“一带一路”倡议下基于无水港的跨境物流网络优化

贾娜娜 魏海蕊 胡志华

摘要：针对内陆地区缺乏高效的跨境通道，难以实现直接出口的问题，从无水港具有的延伸功能和枢纽功能入手，以“一带一路”倡议重点发展的内陆省份跨境物流网络为分析对象，采用与流量相关的分段成本函数来描述无水港具有的规模效益。考虑多式联运，设置运输期限，考虑物流时间缩短所产生的时间价值，以网络中物流成本最低、时间价值最大为目标，构建非线性整数规划模型。通过遗传算法求解模型，得到货物跨境出口的最优运输方案。对不同运输期限下对时间有不同敏感性的货物配送进行分析。结果对于内陆省份发展陆海互联互通的跨境物流具有一定参考意义。

关键词：一带一路; 无水港; 跨境物流; 规模效益; 时间价值; 遗传算法

中图分类号：  U695.2; F550.84

文献标志码：  A

Abstract：In view of the difficulty of direct export because of the lack of efficient cross-border access， considering the extension and hub functions of dry ports， taking the cross-border logistics network of inland provinces， which is the focus of the Belt and Road Initiative， as an analysis object， the section-cost function related to flow is used to describe scale economies of dry ports. Considering multimodal transportation， setting transportation deadlines to obtain the time value of early arrival of goods， a nonlinear integer programming model is constructed with the aims of the minimum logistics cost and the maximum time value in the network. The optimal transportation scheme for cross-border export of goods is obtained by solving the model by the genetic algorithm. The distribution of goods which has different sensitivity to time under different delivery deadlines is analyzed. The results have some reference significance for inland provinces to develop cross-border logistics of land-sea interconnection.

Key words：Belt and Road; dry port; cross-border logistics; scale economy; time value; genetic algorithm

0 引 言

“一带一路”倡议强调由点到线到片的跨境、跨国合作，为我国内陆省份的对外开放提供了新机遇。通过内陆省份的对外开放，实现我国与“一带一路”沿线国家的互联互通。物流是互通的先导，国际物流网络的互联互通是“一带一路”建设的突出特征[1]。然而，缺乏高效的跨境物流通道一直是制约我国内陆省份对外开放的主要障碍，货物进出口主要通过沿海港口对外物流通道实现，内陆省份自身并不具備直接进行货物进出口的物流功能。这种传统的跨境物流成本高，

难以形成规模效益，并且运输时间长。因此，构建高效的物流网络以提升内陆省份的对外贸易物流功能，是内陆地区参与“一带一路”建设的首要内容。无水港在这种外部环境拉动和内部要求驱动下应运而生[2-3]。

无水港是建设在内陆地区具有通关、报检口岸功能和除船舶装卸外所有港口服务功能的现代物流中心[4]。作为港口功能的延伸，无水港是内陆与港口之间的重要枢纽节点，通过将分散在内陆地区的货源集中到无水港进行大规模的铁路运输以实现规模效益，提高内陆地区的集装箱运输效率。朱长征[5]以系统论、集成论等理论为基础，对无水港的作用机理和布局规划进行了理论研究。FENG等[6]和HEAVER等[7]从无水港与海港的关系入手，提出了无水港的空间配置模型。汪传旭[8]在静态优化条件下研究了港口对各个经济腹地的选择，将区域港口群系统作为整体目标进行建模和求解。徐莹等[9]运用实证分析法分析了“一带一路”背景下宁波港拓展中西部腹地的各种优势。吉尔德[10]研究了无水港和扩展通道的概念，提出了区域的扩展通道模型，评估了无水港的选址和决策。上述研究仅关注单一无水港的选址和局部布局的研究层面。从物流网络系统整体层面，利用无水港的延伸功能和枢纽功能，将多种运输方式相结合，考虑成本和时间因素，构建水路运输与跨境陆路运输互联互通的跨境物流网络的研究尚不多见。

本文从无水港具有的延伸功能和枢纽功能入手，采用分段线性函数计算货物运输的规模效益[11]，综合考虑国内外的无水港、海港和货物供需点等节点要素，将公路运输、铁路运输和水路运输等多种运输方式相结合，以网络中物流成本最低、时间价值最大为目标，建立跨境物流网络优化模型，对跨境物流网络的优化设计进行研究。

1 无水港跨境物流网络的构建

3 遗传算法求解

与标准的货流配置模型相比，本文提出的模型增加了关于无水港是否提供枢纽服务的决策变量yd和中间变量δdpk。由于这类模型适合用启发式算法求解[12]，且本文旨在达到整个跨境物流網络的总体效益最优，所以本文釆用适于解决全局最优化问题的遗传算法求解文中模型。

3.1 染色体编码

染色体编码采用矩阵式编码。利用3×X的矩阵按od编号表示每条od货物流的运输方式，其中X表示od货物流的数量，具体见图3。图3中：第一行为该条od货物流选择的国内无水港编号，0表示不经过国内无水港，货物直接由公路运往国内海港;第二行为该条od货物流选择的国内海港编号，0表示货物不经过国内海港，由国内无水港直接通过跨境铁路运输运往国外无水港;由于国外海港和国外无水港在本文物流网络中处于相同的节点位置，所以在染色体第三行将它们统一编号并统称为国外接收点（具体由第三行编号区分）。由图3可知，染色体可包含所有的运输方式，并可为每条od货物流分配运输方式，进而计算运输成本和运输时间。

在染色体编码过程中，每列都需要遵守以下编码规则：（1）只有存在od货物流时才会编入染色体，并按顺序排列;（2）当第一行为0（表示通过直达的公路运输运到国内海港）时，第二行必须为国内海港编号;（3）当第二行为国内海港编号（表示经过水路运输运往国外海港）时，第三行必须对应国外海港;（4）当第二行为0（表示由国内无水港通过铁路运输运往国外无水港）时，第三行必须为与第一行国内无水港相通的国外无水港。

表1中的运输方案是算法在权衡跨境陆路运输所产生的更高的运输成本与水路运输所丧失的时间价值之后，通过不断地迭代得到的近似最优的运输方案。对表1中各运输模式下的货流量进行汇总可得，经过无水港的水路运输、不经过无水港的水路运输、跨境陆路运输3种模式的占比分别为20%、9%、71%，其中经过无水港运输的货物占总货运量的90%以上，无水港的枢纽作用和规模效益得到充分的体现。选择跨境水路运输的货物大概在29 d左右运达，其运输费用相对较低，但同时也丧失了货物的时间价值。选择跨境陆路运输的货物大概在18 d左右运达，货物提前到达避免了货物的贬值，同时释放了货物对资金的占用，带来更高的时间价值。由于政府对以武汉无水港为起点的中欧班列的补贴力度较大，所以长沙的货物选择在武汉无水港聚集后运往欧洲。由此可见，适当的补贴政策有助于中欧班列对货物进行整合运输，提高资源利用率。

4.2 不同货物运输期限分析

现实情况中，由于商品的特殊性，不同货物对时间的敏感程度不同，导致时间价值函数差别很大，即使运输期限相同，不同货物选择的跨境运输模式可能也会大不相同。因此进一步对高价值、对时间敏感的电子产品和一般价值、对时间不敏感的工业产品的运输期限进行灵敏度分析，获得两种货物在不同运输期限下选择不同运输模式的比例以及单位运输成本和单位时间价值的变化，结果见图7和8，其中两种产品相关计算系数见表2。

从图7中可以看出，当运输期限较为严格（20～24 d）时，两种产品的跨境陆路运输比例都较高，但是随着运输期限的放宽（25～30 d），两种产品的不同运输模式的占比开始出现较大差异：电子产品的跨境陆路运输比例只出现了小幅下降，而工业产品的跨境陆路运输比例呈急剧下降趋势。该现象表明，随着运输期限的放宽，运费高、速度快的跨境陆路运输对于高价值、对时间敏感的电子产品仍然有较强的竞争力，而运费低、速度慢的水路运输对一般价值、对时间不敏感的工业产品展现出极强的吸引力。该现象可在图8中得到解释：当运输期限较为严格时，两种产品都不得不更多地选择较快的跨境陆路运输，因此都会产生较高的平均运输成本;随着运输期限的放宽，电子产品提前到达可获得的时间价值大幅度上升，因此该类产品依旧选择平均运输成本较高的跨境陆路运输以获得快速运达所产生时间价值;对于价值相对较低、对时间不敏感的工业产品来说，提前运达所能产生的时间价值相比于高额的跨境陆路运输成本几乎可以忽略不计，因此该类产品在运输期限放宽时跨境陆路运输占比大幅降低，更多地选择水路运输以有效降低运输成本。

5 结束语

构建安全、高效的互联互通的跨境物流网络是内陆地区参与“一带一路”建设的重要手段。本文从无水港具有的延伸功能和枢纽功能入手，采用分段成本函数刻画运输的规模效益，根据货流量的不同，采用不同的成本线段计算其运输成本，并在跨境运输中增加运输期限的限制，考虑货物提前运达所产生的时间价值，综合分析网络中的成本和时间因素对运输模式的影响，更加真实地反映跨境物流网络的真实情况。采用遗传算法求解建立的非线性整数规划模型，以价值高、对时间敏感的电子产品的跨境出口为例得到最优的货流配置方案。通过进一步分析不同运输期限对有不同时间敏感性的货物的运输模式和时间价值的影响，为货主针对不同货物选择合适的运输模式提供决策指导，具有一定的现实意义。

参考文献：

[1]陈文玲， 梅冠群. “一带一路”物流体系的整体架构与建设方案[J]. 经济纵横， 2016（10）： 19-26. DOI： 10.16528/j.cnki.22-1054/f.201610019.

[2]魏海蕊， 盛昭瀚. 我国内陆省份参与海上丝绸之路的外向型特征与优化策略：基于无水港海港定向合作视角[J]. 国际贸易问题， 2017（5）： 91-102. DOI： 10.13510/j.cnki.jit.2017.05.009.

[3]武嘉璐. 抓住“一带一路”机遇促进我国无水港发展[J]. 集装箱化， 2015， 26（4）： 13-15. DOI： 10.13340/j.cont.2015.04.004.

[4]RODRIGUE J P， NOTTEBOOM T. Dry ports in European and North American intermodal rail systems： two of a kind？[J]. Research in Transportation Business & Management， 2012， 5（5）： 4-15.

[5]朱长征. 国际陆港作用机理与布局规划理论研究[D]. 西安： 长安大学， 2010.

[6]FENG Xuejun， ZHANG Yan， LI Yuwei， et al. A location-allocation model for seaport-dry port system optimization[J]. Discrete Dynamics in Nature and Society， 2013（4）： 1-9.

[7]HEAVER T， MEERSMAN H， VAN DE VOORDE E. Cooperation and competition in international container transport： strategies for ports[J]. Maritime Policy & Management， 2001， 28（3）： 293-305. DOI： 10.1080/03088830110055693.

[8]汪传旭. 基于轴-辐运输系统的区域港口群二级物流运输网络优化[J]. 系统工程理论与实践， 2008（9）： 152-158.

[9]徐莹， 董文娟， 张雪梅. “一带一路”战略下宁波港拓展中西部腹地策略研究[J]. 华东交通大学学报， 2015， 32（6）： 143-152. DOI： 10.16749/j.cnki.jecjtu.2015.06.022.

[10]吉尔德. 东非物流网络中的无水港及其扩展通道研究[D]. 大连： 大连海事大學， 2016.

[11]OKELLY M E， BRYAN D L. Hub location with flow economies of scale[J]. Transportation Research Part B： Methodological，1998， 32（8）： 605-616.

[12]戢守峰， 李峰， 董云龙， 等. 基于遗传算法的三级逆向物流网络设计模型研究[J]. 中国管理科学， 2007， 15（6）： 86-91.

[13]MENG Qiang， WANG Xinchang. Intermodal hub-and-spoke network design： incorporating multiple stakeholders and multi-type containers[J]. Transportation Research Part B： Methodological， 2011， 45（4）： 724-742.

（编辑 贾裙平）