基于成本的铁路集装箱空箱调运研究.docx

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基于成本的铁路集装箱空箱调运研究

摘要

铁路集装箱运输正处于高速发展的黄金时期，随着近几年对铁路运输成本研究的不断深入，铁路集装箱运输也越来越关注于运输成本的控制，由于空箱调运占据了铁路集装箱运输成本中很大的比重，所以在铁路运力紧张的前提下，合理调运空箱对提高运输质量，提升铁路企业的收益具有关键的作用。

本文的主要研究工作如下：

（1）针对我国铁路集装箱空箱调运现状和“实货制”改革后运输服务的调整进行分析，画出铁路集装箱空箱调运流程图，得出空箱产生的原因和特点，并提出现有的解决措施。

（2）根据空箱供需之间的不平衡关系得处空箱调运的核心问题，再依据四个空箱调运原则，分析了空想运输服务成本，时间成本，租箱成本，机会成本，管理成本并以相应的公式列出。

（3）由于铁路运输系统的复杂性，所以只考虑20英尺和40英尺集装箱，建立基于成本的集装箱空箱调运模型，对模型进行假设和变量定义，并给出供给与需求之间的约束条件。

（4）根据模型结合实际算例，以沈阳站为例选取22个营业站，并在95306官网找到这些站的20英尺和40英尺集装箱单位调运成本，再将这些营业站的营业量和单位调运成本数据进行编程转化为代码形式，使用LINGO软件进行求解，得到最优的空箱调运方案，并对计算结果进行分析，验证模型的正确性。

关键词：

铁路集装箱；空箱调运；调运成本

1绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

集装箱运输具有很多突出的优越性，比如减少货物的损差、保证运输的质量、提高装卸效率等等，每个国家都很关注集装箱运输的发展趋势，总的来说，这种运输方式的出现是实现运输合理化、科学化的必然途径，改了世界货运的格局，必然在世界范围内得到高速发展。

铁路集装箱运输在迅速发展的同时，也受到了各种因素的影响，导致有的地方空箱堆积，有的地方空箱稀缺，这就使得集装箱空箱调运问题尤为突出。

而长期以来受到铁路基础设施薄弱、运输能力限制等因素的影响，我国集装箱运输发展并没有受到很大的关注，在我国运输行业中只占很小的比重，空箱管理水平低导致大量空箱堆积，产生大量额外的库存费用，并且由于没有合理有效的空箱调运计划，空箱调运成本也会相对增加，使得空箱调运问题成为了阻碍我国铁路集装箱运输发展过程中的关键所在。

所以合理的调运空箱，增加集装箱运输的比重方面仍然有待提高。

根据相关资料分析，全世界的集装箱空箱调运费用已超过350亿美元，由于管理效率低下，缺少合理的空箱调运计划和人为因素等，使得空箱调运费用还在进一步增长，并且这还是没有考虑到空想调运过程中的装卸作业费用和库存费用等情况。

如此高的空箱调运费用严重影响了企业的经济发展，所以空箱调运问题已显得极为重要。

1.1.2研究意义

空箱调运成本已经严重限制了铁路集装箱运输业务的进一步发展。

通过对空箱调运问题的优化，实现空箱调运系统的完善，减少不必要的调运量，降低调运成本。

一个空箱需求站可以调运周边邻近的任意一个或者多个供应站点的空箱来满足本站运输需求，或者一个空箱供给站可以供给周边邻近的任意一个或者多个需求站点的空箱来满足本站运输需求。

集装箱空箱调运方案的不同选择对于调运成本的影响也将变得更加显著。

集装箱空箱调运问题的存在，使得客户的用箱需求不能得到及时满足的情况时有发生，加之铁路集装箱货运业务办理流程复杂，这些都导致客户对铁路货运服务满意度的降低，造成铁路货运客户流失。

货运服务质量已经限制了集装箱运输业的发展。

因此，提高集装箱空箱调运效率，对于更好地满足客户的需求，进一步提高运输服务水平，对整个运输行业的发展都有重要的积极的作用。

综上所述，空箱调运的主要目标是提高空想调运的时效性，保证货物的及时运输，保障运输服务的质量。

并且空箱调运成本关系到铁路货运的可持续发展，降低了空箱调运成本也可以使其与之对应的客户服务成本也随之降低，增强铁路货运的新引力，加强企业的竞争力。

我国在大力推进集装箱运输发展的同时，对集装箱运输的水平也提出了更高的要求，如何合理有效的进行空箱调运，降低空箱调运成本已成为关键所在。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

由于国外集装箱的发展比较早，对空箱运输的了解和其他问题相对较早。

2005年，KoichiShintani，AkioImai，EtsukoNishimura，StratosPapadimitriou在《Thecontainershippingnetworkdesignproblemwithemptycontainerrepositioning》[1]中设计了集装箱班轮运输服务网络，其中的关键问题是集装箱和船舶的调配，并对问题使用一种基于遗传算法的启发式算法。

2009年，Theofanis,，Sotirios，Boile，Maria在《Emptymarinecontainerlogistics:

factsissuesandmanagementstrategies》[2]中针对典型的不平衡集装箱进出口贸易问题，提出了一个集成空箱和重箱运转操作的决策支持系统，该系统允许配置多个参数，并通过利用随机生成的数据进行试验，证实了系统的有效性。

2011年，RafaelDiaz，WayneTalley，MandarTulpule在《ForecastingEmptyContainerVolumes[J].TheAsianJournalofShippingandLogistics》[3]中考虑到空箱的积压和调运已成为集装箱港口面临的严重问题，加之国家间贸易不平衡的预期增长，预计未来将会加剧，对集装箱港口的经营成本和运营提出了挑战。

更准确地预测港口的空箱数量，将使集装箱港口能够制定更好的成本效益计划以便空箱调运。

2013年，Vojdani，Nina，Lootz，Felix，Rösner，René在《Optimizingemptycontainerlogisticsbasedonacollaborativenetworkapproach》[4]中考虑到成本压力的增加以及对效率的追求，引入一种集装箱物流网络的数学优化方法，考虑到集装箱联营的建立和运行带来的潜在节约量，并对潜在的节约量进行量化。

结果表明，与集装箱业主和租赁公司的非合作行为相比，集装箱联营的实施可以产生积极的经济效益。

2016年，IlkyeongMoon，HwajinHong在《Repositioningofemptycontainersusingbothstandardandfoldablecontainers》[5]中通过使用新型节省空间的可折叠箱来降低运输和库存成本，建立了同时调运两种集装箱的模型，以总成本最小为优化目标，使用混合遗传算法求解模型，在合理的计算时间内获得满意的解决方案。

2017年，NaimaBelayachi，ShahinGelareh，KhadidjaYachba，KarimBouamrane在《TheLogisticofEmptyContainers′ReturnintheLiner-ShippingNetwork》[6]中以解决集装箱的不均衡分配为目的，以尽可能小的成本满足客户的装运需求，以集装箱的回送成本最小为目标，基于启发式算法，对集装箱的调运过程进行研究。

1.2.2国内研究现状

近年来，我国一些学者也开展了空箱运输的研究工作并取得了成效。

2007年，钟鸣在《基于“成本—服务”战略的集装箱空箱调运优化研究》[7]中分析了影响客户需求的四种影响因素，将调运费用矩阵转化建立成为新的空箱调运方案，使得空箱调运成本与客户的个性化需求保持一致，加强企业在经济市场中的竞争力。

2008年，徐迅达在《基于成本—客户满意度的铁路集装箱空箱调运方法研究》[8]中运用多种理论和方法分析了在空箱调运过程的多种影响因素，构建客户满意度体系，建立基于调运成本和满意度的数学模型，最后使用遗传算法求解，结果表明很好的解决了空箱调运成本与客户满意度之间存在的问题。

2008年，朱文浩在《基于“价值—成本”策略的铁路集装箱空箱调运研究》[9]中运用两种方法，即层次分析法和层次聚类法，他将这两种方法相结合对客户价值进行测评和分类，建立以客户价值最大化以及调运成本最小化为目标的多目标规划模型，结果表明不同客户具有不同的价值，处理好之间的关系非常满足企业经营的策略。

2009年，宰停在《铁路集装箱空箱调运优化研究》[10]中首次将优先级的概念引入到对空箱需求的等级划分上，建立空箱调运模型，以最大化优先级和最小化调运成本为目标，采用改进后的遗传算法求解，结果表明，优先满足最高等级的空箱需求可以是铁路企业获得更高的企业收益。

2012年，刘爽阳在《铁路集装箱空箱调运优化研究》[11]中从铁路企业角度出发，建立以客户价值和调运成本的双目标优化模型，并运用SPSS软件将客户群进行细致的划分，然后将模型进行转化，使用MATLAB软件求解。

结果表明，将空箱调运与客户价值相结合满足企业的经营策略。

2012年，刘浩在《基于成本的铁路集装箱空箱调运组织及优化》[12]中分别建立了基于月调度计划的静态调运模型和基于日调度计划的成本目标，成本和客户的需求时间以及多目标动态模型，将得到的调运方案结果进行比较分析，得出最优解。

2013年，李秀芬在《基于周转时间的铁路集装箱空箱调运优化研究》[13]中按照货物的品种类型、重要程度等确定其优先级，建立以优先级最高为第一优化目标的调运模型，运用分支定界法求解，结果表明先将最高优先级客户的需求满足然后依次满足其他客户更符合实际的调运工作。

2014年，王俊杰在《“实货制”下铁路集装箱空箱调运优化研究》[14]中通过对集装箱周转时间进行全面的分析，建立了以周转时间和成本为目标的双目标模型优化模型，并使用LINGO软件进行实例分析，验证模型的正确性。

2016年，邢玉伟,杨华龙,储飞飞在《基于互租战略的班轮联盟空箱调运》[15]中以最小总成本为目标建立基于空箱互租战略的空箱调运优化模型，结果表明在班轮合作的情况下，能过较好的实现空箱优化调运。

2016年，郑明明在《基于客户优先级的铁路集装箱空箱调运优化研究》[16]中使用改进后的RFM模型评价方法对铁路客户价值进行评价，建立基于客户优先级的空箱调运模型，结果表明可以降低高优先级客户的成本支出，并且高优先级客户的需求无论在时间和数量上都得到了满足。

1.3论文框架图

图1-1论文框架图

2集装箱空箱调运概述

2.1集装箱运输概述

2.1.1集装箱的定义

集装箱，英文名container。

它是一种货物运输容器，统一的规格和型号，可反复使用。

当一种或多种运输方式组合和运输时，货物不需要在途中重新装载，从而加快了运输周转，节省了时间也降低了成本。

集装箱最大的成功在于其产品的标准化以及由此产生的运输系统，并在此基础上逐步实现全球范围内的多式联运系统。

2.1.2我国铁路集装箱运输的发展现状

目前，中国是世界上最大的集装箱制造国，年产能达到580万TEU（标准箱），居世界第一，规格品种数量已达900多个，可满足各种运输需求。

金融危机后，全球集装箱货运量不太可能从过去的繁荣中复苏，只会缓慢复苏。

2010年11月，美国进口集装箱数量较2009年的最低水平增加了14.2％。

按标准箱计算，11月份美国进口集装箱数量较11月份略微下降0.9％，但较2009年11月增加14.23％。

就箱数而言，11月进口集装箱数量较10月份略微增加0.2％，但在同一时期增加了14％。

此外，自2010年以来，进口集装箱数量比2009年增加了14.2％，但比2008年略有下降1.2％。

同期，按标准箱计算，进口集装箱数量年增长15.9％，但比2008年下降了近1％。

2.2“实货制”改革后铁路集装箱运输业务优化调整

铁路为了适应经济社会发展，更好的应对市场的变化，从2013