西南地區面向東南亞國際貿易的物流通道選擇

付文靜，郎茂祥

(北京交通大學 交通運輸學院，北京 100044)

我國制造企業不斷加速融入全球供應鏈體系的構建中，對跨國運輸中物流通道的暢聯穩定需求日益增加。2020年東盟地區歷史性地成為我國第一大貿易伙伴，其中越南成為我國在東盟的第一大貿易伙伴，我國與越南的跨國運輸通道暢通保障需求日益顯現。通過推進西部陸海新通道建設，有助于為西南地區內陸城市與東南亞國際貿易提供更多的物流通道選擇方案。國際物流通道選擇影響因素大多與貨物的運輸時效、完好程度和關稅政策等因素相關，且不同貨物的要求不同，如高附加值貨物對運輸時效、費用、通關順暢、時間窗限制等要求較敏感[1]。

目前對通道選擇的相關研究，研究對象以大件貨物、特種貨物為主，研究方法以層次分析法、協調分析法、模糊評價法、博弈模型等評價類方法與0-1整數規劃為主，影響因素多考慮運輸角度，缺少國際貿易中通關因素、制造企業對運輸時間要求限制以及貨運企業服務水平等因素的相關分析。

喬國會等[2]針對大件貨物，考慮運輸費用、行駛時間和作業時間、貨物安全性等因素，構建大件貨物運輸線路模型及指標評價體系，采用模糊評價法得到最優線路方案。李維東等[3]分析貨物運輸的影響因素，建立選擇指標評價體系，基于主成分分析法改進層次分析法構建評價模型，為運輸方案決策提供依據。馮銳[4]以汽車配件作為分析對象，基于主成分分析法引入貨物匹配度并量化通道的服務能力，構建國際物流服務通道評價與選擇的SE-DEA(super efficiency-data envelopment analysis)模型，分析不同決策偏好下的最佳通道選擇。張欣[5]將貨物按照集裝箱的單位，并在運輸網絡中考慮集裝箱的運輸組織和決策，求得優化方案。李浩[6]根據貨物的物流特性，構建了0-1混合整數規劃模型，實現運輸路徑與運輸方式的選擇。Bian等[7]考慮國際物流通道的行程時間和建設成本，提出物流走廊選擇模型，并開發Dijkstra和第i條最短路徑算法的組合算法進行求解。高永宏[8]定義鐵路運輸通道及其組成要素，并從時間、距離與鐵路線定位分析西北至西南地區三條鐵路運輸通道，為鐵路運輸通道范疇提供參考。萬良[9]在分析公、鐵、水、航等多種運輸方式的優缺點后提出國際貿易中聯運方式選擇的主要影響因素。賈嘉等[10]從國際貿易角度分析青島至中東歐的海運、鐵路運輸和航空運輸等通道的優勢。張世銘等[11]運用結構方程模型分析影響中歐貿易運輸通道選擇的因素作用，為本文選擇國際貿易的主要影響因素提供了參考。唐易玲[12]指出通道是指連接貨源地與目的地、承擔大量運輸任務、具有一條以上的交通運輸線路、由不同運輸方式的運輸線路相互補充提供運輸服務，且構成因素還應包含樞紐及相應的配套設施，為本文國際物流通道的定義提供了界定范圍，對通道服務水平的影響因素提供了思路。

本文以高附加值貨物的集裝箱運輸為研究對象，充分考慮貨運時間、貨運費用、通關影響以及貨運服務水平等影響因素，在軟時間窗限制的情況下建立通道選擇模型，量化處理通道的貨運服務水平，以現有及在建的運輸路徑構建運輸網絡，求解滿足貨運費用和時間最小化的物流通道選擇方案，以期為西南地區國際物流通道選擇提供參考。

1 問題描述及模型建立

1.1 問題描述

一是時間窗要求方面。伴隨西部陸海新通道開通，西南地區對東南亞國際貿易的物流通道方案選擇逐步增加，鐵路的班列開行帶有軟時間窗要求，即早到與晚到可以通過支付一定存儲費用等待下一班次開行；考慮制造企業對高附加值原材料多帶有總時間窗的規定，其早到與晚到均會影響制造企業的生產計劃準時進行，貨物未在總時間窗內抵達企業，盡管可以通過交付賠償費用解決，但會影響制造企業對此次運輸方案的滿意度。二是通關順暢的影響，在跨國物流通道選擇中，通關時間與是否順暢對整體方案具有一定影響。

本文從貨運企業的角度，考慮貨運時間、貨運費用、通關時間以及貨運服務水平等影響因素，構建時間和費用最小化的多目標混合整數規劃模型，求解并給出整體最優方案。

1.2 問題分析

從貨運企業角度將國際通道劃分為前端集貨階段、中間通關(國際通道運輸)階段、末端運輸階段[13]，分析各階段中的貨運時間與成本，并將貨運服務水平量化為費用，國際運輸的班列發運與貨物交付的總時間窗設定為軟時間窗約束，為確保貨物在全程運輸的正常流動，首先提出如下假設：

(1)服務的同一批貨物從起點至目的地的過程中是不可分割狀態，即貨物不會采用一部分在一趟班列或班船運輸，另一部分在后一趟班列或班船運輸；

(2)整批貨物只發生一次通關，且多式聯運只發生在班列(船)發運城市；

(3)每個節點處最多只存在一個貨運辦理站，此次貨運業務采用國際標準集裝箱，聯運轉變運輸方式無需換箱操作；

(4)工廠提貨及交付所產生的裝卸費用固定，在不同方案中不再重復計算；

(5)對于通道選擇，供應商集貨時間為固定時間，故不再重復增加到計算中。

本文所用參數符號定義如表1所示。

表1 模型的變量與參數定義Table 1 Variables and parameters of the model

1.3 模型建立

結合問題描述構建目標函數，用Z1表示貨運全程的總時間，用Z2表示貨運全程的總費用，貨運服務水平CY的大小主要與貨運全程的總時間有關，量化結果表現為貨運費用，是否通過節點路線的0-1變量xij和是否在i點通關的yi為決策變量，構建多目標模型：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

xijq≤Qij,?i,j∈N

(6)

wi+tijxij+Di+yigi=wj,?i,j∈N

(7)

(8)

(9)

xij,yi∈{0,1}

(10)

其中，式(1)以最小化貨物的運輸時間、通關儲存時間構建目標函數；式(2)以貨物的運輸費用、存儲費用和通關費用以及賠償費用最小化構建目標函數；式(3)表示進入城市節點j的貨物也會從節點j流出，保證線路的連續性；式(4)表示一次行程中從城市節點之間只能選擇一條路徑；式(5)表示從出發地至目的地只需通關一次；式(6)表示所選擇的每條可行路徑上貨運量不能超過該條路徑的最大貨運通行能力，在物理網絡中運輸路徑的可行性主要受時間、成本約束，但實際服務網絡的服務水平還與路徑的貨物通行能力相關，運輸路徑是否可行還需考慮路徑對貨物的運輸能力約束；式(7)表示抵達節點的時間等于貨物抵達上一節點的時間加上貨物的運輸時間以及通關時間，其中通關時間針對i點為通關節點而言；式(8)表示貨運水平主要受貨物最終抵達目的地時間的影響，以貨物提前送達或延遲送達時產生的懲罰費用來反映貨運企業對此次運輸服務的滿意程度，當貨物早于制造企業的時間窗抵達時，即wDvD時，貨運企業需要向制造企業支付懲罰費用為rp(wD-vD)；式(9)表示行程中的班列開行等待時間與貨物抵達時間有關，當貨物抵達發運城市的時間晚于當日班列的時間，則需要等待第二日班列的出發時間，早于班列開行時間需要等待至班列開行；式(10)表示決策變量的取值范圍為0或1。

2 案例分析

2.1 重慶天然橡膠進口路線分析

天然橡膠廣泛應用在汽車輪胎、密封件材料等產品制造中，2019年我國天然橡膠主要進口國家為泰國、印度尼西亞、越南。以越南為例，天然橡膠種植分布在東南部和中部高原地區，同奈省是南部天然橡膠種植基地之一。重慶市發展形成橡膠加工企業集群，是我國“一帶一路”的核心城市，涪柳鐵路作為其南向出海通道正加速建設。天然橡膠在運輸過程中應保持干燥，避免與油類和易燃品、氧化物等接觸，不能與煤、銅和鐵屑等顆粒易被黏附的貨物混裝，載重位置上下一般不放其他貨物[14]。

因此，本文以越南同奈為起點，重慶為終點，選擇集裝箱運輸天然橡膠為分析對象。綜合考慮運輸方式和運輸線路，選擇胡志明港、海防港及河內作為國際運輸的發運城市，將廈門、上海、廣州及南寧作為通關城市[15]，整體方案根據是否通關劃分為國外和國內兩個階段，如圖1所示。

圖1 貨物國際貿易運輸階段圖Fig.1 Stages of the transportation of goods in international trade

國外段貨物的主要活動是前端集貨和中間通關。前端集貨階段，貨物從同奈省出發，根據越南鐵路干線從北至南連接胡志明市與河內、海防和公路網建設現狀，抵達河內和海防的運輸方式為兩種：一是全程公路運輸；二是先公路運輸至胡志明市后轉鐵路運輸。中間通關階段(國際通道運輸階段)是指貨物運輸從發運城市抵達通關城市接受進口查驗等操作流程，除河內至南寧是搭載中越班列至南寧國際鐵路港，其余均為港口間的國際班船。國內段貨物的主要活動是從通關城市采用鐵路運輸至重慶，其中重慶為擴大南向出海通道，加快建設涪柳鐵路至柳州，本文將其作為未來路徑與現有運輸路徑一起進行比較分析。

綜上所述，繪制從同奈至重慶的實際線路走向示意圖如圖2所示。其中，國內鐵路網以城市間干線鐵路里程和走向為主，當沒有干線鐵路連接時選擇城市間多條鐵路線路中較短的路徑。

圖2 重慶天然橡膠進口路線示意圖Fig.2 Schematic of the import route for natural rubber in Chongqing

2.2 重慶天然橡膠進口路徑數據分析

案例假設制造企業設定的交付周期為7～9 d，天然橡膠供應商周一上午12:00完成備貨開始從同奈出發，本批天然橡膠報價18 366元/t，進口貨量為20 t，全程運載單元為一個符合國際標準的40英尺集裝箱。對制造企業而言，貨物早于總時間窗抵達需要倉庫存儲時，貨運企業需要向制造企業支付的存儲費用=貨值×存儲時間×存儲費率rh(rh=3.04×10-4元/h)，晚于訂單總時間窗抵達時，貨運企業需要向制造企業支付的懲罰費用=貨值×懲罰費率rp(rp=1.5×10-3元/h)[13]。

前端集貨階段，公路運輸里程與時間選擇百度地圖中較快速的方案數據，對運輸時間超出一天的情況增加司機的作息時間；鐵路運輸里程以鐵路線里程為主，運輸時間為鐵路時刻表查詢結果與貨運站作業時間之和。集裝箱的計價規則為使用費用與運輸費用之和，其中，鐵路集裝箱基價為440元/箱，運輸費用為3.185元/(箱·km)，公路集裝箱基價為100元/箱，運輸費用為9.864元/(箱·km)(運距高于600 km)。

中間通關階段(國際通道運輸階段)，國際海運的運輸時間與運輸費用以相關網站的報價較低值為主，考慮到班船多為提前訂艙且國際貨物在港口的免費堆存期，本文假設不再考慮貨物在班船發運地的等待費用與時間，中越班列運輸時間包括在憑祥的換車時間[16]，開行班次固定為每天一班，開行時刻為10:00-16:00。進口城市南寧、廣州、廈門、上海的進口通關時間依次為6 h、13 h、35 h及51 h。報關費用而言，天然橡膠受資源保護政策，其進口稅費包括20%的進口關稅與13%的增值稅兩種，報關費用約12萬元。

因此，國外段的運輸時間、運輸距離與運輸費用如表2所示。

表2 不同運輸方式的基礎數據Table 2 Basic information of different modes of transport

國內末端運輸階段，根據圖2國內鐵路網節點間鐵路運營情況，查詢節點間相關運輸里程如表3所示，其中，規劃建設的涪柳鐵路運輸里程采用規劃數據。運輸費用與時間在求解最短路之后按照鐵路集裝箱計價規則和鐵路時刻表計算。

表3 國內鐵路里程表Table 3 Distances traveled by domestic railways

2.3 重慶天然橡膠路徑求解與結果分析

2.3.1 路徑求解

對運輸方案的求解根據貨物國際貿易運輸階段分為兩步。

第一步計算國內末端運輸階段，運輸時長和費用與鐵路里程呈線性關系，且通關城市至目的地的最短線路不受國外段影響，因此，基于Matlab采用改進的Dijkstra算法，以節點城市作為網絡圖節點，實際線路為連通路徑，鐵路里程為權重繪制有向圖G，如圖3所示，求解重慶至四個通關城市的最短路徑。其中，由于涪柳鐵路尚未建成通車，刪除對應路徑并進行二次求解。

圖3 國內末端運輸階段鐵路網絡圖Fig.3 Railway network map of the domestic transportend stage

根據求解最短路徑，按照鐵路集裝箱計價規則計算運輸費用，查詢鐵路時刻表計算運輸時間，整理兩次求解結果如表4所示。

表4 最短路線方案的計算結果Table 4 Calculation results of the shortest route scheme

第二步，選擇動態規劃算法(dynamic programming，DP)分別以運輸時間、運輸費用最小化為目標計算不同路徑的時間和費用，其中，時間最小化計算時，增加記錄抵達河內的時刻來判斷是否產生班列開行的等待時間條件。費用最小化計算時，增加判斷班列開行是否等待條件，并根據等待時間計算存儲費用，增加貨物運輸總時間抵達目的地是否在時間窗內的判斷條件，并根據早到或晚到的時間計算對應費率的懲罰費用。限于篇幅，本文將方案計算結果作為論文支撐材料上傳至OSID開放科學數據與內容。

2.3.2 求解結果分析

根據求解結果，以運輸時間和費用最小化為目標的多目標非劣解如表5所示，其中由于涪柳鐵路尚未通車運營，運輸時間最小化包含兩種方案，對比方案1、2和3，國際通道中鐵路運輸的時間優勢遠高于海運。對于高附加值貨物，海運的運輸價格優勢并不突出，方案3相較于方案1和2的運輸費用分別降低5 373元和6 290元，占總費用的4.2%和4.9%，但運輸時間分別延長104 h和86 h，占總時間的52%和43%，因此，海運的價格優勢需要付出較高的時間成本。下面從運輸時間和運輸費用兩方面進行結果分析。

表5 物流通道方案的最優結果Table 5 Optimal results of logistic channel scheme calculation

一是運輸時間方面，分析方案1與2，同樣條件下鐵路線停靠站點越少其運輸時間的優勢越大，未來涪柳鐵路建成通車后，貨運時間與費用相較于現狀有望再降低。二是運輸費用方面，最優結果方案3的總費用為127 494元，其中通關費用達到120 000元，對高附加值貨物，其運輸費用的優勢對總體費用影響較小。

不同于物理網絡，實際服務網絡中物流通道的服務水平需要考慮貨物通行的能力約束。案例中南寧海關2020年進口通關整體時間全國第一，中越班列以南寧國際鐵路港作為起點，其進出口作業能力與通關時間對中越班列的暢行和國內末端轉運的影響較高，當其通關能力緊張時，對國際運輸方案有較大影響。因此，本文假設南寧通關能力為現在的50%和25%時，以運輸時間最小化為目標求解出最優方案如表6所示，中越班列仍在國際運輸上有較高的優勢。

表6 通關能力限制時時間最優方案Table 6 Shortest time scheme calculated when the clearance capacity is limited

3 結論

結合計算結果分析西南地區面向東南亞的國際物流通道建設，可以得到以下結論：

(1)國際貿易通道選擇中，從主產地集貨至班列(船)開行城市的集貨時間對貨運總時間影響較小，國際干線運輸對國際貿易整體方案影響較大，我國重要沿邊城市應加強國際物流通道基礎建設，以提高國際貿易的整體時效性。參考OSID中附件材料，分析案例中相同運輸方案可知，同奈至胡志明港的集貨時間遠小于同奈至海防港，但二者總時間相差較少，如方案7對比方案10和13，集貨階段方案7運輸時間分別提早27.5 h和31.3 h，但總時間僅分別提早3.5 h和7.3 h。

(2)盡管中越班列需要在廣西憑祥換軌對標兩國鐵路標準，但國際鐵路運輸仍有較大優勢，參考OSID中附件材料可知，案例里中越班列運輸時間遠遠優于海運及鐵海聯運。因此，廣西、云南等沿邊地區應加快對越南、老撾的國際物流通道建設，縮短鐵路中轉換乘與轉關時間，減少因換軌出現的貨損貨差，保證貨物完好性，提高客戶滿意度。

(3)西南地區內陸城市應逐步構建與重要沿邊地區間的物流通道網絡體系，推進出口通道建設。案例中涪柳鐵路的貨運時間要優于現有節點較多的柳州至重慶線路，因此對重要節點城市的直達鐵路網應加快建設。