摘 要

在了解我国尤其是上海港的内贸箱运输市场大致情况的基础上，本文通过理论加实例相结合，考虑到上海港目前整体状况，合理的选择船舶类型及挂靠港口，追求成本最小化，实现经济且稳定的上海内贸集装箱航线网络。利用各种港口门户网站、官方数据及文献资料，在分析上海内贸集装箱航线现状及需求分析的基础上，构建了以航线成本最小化为目标的模型。其模型是将非线性的目标函数转化为线性目标函数，再利用AMPL进行求解。

本文将上海内贸箱航线网络优化过程尽量定量化,从各项指标计算经济上合理的航线配船，利用主成本分析法进行挂靠港口选择，以基于线性规划法建立航线调度优化模型。

关键词：上海、内贸集装箱航线、航线配船、挂靠港口选择

Abstract

On the basis of understanding the general situation of domestic trade container transport market in China, especially in Shanghai port, this paper combines theory with examples, considering the overall situation of Shanghai port, reasonably chooses the type of ship and the port of call, pursues the cost minimization, and realizes the economic and stable container route network of Shanghai domestic trade. Based on the analysis of the current situation and demand of domestic trade container routes in Shanghai, a model aiming at the minimum route cost is established by using the portal websites, official data and documents of various ports The model is to transform the nonlinear objective function into a linear objective function and then use AMPL to solve it.

In this paper, the optimization process of domestic trade box route network in Shanghai was quantified as far as possible, the economically reasonable route allocation was calculated from various indicators, the main cost analysis method was used to select the port of call, and the route scheduling optimization model was established based on the linear planning method.

Keywords: Shanghai, domestic trade container line, Ship routing ,port selection

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的与意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 目的与意义 1

1.2 国内外研究综述 2

1.3 主要内容及技术路线 3

第2章 上海港状况及航线优化因素分析 5

2.1 上海港状况分析 5

2.1.1 码头泊位子系统 5

2.1.2 装卸搬运子系统 6

2.1.3 集疏运子系统 7

2.2 航线优化影响因素分析 7

2.2.1 运输需求及距离 8

2.2.2 运输成本及时间 8

2.2.3 船舶类型 9

2.2.4 发班频率 9

2.2.5 港口选择及挂靠顺序 9

第3章 上海内贸集装箱航线现状及需求分析 10

3.1 航线现状及存在问题分析 10

3.1.1 航线构成 10

3.1.2 船舶现状 11

3.1.3 挂靠港现状 12

3.1.4 货物现状 13

3.1.5 存在问题 15

3.1.5.1 船舶存在问题 15

3.1.5.2 货物存在问题 15

3.1.5.3 软环境方面 16

3.2 需求分析 17

3.2.1 基础数据 18

3.2.2 需求预测 19

第4章 上海内贸集装箱航线网络优化模型 22

4.1 船型优选 22

4.2 挂靠港选择 25

4.3 调度优化模型 28

4.3.1 优化过程 28

4.3.2 问题描述 30

4.3.3 相关假设 30

4.3.4 模型建立 30

4.3.4.1 货物在港滞留成本 30

4.3.4.2 船舶运输成本 31

4.3.4.3 航线调度优化模型 32

4.3.4.4 非线性转化线性 32

4.4 求解 34

4.4.1 数据准备 34

4.4.2 求解结果 36

第5章 结论与展望 39

绪论

研究目的与意义

研究背景

我们国家港口的集装箱装卸主要是外贸箱，其中直接影响因素是出口，核心因素是美国、欧洲等发达国家的经济状况。外贸吞吐量受金融危机、国际形势及国内政策等的影响，加上我国经济模式向内需的转变，内外贸箱吞吐量之间的差距逐渐缩小。由此可见，我国内外贸集装箱吞吐量之间的差距逐渐缩小，这在一定程度上抵消了外贸箱低增长的负面影响。据数据统计，2018年1月至6月，国内集装箱总运量约为2981.08万TEU，比2017年同期增长7.21%。其中，内贸箱运量约2388.30万TEU，同期增长约9.33%，增速为2014年以来最高。

周新说我国内贸箱运输货物来源方面，南方货源主要有建材、橡胶、能源、果蔬和食品等，北方货源主要包括电子产品、服装、木材，造纸和化工品等[1]。南北航线在货源上不仅具有地域性差异还有互补性，形成了“北煤南运”等的格局，在一定程度上体现了沿海地区经济发展的关键因素。我国内贸箱运输呈现出东南沿海为主线，长江、黄河为辅线，向内陆进行辐射的“π”型格局

我国从事内贸箱运输的沿海港口主要分布在以下六个地区。环渤海地区有大连、连云、营口、锦州、丹东等；长江沿岸地区有武汉、泰州、南京、荆州等；长三角地区有温州、上海、台州、宁波-舟山等；东南沿海地区有晋江、漳州、厦门等；珠三角地区有惠州、虎门、珠海、广州等；西南沿海地区有防城、湛江、海口等。从事内贸箱运输的港口遍布沿海，本文主要研究的是上海港。

目的与意义

上海港内贸集装箱航线发展历程：：

1996年，上海港开通“上海-厦门”国内首条内贸箱班轮航线。1997年，南海青年集装箱公司提内贸箱运输“T”型格局，并将上海港作为“T”字的交叉口枢纽。1996年到1999年期间，上海港内贸箱的吞吐量实现了从少到多的高速发展。2000年左右，上海港发展为长三角中内贸箱运输航线网络的重要节点，建立了不少内贸箱运输贸易关系，在内贸箱航线运输中加大投入船舶营运力度。例如，中海推出了一艘600TEU集装箱船，创造了中国首条内贸集装箱快运航线，随后上海港吸引不少航运企业开通新的内贸箱快运航线。

2006年，上海港基本每月都能达到两千多个集装箱航班，其中有近280个内贸集装箱航班。近年，在西至重庆、南至海南、北至辽宁，连通长三角和多个口岸的内贸箱航线网络布局中，上海港担任中转和集散中心。上海不断开拓新的内贸箱航线，航班密度越织越密。例如：2016年，中外运正式开辟由中外运阳光速航船公司经营的8天一班的“天津-大连-上海”内贸箱航线，投入598TEU集装箱船舶。

1. 理论意义

现有的文献中对于上海作为国际枢纽港的研究比较成熟，从小波神经网络的上海港集装箱吞吐量预测、上海出口箱运价指数波动研究，到上海国际航运中心的规划、建设和发展等等都有着成熟的研究成果，少有仅仅对针对上海内贸集装箱航线的研究。在了解研究背景，上海内贸集装箱航线现状的基础上，本论文通过理论加实例，进行航线配船、合理选择枢纽港口，达到航线成本最小化，经济最大化的目标,优化上海内贸集装箱航线、构建稳定的上海内贸集装箱航线网络的理论研究。

1. 现实意义

整个国家的经济和贸易发展,如中部崛起、西部开发、一带一路和扩大内需等一系列政策,这些政策带来的强劲需求为国内沿海的集装箱港口内贸发展提供强有力的动力。在内贸航运强劲发展的背景下，上海港的内贸集装箱航线网络日益紧密，实现了集装箱强势货种的战略转移。可见，如何使上海港集装箱内贸航线向经济化、效率化发展是上海港目前所面临的一大挑战。本文能较好地降低上海内贸集装箱航线设计决策的风险, 达到满足市场需求、合理的船型选择、成本最低化等目标，完成上海内贸集装箱航线网络优化设计，为航运企业提高现代化管理水平提供科学的决策依据。

因此，对于研究上海内贸集装箱航线网络优化设计有理论和现实双重意义，可以丰富相关理论研究 ，也有利于上海港解决内贸集装箱航线现有的问题，有益于得到既满足运输要求又能最大化利润的上海内贸集装箱航线网络设计，以更大的勇气去面临挑战与机遇。

国内外研究综述

张燕以航速为变量，优化了时限的班轮航线设计问题。结合实际情况，首先利用港口聚类算法筛选候选的挂靠港口，然后确定港口的顺序。最后，采用基于列生成思想的启发式算法对非线性混合整数规划模型进行分解和迭代求解[2]。

颜伟在分析集装箱运输过程的基础上，对集装箱运输过程中各个环节的库存成本、营运成本以及各部分之间的关系进行了划分，确定影响因素的重要性。然后，根据决策因素之间的关系，将集装箱航线优化构建双层规划模型（上层路径选择，下层整数规划）[3]。

胡坚堃结合班轮运输的特点，构造多港挂靠和轴辐式混合网络,利用大M法将非线化为线性整数规划模型，目标是运营总成本最小。同时结合中远在亚洲—大洋洲—欧洲区域的航线来检验模型的合理性[4]。

金曦建立线性规划模型, 通过确定备选航线方案并且约束该方案可以能够满足直接腹地的水路内外贸集装箱货物的运输需求，从而获得运营成本最低的航线方案, 并对其进行优化目标和节能减排效益的比较分析[5]。

Lu Zhen首先提出了一种双目标混合线性规划模型，旨在优化航线和航速，同时将燃油总成本降到最低[6]。

Xiaohe Li考虑海况和航速损失对船舶航行的影响,对一艘4250 TEU集装箱船进行了航速优化。建立目标是最大限度地降低主机油耗和船舶运行成本的航速优化模型[7]。

主要内容及技术路线

本文的章节结构：

1. 绪 论
2. 上海港状况还有航线优化因素分析
3. 航线现状及需求分析
4. 航线调度优化模型
5. 结论与展望

在一定的研究背景下，对上海内贸集装箱航线构成、船型、挂靠港口选择及顺序等要素现状进行分析，在此基础上根据上海内贸集装箱货物流向流量及其未来发展趋势，指出航线目前存在的问题，然后对其航线网络进行优化设计。

1. 阅读相关的国内外文献资料，对选题的背景有深入的了解，并明白选题的目的和意义，系统地分析资料，根据对上海内贸集装箱航线优化的信息掌握形成论文的初步构想。
2. 分析上海内贸集装箱港状况及影响其航线优化的因素，从文献资料、官网等中获取上海内贸集装箱航线的现状，提出现阶段上海内贸集装箱航线的所存在的问题，并且提出优化措施。
3. 建立上海内贸集装箱航线调度优化模型，以货物在港滞留成本和船舶运输成本两种成本之和为目标函数，成本最小化为最优解。将非线性因素转化为线性，最后利用线性规划软件求解
4. 得出结论，提出一些的意见以及对未来上海内贸集装箱航线的展望。

上海港状况及航线优化因素分析

上海港状况分析

本文的数据来源有中国港口年鉴、国家统计局、上海统计年鉴、上海口岸年鉴、中国口岸年鉴、航运网、中国统计年鉴（2019）、中国港口网、中国统计局、各港口门户网站、中国网等。本文将上海港从系统整上从码头泊位、装卸搬运、和集疏运三个子系统分别进行研究。

码头泊位子系统

上海港码头泊位系统良好，具体数据如表2-1、表2-2、表2-3、表2-4所示。

表 2‑1上海港码头具体参数

表 2‑2上海港不同码头类别的泊位个数及总延长

表 2‑3上海港公用码头企业各类型的面积

表 2‑4 2016与2017年上海码头各参数比较

装卸搬运子系统

中国港口网资料统计，上海港总拥有生产机械设备5000多台，其中起重船、输送机、装卸机等各类专用机械3400台，最大起重重量为2500吨。集装箱装卸机械有门机、岸边起重机等，昼夜装卸量最高为33458TEU，负载能力最大有65t,单机平均作业量最高可达53TEU/小时，单艘船舶平均作业量为300TEU/小时。上海港机械完好率高，装卸效率快，上海港典型航运企业装卸搬运设备参数，如表2-5所示。

表 2‑5上海港盛东、冠东公司装卸搬运设备参数

集疏运子系统

赖晓晓指出上海港集疏运条件良好，交通运输系统完善，方便快捷[8]，如表2-6所示。