基于港口节点的进口铝矾土物流网络优化模型

马媛媛 杨家其

【摘 要】 为缓解国内铝矾土资源日趋紧张、铝矾土进口量不断增加的现状，以港口为物流网络中的核心节点，以远洋运输到岸成本、港口处理成本、内陆疏运成本、港口库存成本构成的综合物流成本最优为目标，以港口的装卸能力、安全库存水平、网络供需能力为约束条件，考虑海岬型船、巴拿马型船两种船型和公路、铁路、水路等3种疏运方式，并以烟台港为实例建立基于港口节点的进口铝矾土物流网络优化模型。结果表明：来自几内亚和澳大利亚的铝矾土全部采用海岬型船运输;提高铁路疏运比例是提升烟台港运输效率的关键。

【关键词】 烟台港;进口铝矾土;物流网络;网络优化

0 引 言

铝工业是继钢铁行业之后又一大产值巨大的能源和资源密集型产业。我国铝产量及氧化铝产能均占全球总量的一半以上，但国内自有铝矾土供应不足，铝企业对铝矾土的进口需求逐年提高。因此，如何降低铝矾土进口成本成为必须解决的问题。

国内外学者对大宗散货铝矾土的物流网络优化的研究还较少。鄢艳[1]分析我国铝矾土资源分布、产量及总储量，面对几内亚、澳大利亚及牙买加等国家的优质矿源，我国铝矾土在生产冶炼上并不占据成本优势;马吉宇[2]分析铝矾土近十年的产量及需求量现状，运用GM（1，1）模型对我国未来需求量进行预测，在产量不足的情况下增加进口量是保证我国铝工业稳步发展的重要举措;于军苓等[3]针对渤海地区每年需从国外进口大量铁矿石的现状，综合考虑铁矿石进口来源地、运输航线、接卸港口的可接卸船舶最大吨位等因素，构建以大型接卸港口为中转港、其周边的中小型港口作为补充的渤海地区进口铁矿石运输网络，以单位运输成本最小为目标，对构建的运输网络进行优化分析;高峰[4]针对长江流域进口铁矿石物流现状，计算进口铁矿石从卸货港到最终需求企业间不同物流模式的物流成本。针对大宗散货物流方面的研究主要集中在铁矿石、煤炭和散粮，与铝矾土物流相关的研究尚有不足。

1 问题描述和假设

1.1 进口铝矾土物流网络描述

进口铝矾土物流网络是以来源国、港口、港口腹地需求点等为节点，由不同运输方式及连接各节点的物流运输线路构成的，是实现物流活动的重要载体。完整的外贸进口铝矾土物流网络包括陆路运输（矿山→装船港）→装船港→远洋运输→一次接卸港→（水上二程运输→二次接卸港）→内陆疏运（接卸港→生产企业）等环节。在铝矾土物流网络中，运输矿石至装船港及装船港作业环节均在国外进行;远洋运输是物流运输的主要部分;接卸港从事铝矾土的卸船、转运及其他物流活动;内陆疏运是港口通过水水中转、铁路运输或公路运输等多种运输方式将铝矾土配送至需求用户的。进口铝矾土物流网络见图1。

1.2 模型假设

本文的模型和求解建立在以下假设条件基础上：

（1）物流网络中存在s个铝矾土供应商， n个最终需求用户，只有1个矿石物流中心（烟台港）。

（2）铝矾土到岸价（CIF）只受来源国的影响（即不同国家其价格不同），本章模型中暂不考虑其质量、形状、供应商的诚信度等对价格的影响。

（3）进口铝矾土物流过程具有动态性，理论上时间是连续性的。将整个研究期平均分成多个研究时间段，这样处理可以简化问题并使研究更加符合实际情况。

（4）采购计划和运输计划均发生在每个研究时间段初期。

（5）进口铝矾土以到岸价（CIF）为主，即铝矾土进口价格中包括矿山到起运港之间的运输费用。

（6）在国际航运贸易市场，不同国家或地区在进行远洋运输时选用的大宗散货船舶在船型、船龄和载质量等方面有着众多差异，本文主要考虑通用的巴拿马型船和海岬型船。

（7）港口的内陆运输方式为公路、铁路和水路。

（8）整个进口物流网络中，运输能力不存在约束，在远洋运输和内陆疏运环节中均有足够的运输工具来完成铝矾土物流运输活动。

（9）最终生产企业的原材料库存均与港口共享，并由港口统筹管理，港口根据企业的生产计划合理安排配送，保证企业生产的连续性，并将铝矾土总库存维持在较低水平。

2 基于港口节点的进口铝矾土 物流网络优化模型

考虑进口铝矾土的全程物流，以港口为矿石物流中心，以总成本最优为目标，对从多进口来源国到多需求用户的物流网络进行优化。进口物流总成本包括远洋运输到岸成本、港口库存成本、港口处理成本及内陆运输成本等。

根据以上假设条件成本分析，建立进口铝矾土物流网络优化模型，模型具体表示结构如下：

式中：S为供应商的集合，S={s∣s∈整数};N为最终客户的集合，N={ n∣n∈整数};I为内陆运输方式的集合，包括水路、铁路和公路，I={ i∣i=1，2，3};J为船舶种类的集合，包括巴拿马型和海岬型，J={ j∣j=1，2};T为研究时间段数的集合，T={ t∣t∈整数}，t为研究期的某一时间段; t为每个研究时间段长度;为供应商n用j型船在时间段t将铝矾土通过远洋运输至接卸港的到岸价格;Es为供应商s的鋁矾土的最大供应量;Dn为客户n的铝矾土平均需求量;为时间段t期间，港口通过k方式将铝矾土送至最终客户n的单位运输费用;Wi为第i种运输方式的单位载质量;Uj为j型船的运输能力;ht为矿石港口在时间段t内的处理费率;

P为港口矿石堆场的最大库存量;Ct为时间段t内港口的单位库存成本;Qt为港口在时间段t期间铝矾土的安全库存量;Gt为时间段t开始之时港口铝矾土的期初库存量;Tsj为船型j将铝矾土从来源国至国内接卸港的航行时间;Ai为港口对i种运输方式的装车（船）能力;B0为港口泊位的卸船能力。

本文决策变量主要包括两个： 为在时间段a内从来源国s启航的j型船，经过远洋运输在时间段t内到达国内接卸港的船舶数量;为港口在时间段t内通过运输方式i将铝矾土送达最终客户n的运输工具数量。

上述模型中：式（2）为来源国的供给约束，即不超过该国的最大供应能力;式（3）为客户需求约束，港口到客户n的总配送量应满足生产需求;式（4）为港口堆场的最大库存量约束;式（5）为港口每个时间段的库存量均应大于港口的安全库存量;式（6）为港口的泊位能力约束，总到港的船舶数量不应超过港口的泊位能力;式（7）为港口的装车能力约束，每一时间段内港口到客户的配送车辆总数不能超过港口的装车能力;式（8）为决策变量的整数约束;式（9）、式（10）为0―1变量。

3 实例分析

3.1 实例背景及相关数据

本文以烟台港进口铝矾土物流网络为例，优化模型的研究周期设为360天，分成12个时间段，每个时间段长度为30天。烟台港的铝矾土进口来源国有几内亚、澳大利亚、印度尼西亚、马来西亚、巴西，腹地内的氧化铝需求企业有滨州魏桥集团、聊城信发集团、龙口南山集团、淄博山东中铝和鲁北公司等。通过查阅相关资料及实地调研，得到相关参数的基础数据如下：

（1）港口的堆场面积和库存能力。烟台港的堆场面积为100万m2，堆场库存能力为万t。本文设置铝矾土在港的日库存费率为0.1元/t，安全库存量为200万t。烟台港矿石码头的日最高卸货率可达18.6万t，本文假定日均卸货率为15万t，每月可接纳的船舶数量为30艘。烟台港矿石堆场装车方式分为铁路和公路两种方式，铁路有效装车线为5.6 km，铁路装车能力为800车/天，公路装车能力为500车/天。烟台港西港区的装卸费用标准为4.5元/t，故本文的装卸费率设定为4.5元/t。

（2）进口来源国的供应能力、两种船型到达烟台港的运输时间及到岸价格。远洋运输船型选择为海岬型船和巴拿马型船，假定在任意时间段内航线不发生改变，海岬型船载质量17万t，航速为14 kn;巴拿马型船载质量8万t，航速为14.5 kn。马来西亚、印度尼西亚、澳大利亚主流铝矾土CIF价格在42～48美元/t，几内亚和巴西主流铝矾土CIF价格预计在56～63美元/t （见表1）。

（3）腹地企业的需求量。依据实地调查及查阅相关资料，以魏桥、信发、中铝山东、南山、润迪、鲁北等6家企业的氧化铝产能、生产时使用进口铝矾土所占比例等为基础，需求量为2 144万t、792万t、618万t、368万t、141万t、150万t。

（4）港口疏港方式及配送至客户的运价。烟台港拥有公路、铁路、水路等3种疏港方式，其中铁路疏运采用C70型铁路敞车为运输工具，装载量为70 t/车;选用载质量为45 t的货运车为公路运输工具;烟台与滨州港区一体化经营，两港区之间的水运船型装载量为2 500 t，费率为62 305元/艘。具体的公路及铁路运输费率见表2。

3.2 模型求解

整理数据并代入到基于港口节点的进口铝矾土物流网络优化模型中，运用LINGO软件编程求解，进口铝矾土物流网络总成本为25.739亿元。根据所求得的解向量可以得到2019年烟台港进口铝矾土到港船舶数及内陆疏运计划（见表3、表4）。

从表3可以看出，尽管从各国港口到烟台港采用巴拿马型船进行远洋运输的海上航行时间短、运量小，不会导致港口铝矾土积压过多，但烟台港的铝矾土运输主要进口来源国几内亚和澳大利亚全部采用的是海岬型船。这是因为海岬型船运量较大，能获得规模效益，且进口铝矾土的单位运输成本低。采用海岬型船进行大宗散货的远洋运输成本最优。印度尼西亚、马来西亚等航线采用巴拿马型船运输铝矾土，是因为港口堆场库存能力有限，若全部采用海岬型船则有可能导致铝矾土积压在港，增加库存费用。巴西港口至我国烟台港海上距离远，铝矾土进口物流成本较高，因而进口量小。几内亚和澳大利亚是我国铝矾土进口的首选国家，鉴于几内亚距离较远且供应量大，应当提前订购。

在内陆疏运计划中，车辆配比数量基本可以反映出魏桥集团和信发集团对进口铝矾土需求量较大的现状。总体上，各氧化铝厂进行配送的铁路车皮数比公路货车数要多，这也可以反映出铁路具有运输大宗干散货的优势。润迪铝电集团运用公路、铁路两种运输方式对铝矾土进行配送，这是由港口的铁路装车能力不足所致。提高铁路运输比例是提高大宗散货运输效率的关键。

4 结 论

（1）本文在借鉴国内外大宗干散货物流网络理论研究的基础上，以港口为关键节点，以网络整体成本最优为目标，在充分考虑供应商和氧化铝生产企业等多方利益的前提下，构建基于港口节点的进口铝矾土物流网络优化模型。

（2）通过收集整理烟台港进口铝矾土物流网络相关的基础参数，并运用LINGO软件编程求解，实证分析得到港口的两种船型到港量及内陆疏运计划。研究结论为经营铝矾土业务的港口运营管理提供了一定的參考和指导。

（3）在模型假设中，港口的3种疏运方式的运输能力没有受到限制，但在实际运作中，烟台港的水水中转除了受航道条件影响外，还有其他影响因素尚未考虑到，需进一步研究。

参考文献：

[1] 鄢艳.我国铝土矿资源现状[J].有色矿冶，2009（5）：58-60.

[2] 马吉宇.中国铝土矿产量及需求量预测研究[J].中国矿业，2017（S1）：23-27.

[3] 于军苓，颜华锟.优化渤海地区进口铁矿石运输网络[J].水运管理，2011（1）：18-21.

[4] 高峰.长江流域进口铁矿石物流一体化建设与发展[D].杭州：浙江工业大学，2015.