点，其随机性十分明显。

从整体上，从一个较长时期来看，某个港口对于空箱的需求是有规律可循的。

但是就某个较短的周期，每月每周的需求是很随机的，也许某天一个货主需要出一批特殊的货物，那么这个港口就需要一批特殊规格的集装箱来满足需求。

这就使得空箱调运的工作更加复杂化了。

(4)由于各港口在修箱质量和修箱人工费用和材料费用上有较大的区别，所以在实际的操作中，有时要考虑到这方面的因素，把坏箱调运到修理质量高，修
理费用低的港口区，这也是空箱调运的另一个原因。

(5)由于中国有着良好的工业基础，而且劳动力低廉，所有现在全球基本上有90%的新干货集装箱都是由中国制造的。

生产出新的集装箱后，就需要通过空箱调运到世界上的各个港口。

3.1.2主观原因
(1)集装箱在调运过程中的管理不当以及某些单证上的缺失，会直接影响到空箱的顺畅流转，降低集装箱的利用率。

(2)某港口的个别进口货主，由于清关等原因，超期还空箱回船公司堆场，使得空箱供给量不够，为了保证集装箱的正常供给，则需要空箱调运。

(3)船公司与租箱公司，会提前签订双方都满意的租箱合同，有些是关于退租地点是有一定的规定的，这就使在世界各港口的租箱全部都需要调运到租箱合同中指定的退租地点，来统一进行退租。

3.2海运集装箱空箱调运
3.2.1空箱调运的特点
海运集装箱空箱调运主要有以下三个特点：
(1)时间和空间上的限制性
集装箱空箱调运大多是通过集装箱的班轮运输实现的，班轮运输存在着定时，定点，定航线的特点。

而在实际的操作过程中，空箱存在必须要在特定的时间、特定的地点来满足客户对于空箱需求的特点。

如果空箱的供给过晚，就不能及时满足货主的需求，使船公司的服务质量受损，信誉度降低；另一方面如果过早过多的把空箱调运到空箱的需求地，这也会增加空箱的堆存和管理费用，进而增加了船公司的成本。

(2)需求和供给的随机性
集装箱需求量的大小由货主的订舱量来确定。

其中，一部分固定的货主，订舱量在长期来看是比较稳定的，但也会随时间发生季节性的波动；另一部分的需求来自于一些非固定客户的临时性订舱，这些客户对空箱的需求量也是不是固定的，带有一定的随机性。

与此同时，空箱的供给也存在随机性的特点。

空箱的供给主要来自于两个方面：一种是重箱到达目的港后，收货人拆箱卸货后送还空箱到船公司的堆场；另一方面是船公司向租箱公司的租箱。

卸货还箱这个供给方式，由于各个收货人的进口报关时间不等，运输上的距离和条件不同，存在很多不确定因素，因此这个方式的空箱供给在时间和数量方面存在明显的随机性；而船公司的租箱供给方式的决策是一种补充性的空箱供给策略，更是具有随机性，时间和数量都要根据实
际情况确定。

(3)问题的复杂性
海运集装箱运输，存在航行的路线很长，受自然条件影响较大的特点，在各港口的装卸作业情况也有很大差异。

另一方面，实际操作中，船舶对各种箱型的装载能力也有一定的限制。

以上所描述的着几种情况情况，都使集装箱空箱调运的问题变得越来越复杂。

3.2.2空箱调运的方式
根据产生的原因，可以将集装箱空箱调运划分为以下四种类型：
(1)各个港口之间的空箱调运
①国际港口之间的空箱调运
因为世界各国间的经济发展差异很大，就造成了各国家和地区之间贸易的不平衡，从而导致了世界上各个港口的空箱需求量和供给量的不平衡，需要将空箱从箱源充足的地方调运到箱源匮乏的地方。

②国内港口之间的空箱调运
当集装箱空箱的供需港都在国内的时候，船公司的箱管部门不仅要和销售部门合作，还要及时掌握各港口的空箱需求情况，并与航运部门进行密切的配合，及时了解船舶的配载情况。

利用船舶的剩余舱位，进行空箱调运，妥善解决国内港口间对空箱的需求和供给问题，充分利用空箱资源，为提高经济效益打下坚实的基础。

(2)港口到堆场、货运站之间的空箱调运
在集装箱公司集装箱管理的实际操作中，进口空集装箱将在码头卸货。

当有大量空集装箱积压在港口时，集装箱管理部门需要及时的将空集装箱运输到各港口的集装箱堆场和港口货运站，减少港口的压力，有利于为存放其他的货物提供更广阔的空间，降低港口的集装箱空集装箱的存放费用，节约成本。

箱管部门应提前安排空箱运输的时间和数量，提前准备好准确无误的设备发货单，并提前与运输单位联系，确保港口与堆场、货运站之间空箱运输的有序、高效率进行[9]。

除以上说提到的情况外，还有一种是需要安排两个港口之间的空集装箱调运的情况，实际上是将空集装箱从临近的堆场或货运站转运到一个港口，然后通过海运来完成这两个港口之间的空集装箱调运。

集装箱管理部门还应随时与货场和码头进行有效的沟通，及时将调运工作安排的井井有条。

(3)集装箱堆场、货运站之间的空箱调运
集装箱公司箱务管理部门，在必要时必须在各堆场、货运站和其他场所之间进行空集装箱调运作业，才能平衡各堆场和货运站的空集装箱存有量，维持整个集装箱系统的正常运行。