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集装箱班轮运输网络优化文献综述
Nguyen Khoi Tran bull; Hans-Dietrich Haasis
网上发布：2013年6月19日
copy;Springer Science Business Media纽约2013
摘要：集装箱班轮运输是国际贸易中最重要的运输方式之一。 这个行业是基于网络的，因此网络决策为任何运营商的成功做出了巨大贡献。 在网络优化方面有很多决定，比如路线和时间表设计，港口选择，车队规模和组合，车队分配和调度，集装箱运输。 我们的文章进行了文献调查，以实现优化问题，方法和研究趋势，以处理集装箱班轮运输网络优化。 我们关注三大类：集装箱路线，车队管理和网络设计。 集装箱布线与装载和空集装箱的最佳流动运动有关。 舰队管理涉及到船舶分配和安排的决定。 网络设计是选择港口并将它们结合起来以创建航运运营基础设施的问题。
关键词：集装箱班轮运输网络优化集装箱路线、车队管理·网络设计
1介绍
集装箱航运已成为全球贸易的中坚力量，并逐渐渗透到一些传统航运模式中。 这是国际运输中最重要的模式之一。 集装箱货物一直是最具活力的货运集团，占海运货物价值的60％左右（Stopford 2009）。 世界海运集装箱贸易额从2001年的2万亿美元增加到2008年的4万亿美元（Unctad 2009）。 2011年，集装箱海运进行了88.79万吨海运贸易（Unctad2011），总计达14.77亿吨。 在标准箱方面，世界集装箱运输量从1980年的13.5万标准箱增加到2011年的152.1万标准箱，平均每年为8.29％。 预计到2020年交通量将超过2亿标准箱，到2029年预计将达到3.5亿标准箱（ISL 2011）。
世界经济全球化给集装箱班轮运输带来了机遇和挑战。 一方面，其流量发展迅猛。 另一方面，市场竞争越来越激烈。 航运线路属于网络行业，因此网络优化在定位其竞争优势方面起着至关重要的作用。 Christiansen等人。 （2004）对班轮运输中的不同最优决策进行了分类：路线和时间表设计，机队规模和战略级别的组合，战术级别的机队分配，运营级别的货物预订。
Ronen（1983,1993）和Christiansen等人。 （2004年，2007年）提供了有关海上运输（包括流浪汉，工业和班轮运输）的船舶运输和运输安排状况的先锋论文。 Christiansen等人。 （2013年）继续在新千年中考虑文学。 同样基于Christiansen等人的决策层次。 （2004,2007,2013），Meng等人 （2013年）审查与班轮运输最佳问题有关的研究。 Kjeldsen（2011）针对班轮运输中的船舶航线和班次问题开发了一个由18个特征组成的分类方案。 根据新计划选择24篇文章进行分类。
这些作品激励我们对集装箱班轮航运网络优化文献进行更深入的研究，特别是在航运市场更加动态和变化的背景下。 我们只选择一家海运分店来做调查。 流浪汉航运，工业运输以及散杂货班轮运输都不在我们的范围之内。 我们不是按照决策水平来进行最佳研究，而是集中在三大类集装箱运输网络：集装箱运输路线，车队管理和网络设计。 集装箱路由与装载和空箱子的最佳流动运动有关。 舰队管理涉及船舶分配和调度的最佳决策。 网络设计是选择港口并将它们结合起来以创建航运运营基础设施的问题。
本文结构如下： 第二部分是查看集装箱班轮运输的现状和趋势以及集装箱网络的特点。 第三部分是本文的核心部分，通过对三大组网络优化案例的文献调查：集装箱路由，车队管理和网络设计。 第4节包含一些结论。
2集装箱班轮运输概述
该部分旨在提供集装箱班轮运输的整体情况。 最近几年航运公司的关键战略在第二部分中介绍。2.1。 集装箱船的发展概述见第二部分。2.2。 第2.3节包括集装箱运输网络的各个运营方面。
2.1运输线
2.1.1班轮行业集中度
根据公布的“国际集装箱年鉴”（1991年，2001年，2012年）的资料，过去二十年来约有400家班轮公司离开了这个行业。上世纪90年代的几个知名品牌已不复存在，例如P＆O Nedlloyd，Sealand，CP Ships，Cho Yang。他们已被其他运营商收购，或无法在日益激烈的竞争市场中竞争。少数全球航运公司越来越多地控制了市场。 1990年，20家主要运营商的产能份额为39％，2000年为57％，2011年为74％。马士基航运，海安和CMA-CGM三大运营商占船队总容量的近32％相应的容量为2.2米标准箱，1.98米标准箱和1.33米标准箱。 2010年，他们的营业利润估计在70亿美元至75亿美元之间，并高于APL，COSCO，CSAV，CSCL，Evergreen，Hanjin，Hapag Lloyd等其他14家上市公司的营业利润率。 HMM，K-Line，MOL，NYK，OOCL，阳明和Zim（Johnson 2011）。
行业萎缩显然是主要航运公司水平整合的结果。产能扩张在其增长中起着核心作用，可以通过新建筑市场，二手市场和租船市场来实现。根据Clarkson（1995,2012）的集装箱数据库，在1990年至2011年期间，前20名占据了世界新建筑能力14.7 m标准箱（4,635艘）中的6.3百万标准箱（1,307艘）。另外，它们的主导地位来自于积极的并购（M＆A）战略。例如NOL和APL（1997），Hanjin和Senator（1997），Hapag Llloyd和CP Ships（2005），Maersk和Sealand（1999），Maersk和P＆O Nedlloyd（2005）等几家大型并购公司。除了大型并购之外，最大的一线企业也参与了很多小规模的生产线，以扩大其在利基市场，二级行业的运营，并支持其支线和区域性活动。 CMA-CGM的扩张与各地区航运公司的收购一致。
2.1.2战略联盟
战略联盟自1990年代中期以来一直在运作。 因此，顶级运营商能够长期合作为主要贸易航线提供服务，并获得运营协同效应。 新的合作形式包括船舶部署，服务设计以及码头运营，内陆运输和集装箱管理等内陆运营。 自2001年以来，联盟模式已经成为稳定的三大联盟：大联盟（日本邮船，赫伯罗特劳埃德，东方海外），新世界联盟（APL，MOL，HMM）和CKYH或绿色联盟（中远，K线，阳明，韩进）。 2011年，这些联盟的成员船队总数分别为1.4百万标准箱（世界容量的8.1％），1.33米标准箱（7.7％）和1.82米标准箱（10.5％）。 显然它们的规模可以与前三名（马士基航运公司的2.2米标准箱; MSC-1.98米标准箱; CMA-CGM-1.33米标准箱）
除长期联盟外，航运公司还以狭义交换或联合作业等宽松形式合作。 基于在运营商网站和集装箱国际年鉴上公布的服务信息，他们之间可能会实现一些新的握手，例如马士基和CMA-CGM，MSC和CMA-CGM，大联盟和新世界联盟。 一些经常偏爱“独立”政策的经营者，如马士基，长荣和海安会已意识到与竞争对手合作以在激进市场中生存和发展的必要性（表1）。
2.1.3垂直整合
自20世纪90年代以来，班轮行业发生了巨大变化。海上航段的突破给陆地带来了很大压力。目前，航运业的竞争基于高效的内陆联系。航运公司越来越多地从事装卸和物流活动，以通过降低成本或通过服务差异化来获得竞争优势。垂直整合还旨在扩大其在全球供应链中的作用。在财务方面，他们进入可能较少资产并获得较高利润率的业务部门是可行的多元化。
大多数最大的集装箱港口都有航运线路。根据我们对Drewry（2011b）数据库的调查，他们目前参与了全球200多个专用集装箱码头（DCT）。 DCT主要在最大的工厂所在的东亚。在数量上，2010年DCT吞吐量约为184万TEU，约占世界吞吐量的30％（Drewry 2011b）。
物流活动也是航运公司增长战略的重要组成部分。 有些已经建立了子公司来执行物流功能，例如CMA（CMA-CGM Logistics）或PIL（PIL Logistics）。 一些运营商属于大型集团，物流分部由其姊妹公司开展，例如马士基航运（Damco），日本邮船（Yusen Logistics），APL（APL Logistics）。 一些运输公司专注于内陆运输，以确保其运输业务，如MSC，Hapag Lloyd和Evergreen。
2.2集装箱船
1990年以前，世界集装箱船队一直以非全细胞集装箱船为主，但从此以后，全细胞集装箱船（FCC）已成为压倒性行业。在过去的三十年中，前者的年平均容量仅增长3.6％，而后者的容量则为11.5％。目前FCC船舶的容量超过15米标准箱。该船队最大的部分来自巴拿马邮船，占41.5％，其中不到8,000个TEU船构成
21.9％，而较大型船舶则为19.6％。巴拿马型船队占船队总数的27.7％，排在第二位。 Sub-Panamax和Handy分部大致相同，分别相当于12.9％和12.7％。最小的集团是支线船（少于1,000 TEU），占5.2％。
班轮运输的一个显着特点是大型船舶的日益增加的就业。部署大型船只的动机可能源于运输的基本规则，运输手段越大，单位成本越便宜。在泛太平洋航线上，每TEU的运输成本为11,000TEU，运输成本为360美元，而1,200TEU和4,300TEU的运输成本分别为648美元和457美元（Stopford，2009，第545页）。 18,000TEU船舶的单位成本（Triple E系列）比远东 - 欧洲航线上的现有大型船舶低26％。 1988年的最大交付尺寸为4,300个标准箱，1996年达到7,100个标准箱，之后达到15,500个标准箱
到2013年将达到18,000个标准箱。到2011年，在巴拿马型船队后面有将近3.8米标准箱（390艘）的船队--8,000个标准箱并已投入使用（图1）。
2.3班轮网络
班轮运营不同于工业和流浪航运。工业航运与内部交通有关。根据货主的需求，流水线运输从一个港口到另一个港口以灵活的时间表运行。班轮运输按照公布的行程和时间表进行操作，如巴士或铁路活动。它不仅涉及单一路线，而且涉及一系列路线。此外，通过战略联盟，联合作业，槽位共享等形式增加航运公司之间的合作，促进了运营业务在多个运营商网络内进行（图2）。
路线是班轮网络的基本组成部分。它可以定义为一系列访问端口，用预定的时间调用每个端口。基于连接市场的方式，路线可以分为几种模式。在端到端模式中，船舶在两个市场之间来回航行，例如北美 - 北欧（跨大西洋）或远东 - 西海岸北美（跨太平洋）。这种模式在航运中最受欢迎。在全球范围内，一艘船只向一个方向航行，无论是东行还是西行。该模式自20世纪80年代中期以来一直由Evergreen成功运行。尽管如此，运营商自2003年以来不再使用它。几家运营商尝试过这种模式，但没有取得积极成果。由巴拿马运河造成的船舶大小限制可能是造成这种模式不利的主要原因。在钟摆中，一艘船在三个市场间移动。中间市场被称为支点。这艘船作为摆锤摆动到支点的任何一边，在三个市场之间运送货物。在三角形中，一艘船也服务于三个市场，但只能朝着一个方向摆脱市场之间的不平衡交通。一条有利的三角形路线是船舶从欧洲运到大洋洲，然后是亚洲，然后回到欧洲。双浸并不是孤立的，而是与其他模式相结合，以提高效率。它是整合短途和长途交通。船只在两个方向上在洲际航线中间呼叫一个或多个港口。他们不仅运输洲际集装箱，还运输区域性或接驳性集装箱（表2，图3,4）。
港口选择，服务频率，船期和船队部署是路线配置的关键要素。港口选择与市场覆盖面有关。越多访问港口，服务更接近客户。尽管如此，船舶航程可能会更长。一方面，航路上的港口顺序决定了航程;另一方面，它会影响港口对之间的渡运时间。服务频率调节端口被调用的频率。如果服务更频繁，客户服务水平会更高，但运营商每次航行的流量都会降低。每周服务是当今行业的常态。合理的时间表可能会增加服务竞争优势，避免港口拥堵和航海限制，并促进不同航线之间的货物交换。运输速度取决于运行速度。快速的运输能够降低库存运输成本，同时也会极大地增加运营商的燃料成本，即速度的三次函数。近年来，运力过剩和燃油成本上涨使得运营商在其运营中采用广泛缓慢的汽运战略。舰队部署与船舶规模，一些船舶和舰队组合有关。更大的船只带来运输成本优势，但他们需要更多可用的货物;否则规模经济将成为规模不经济。为了维护服务，部署的船舶的数量必须至少等于按航班时间划分服务频率的结果。航运公司经常尝试使用同类船队，因为船舶规模之间的较大偏差会使其运营异质化（Notteboom 2006）。
如上所述，班轮网络与一组路线有关。这意味着航运不仅发生在一条航线内，而且还发生在几条航线和几个运营商之间。转运无疑是集装箱班轮运输的重要特征。 2010年，全球转运处理量达161.8百万标准箱（德鲁瑞2011a），约占世界吞吐量的29.5％。船岸之间的平均转运次数从1990年的3.1增加到2010年的3.6（基于Frankel 2004; Drewry 2011a）。原来转运概念与中枢和辐射系统并行运行，因此母船只需要访问一些关键枢纽;那么集装箱将被转运到支线船上以运送到未访问的港口。送风功能仍然是转运中最重要的操作。除此之外，衬砌转运已用于在同一地区服务的航线之间更换集装箱，以扩大港口的覆盖范围而不延长船舶的航程。不同于以前通过主干线路在一个地区为未访港口提供服务的两种形式，接力转运是将货物在不同方向的干线之间转运，特别是在东西线和南北线之间。例如，新加坡可以成为远东 - 欧洲航线和远东 - 大洋洲航线的中继枢纽，阿尔赫西拉斯可用于跨大西洋航线和欧洲 - 非洲航线。中国的集装箱可以通过东西方向新加坡运输，然后转运至南北通往澳大利亚的路线（图5）
集装箱班轮运输不仅涉及船舶在网络上的移动，还涉及集装箱的移动。虽然一艘杂货船或工业船只提供一次或几次运输的运输服务，但一艘集装箱船运载的货物数量
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