復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)視角下海鐵聯(lián)運(yùn)物流網(wǎng)絡(luò)研究

李安林，魏海蕊

（上海理工大學(xué) 管理學(xué)院，上海 200093）

0 引言

目前，“一帶一路”戰(zhàn)略下中國(guó)各地區(qū)尤其是內(nèi)陸地區(qū)的對(duì)外開(kāi)放與國(guó)際貿(mào)易需求激增，因此國(guó)際物流網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題引起社會(huì)高度關(guān)注。然而，受不合理的物流運(yùn)輸結(jié)構(gòu)影響，中國(guó)內(nèi)陸地區(qū)進(jìn)出口物流的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益都難以發(fā)揮。首先，中國(guó)公路貨運(yùn)占比達(dá)到77.81%，但從內(nèi)陸地區(qū)到沿海港口長(zhǎng)距離的公路運(yùn)輸，貨物分散，無(wú)法實(shí)現(xiàn)集聚與規(guī)模效應(yīng)，運(yùn)輸成本居高不下，因此經(jīng)濟(jì)效益難以發(fā)揮。其次，過(guò)高比例的公路運(yùn)輸帶來(lái)港口城市與沿途城市嚴(yán)重的交通擁堵和碳排放等環(huán)境問(wèn)題。據(jù)資料顯示，近年來(lái)中國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的碳排放量不斷增加，已占社會(huì)碳排放總量的14%［1］，交通運(yùn)輸業(yè)已成為影響空氣質(zhì)量的重要行業(yè)，環(huán)境效益難以發(fā)揮。最后，公路運(yùn)輸容易受到道路擁堵、道路管制等突發(fā)事件影響，在過(guò)于依賴公路運(yùn)輸?shù)膰?guó)際物流運(yùn)輸結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性難以保障。海鐵聯(lián)運(yùn)物流模式是指貨物由鐵路運(yùn)輸?shù)窖睾８劭诤笾苯佑纱斑\(yùn)送出海的運(yùn)輸模式，建立海鐵聯(lián)運(yùn)物流網(wǎng)絡(luò)后可用鐵路運(yùn)輸代替部分公路運(yùn)輸，進(jìn)而解決港口交通擁堵及環(huán)境污染等問(wèn)題。而且在長(zhǎng)距離運(yùn)輸過(guò)程中，鐵路運(yùn)輸易產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，可以有效降低成本。同時(shí)疫情期間，我國(guó)各大港口的海鐵聯(lián)運(yùn)貨運(yùn)量相比去年同期都有所增加，說(shuō)明其對(duì)于突發(fā)的公共事件有較強(qiáng)抵御能力。因此，如何建立可持續(xù)的海鐵聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)成為亟需研究的問(wèn)題。

1 相關(guān)研究

集裝箱海鐵聯(lián)運(yùn)體系作為一種高效的貨物綜合運(yùn)輸體系，一直備受學(xué)者們關(guān)注。Qi 等［2］從宏觀角度出發(fā)，針對(duì)我國(guó)目前發(fā)展海鐵聯(lián)運(yùn)面臨的缺乏統(tǒng)籌管理、運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一及接駁距離較遠(yuǎn)等問(wèn)題提出應(yīng)對(duì)策略；Idri 等［3］提出一種并行分布式結(jié)構(gòu)中的最短路徑搜索方法，以幫助處理多式聯(lián)運(yùn)中網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間依賴性問(wèn)題，可有效減少分布式結(jié)構(gòu)中最短路徑測(cè)算時(shí)間；湯銀英等［4］通過(guò)考慮不同運(yùn)輸方式的運(yùn)輸能力以及工作時(shí)間窗和發(fā)車班期，構(gòu)建運(yùn)輸成本最小化的整數(shù)規(guī)劃模型，并通過(guò)NSGA-Ⅱ算法進(jìn)行求解，得到不同發(fā)車情形下的最優(yōu)聯(lián)運(yùn)方案；Xuan 等［5］建立以無(wú)水港為核心的共享式運(yùn)輸體系，共享式運(yùn)輸體系是指通過(guò)無(wú)水港收集貨主的貨物并進(jìn)行整合后，通過(guò)鐵路發(fā)往港口的運(yùn)輸體系，并且在考慮了碳排放量和運(yùn)費(fèi)基礎(chǔ)上建立函數(shù)模型以探尋該模式帶來(lái)的收益；Li 等［6］為研究深海碼頭與內(nèi)陸碼頭之間的多式聯(lián)運(yùn)貨物運(yùn)輸規(guī)劃問(wèn)題，提出多式聯(lián)運(yùn)貨運(yùn)網(wǎng)絡(luò)（IFTN）模型，并將多式聯(lián)運(yùn)規(guī)劃問(wèn)題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)集裝箱流量控制問(wèn)題，同時(shí)提出一種Receding Horizon 集裝箱流量控制方法，以此控制與重新分配集裝箱貨流，并達(dá)到優(yōu)化物流網(wǎng)絡(luò)的目的；Yu-Chung 等［7］考慮鐵路和公路兩種運(yùn)輸方式的多式聯(lián)運(yùn)，采用博弈論方法幫助港口、陸港、貨主優(yōu)化自身利益，指導(dǎo)貨主確定決策變量?？傮w上看，目前對(duì)海鐵聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化研究中，大多數(shù)學(xué)者的研究方向還是提升單個(gè)港口的運(yùn)輸效率，很少有人從國(guó)家層面建立海鐵聯(lián)運(yùn)物流網(wǎng)絡(luò)。

在物流網(wǎng)絡(luò)框架構(gòu)建研究方面，Hairui 等［8］建立陸港之間輻射強(qiáng)度的引力模型以探尋節(jié)點(diǎn)之間的影響關(guān)系，并基于此建立軸輻式物流網(wǎng)絡(luò)；劉荷等［9］運(yùn)用引力模型對(duì)福建省內(nèi)的城市進(jìn)行分析，并建立軸心城市群對(duì)福建省內(nèi)的物流交通進(jìn)行規(guī)劃。不僅是引力模型，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的度中心性理論也常被學(xué)者用來(lái)研究物流網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建問(wèn)題。如施佳怡等［10］基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對(duì)上海市加油站分布情況進(jìn)行了研究；Zhao 等［11］通過(guò)基于TOPSIS 評(píng)價(jià)模型與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的中心性理論對(duì)中國(guó)各大城市進(jìn)行物流重要性評(píng)級(jí)，并通過(guò)改進(jìn)的k-shell 指標(biāo)對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的中心性指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而選出中國(guó)鐵路運(yùn)輸?shù)暮诵某鞘校籐i 等［12］也依托于中心性網(wǎng)絡(luò)對(duì)城市進(jìn)行評(píng)價(jià)，以建立糧食轉(zhuǎn)運(yùn)的樞紐城市；魏海蕊等［13］構(gòu)建我國(guó)內(nèi)陸地區(qū)15 個(gè)省與21 世紀(jì)海上絲綢之路沿線港口連接的跨境貿(mào)易流通復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，并利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論建立測(cè)度評(píng)價(jià)體系，對(duì)15 個(gè)省份的物流重要性與外向性進(jìn)行評(píng)價(jià)；Fei 等［14］建立城市交通的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型，針對(duì)西安市公共交通設(shè)施提出一種基于中介數(shù)的數(shù)學(xué)模型，探討公共交通的可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題。在這些基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的物流研究中，一部分研究是應(yīng)用于微觀層面的，例如城市內(nèi)的快遞運(yùn)輸策略研究等，另一部分研究是將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法運(yùn)用于國(guó)家整體物流網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃上，通過(guò)對(duì)每個(gè)城市的中心性進(jìn)行計(jì)算并以此作為物流連通性指標(biāo)，以幫助建立國(guó)家整體物流網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。但很少有學(xué)者將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論運(yùn)用于海鐵聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，也未基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論建立可持續(xù)的海鐵聯(lián)運(yùn)物流網(wǎng)絡(luò)框架綜合方案。

因此，本文以內(nèi)陸地區(qū)可持續(xù)的海鐵聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)為切入點(diǎn)，建立重點(diǎn)物流城市之間以及內(nèi)陸城市與港口之間連接的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論與方法建立城市物流連通性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并為內(nèi)陸地區(qū)城市建立海鐵聯(lián)運(yùn)物流網(wǎng)絡(luò)框架，以引導(dǎo)內(nèi)陸貨流優(yōu)先考慮框架指引的物流路線，實(shí)現(xiàn)內(nèi)陸地區(qū)進(jìn)出口貨物物流運(yùn)輸在經(jīng)濟(jì)與環(huán)境方面的綜合效益。本文作出了以下貢獻(xiàn)：

（1）本文從全局出發(fā)，考慮到當(dāng)前中國(guó)物流行業(yè)發(fā)展所帶來(lái)的環(huán)境、交通等社會(huì)問(wèn)題，建立引導(dǎo)內(nèi)陸貨流的海鐵聯(lián)運(yùn)框架，提供了一個(gè)基于可持續(xù)發(fā)展理念的海鐵聯(lián)運(yùn)布局研究的新視角。

（2）本文提出一個(gè)建立可持續(xù)海鐵聯(lián)運(yùn)物流網(wǎng)絡(luò)框架的綜合方案，其中針對(duì)城市物流連通性評(píng)價(jià)指標(biāo)，本文結(jié)合現(xiàn)有復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中心度理論構(gòu)建基于Coreness 與Effisize的新指標(biāo)，對(duì)城市的物流連通性水平進(jìn)行更為全面的測(cè)度。而針對(duì)城市集群分類問(wèn)題，本文利用CONCOR 的新方法對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類。最后還利用基于城市物流連通性指標(biāo)的引力模型，建立港口與樞紐城市間的物流關(guān)系。

（3）本文通過(guò)計(jì)算海鐵聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)下的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，總結(jié)出中國(guó)不同地區(qū)的海鐵聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，并據(jù)此對(duì)中國(guó)不同地區(qū)的海鐵聯(lián)運(yùn)發(fā)展提出建議。

2 可持續(xù)海鐵聯(lián)運(yùn)物流網(wǎng)絡(luò)內(nèi)涵及構(gòu)建方法

2.1 可持續(xù)海鐵聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)涵

海鐵聯(lián)運(yùn)運(yùn)輸方式是指在貨物抵達(dá)集裝箱碼頭后直接通過(guò)鐵路將貨物運(yùn)輸至內(nèi)陸物流中心的物流運(yùn)輸模式［15］，具體如圖1 所示。可持續(xù)海鐵聯(lián)運(yùn)物流網(wǎng)絡(luò)是指通過(guò)建立物流網(wǎng)絡(luò)，引導(dǎo)內(nèi)陸地區(qū)的貨物通過(guò)鐵路運(yùn)輸至港口，以解決我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重、缺乏規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)及抵御突發(fā)事件能力較差的問(wèn)題，從而促進(jìn)我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

Fig.1 Schematic diagram of sea-rail combined transport mode圖1 海鐵聯(lián)運(yùn)模式示意圖

2.2 節(jié)點(diǎn)城市與港口選擇

本文選擇備選節(jié)點(diǎn)城市的目的是將其作為樞紐城市的候選城市，以建立內(nèi)陸地區(qū)海鐵聯(lián)運(yùn)物流網(wǎng)絡(luò)框架。本文首先選擇《中國(guó)物流節(jié)點(diǎn)城市布局與規(guī)劃》文件指定的24 個(gè)國(guó)家級(jí)物流節(jié)點(diǎn)城市中的內(nèi)陸城市作為備選城市，并排除了拉薩市和北京市。前者是因?yàn)槲鞑氐貐^(qū)物流基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、人口稀少，所以無(wú)法成為物流樞紐城市；后者是由于北京市是我國(guó)的政治與文化中心，因政治功能和人口過(guò)于密集等原因不宜成為物流樞紐城市。其次，本文加入了我國(guó)鐵路干線交匯處的10 個(gè)樞紐城市，因本文研究重點(diǎn)是海鐵聯(lián)運(yùn)框架，因此位于鐵路干線交匯處的城市也是本文重點(diǎn)分析的對(duì)象。基于上述考慮，本文共選擇34 個(gè)城市作為備選節(jié)點(diǎn)城市，具體城市選擇情況見(jiàn)第3 節(jié)。

在港口選擇方面，本文在主要考慮了鐵路與港口接駁以及相應(yīng)配套設(shè)施建立情況等因素后，選擇大連港、天津港、青島港、連云港港區(qū)、寧波舟山港、深圳港以及北部灣港區(qū)作為本次海鐵聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)的出海港口［16］。

2.3 基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的樞紐城市選擇

2.3.1 基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)物流連通性評(píng)價(jià)

樞紐節(jié)點(diǎn)的選擇需要建立完整的評(píng)價(jià)體系，以評(píng)判各節(jié)點(diǎn)的物流連通性。基于此，本文選取度中心度、接近中心度與中間中心度3 種中心度指標(biāo)以及一種基于Coreness和Effsize 指數(shù)的節(jié)點(diǎn)局部重要性指標(biāo)，以綜合表示城市在整體網(wǎng)絡(luò)中的物流連通性。具體指標(biāo)如下：

（1）度中心度（Degree Centrality）。節(jié)點(diǎn)i的度中心度定義為與之相連的其他點(diǎn)數(shù)量，當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的度中心度越高，代表其在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中具有較大影響力，具體如式（1）所示。其中，di代表點(diǎn)i的相鄰點(diǎn)數(shù)量，n為節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

（2）接近中心度（Closeness Centrality）。節(jié)點(diǎn)i的接近中心度代表其到達(dá)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他節(jié)點(diǎn)的最短距離之和，接近中心度越高，代表其到達(dá)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都比較容易，如式（2）所示。其中，dij代表節(jié)點(diǎn)i與j之間的最短路徑，n為節(jié)點(diǎn)數(shù)量。

（3）中間中心度（Betweenness Centrality）。節(jié)點(diǎn)i的中間中心度是指其處于任意兩點(diǎn)間捷徑上的比例，假設(shè)存在點(diǎn)x和y，i點(diǎn)的中間中心度代表經(jīng)i點(diǎn)且連接x與y的捷徑數(shù)除以x與y之間的捷徑總數(shù)。中間中心度越高，代表節(jié)點(diǎn)i處于越多條交往網(wǎng)絡(luò)的捷徑上，如式（3）所示。其中，pjk代表i點(diǎn)處于j與k點(diǎn)之間最短路徑上的次數(shù)，gjk代表j與k點(diǎn)之間的最短路徑總數(shù)。

（4）節(jié)點(diǎn)的局部重要性。由于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的中心性理論主要測(cè)算節(jié)點(diǎn)在整體網(wǎng)絡(luò)中的連通性，如果僅依靠傳統(tǒng)中心性指標(biāo)計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的物流連通性，容易忽視在局部網(wǎng)絡(luò)中具有較高連通性的節(jié)點(diǎn)。因此，本文引入一個(gè)概念稱為節(jié)點(diǎn)的局部重要性，以此完善節(jié)點(diǎn)物流連通性評(píng)價(jià)體系。節(jié)點(diǎn)的局部重要性由兩方面組成，本文設(shè)節(jié)點(diǎn)i的區(qū)域重要性為Xi，其中Xi=(Ei+Ci)/2，Ei為節(jié)點(diǎn)的Effsize 指數(shù)，代表節(jié)點(diǎn)的有效規(guī)模，意為節(jié)點(diǎn)的個(gè)體網(wǎng)絡(luò)規(guī)模減去冗余網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。一個(gè)節(jié)點(diǎn)的有效規(guī)模代表其在局部網(wǎng)絡(luò)中的重要程度，有效規(guī)模越高，代表節(jié)點(diǎn)在此處的級(jí)別越高，可達(dá)性越強(qiáng)。具體計(jì)算公式如下：

式中，q代表除i點(diǎn)和j點(diǎn)外的第三點(diǎn)，Piq代表i投入q的關(guān)系所占比例，Mjq代表j到q關(guān)系的邊際強(qiáng)度，等于j到q的關(guān)系除以j到其他點(diǎn)關(guān)系中的最大值，對(duì)于二值網(wǎng)絡(luò)Mjq=（0，1）。

Ci為節(jié)點(diǎn)的Coreness 指數(shù)，代表節(jié)點(diǎn)的核程度，表示在子網(wǎng)絡(luò)中，i點(diǎn)至少可以與其子網(wǎng)絡(luò)中的Ci個(gè)點(diǎn)相連。Ci值越大，代表可以形成更大的子網(wǎng)絡(luò)。同樣的，一個(gè)更大的子網(wǎng)絡(luò)可包含許多小型子網(wǎng)絡(luò)，因此Ci也代表其在局部形成小集體的能力，越大的Ci代表其能形成更多子網(wǎng)絡(luò)。

在得到各節(jié)點(diǎn)城市的中心性指標(biāo)后，本文將采用熵權(quán)法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)，以得到各節(jié)點(diǎn)的物流連通性指數(shù)。熵是系統(tǒng)狀態(tài)不確定性的一種度量，應(yīng)用熵可度量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中指標(biāo)數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的信息量，并依次確定各指標(biāo)權(quán)重［17］。由于熵權(quán)法評(píng)價(jià)過(guò)程不受主觀因素影響，因此非常適用于那些不包含主觀判斷指標(biāo)的加權(quán)過(guò)程。本文也將借助熵權(quán)法確定權(quán)重，并得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)城市的物流連通性得分。

2.3.2 基于CONCOR 方法的內(nèi)陸城市之間子群劃分

在得到各節(jié)點(diǎn)城市的物流連通性指標(biāo)后，本文將借助CONCOR 算法將全部節(jié)點(diǎn)城市劃分為不同子群，并選出每個(gè)子群中物流連通性指標(biāo)得分最高的城市作為樞紐城市。

CONCOR（Convergent Correlation）算法是一種對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類的方法，其最早是由Mc Quitty 提出的一種相關(guān)系數(shù)矩陣迭代計(jì)算方法，后來(lái)由Booraman 與Arabie 命名為CONCOR 算法，并用于分類計(jì)算［18］。該算法以各節(jié)點(diǎn)城市之間的連接關(guān)系作為初始矩陣A，如式（5）所示。

通過(guò)計(jì)算矩陣A各行數(shù)據(jù)之間的相關(guān)關(guān)系系數(shù)，形成新的相關(guān)系數(shù)矩陣C1，如式（6）所示。其中，cij為矩陣A第i行與第j行之間的相關(guān)系數(shù)。

在得到系數(shù)矩陣C1后，將其作為輸入矩陣，計(jì)算C1矩陣中各行之間的相關(guān)關(guān)系，并將得到的矩陣記為C2。依此迭代計(jì)算直至相關(guān)系數(shù)矩陣中只存在-1 與1 兩個(gè)值時(shí)，認(rèn)為迭代完成，將最后得到的相關(guān)系數(shù)矩陣重新進(jìn)行排列，根據(jù)密度表即可得到各節(jié)點(diǎn)分類情況［19］。由于CONCOR算法非常適合處理各節(jié)點(diǎn)相關(guān)關(guān)系的數(shù)據(jù)，所以在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，常被用來(lái)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類。因此，本文利用CON?COR 算法對(duì)所有貨源節(jié)點(diǎn)城市建立的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類，將各貨源節(jié)點(diǎn)城市劃分為不同子群，而且基于該劃分結(jié)果，在每一個(gè)子群中選取具有最高物流連通性指數(shù)的貨源節(jié)點(diǎn)城市作為該子群內(nèi)部的核心，并將其定義為樞紐城市。

2.4 基于物流引力的港口與樞紐城市之間關(guān)系建立

在得到各子群的樞紐城市之后，本文引入引力模型對(duì)各城市與港口間的物流引力進(jìn)行測(cè)算，以此建立各節(jié)點(diǎn)城市與港口的物流聯(lián)系，從而建立海鐵聯(lián)運(yùn)物流網(wǎng)絡(luò)。

引力模型是賴?yán)鶕?jù)牛頓萬(wàn)有引力公式提出的，該模型被提出后得到了廣泛應(yīng)用，主要用于研究區(qū)域間的經(jīng)濟(jì)影響及空間格局［20］。引力模型認(rèn)為兩個(gè)區(qū)域間的相互作用與區(qū)域規(guī)模成正比，而與區(qū)域之間距離成反比。在物流網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，節(jié)點(diǎn)城市的物流連通性指標(biāo)代表節(jié)點(diǎn)在該網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)規(guī)模，物流連通性越高的城市在該網(wǎng)絡(luò)下具有更高的樞紐價(jià)值，樞紐價(jià)值的高低將直接影響節(jié)點(diǎn)城市的貨運(yùn)量數(shù)額，而擁有充足的貨運(yùn)量則是支撐港口發(fā)展海鐵聯(lián)運(yùn)的關(guān)鍵因素［21］。引力模型公式如下：

式中，Iij代表研究對(duì)象i與j之間的引力關(guān)系；G代表引力系數(shù)；Mi與Mj代表區(qū)域規(guī)模，本文以節(jié)點(diǎn)的物流連通性得分來(lái)表示；d代表兩點(diǎn)之間的鐵路距離，但由于反映物流運(yùn)輸效率的重要指標(biāo)為運(yùn)輸時(shí)間，所以本文將d修正為兩點(diǎn)間的最短通行時(shí)間，以代表兩節(jié)點(diǎn)之間距離。

在得到各港口與各樞紐城市之間的物流引力數(shù)值后，本文將根據(jù)引力數(shù)值大小建立港口與樞紐城市的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。本文首先從港口的視角，選擇與港口引力關(guān)系值最大的樞紐城市建立物流聯(lián)系；當(dāng)一個(gè)樞紐城市被多個(gè)港口城市選擇為最優(yōu)引力城市時(shí)，再以該城市為視角，反向選擇與該城市物流引力最大的港口并與之建立聯(lián)系；之后便排除這對(duì)“港口—樞紐”城市對(duì)，并重復(fù)第一步，直到全部樞紐城市與港口形成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3 實(shí)例分析

3.1 海鐵聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)建立

步驟1：選擇備選節(jié)點(diǎn)城市。本文基于《中國(guó)物流節(jié)點(diǎn)城市布局與規(guī)劃》文件進(jìn)行貨源節(jié)點(diǎn)城市選擇，其中包含33 個(gè)國(guó)家級(jí)物流節(jié)點(diǎn)城市。在排除掉拉薩市、北京市及沿海城市后剩下22 個(gè)城市，將這22 個(gè)城市作為備選城市，同時(shí)加入我國(guó)鐵路干線上的10 個(gè)主要樞紐城市，一共構(gòu)成32個(gè)備選節(jié)點(diǎn)城市，具體如表1 所示。

Table 1 Alternative node city表1 備選節(jié)點(diǎn)城市

步驟2：選取樞紐城市?；趶?fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，本文計(jì)算各備選節(jié)點(diǎn)城市的度中心度、中間中心度、接近中心度和節(jié)點(diǎn)局部重要性指標(biāo)，同時(shí)計(jì)算各指標(biāo)的熵權(quán)值以獲取各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重。其中W1-4分別對(duì)應(yīng)度中心度、接近中心度、中間中心度和局部重要性4 項(xiàng)指標(biāo)，具體權(quán)重如表2 所示。在得到各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重之后，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)得分進(jìn)行加權(quán)處理，得到每個(gè)備選城市節(jié)點(diǎn)的物流連通性指數(shù)，具體得分如表3 所示。

Table 2 Weight of each indicator表2 各項(xiàng)指標(biāo)所占權(quán)重

Table 3 Logistics importance score of each node city表3 各節(jié)點(diǎn)城市物流連通性得分

為選擇出每個(gè)區(qū)域中物流連通性最高的城市作為樞紐城市，本文通過(guò)CONCOR 方法對(duì)所有內(nèi)陸地區(qū)的貨源節(jié)點(diǎn)城市進(jìn)行分區(qū)。具體分區(qū)情況如圖2 所示。

Fig.2 Zoning situation of inland source node cities圖2 內(nèi)陸貨源節(jié)點(diǎn)城市分區(qū)情況

本文根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況對(duì)CONCOR 分區(qū)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，因?yàn)閺?fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論中只考慮節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系，而忽略了節(jié)點(diǎn)間的空間距離，這也導(dǎo)致地處中南地區(qū)的武漢市與鄭州市、洛陽(yáng)市、濟(jì)南市等北方城市分至一組，不符合地理區(qū)位因素，而且武漢市地處湖北省，與相鄰的湖南省在經(jīng)濟(jì)、文化上的交流更緊密。因此，本文對(duì)分區(qū)作出調(diào)整，將武漢市歸入分區(qū)一中。同時(shí)，本文在每個(gè)子群中選擇出物流連通性得分最高的城市，使其成為該子群中的樞紐城市，分別為武漢市、南寧市、西安市、鄭州市、南昌市、太原市和沈陽(yáng)市。

步驟3：建立港口與內(nèi)陸子群的物流聯(lián)系。本文通過(guò)計(jì)算各港口與各內(nèi)陸城市間的物流引力，在得到各備選城市節(jié)點(diǎn)的物流連通性指標(biāo)后，通過(guò)引力模型計(jì)算各港口與備選節(jié)點(diǎn)城市間的引力關(guān)系。其中，備選城市與港口之間的距離D 利用城市間鐵路通勤最短時(shí)間來(lái)表示，并利用式（7）計(jì)算各內(nèi)陸備選城市與港口城市之間的引力關(guān)系，結(jié)果如表4 所示?；谝陨嫌?jì)算結(jié)果，本文將各港口與每個(gè)城市子群建立連接關(guān)系后，形成一個(gè)我國(guó)內(nèi)陸地區(qū)的海鐵聯(lián)運(yùn)物流框架。各分區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如表5 所示。

3.2 結(jié)果分析與討論

由于公路貨運(yùn)的運(yùn)輸方式相對(duì)獨(dú)立，因此其在少貨量、短距離的運(yùn)輸中相比鐵路運(yùn)輸具有成本上的優(yōu)勢(shì)，而只有貨運(yùn)量和距離增加到一定程度時(shí)，鐵路運(yùn)輸?shù)囊?guī)模效益才能得到發(fā)揮。因此，本文對(duì)不同運(yùn)輸場(chǎng)景下的鐵路運(yùn)輸成本進(jìn)行分析，并基于此對(duì)本文構(gòu)建的海鐵聯(lián)運(yùn)物流網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，此外還將探討構(gòu)建海鐵聯(lián)運(yùn)物流網(wǎng)絡(luò)后的碳排放情況。

Table 4 Gravitational relationship between inland node cities and ports表4 內(nèi)陸節(jié)點(diǎn)城市與港口間的引力關(guān)系

Table 5 Logistics network establishment situation表5 物流網(wǎng)絡(luò)建立情況

3.2.1 海鐵聯(lián)運(yùn)物流網(wǎng)絡(luò)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益分析

首先對(duì)海鐵聯(lián)運(yùn)模式下形成的規(guī)模經(jīng)濟(jì)進(jìn)行分析，規(guī)模經(jīng)濟(jì)是指擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模后經(jīng)濟(jì)效益得到提升的現(xiàn)象，在鐵路運(yùn)輸行業(yè)則體現(xiàn)為隨著貨運(yùn)量增加，其單位運(yùn)輸成本下降的現(xiàn)象［22］。因此，為探索規(guī)模經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的效益，本文選取沈陽(yáng)—大連、鄭州—青島、武漢—深圳3 條由樞紐城市通往港口的鐵路線作為對(duì)象進(jìn)行研究，其中3 條線路的運(yùn)輸距離分別為397km、831km 和1 182km。本文引用學(xué)者M(jìn)ilan［23］的研究結(jié)果，其在考慮了運(yùn)輸費(fèi)用、時(shí)間成本、環(huán)境成本、交通堵塞成本等多方面因素后，得到鐵路運(yùn)輸在多式聯(lián)運(yùn)模式下的運(yùn)費(fèi)模型，并計(jì)算出不同運(yùn)輸距離下的貨物運(yùn)輸成本。具體結(jié)果如圖3 所示。

Fig.3 Unit cost of railway transportation under different transportation distances and scales圖3 不同運(yùn)輸距離及規(guī)模下的鐵路運(yùn)輸單位成本

由圖3 可知，在3 種不同運(yùn)輸距離下都存在規(guī)模效益，單位運(yùn)輸成本在貨物規(guī)模增長(zhǎng)的情況下有所下降。因此，將貨物由公路運(yùn)輸向鐵路運(yùn)輸方向轉(zhuǎn)移，增加鐵路運(yùn)輸貨運(yùn)量即可在一定程度上降低鐵路貨運(yùn)成本，進(jìn)而獲得規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。但當(dāng)貨物運(yùn)輸量從1 000t 增長(zhǎng)到5 000t 時(shí)，單位運(yùn)輸成本僅降低了0.12 元/km×t，鐵路貨運(yùn)量的提升帶來(lái)的規(guī)模效益并不太明顯，相比之下，運(yùn)輸距離的增加可更直接地提升規(guī)模效益。本文重新計(jì)算了不同運(yùn)輸距離下的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)果如圖4 所示。

Fig.4 Comparison of railway and highway transportation costs under different transportation distances圖4 不同運(yùn)輸距離下鐵路與公路運(yùn)輸成本比較

圖4 中運(yùn)輸規(guī)模A、B、C 分別代表貨運(yùn)量為837t、1 673t和3 346t 時(shí)鐵路貨物運(yùn)輸成本情況。由于公路運(yùn)輸工具為較為獨(dú)立的卡車，貨物分散，無(wú)法實(shí)現(xiàn)集聚與規(guī)模效應(yīng)，因此隨著貨運(yùn)量的增加，公路運(yùn)輸?shù)囊?guī)模效益增長(zhǎng)較慢。同時(shí)本文考慮到公路運(yùn)輸成本容易受到諸如季節(jié)、去回程、不同省份收費(fèi)情況等多種因素影響，導(dǎo)致難以測(cè)算出成本函數(shù)，因此本文選取了《我國(guó)公路貨運(yùn)價(jià)格的波動(dòng)及鐵路貨運(yùn)定價(jià)研究》文獻(xiàn)中不同運(yùn)輸距離下中國(guó)主要城市間的平均公路貨運(yùn)成本代表中國(guó)整體公路貨運(yùn)成本［24］。由圖4得知，相較于鐵路運(yùn)輸，當(dāng)運(yùn)輸距離在600km 以內(nèi)時(shí)，公路運(yùn)輸成本更低。

在考慮到大多數(shù)城市的貨運(yùn)情況后，本文對(duì)已建立好的物流運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行修正。當(dāng)運(yùn)輸距離在600km 以內(nèi)時(shí)將通過(guò)公路運(yùn)輸，當(dāng)運(yùn)輸距離超過(guò)600km 時(shí)則通過(guò)鐵路運(yùn)輸，以實(shí)現(xiàn)海鐵聯(lián)運(yùn)模式下的效益最大化。各區(qū)域海鐵聯(lián)運(yùn)規(guī)劃如圖5 所示。

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)東北地區(qū)與河南、山東地區(qū)的鐵路運(yùn)輸發(fā)展受到運(yùn)輸距離阻礙。東北地區(qū)的城市群整體距離較近，沈陽(yáng)至大連港的距離只有397km，而哈爾濱至沈陽(yáng)也只有547km。在不足600km 的距離下，鐵路運(yùn)輸很難獲得超過(guò)公路運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益，因此在東北地區(qū)需要通過(guò)提高貨物運(yùn)輸規(guī)模來(lái)彌補(bǔ)運(yùn)輸距離上的劣勢(shì)。東北地區(qū)的物流網(wǎng)絡(luò)相對(duì)獨(dú)立，與其他各分區(qū)的物流聯(lián)系較為松散，因此很難通過(guò)吸收外部地區(qū)的貨源來(lái)提升貨運(yùn)量規(guī)模，這對(duì)于東北地區(qū)的海鐵聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是一個(gè)挑戰(zhàn)。而東北地區(qū)的優(yōu)勢(shì)在于鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)較為完善，特別是大連港是中國(guó)為數(shù)不多的已實(shí)現(xiàn)鐵路與港口無(wú)縫銜接的港口。東北地區(qū)擁有良好的基礎(chǔ)設(shè)施與優(yōu)質(zhì)的港口，但同時(shí)也因地理位置等因素限制了海鐵聯(lián)運(yùn)的發(fā)展，因此東北地區(qū)必須提升自身的物流水平與經(jīng)濟(jì)實(shí)力，提供更多貨源給大連港，通過(guò)提升貨物運(yùn)輸規(guī)模以提升鐵路運(yùn)輸?shù)囊?guī)模效益。山東與河南地區(qū)的鐵路發(fā)展同樣受制于運(yùn)輸距離，需要通過(guò)提升貨物運(yùn)輸規(guī)模以降低鐵路運(yùn)輸成本。不過(guò)相較于東北地區(qū)，鄭州市地處我國(guó)交通中心，且擁有全國(guó)最大的鐵路貨物中轉(zhuǎn)站——鄭州東站，因此可吸引較多貨源，從而形成較大的運(yùn)輸規(guī)模以彌補(bǔ)運(yùn)輸距離上的劣勢(shì)。

Fig.5 Regional sea-rail combined transport planning圖5 各區(qū)域海鐵聯(lián)運(yùn)規(guī)劃

中國(guó)中南部地區(qū)、長(zhǎng)江中下游地區(qū)和華北平原地區(qū)雖然具有運(yùn)輸距離上的優(yōu)勢(shì)，但由于港口與樞紐城市的位置關(guān)系以及鐵路線的延伸情況削弱了海鐵聯(lián)運(yùn)模式產(chǎn)生的規(guī)模效益。武漢作為中南部地區(qū)的物流樞紐，可以吸引湖北省、湖南省各地級(jí)市的貨源，但受到地理位置影響，武漢無(wú)法直接通過(guò)鐵路連接港口。雖然可通過(guò)京廣線過(guò)長(zhǎng)沙、株洲后到達(dá)深圳，但是因?yàn)檫@樣的地理布局，導(dǎo)致武漢市無(wú)法吸收長(zhǎng)沙市、株洲市等武漢市以南的京廣線沿線城市貨源，進(jìn)而損失一部分規(guī)模效益。華北地區(qū)和長(zhǎng)江中下游地區(qū)與之相同，都是受到鐵路線路空間布局的影響，使得樞紐城市無(wú)法最大化地吸收周圍節(jié)點(diǎn)城市的貨源，導(dǎo)致貨物運(yùn)輸?shù)囊?guī)模經(jīng)濟(jì)效益大打折扣。在尚沒(méi)有新鐵路建設(shè)規(guī)劃的前提下，只能在每個(gè)城市群中尋找到最適合的樞紐城市，以減少規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益的損失。

另外，研究發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)與西南地區(qū)在發(fā)展海鐵聯(lián)運(yùn)方面具有較大優(yōu)勢(shì)。西北地區(qū)的城市群內(nèi)部聯(lián)系較為緊密，樞紐城市西安可很好地匯集各西北城市的貨源。同時(shí)由于西北地區(qū)的城市距海岸較遠(yuǎn)，而在長(zhǎng)距離運(yùn)輸上鐵路的單位運(yùn)輸成本更低，可從運(yùn)輸距離上獲得規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)省一部分運(yùn)輸成本。由于隴海鐵路的存在，使得西安市雖身居內(nèi)陸地區(qū)，但擁有較為順暢的出海通道，可以很方便地將貨物運(yùn)送至連云港后出海，因此西北地區(qū)是最適合海鐵聯(lián)運(yùn)模式的地區(qū)之一。同樣的，西南地區(qū)除南寧市與北部灣港區(qū)距離過(guò)近之外，其余城市到港口的距離都較遠(yuǎn)，鐵路的單位運(yùn)輸成本低于公路運(yùn)輸，可從運(yùn)輸距離上有效發(fā)揮規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。

3.2.2 海鐵聯(lián)運(yùn)模式下碳排放量分析

本文針對(duì)海鐵聯(lián)運(yùn)模式下減少碳排放的能力進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)《交通運(yùn)輸業(yè)碳排放比較研究》文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)，鐵路運(yùn)輸單位周轉(zhuǎn)貨物的碳排放量為0.007 7kg/t ?km，柴油貨車單位周轉(zhuǎn)貨物的碳排放量為0.155 3kg/t ?km。本文以鄭州—青島鐵路運(yùn)輸線路為例，計(jì)算得到不同鐵路運(yùn)輸占比情況下的運(yùn)輸成本與碳排放量變化如圖6 所示。

Fig.6 Changes in transportation costs and carbon emissions under different railway transportation proportions圖6 不同鐵路運(yùn)輸占比情況下運(yùn)輸成本與碳排放量變化

由圖6 可知，在貨物運(yùn)輸總量不變的前提下，增加鐵路運(yùn)輸比例可在一定程度上減少碳排放，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。本文結(jié)合減少的碳排放量和規(guī)模經(jīng)濟(jì)下的成本節(jié)約收益后得出結(jié)論，在總貨運(yùn)量不變的前提下，當(dāng)鐵路貨運(yùn)量占比達(dá)到50%之后，僅在鐵路運(yùn)費(fèi)方面即可節(jié)省5.94 萬(wàn)元，同時(shí)可減少碳排放308 000kg。

接下來(lái)對(duì)建立海鐵聯(lián)運(yùn)體系前后整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的碳排放情況進(jìn)行對(duì)比，本文將2018 年全年各節(jié)點(diǎn)城市鐵路貨運(yùn)量與公路貨運(yùn)量作為基礎(chǔ)數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)每年各節(jié)點(diǎn)城市有10%的貨物會(huì)通過(guò)本文設(shè)計(jì)的海鐵聯(lián)運(yùn)通道運(yùn)往港口，根據(jù)常規(guī)情況下與使用海鐵聯(lián)運(yùn)通道情況下不同的碳排放總量對(duì)比（見(jiàn)表6），表明海鐵聯(lián)運(yùn)模式可以有效降低碳排放量。

Table 6 Comparison of total carbon emissions表6 碳排放總量對(duì)比

3.2.3 海鐵聯(lián)運(yùn)模式下抵御突發(fā)事件影響能力分析

由于公路運(yùn)輸容易受到道路擁堵、道路管制等突發(fā)事件影響，從而造成一定程度上的經(jīng)濟(jì)損失，而海鐵聯(lián)運(yùn)模式相比公路運(yùn)輸模式具有較強(qiáng)的抵御突發(fā)事件的能力。如疫情期間，柳州市通過(guò)鐵路將由于公路管制而無(wú)法運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械設(shè)備運(yùn)往哈薩克斯坦。同樣的，連云港港口鐵路完成運(yùn)輸量349.9 萬(wàn)t，同比增加了61.1 萬(wàn)t，增幅為21.2%；浙江海鐵聯(lián)運(yùn)通道累計(jì)發(fā)送貨物13.906 萬(wàn)標(biāo)箱，達(dá)到116.7萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)8.9%。而反觀公路運(yùn)輸則受到了疫情較大沖擊，如2020 年春節(jié)期間，全國(guó)貨車在線率為20%左右，僅為2019 年同期的三分之一，其中進(jìn)入湖北省的貨車數(shù)量占全國(guó)貨車數(shù)量的比率從2019 年的0.5%左右下降至不到0.1%，這對(duì)于我國(guó)公路運(yùn)輸業(yè)造成了極大影響。因此，本文建立的可持續(xù)海鐵聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)可有效提升我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)抵御突發(fā)事件的能力。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以建立內(nèi)陸地區(qū)海鐵聯(lián)運(yùn)物流網(wǎng)絡(luò)框架為例，采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中心度理論對(duì)節(jié)點(diǎn)城市的物流連通性作出評(píng)價(jià)，通過(guò)CONCOR 分析法對(duì)全部?jī)?nèi)陸節(jié)點(diǎn)城市進(jìn)行區(qū)域劃分，選擇出每個(gè)區(qū)域連通性得分最高的節(jié)點(diǎn)城市作為樞紐城市。最后利用引力模型建立內(nèi)陸地區(qū)子群與港口之間的關(guān)系，從而建立起以西安市、武漢市、南寧市、南昌市、鄭州市、太原市和沈陽(yáng)市為樞紐的海鐵聯(lián)運(yùn)物流網(wǎng)絡(luò)框架，以引導(dǎo)內(nèi)陸貨流優(yōu)先考慮框架指引的物流路線，實(shí)現(xiàn)內(nèi)陸地區(qū)進(jìn)出口貨物物流運(yùn)輸在經(jīng)濟(jì)與環(huán)境方面的綜合效益。

通過(guò)研究得出以下結(jié)論：

（1）發(fā)展海鐵聯(lián)運(yùn)可有效促進(jìn)我國(guó)鐵路運(yùn)輸業(yè)形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。鐵路運(yùn)輸業(yè)在運(yùn)輸規(guī)模和運(yùn)輸距離上都存在規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，即當(dāng)運(yùn)輸距離越遠(yuǎn)、貨運(yùn)量越大時(shí)，其單位運(yùn)輸成本越低。因此，對(duì)于距離較近的城市而言，提升貨物規(guī)模是發(fā)展海鐵聯(lián)運(yùn)的唯一手段。例如東北地區(qū)、山東和河南地區(qū)由于受到運(yùn)輸距離的限制，必須通過(guò)提升貨物規(guī)模以獲得超過(guò)公路運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益；長(zhǎng)江中下游地區(qū)、華北地區(qū)和中南部地區(qū)的城市群盡管存在距離上的優(yōu)勢(shì)，但由于鐵路線路建設(shè)以及港口與樞紐城市間的位置關(guān)系等因素，無(wú)法將規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益最大化，因此只能通過(guò)選擇最有價(jià)值的樞紐城市來(lái)減少規(guī)模效益的損耗；西北地區(qū)和西南地區(qū)非常適合發(fā)展海鐵聯(lián)運(yùn)項(xiàng)目，只要國(guó)家給予一定的政策支持，即可形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，從而推動(dòng)海鐵聯(lián)運(yùn)的發(fā)展。

（2）發(fā)展海鐵聯(lián)運(yùn)可有效降低交通運(yùn)輸業(yè)的碳排放量。通過(guò)實(shí)例分析發(fā)現(xiàn)，在總貨運(yùn)量不變的前提下，增加鐵路貨運(yùn)量占比可有效降低碳排放量，而且利用本文構(gòu)建的海鐵聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運(yùn)輸，一年可減少7 800 000kg 的碳排放量。因此，建立海鐵聯(lián)運(yùn)物流網(wǎng)絡(luò)可達(dá)到保護(hù)環(huán)境、推動(dòng)我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目的。

（3）通過(guò)觀察，在疫情期間多地海鐵聯(lián)運(yùn)的貨運(yùn)量都有所增加，而公路運(yùn)輸受到較大沖擊，導(dǎo)致運(yùn)輸能力下降，因此海鐵聯(lián)運(yùn)模式具有較強(qiáng)的抵御突發(fā)事件干擾的能力。

最后本文在城市的分區(qū)中采用基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的CON?COR 算法，但基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的分區(qū)只考慮了節(jié)點(diǎn)間的連接關(guān)系，而未考慮節(jié)點(diǎn)間的距離，因此會(huì)出現(xiàn)將在空間地理位置上相距很遠(yuǎn)的城市分到同一類的情況出現(xiàn)，這也是本文的局限所在。在未來(lái)的研究中，可在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論基礎(chǔ)上加入節(jié)點(diǎn)間距離產(chǎn)生的影響，以完善對(duì)海鐵聯(lián)運(yùn)物流網(wǎng)絡(luò)的研究。