基于港口節點的進口鋁礬土物流網絡優化模型

馬媛媛 楊家其

【摘 要】 為緩解國內鋁礬土資源日趨緊張、鋁礬土進口量不斷增加的現狀，以港口為物流網絡中的核心節點，以遠洋運輸到岸成本、港口處理成本、內陸疏運成本、港口庫存成本構成的綜合物流成本最優為目標，以港口的裝卸能力、安全庫存水平、網絡供需能力為約束條件，考慮海岬型船、巴拿馬型船兩種船型和公路、鐵路、水路等3種疏運方式，并以煙臺港為實例建立基于港口節點的進口鋁礬土物流網絡優化模型。結果表明：來自幾內亞和澳大利亞的鋁礬土全部采用海岬型船運輸;提高鐵路疏運比例是提升煙臺港運輸效率的關鍵。

【關鍵詞】 煙臺港;進口鋁礬土;物流網絡;網絡優化

0 引 言

鋁工業是繼鋼鐵行業之后又一大產值巨大的能源和資源密集型產業。我國鋁產量及氧化鋁產能均占全球總量的一半以上，但國內自有鋁礬土供應不足，鋁企業對鋁礬土的進口需求逐年提高。因此，如何降低鋁礬土進口成本成為必須解決的問題。

國內外學者對大宗散貨鋁礬土的物流網絡優化的研究還較少。鄢艷[1]分析我國鋁礬土資源分布、產量及總儲量，面對幾內亞、澳大利亞及牙買加等國家的優質礦源，我國鋁礬土在生產冶煉上并不占據成本優勢;馬吉宇[2]分析鋁礬土近十年的產量及需求量現狀，運用GM（1，1）模型對我國未來需求量進行預測，在產量不足的情況下增加進口量是保證我國鋁工業穩步發展的重要舉措;于軍苓等[3]針對渤海地區每年需從國外進口大量鐵礦石的現狀，綜合考慮鐵礦石進口來源地、運輸航線、接卸港口的可接卸船舶最大噸位等因素，構建以大型接卸港口為中轉港、其周邊的中小型港口作為補充的渤海地區進口鐵礦石運輸網絡，以單位運輸成本最小為目標，對構建的運輸網絡進行優化分析;高峰[4]針對長江流域進口鐵礦石物流現狀，計算進口鐵礦石從卸貨港到最終需求企業間不同物流模式的物流成本。針對大宗散貨物流方面的研究主要集中在鐵礦石、煤炭和散糧，與鋁礬土物流相關的研究尚有不足。

1 問題描述和假設

1.1 進口鋁礬土物流網絡描述

進口鋁礬土物流網絡是以來源國、港口、港口腹地需求點等為節點，由不同運輸方式及連接各節點的物流運輸線路構成的，是實現物流活動的重要載體。完整的外貿進口鋁礬土物流網絡包括陸路運輸（礦山→裝船港）→裝船港→遠洋運輸→一次接卸港→（水上二程運輸→二次接卸港）→內陸疏運（接卸港→生產企業）等環節。在鋁礬土物流網絡中，運輸礦石至裝船港及裝船港作業環節均在國外進行;遠洋運輸是物流運輸的主要部分;接卸港從事鋁礬土的卸船、轉運及其他物流活動;內陸疏運是港口通過水水中轉、鐵路運輸或公路運輸等多種運輸方式將鋁礬土配送至需求用戶的。進口鋁礬土物流網絡見圖1。

1.2 模型假設

本文的模型和求解建立在以下假設條件基礎上：

（1）物流網絡中存在s個鋁礬土供應商， n個最終需求用戶，只有1個礦石物流中心（煙臺港）。

（2）鋁礬土到岸價（CIF）只受來源國的影響（即不同國家其價格不同），本章模型中暫不考慮其質量、形狀、供應商的誠信度等對價格的影響。

（3）進口鋁礬土物流過程具有動態性，理論上時間是連續性的。將整個研究期平均分成多個研究時間段，這樣處理可以簡化問題并使研究更加符合實際情況。

（4）采購計劃和運輸計劃均發生在每個研究時間段初期。

（5）進口鋁礬土以到岸價（CIF）為主，即鋁礬土進口價格中包括礦山到起運港之間的運輸費用。

（6）在國際航運貿易市場，不同國家或地區在進行遠洋運輸時選用的大宗散貨船舶在船型、船齡和載質量等方面有著眾多差異，本文主要考慮通用的巴拿馬型船和海岬型船。

（7）港口的內陸運輸方式為公路、鐵路和水路。

（8）整個進口物流網絡中，運輸能力不存在約束，在遠洋運輸和內陸疏運環節中均有足夠的運輸工具來完成鋁礬土物流運輸活動。

（9）最終生產企業的原材料庫存均與港口共享，并由港口統籌管理，港口根據企業的生產計劃合理安排配送，保證企業生產的連續性，并將鋁礬土總庫存維持在較低水平。

2 基于港口節點的進口鋁礬土 物流網絡優化模型

考慮進口鋁礬土的全程物流，以港口為礦石物流中心，以總成本最優為目標，對從多進口來源國到多需求用戶的物流網絡進行優化。進口物流總成本包括遠洋運輸到岸成本、港口庫存成本、港口處理成本及內陸運輸成本等。

根據以上假設條件成本分析，建立進口鋁礬土物流網絡優化模型，模型具體表示結構如下：

式中：S為供應商的集合，S={s∣s∈整數};N為最終客戶的集合，N={ n∣n∈整數};I為內陸運輸方式的集合，包括水路、鐵路和公路，I={ i∣i=1，2，3};J為船舶種類的集合，包括巴拿馬型和海岬型，J={ j∣j=1，2};T為研究時間段數的集合，T={ t∣t∈整數}，t為研究期的某一時間段; t為每個研究時間段長度;為供應商n用j型船在時間段t將鋁礬土通過遠洋運輸至接卸港的到岸價格;Es為供應商s的鋁礬土的最大供應量;Dn為客戶n的鋁礬土平均需求量;為時間段t期間，港口通過k方式將鋁礬土送至最終客戶n的單位運輸費用;Wi為第i種運輸方式的單位載質量;Uj為j型船的運輸能力;ht為礦石港口在時間段t內的處理費率;

P為港口礦石堆場的最大庫存量;Ct為時間段t內港口的單位庫存成本;Qt為港口在時間段t期間鋁礬土的安全庫存量;Gt為時間段t開始之時港口鋁礬土的期初庫存量;Tsj為船型j將鋁礬土從來源國至國內接卸港的航行時間;Ai為港口對i種運輸方式的裝車（船）能力;B0為港口泊位的卸船能力。

本文決策變量主要包括兩個： 為在時間段a內從來源國s啟航的j型船，經過遠洋運輸在時間段t內到達國內接卸港的船舶數量;為港口在時間段t內通過運輸方式i將鋁礬土送達最終客戶n的運輸工具數量。

上述模型中：式（2）為來源國的供給約束，即不超過該國的最大供應能力;式（3）為客戶需求約束，港口到客戶n的總配送量應滿足生產需求;式（4）為港口堆場的最大庫存量約束;式（5）為港口每個時間段的庫存量均應大于港口的安全庫存量;式（6）為港口的泊位能力約束，總到港的船舶數量不應超過港口的泊位能力;式（7）為港口的裝車能力約束，每一時間段內港口到客戶的配送車輛總數不能超過港口的裝車能力;式（8）為決策變量的整數約束;式（9）、式（10）為0―1變量。

3 實例分析

3.1 實例背景及相關數據

本文以煙臺港進口鋁礬土物流網絡為例，優化模型的研究周期設為360天，分成12個時間段，每個時間段長度為30天。煙臺港的鋁礬土進口來源國有幾內亞、澳大利亞、印度尼西亞、馬來西亞、巴西，腹地內的氧化鋁需求企業有濱州魏橋集團、聊城信發集團、龍口南山集團、淄博山東中鋁和魯北公司等。通過查閱相關資料及實地調研，得到相關參數的基礎數據如下：

（1）港口的堆場面積和庫存能力。煙臺港的堆場面積為100萬m2，堆場庫存能力為萬t。本文設置鋁礬土在港的日庫存費率為0.1元/t，安全庫存量為200萬t。煙臺港礦石碼頭的日最高卸貨率可達18.6萬t，本文假定日均卸貨率為15萬t，每月可接納的船舶數量為30艘。煙臺港礦石堆場裝車方式分為鐵路和公路兩種方式，鐵路有效裝車線為5.6 km，鐵路裝車能力為800車/天，公路裝車能力為500車/天。煙臺港西港區的裝卸費用標準為4.5元/t，故本文的裝卸費率設定為4.5元/t。

（2）進口來源國的供應能力、兩種船型到達煙臺港的運輸時間及到岸價格。遠洋運輸船型選擇為海岬型船和巴拿馬型船，假定在任意時間段內航線不發生改變，海岬型船載質量17萬t，航速為14 kn;巴拿馬型船載質量8萬t，航速為14.5 kn。馬來西亞、印度尼西亞、澳大利亞主流鋁礬土CIF價格在42～48美元/t，幾內亞和巴西主流鋁礬土CIF價格預計在56～63美元/t （見表1）。

（3）腹地企業的需求量。依據實地調查及查閱相關資料，以魏橋、信發、中鋁山東、南山、潤迪、魯北等6家企業的氧化鋁產能、生產時使用進口鋁礬土所占比例等為基礎，需求量為2 144萬t、792萬t、618萬t、368萬t、141萬t、150萬t。

（4）港口疏港方式及配送至客戶的運價。煙臺港擁有公路、鐵路、水路等3種疏港方式，其中鐵路疏運采用C70型鐵路敞車為運輸工具，裝載量為70 t/車;選用載質量為45 t的貨運車為公路運輸工具;煙臺與濱州港區一體化經營，兩港區之間的水運船型裝載量為2 500 t，費率為62 305元/艘。具體的公路及鐵路運輸費率見表2。

3.2 模型求解

整理數據并代入到基于港口節點的進口鋁礬土物流網絡優化模型中，運用LINGO軟件編程求解，進口鋁礬土物流網絡總成本為25.739億元。根據所求得的解向量可以得到2019年煙臺港進口鋁礬土到港船舶數及內陸疏運計劃（見表3、表4）。

從表3可以看出，盡管從各國港口到煙臺港采用巴拿馬型船進行遠洋運輸的海上航行時間短、運量小，不會導致港口鋁礬土積壓過多，但煙臺港的鋁礬土運輸主要進口來源國幾內亞和澳大利亞全部采用的是海岬型船。這是因為海岬型船運量較大，能獲得規模效益，且進口鋁礬土的單位運輸成本低。采用海岬型船進行大宗散貨的遠洋運輸成本最優。印度尼西亞、馬來西亞等航線采用巴拿馬型船運輸鋁礬土，是因為港口堆場庫存能力有限，若全部采用海岬型船則有可能導致鋁礬土積壓在港，增加庫存費用。巴西港口至我國煙臺港海上距離遠，鋁礬土進口物流成本較高，因而進口量小。幾內亞和澳大利亞是我國鋁礬土進口的首選國家，鑒于幾內亞距離較遠且供應量大，應當提前訂購。

在內陸疏運計劃中，車輛配比數量基本可以反映出魏橋集團和信發集團對進口鋁礬土需求量較大的現狀。總體上，各氧化鋁廠進行配送的鐵路車皮數比公路貨車數要多，這也可以反映出鐵路具有運輸大宗干散貨的優勢。潤迪鋁電集團運用公路、鐵路兩種運輸方式對鋁礬土進行配送，這是由港口的鐵路裝車能力不足所致。提高鐵路運輸比例是提高大宗散貨運輸效率的關鍵。

4 結 論

（1）本文在借鑒國內外大宗干散貨物流網絡理論研究的基礎上，以港口為關鍵節點，以網絡整體成本最優為目標，在充分考慮供應商和氧化鋁生產企業等多方利益的前提下，構建基于港口節點的進口鋁礬土物流網絡優化模型。

（2）通過收集整理煙臺港進口鋁礬土物流網絡相關的基礎參數，并運用LINGO軟件編程求解，實證分析得到港口的兩種船型到港量及內陸疏運計劃。研究結論為經營鋁礬土業務的港口運營管理提供了一定的參考和指導。

（3）在模型假設中，港口的3種疏運方式的運輸能力沒有受到限制，但在實際運作中，煙臺港的水水中轉除了受航道條件影響外，還有其他影響因素尚未考慮到，需進一步研究。

參考文獻：

[1] 鄢艷.我國鋁土礦資源現狀[J].有色礦冶，2009（5）：58-60.

[2] 馬吉宇.中國鋁土礦產量及需求量預測研究[J].中國礦業，2017（S1）：23-27.

[3] 于軍苓，顏華錕.優化渤海地區進口鐵礦石運輸網絡[J].水運管理，2011（1）：18-21.

[4] 高峰.長江流域進口鐵礦石物流一體化建設與發展[D].杭州：浙江工業大學，2015.