基于陸海國(guó)際運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的中歐班列啟運(yùn)港布局優(yōu)化

閔曉雪

摘 要：針對(duì)中歐班列開(kāi)行城市無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題和“一帶一路”陸海聯(lián)動(dòng)發(fā)展趨勢(shì)的實(shí)際情況，本文依托陸海國(guó)際運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，考慮成本、班列補(bǔ)貼、服務(wù)水平等因素，建立雙層多目標(biāo)規(guī)劃模型，從實(shí)際角度以定量的方法對(duì)中歐班列啟運(yùn)港進(jìn)行布局優(yōu)化，為我國(guó)中歐班列啟運(yùn)港規(guī)劃建設(shè)提供新的思路與方法。上層以最小化運(yùn)營(yíng)成本、最小化的補(bǔ)貼影響和最大化服務(wù)水平為優(yōu)化目標(biāo)，下層建立用戶平衡分配模型，利用遺傳算法求解規(guī)劃模型，探究所構(gòu)建的陸海國(guó)際運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)下的中歐班列啟運(yùn)港布局方案。

關(guān)鍵詞：中歐班列啟運(yùn)港;布局優(yōu)化;陸海國(guó)際運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò);雙層多目標(biāo)規(guī)劃

中圖分類號(hào)：U169.6 ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006—7973（2020）07-0095-02

中歐班列啟運(yùn)港是內(nèi)陸城市開(kāi)行班列的啟運(yùn)地，是中歐班列運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)中歐班列啟運(yùn)港進(jìn)行布局優(yōu)化研究，可優(yōu)化現(xiàn)有中歐班列運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化中歐班列組織效率，減少重復(fù)建設(shè)，停止無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)，避免運(yùn)力浪費(fèi)，提高經(jīng)濟(jì)效益，緩解貨源非良性競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，同時(shí)也使得開(kāi)行的中歐班列能得到更大程度地利用資源，進(jìn)一步提升中歐班列運(yùn)輸競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)于中歐班列方面的研究，國(guó)外學(xué)者較少，主要集中在國(guó)內(nèi)方面，較多的體現(xiàn)在中歐班列發(fā)展對(duì)策的定性研究，如李佳峰[1]和李廷禎[2]等和中歐班列貨源整合、開(kāi)行方案等問(wèn)題的定量研究，如蔡瑞東[3]和馬蓉[4]等，陸夢(mèng)秋[5]等有關(guān)陸海運(yùn)輸格局研究也主要體現(xiàn)在陸海運(yùn)輸空間競(jìng)合格局分析上，未進(jìn)行布局優(yōu)化， “一帶一路”是一個(gè)海陸互補(bǔ)的運(yùn)輸系統(tǒng)，不能孤立地進(jìn)行研究。

因此，本文在進(jìn)行中歐班列啟運(yùn)港布局優(yōu)化時(shí)，依托陸海國(guó)際運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，將海運(yùn)因素引入對(duì)中歐班列啟運(yùn)港優(yōu)化布局中，同時(shí)考慮各地政府補(bǔ)貼，使模型更加貼合實(shí)際的同時(shí)，站在決策者的角度削弱政府補(bǔ)貼對(duì)開(kāi)行城市經(jīng)濟(jì)的影響。

1 ?陸海國(guó)際運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

根據(jù)本文的研究對(duì)象，陸海國(guó)際運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)起訖點(diǎn)為除香港、澳門、臺(tái)灣以及海南省之外的30個(gè)省級(jí)行政區(qū)，和中國(guó)對(duì)歐洲各國(guó)出口額排名前10的國(guó)家對(duì)應(yīng)的形心。我國(guó)鐵路集裝站辦理站現(xiàn)共有1606個(gè)，鐵路集裝箱運(yùn)輸貨票顯示出的發(fā)運(yùn)中歐班列的鐵路集裝站辦理站共有137個(gè)，設(shè)置密集且不盡合理，因此需構(gòu)建選址指標(biāo)體系，如表1所示，采用熵值法進(jìn)行計(jì)算。以期從我國(guó)30個(gè)省份中初步篩選出該省的中歐班列啟運(yùn)港備選集，以作后續(xù)研究，篩選結(jié)果如圖1所示。

港口節(jié)點(diǎn)按照港口分布和集裝箱吞吐量，選取青島港、上海港、廈門港、深圳港作為國(guó)內(nèi)沿海港口節(jié)點(diǎn)。鹿特丹港、安特衛(wèi)普港、漢堡港作為歐洲港口節(jié)點(diǎn)。運(yùn)用Mapinfo繪制陸海國(guó)際運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)圖，如圖2所示。

2 模型構(gòu)建與求解算法

2.1 ?模型構(gòu)建

在建立選址模型之前，先做以下假設(shè)：

（1）所有節(jié)點(diǎn)之間形成的網(wǎng)絡(luò)是全聯(lián)通網(wǎng)絡(luò);

（2）一個(gè)需求點(diǎn)的貨物只能供給一個(gè)啟運(yùn)港，一個(gè)啟運(yùn)港可以服務(wù)多個(gè)需求點(diǎn);

（3）啟運(yùn)港建設(shè)成本固定;

（4）只存在單一箱型（20TEU）;

（5）已知需求點(diǎn)的數(shù)量及出口需求;

上層模型站在政府的角度，以最小化運(yùn)營(yíng)成本、最小化班列補(bǔ)貼影響和最大化服務(wù)水平為決策目標(biāo)建立多目標(biāo)優(yōu)化模型，其中，運(yùn)營(yíng)成本包括啟運(yùn)港建設(shè)成本、與運(yùn)量相關(guān)的運(yùn)營(yíng)成本以及與運(yùn)量相關(guān)的班列補(bǔ)貼成本三項(xiàng);班列補(bǔ)貼影響考慮開(kāi)行班列啟運(yùn)港運(yùn)輸量、單位補(bǔ)貼成本及其所在城市GDP;服務(wù)水平與啟運(yùn)港輻射范圍內(nèi)需求點(diǎn)的需求量有關(guān)。

Zi為0-1決策變量，1表示備選啟運(yùn)港i被選中，否則為0。Ci是啟運(yùn)港年均建設(shè)成本（元），Cb是與運(yùn)量相關(guān)的運(yùn)營(yíng)成本（元/TEU），Ck是與運(yùn)量相關(guān)的班列補(bǔ)貼成本（元/TEU），Gi是啟運(yùn)港i所在城市GDP（元），di是需求點(diǎn)經(jīng)啟運(yùn)港i發(fā)運(yùn)走中歐班列的運(yùn)輸量（TEU）。

2.2 ?求解算法

引入多目標(biāo)遺傳算法，NSGA-II算法。NSGA-II算法是一種基于Pareto最優(yōu)解，建立在基本遺傳算法基礎(chǔ)之上的多目標(biāo)遺傳算法，本文應(yīng)用算法求解上層模型，將求解下層模型的F-W算法嵌套在算法中求解整個(gè)模型。

3 ?實(shí)例分析

通過(guò)調(diào)研和查閱統(tǒng)計(jì)年鑒，運(yùn)用原單位法、二次移動(dòng)平均法和增長(zhǎng)率法計(jì)算和預(yù)測(cè)2020年起訖點(diǎn)交通量。通過(guò)擬合鐵路集裝箱運(yùn)輸貨票數(shù)據(jù)得到國(guó)內(nèi)鐵路包干運(yùn)費(fèi)計(jì)價(jià)一3.08元，計(jì)價(jià)二1111.8元，境外寬軌段運(yùn)價(jià)率0.69美元/TEU·km，歐盟段運(yùn)價(jià)率0.96美元/TEU·km。國(guó)內(nèi)公路運(yùn)費(fèi)7.5元/TEU·km，國(guó)外公路運(yùn)費(fèi)12元/TEU·km，水路運(yùn)費(fèi)0.71元/TEU·km，班列補(bǔ)貼費(fèi)用3000美元/TEU，建設(shè)啟運(yùn)港的成本擬定為500萬(wàn)元，設(shè)計(jì)使用年限為15年，利用等額本息法按期均分為47.36萬(wàn)元/年，啟運(yùn)港單位運(yùn)營(yíng)成本50元/TEU，BPR函數(shù)的影響參數(shù)α，β分別為0.15和4。設(shè)置遺傳算法種群規(guī)模為20，迭代次數(shù)為200，交叉率為0.7，變異率為0.1，使用matlab軟件，經(jīng)200次迭代后得到9個(gè)pareto最優(yōu)解如表2所示。

4 結(jié)論

本文構(gòu)建了陸海國(guó)際運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，建立了雙層多目標(biāo)規(guī)劃模型，從實(shí)際角度以定量的方法對(duì)中歐班列啟運(yùn)港進(jìn)行布局優(yōu)化，運(yùn)用NSGAⅡ算法和F-W算法對(duì)模型進(jìn)行求解，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系篩選全國(guó)開(kāi)行中歐班的辦理站作為啟運(yùn)港潛在位置，充分考慮海運(yùn)競(jìng)爭(zhēng)和班列補(bǔ)貼因素進(jìn)行實(shí)例分析，驗(yàn)證模型合理性的同時(shí)對(duì)中歐班列啟運(yùn)港布局進(jìn)行優(yōu)化，為中歐班列決策者提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]李佳峰.“一帶一路”戰(zhàn)略下中歐班列優(yōu)化對(duì)策研究[J]. ?鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2016，38（05）：41-45.

[2]李廷禎.中歐班列運(yùn)輸市場(chǎng)中的問(wèn)題及對(duì)策——基于運(yùn)輸需求視角[J].中國(guó)市場(chǎng)，2020（07）：136+138.

[3]蔡瑞東. 中歐班列開(kāi)行模式及中心樞紐布局優(yōu)化研究[D].武漢理工大學(xué)，2018.

[4]馬蓉. 基于多通道的中歐集裝箱運(yùn)輸方案選擇研究[D].北京交通大學(xué)，2019.

[5]陸夢(mèng)秋，陳娛，陸玉麒，李恩康.“一帶一路”倡議下歐亞大陸陸海運(yùn)輸?shù)目臻g均衡分析[J].地理學(xué)報(bào)，2018，73（08）：1526-1539.

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助（71774018）;中國(guó)博士后科學(xué)基金資助（2015M580128）;港口協(xié)同發(fā)展與綠色增長(zhǎng)資助（IRT17R13）;遼寧省自然科學(xué)基金資助（2015020074）;遼寧省高等教育內(nèi)涵發(fā)展專項(xiàng)資金（協(xié)同創(chuàng)新中心）資助（20110116102）