班輪航線配船低碳經(jīng)濟(jì)論文
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1航線配船雙目標(biāo)規(guī)劃模型的構(gòu)建
在計(jì)劃期內(nèi)，同時(shí)追求集裝箱班輪航線配船總營運(yùn)成本最小和主機(jī)二氧化碳排放量最小;二氧化碳排放量主要根據(jù)式(10)進(jìn)行計(jì)算，其值與燃油消耗有關(guān)。第1個(gè)約束函數(shù)式是對(duì)各集裝箱船總數(shù)的約束;第2、第3個(gè)約束條件是對(duì)正向、反向最大裝載率的約束;第4個(gè)約束條件是對(duì)船舶數(shù)量的非負(fù)性以及整數(shù)性的約束。所建模型中，對(duì)同一航線同種船型，可以根據(jù)需要選擇不同的航速，這樣的設(shè)計(jì)具有較高的靈活性，更有利于實(shí)現(xiàn)成本的最小化。后面將在算例中對(duì)這種改進(jìn)的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。
2班輪航線配船雙目標(biāo)模型的轉(zhuǎn)化
雙目標(biāo)模型一般通過2種方法求解:
1）．化多為少，將其化為單目標(biāo)模型。
2）．分層序列法，按重要性對(duì)目標(biāo)排序，在前一目標(biāo)的最優(yōu)解集內(nèi)求下一目標(biāo)的最優(yōu)解，直至最后一個(gè)目標(biāo)。此處采用主要目標(biāo)法將雙目標(biāo)模型轉(zhuǎn)化成單目標(biāo)模型。具體轉(zhuǎn)化方法為:將f1作為主目標(biāo)，不發(fā)生改變;設(shè)定碳排放量目標(biāo)值K，將f2≤K加入約束函數(shù)，將雙目標(biāo)模型轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)模型。在具體應(yīng)用中，可以將K設(shè)定為某一具體數(shù)值，或?qū)⑵湓O(shè)定為不同的值，對(duì)不同K所對(duì)應(yīng)的航線配船方案進(jìn)行比較，以選擇最優(yōu)方案。轉(zhuǎn)化后的模型可以通過MATLAB進(jìn)行求解，轉(zhuǎn)化后的航線配船模型為目標(biāo)函數(shù):f1約束函數(shù):3算例驗(yàn)證與分析某公司擁有多條全集裝箱班輪航線，經(jīng)營多條集裝箱航線，選取其中3條進(jìn)行研究。船舶配置、各航線正向與反向運(yùn)量預(yù)測，當(dāng)前船舶、航速以及對(duì)應(yīng)的航行成本。運(yùn)用傳統(tǒng)航線配船模型(同一航線、同種船舶、同一航速)得到的方案的總成本為24384萬美元，碳排放總量為94．23萬t，共閑置2艘船舶。根據(jù)該班輪公司的運(yùn)營情況，對(duì)各航線的航速進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，即為每條航線加入另一種新航速。各航線的航速以及對(duì)應(yīng)的成本通過雙目標(biāo)模型，將這3條航線上的碳排放量降低至傳統(tǒng)配船模型碳排放量(94．23萬t)的一定比例ρ以下，不同的ρ對(duì)應(yīng)不同的航線配船方案，通過對(duì)比選擇最優(yōu)方案。將ρ分別取值為98%，96%，94%，92%，99%，…，82%，80%。在ρ=80%時(shí)無解，由此可知ρ在取所有＜80%的數(shù)值時(shí)，該模型無解。ρ=82%時(shí)，雙目標(biāo)模型對(duì)應(yīng)具體配船方案。該方案所對(duì)應(yīng)的總成本為22803萬美元，碳排放量為76．92萬t，閑置船舶數(shù)目為0。與傳統(tǒng)模型相比，該模型的總營運(yùn)成本降低了8．48%，碳排放降低了18．37%。此外，該模型還減少了運(yùn)力浪費(fèi)，充分利用了現(xiàn)有船舶資源。與無碳約束模型(將雙目標(biāo)模型的碳約束去掉)所對(duì)應(yīng)的航線配船方案相比，總營運(yùn)成本的差距不足0．47%，這證明加入碳約束后的雙目標(biāo)模型仍具有較好的成本優(yōu)勢(shì)。
3結(jié)語
低碳航運(yùn)是航運(yùn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，本文建立了集裝箱班輪航線配船的總營運(yùn)成本最小化與碳排放量最小化的雙目標(biāo)規(guī)劃模型，并通過一個(gè)算例對(duì)該模型進(jìn)行了驗(yàn)證，證明該模型可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)總成本最小化與碳排放量最小化的雙重目的，對(duì)班輪公司在低碳背景下如何設(shè)計(jì)航線配船方案具有重要的參考意義。
作者：薛穎霞 邵俊崗 單位：上海財(cái)經(jīng)大學(xué)浙江學(xué)院 上海海事大學(xué)水運(yùn)經(jīng)濟(jì)研究所