洋山港集装箱集疏运网络优化研究

岳 鑫，尹传忠，武中凯

（1.西南交通大学 交通运输与物流学院，四川 成都 611756；2.上海海事大学 交通运输学院，上海201306；3.中国铁路哈尔滨局集团有限公司 经营开发部，黑龙江 哈尔滨 150006）

1 洋山港集装箱集疏运现状

洋山港是上海国际航运中心的一个具有15 m水深的集装箱深水港区，也是上海港参与国际竞争的核心港区，能够满足大型集装箱船舶进出。自2005年洋山港(一期工程)开港以来，集装箱吞吐量已累计完成1.38亿TEU，2017年洋山港的集装箱吞吐量已达到上海港集装箱吞吐量的42%。随着洋山港四期全自动化码头建成投产，洋山港的集装箱吞吐量将大幅增加，集装箱集疏运量也将相应增长。由于洋山港集装箱集疏运系统受集疏运通道建设不完备、铁路集疏运发展滞后、公路集疏运压力巨大等因素影响，集疏运网络难以满足港口发展需求。

洋山港位于浙江省的崎岖列岛上，与内陆之间的集装箱集疏运必须要通过东海大桥，使用公路运输或采用驳船运输。目前，洋山港的集装箱集疏运方式主要有3种，包括通过东海大桥采用公路直达运输、沿内河(沿海)支线采用水路运输，以及通过芦潮港集装箱中转站采用铁路运输。洋山港集装箱集疏运网络主要存在问题如下。

（1）过度依赖公路集疏运。据统计，目前洋山港的集装箱集疏运方式中，公路、铁路、水路运输比例分别为67.4%，0.4%和32.2%，公路运输在这个集疏运网络中占主导地位。在公路集疏运中，东海大桥是洋山港公路集卡的惟一通道，这种单一性对整个集疏运网络的运行造成不稳定性。随着洋山港集装箱吞吐量的快速增加，东海大桥的容量趋于饱和，大桥上发生的车辆事故率、车辆故障率必然上升。公路集疏运造成交通拥堵越来越严重，伴随拥堵的是集卡尾气排放恶化空气质量[1]。

（2）铁路集疏运发展缓慢。洋山港区没有设置铁路专用线，铁路线与码头分离。芦潮港铁路中心站位于上海市浦东新区芦潮港镇，距离洋山深水港码头约40 km，其建设目的是要实现洋山深水港区的集装箱集疏运。海铁联运集装箱从上海口岸进出，必须要经过港区与芦潮港铁路集装箱中心站间的短驳，导致运输成本增加和运输时效性降低，削弱了与其他港口竞争的优势，且铁路运输缺乏与大型企业集团之间的领导整合，信息交流不畅[2-3]。

为推动铁路集装箱运输发展，国家发展和改革委员会和交通运输部于2017年4月发布《“十三五”铁路集装箱多式联运发展规划》，东海二桥(公铁两用桥)作为重点规划项目之一，将在很大程度上缓解洋山港集疏运压力。因此，在东海二桥建成的背景下，考虑将铁路线引进洋山港，合理规划洋山港集装箱集疏运线网，协调公路、铁路、水运3种运输方式的比重，对洋山港的发展具有重要的现实意义。

2 集装箱集疏运网络优化模型

集装箱集疏运涉及到港口、腹地及港口与腹地之间的集装箱中转站，以这3部分为节点，通过公路、铁路和水路运输方式与线路连接起各节点之间所形成的弧即构成了港口的集疏运网络。港口与腹地之间的货物运输方式主要有2种：①通过公路、铁路或水路将货物直接从港口运输至腹地或从腹地直接运输至港口；②货物在运输过程中要经过集装箱中转站换装再运输至目的地[4]。港口与腹地之间的集装箱运输方式如图1所示。

图1 港口与腹地之间的集装箱运输方式Fig.1 Container transport modes between Yangshan Port and hinterland

假设集装箱在集装箱中转站仅产生固定的中转费用；集装箱在港口与腹地之间的运输最多经过一次中转；集装箱中转站完成中转任务后无集装箱剩余。以构建的集装箱集疏运网络为基础，将整个集装箱集疏运网络的运输总成本最优作为优化目标，构建优化模型[5-8]如下。

式中：Cm为第m种运输方式的单位集装箱单位距离的运费；Qijm为采用第m种运输方式将集装箱从港口i运输至集装箱中转站j的运量；Dij为港口i到集装箱中转站j的距离；Qjkm为采用第m种运输方式将集装箱从集装箱中转站j运输至腹地城市k的运量；Djk为集装箱中转站j到腹地城市k的距离；Qikm为采用第m种运输方式将集装箱从港口i运输至腹地城市k的运量；Dik为港口i到腹地城市k的距离；Fj为集装箱中转站j单位集装箱货物转运的操作费用；Tj为经过集装箱中转站j的货运总量；Qk为腹地城市k的集装箱需求量；Pijm为采用第m种运输方式将集装箱从港口i运输至集装箱中转站j的运量上限；Pjkm为采用第m种运输方式将集装箱从集装箱中转站j运输至腹地城市k的运量上限；Pikm为采用第m种运输方式将集装箱从港口i运输至腹地城市k的运量上限；Rj为集装箱中转站j的操作能力。

公式 ⑴ 表示整个集疏运网络的运输总成本最优，由4部分组成：第1部分表示将集装箱从港口运输至集装箱中转站的运输总成本；第2部分表示将集装箱从港口运输至腹地城市的运输总成本；第3部分表示将集装箱从集装箱中转站运输至腹地城市的运输总成本；第4部分表示在集装箱中转站的中转费用总额。公式 ⑵ 表示从港口到腹地城市的集装箱运量满足腹地城市的需求；公式 ⑶ 表示每个集装箱中转站运输结束后无存货；公式 ⑷ 至公式 ⑹ 表示各种运输方式运量限制；公式 ⑺ 表示经过集装箱中转站的周转量不能超过集装箱中转站的操作能力；公式 ⑻ 表示非负约束[9-10]。

3 洋山港集装箱集疏运网络优化研究

3.1 构建集疏运网络

集疏运节点和集疏运通道是构成集疏运网络的基础，港口即为洋山港，集装箱中转站为芦潮港和太仓港，腹地城市为上海、南京、武汉、成都、重庆，新增集疏运基础设施为东海二桥。

（1）集装箱中转站。由于洋山港特殊的地理位置，集装箱在洋山港与内陆之间的运输只能依靠东海大桥或水上穿梭巴士，因而洋山港的铁路集疏运需在芦潮港集装箱中心站中转。按照船舶规范的要求及长江航道限制，目前海船尚不能直接驶入内河航道，而江船上的出口中转集装箱也须经换装海船出境，海船与江船的转运业务由太仓港完成，因而选择芦潮港与太仓港为集装箱中转站。

（2）腹地城市。上海市、江苏省和浙江省是洋山港的直接腹地。根据统计，长三角地区的集装箱吞吐量占洋山港集装箱吞吐量的比重达到85% ～ 90%。考虑到浙江省主要是宁波舟山港的直接腹地，对其进行集装箱需求量预测会存在较大偏差，因而选择上海市和江苏省作为直接腹地。洋山港的间接腹地覆盖整个长江流域，主要有四川省、重庆市、湖北省、湖南省、安徽省和江西省，为充分考虑不同运输距离对各集疏运方式的运输成本的影响，在间接腹地中分别选择四川省、重庆市和湖北省作为节点。

（3）新增集疏运通道。《上海市干道路网深化规划》指出，东海二桥将是第二座连接洋山港与内陆的大桥，设计为公铁两用桥。东海二桥的位置在已经建成的东海大桥的左侧，登录线从S2公路起，上跨G1501公路、平庄公路、沪通铁路(平东—黄渡)、浦东铁路(阮巷—芦潮港)、两港大道，沿线与S2公路、G1501公路、两港大道保持互通立交功能，道路红线宽度60 m，两侧道路隔离带各50 m。

基于洋山港、集装箱中转站、腹地城市、集疏运通道及新增集疏运通道，构建洋山港集装箱集疏运网络如图2所示。

3.2 基础数据

根据东海二桥的规划情况，将2022年作为规划年，采用回归预测与二次指数平滑相结合的组合预测法对洋山港2022年集装箱吞吐量进行预测。结果显示，到2022年洋山港集装箱吞吐量预计将达到2 226万TEU。根据所选取的各集疏运节点，收集腹地城市基础数据如表1所示，集装箱中转站与集疏运通道基础数据如表2所示。

图2 洋山港集装箱集疏运网络Fig.2 Yangshan Port container collection and distribution network

表1 腹地城市基础数据Tab.1 Basic data of hinterland cities

表2 集装箱中转站与集疏运通道基础数据Tab.2 Basic data of container transit stations and collection and distribution corridors

3.3 现有运输通道下模型求解

以2022年各腹地城市集装箱需求量为基础(所选择的5个腹地城市的集装箱需求量大约占洋山港2022年集装箱吞吐量的70%)，将收集的基础数据带入优化模型中，运用Lingo软件求解，模型求解结果为通过3种运输方式分配到各集疏运线路上的集装箱运量，并得出集疏运网络最优成本为829万元。各种运输方式在集装箱运输中占比情况如表3所示。

由表3可知，从洋山港运输至5个腹地城市的集装箱总量中，采用公路运输的运量占比最大，达71.3%，而铁路运输的运量仅占0.2%，集装箱运输在各种运输方式上的运量分担极不平衡。造成这种结果可能主要受东海大桥仅有公路运输的限制，且对于与洋山港距离较近的城市(上海、南京)，其距离在铁路经济运距以外(铁路经济运距为大于500 km)，在考虑集疏运网络最优成本的情况下，

表3 各种运输方式在集装箱运输中占比情况Tab.3 Proportion of each mode for container transportation

不适合用铁路运输。

3.4 新增集疏运通道下模型修订

随着洋山港集装箱吞吐量的增加，若其集疏运方式中仍主要采用公路运输，则公路运输必然受东海大桥运力的限制，进而限制洋山港的发展。在考虑东海二桥建成的情况下，在洋山港与内陆连接的部分新增加铁路运能，调整约束条件重新计算，得出集疏运网络最优成本为640万元。东海二桥建成后各种运输方式在集装箱运输中占比情况如表4所示。

表4 东海二桥建成后各种运输方式在集装箱运输中占比情况Tab.4 Proportion of each mode for container transportation after the completion of the Second Donghai Bridge

可见，在考虑东海二桥的背景下，从洋山港运输至5个腹地城市的集装箱总量中，公路运输运量占比仅为55.02%，铁路运输运量占比达10.9%，各运输方式的集疏运比例更加协调，集疏运网络成本降低。对比分析东海二桥建成前后的计算结果可知，东海二桥建成后，铁路所承担的集装箱运量大幅增加，其中较远的腹地城市表现更为明显。而对于距离近的腹地城市，应该充分发挥公路运输灵活性优势。东海二桥建成后，研究范围内的集疏运网络最优成本从829万元降低到640万元，降低了22.8%，对于洋山港集疏运系统的发展有较大促进作用。

4 结束语

港口集疏运网络的优化对港口货物运输起着至关重要的作用。在港区规划进港铁路线，完善集疏运通道，健全集疏运网络，充分发挥公路、铁路、水路运输的优势，保证集疏运工作高效地完成，对促进港口海铁联运发展、提高港口竞争能力、缓解城市交通压力具有重要意义。同时，建立完善、畅通、便捷的集疏运网络，需要港口企业与政府部门的共同努力，从长三角综合交通运输布局角度出发，统筹考虑东海二桥的建设与港区分工、集疏运通道对接、多式联运通道建设等问题，才能尽快实现降低港口物流成本的目标，实现经济高质量发展。