基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式研究

劉 偉 榮，真 虹

（1.上海海事大學(xué)交通運輸學(xué)院，上海市 201306；2.上海海事大學(xué)上海國際航運研究中心，上海市 200082）

一、引言

在集裝箱運輸中，集裝箱內(nèi)陸運輸成本占總運輸成本的40%～80%[1]，通過集裝箱的共享，促使集裝箱在各運輸主體之間共享循環(huán)，可有效減少集裝箱運輸成本。胡赫（Huch）在其博士論文中提出集裝箱運輸參與者應(yīng)該將集裝箱放到一起統(tǒng)一管理和使用，以便更好地協(xié)調(diào)不同主體以及更好地發(fā)揮集裝箱的規(guī)模經(jīng)濟效益[2]。沃達尼和洛茨（Vojdani&Lootz）使用計算機仿真技術(shù)，分析集裝箱的優(yōu)勢，指出如果能形成集裝箱的共享，集裝箱的總體數(shù)量就可以大幅減少[2]。塞巴斯蒂安（Sterzik S）等[3]通過對集裝箱運輸陸運段的分析，認為拖車公司間共享集裝箱可以大幅度縮減成本，尤其是對集裝箱管理成本降低的影響更為顯著。劉大成[4]提出，當(dāng)共享集裝箱形成規(guī)模之后，其規(guī)?；障浼Y(jié)點建設(shè)與運營、還箱點的智慧布局、空箱智慧調(diào)配、集裝箱維修保養(yǎng)、逾期費用結(jié)算等運行成本將存在30%至50%的壓縮空間。

在實際運作中，集裝箱共享包括集裝箱存量共享與集裝箱增量共享兩種模式，但共享集裝箱的發(fā)展仍受到諸多限制和挑戰(zhàn)。其主要原因有：第一，信息技術(shù)瓶頸。集裝箱全球雙向智能定位的技術(shù)遠未實現(xiàn)，對遠洋運輸?shù)募b箱，共享后無法實現(xiàn)很好的跟蹤和管理。第二，商業(yè)模式的局限，不能做到“箱船分離”，集裝箱一直被視為船舶在陸地上的延伸服務(wù)，難以分離[5]。第三，資金投入大。建立集裝箱管理平臺、增加共享箱均需要大量的資金投入。

區(qū)塊鏈?zhǔn)潜忍貛诺牡讓蛹夹g(shù)，被廣泛認為對社會生產(chǎn)和經(jīng)濟具有“顛覆”影響。隨著研究的不斷深入，區(qū)塊鏈實現(xiàn)了從信息互聯(lián)到價值互聯(lián)的升級，其去中心化、透明化、合約執(zhí)行自動化、可追溯性的四個特點[6]，為傳統(tǒng)商業(yè)模式帶來了新的發(fā)展思路。吉爾伯特（Gilbert Fridgen）[7]認為，區(qū)塊鏈的優(yōu)勢在于它打破了既定的商業(yè)模式，可以觸發(fā)新的商業(yè)流程。而且，區(qū)塊鏈影響的不僅僅是流程，還影響組織結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致參與者之間任務(wù)分配模式的變化。新的角色和管理構(gòu)架的改變將通過模式重構(gòu)的方式為新價值鏈催生新的商業(yè)模式。趙建良等[8]在總結(jié)區(qū)塊鏈研究現(xiàn)狀后認為，區(qū)塊鏈?zhǔn)贡忍貛懦蔀樽畛晒Φ臄?shù)字貨幣，但其應(yīng)用不僅是在數(shù)字貨幣領(lǐng)域，區(qū)塊鏈將在商業(yè)領(lǐng)域中引發(fā)商業(yè)模式創(chuàng)新。簡·門德林和英格·韋伯（Jan Mendling&Ingo Weber）等[9]利用區(qū)塊鏈去中心化的原理，結(jié)合商業(yè)流程管理（BPM）相關(guān)理論，重新構(gòu)建了一種無中心機構(gòu)的跨組織間的商業(yè)流程。簡（Jane Sepp?l?）[10]分析了區(qū)塊鏈去信任化的原理，論述了區(qū)塊鏈改變商業(yè)模式的方式，特別分析了該模式下“信任”的變化，認為節(jié)點間信任的改變必將導(dǎo)致商業(yè)模式的革命。區(qū)塊鏈既是一項技術(shù)，也是商業(yè)模式創(chuàng)新。從商業(yè)模式創(chuàng)新的角度看，區(qū)塊鏈將使傳統(tǒng)商業(yè)模式發(fā)生重大變化。

區(qū)塊鏈在集裝箱共享方面也能發(fā)揮其獨特的優(yōu)勢。結(jié)合區(qū)塊鏈的特點，可構(gòu)建基于區(qū)塊鏈原理的集裝箱共享模式。在區(qū)塊鏈的作用下，共享集裝箱將形成一種沒有中間管理機構(gòu)、用箱標(biāo)準(zhǔn)和費用結(jié)算均由智能合約控制的集裝箱共享模式?；趨^(qū)塊鏈的集裝箱共享模式基本上解決了共享集裝箱存在的問題，而在新模式下，共享集裝箱的特征發(fā)生了變化，集裝箱運輸參與主體的組織方式也發(fā)生了改變。

為分析新構(gòu)建模式對集裝箱運輸系統(tǒng)的影響，本文建立單碼頭的集裝箱運輸系統(tǒng)，對傳統(tǒng)模式和基于區(qū)塊鏈共享集裝箱模式下的集裝箱運輸流程進行對比分析。在新模式下，一是用箱人對集裝箱的選擇范圍擴大。傳統(tǒng)模式中用箱人必須提前先訂艙，再使用航運企業(yè)安排的集裝箱，新模式中的用箱人可在系統(tǒng)堆場的集裝箱、進口流程結(jié)束后準(zhǔn)備送回堆場的集裝箱、在途進口空箱中選取最合適的集裝箱。二是用箱人可在裝箱后再訂艙，貿(mào)易雙方的主動權(quán)增加?；趨^(qū)塊鏈的集裝箱共享模式下，訂艙可以延至裝箱后，便利于靈活選擇船舶航次。

區(qū)塊鏈的引入，形成了一種更高效、更可靠的集裝箱共享模式，不僅能解決過去集裝箱共享中存在的諸多問題，同時也能優(yōu)化集裝箱運輸流程。

二、集裝箱共享模式現(xiàn)狀及區(qū)塊鏈的引入

（一）集裝箱共享模式演變及特點分析

集裝箱本身就具有部分共享屬性，航運企業(yè)可以將集裝箱提供給不同的貨主使用。但為了方便集裝箱的管理，航運企業(yè)需要指定集裝箱供貨主使用，并且提供貨主使用的集裝箱需要預(yù)定該航運企業(yè)的艙位或與航運企業(yè)有共艙業(yè)務(wù)的船舶艙位。因此，航運企業(yè)的集裝箱實際上只為自己客戶服務(wù)，集裝箱的共享屬性只是一種表象，在各個集裝箱所有人之間集裝箱的流轉(zhuǎn)信息不流通，大量空箱被迫進行無效轉(zhuǎn)移，集裝箱資源不能得到高效利用。

共享集裝箱概念的提出，目的是進一步強調(diào)集裝箱的共享屬性，提高集裝箱整體的利用率和流轉(zhuǎn)效率。對于共享集裝箱的理論研究，早在20世紀60年代就已開始。集裝箱池化（Container Pooling）是最早的集裝箱共享概念，并有學(xué)者對其優(yōu)勢進行了分析。理論上看，共享集裝箱可減少集裝箱的運輸成本，大幅提升整個集裝箱運輸系統(tǒng)的效率，但由于一些技術(shù)原因和商業(yè)模式的限制，這一概念并未引起重視，直至1995年達瑪斯再次強調(diào)了集裝箱池對節(jié)省費用的明顯效果。在實踐中，受到技術(shù)條件限制，1990年以后才陸續(xù)出現(xiàn)集裝箱共享的案例。

實踐中，曾經(jīng)出現(xiàn)過的集裝箱共享模式包括集裝箱存量共享和集裝箱增量共享兩類。

集裝箱存量共享是指在航運聯(lián)盟內(nèi)，各航運企業(yè)將閑置的集裝箱資源共享，形成共享集裝箱池，供聯(lián)盟成員共享使用（參見圖1）。2002年鹿特丹港的“集裝箱共享”（Boxsharing）是典型的集裝箱存量共享模式，當(dāng)時幾家小型航運企業(yè)成立了一個聯(lián)盟，建立集裝箱共享的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，但由于技術(shù)的限制，2005年底該系統(tǒng)中的共享空箱僅為300個，該共享集裝箱模式于2009年停止運行。

集裝箱增量共享是指外部資本注入集裝箱運輸市場，提供大量集裝箱供各參與主體使用（參見圖2）。1990年初出現(xiàn)的灰箱（Grey Boxing）是這種模式的代表，灰箱不屬于任何航運企業(yè)，沒有標(biāo)識，呈灰色。1990年初，由幾家航運企業(yè)組成的財團試圖將灰箱運行起來，預(yù)計投入10萬個灰箱到航運市場中，然而該財團在1994年解散，灰箱未能繼續(xù)實施。據(jù)后期實驗分析，灰箱能為整個集裝箱運輸系統(tǒng)節(jié)省大量成本。

（二）集裝箱共享模式的優(yōu)劣分析

雖然兩種集裝箱共享模式都有一定的可取之處，但各自在運作中又存在一些缺陷，使之無法廣泛應(yīng)用。

1.集裝箱存量共享模式的優(yōu)勢和劣勢

圖1 集裝箱存量共享

圖2 集裝箱增量共享

（1）主要優(yōu)勢：1）能盤活聯(lián)盟成員內(nèi)閑置的集裝箱資源。聯(lián)盟成員將集裝箱資源共享，形成聯(lián)盟內(nèi)的共享集裝箱池，聯(lián)盟成員可以將閑置的集裝箱資源利用起來，為聯(lián)盟內(nèi)企業(yè)創(chuàng)造價值。2）聯(lián)盟內(nèi)集裝箱流轉(zhuǎn)效率提升。聯(lián)盟成員通過集裝箱共享，形成集裝箱資源互補，可為客戶及時提供可用的集裝箱，從而加速共享集裝箱池中集裝箱的流轉(zhuǎn)。3）航運企業(yè)集裝箱管理工作可轉(zhuǎn)移至中間機構(gòu)。航運企業(yè)集裝箱管理部門的部分管理工作，如集裝箱發(fā)放、空箱調(diào)運，可由第三方集裝箱管理機構(gòu)完成，減少航運企業(yè)集裝箱管理工作量。4）與聯(lián)盟外成員相比形成一定競爭優(yōu)勢。聯(lián)盟內(nèi)成員間的集裝箱資源互補，可用箱量增加，可以減少集裝箱用箱費用，對聯(lián)盟外成員形成競爭壓力。

（2）主要劣勢：1）共享范圍有限。存量共享模式一般由幾家聯(lián)盟的航運企業(yè)共同運作，所共享的集裝箱僅供聯(lián)盟內(nèi)成員的客戶使用，共享集裝箱也只能預(yù)定聯(lián)盟成員船舶的艙位。2）需成立第三方集裝箱管理公司管理共享集裝箱。聯(lián)盟成員共同成立第三方的集裝箱管理公司，負責(zé)數(shù)據(jù)維護和集裝箱日常管理，確保用箱人信息安全，形成共享集裝箱的數(shù)據(jù)中心和結(jié)算中心。第三方集裝箱管理公司的存在，在溝通效率上會受到影響，而且增加運作成本。3）對集裝箱運輸?shù)恼w效率提升不顯著。存量共享模式限制了用箱范圍，只對聯(lián)盟內(nèi)發(fā)生業(yè)務(wù)的集裝箱流轉(zhuǎn)帶來便利，但對整個集裝箱運輸大系統(tǒng)來說作用并不大。4）退出機制不靈活。在該模式下，一方的退出會對多方的運輸業(yè)務(wù)造成影響，因而往往會對退出設(shè)置各種障礙。

2.集裝箱增量共享模式的優(yōu)勢和劣勢

（1）主要優(yōu)勢：1）集裝箱可在大范圍內(nèi)共享，能為用箱人提供更大的便利。在該模式中，符合用箱條件的參與者都可以用箱，用箱人選擇承運人的范圍也比較廣，用箱人能享受的便利增加。2）大量集裝箱的投入會使用箱費用減少。大量集裝箱的投入意味著集裝箱資源的相對過剩，從而導(dǎo)致集裝箱使用費的降低。

（2）主要劣勢：1）需要大量的資金投入。集裝箱修造費用高，需要大量的資金投入，見效慢，投資回收周期長，投資人對這類投資多持較謹慎的態(tài)度。2）大量的集裝箱投入與航運企業(yè)形成競爭，對市場產(chǎn)生沖擊，航運企業(yè)等集裝箱所有人會對大批量空箱投入產(chǎn)生抵觸情緒。3）集裝箱市場低迷時易造成大量資源浪費。在不缺乏集裝箱資源的情況下，航運企業(yè)將先保障承運人集裝箱（COC箱）的流轉(zhuǎn)，而投入使用的共享箱則會被閑置，造成集裝箱資源浪費。

（三）區(qū)塊鏈的引入

區(qū)塊鏈?zhǔn)潜忍貛藕推渌用茇泿诺牡讓蛹夹g(shù)，能產(chǎn)生加蓋時間戳交易記錄的證明清單，是一種分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)[11]。區(qū)塊鏈的強大之處在于可以與網(wǎng)絡(luò)上任何人進行交易而不需要信任對方，這使其能夠使點對點網(wǎng)絡(luò)（Peer-to-Peer Network）、共識機制、密碼學(xué)、市場機制結(jié)合起來。通過工作量證明（PoW）或權(quán)益證明（PoS）機制，使網(wǎng)絡(luò)上每一個節(jié)點都有一份完整的區(qū)塊鏈，從而達到全網(wǎng)絡(luò)的共識。

從技術(shù)角度理解，袁勇、王飛躍[12]認為，區(qū)塊鏈的基礎(chǔ)模型由數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵層、合約層和應(yīng)用層組成（參見表1）。從商業(yè)應(yīng)用的角度看，對區(qū)塊鏈的理解可集中于兩個方面：分布式賬本和智能合約。分布式賬本是一個獨特的數(shù)據(jù)庫，所記錄的賬本不會被篡改，而且永遠不會丟失，不需要由中心節(jié)點進行操作便可實現(xiàn)價值交換。智能合約是交易雙方互相聯(lián)系的工具，可將相關(guān)規(guī)則編寫入?yún)^(qū)塊鏈中，約束交易雙方的行為。

從本質(zhì)上說，共享應(yīng)將真正閑置、冗余的資源通過點對點的方式，讓每個參與者按照適合的方式合理付出和獲益。而區(qū)塊鏈技術(shù)提倡的是弱控制、去中心化、自治機制、不可篡改和耦合連接，它與共享經(jīng)濟的本質(zhì)形態(tài)是相輔相成、高度吻合的。在目前學(xué)術(shù)領(lǐng)域中，基于區(qū)塊鏈的共享模式研究主要集中在數(shù)據(jù)共享，如電子照片共享、醫(yī)療數(shù)據(jù)共享以及金融共享；在商業(yè)領(lǐng)域里，豐田汽車公司與麻省理工學(xué)院（MIT）已開始研發(fā)基于區(qū)塊鏈的無人駕駛共享汽車，Share＆Charge平臺力爭將區(qū)塊鏈融入能源共享項目。

區(qū)塊鏈實現(xiàn)了從信息互聯(lián)到價值互聯(lián)的轉(zhuǎn)變，基于區(qū)塊鏈的共享模式不僅僅局限于數(shù)據(jù)、信息的共享，還具有重塑商業(yè)活動的巨大潛力。對集裝箱運輸來說，區(qū)塊鏈可以使集裝箱實現(xiàn)在不同運輸主體之間的共享。主要原因為：

1.區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，不存在中心化數(shù)據(jù)庫，每個節(jié)點都保存了區(qū)塊鏈的全部信息，權(quán)利和義務(wù)對等。在集裝箱運輸中，集裝箱所有權(quán)屬于不同的承運人和貨主，要實現(xiàn)共享，必須保證各種集裝箱的屬性一致。在區(qū)塊鏈中，匿名、點對點的形式讓參與者平等地實現(xiàn)對集裝箱的共享。

2.區(qū)塊鏈去中心化的特點，能使集裝箱共享形成P2P的共享模式，消除中間平臺環(huán)節(jié)，節(jié)省由中間平臺運作產(chǎn)生的額外費用，同時共享模式突破存量共享與增量共享的限制，資金投入壓力小，管理方便。

3.區(qū)塊鏈和集裝箱流轉(zhuǎn)都具有智能化、合約化的特征。區(qū)塊鏈智能合約控制整個運輸流程，規(guī)定合約中每一方需要履行的義務(wù)及合約執(zhí)行的判定條件，使集裝箱流轉(zhuǎn)的權(quán)責(zé)明確、費用結(jié)算安全可靠，而且可以使集裝箱的結(jié)算等自動執(zhí)行。

4.區(qū)塊鏈的可追溯性，有利于共享集裝箱的追蹤和管理。區(qū)塊鏈中的每一筆交易記錄均綁定了交易者信息，傳遞路徑能夠被完整記錄且不可被摧毀或篡改，共享集裝箱的每次流轉(zhuǎn)都被記錄且不可篡改，可以準(zhǔn)確判斷共享集裝箱所處狀態(tài)和環(huán)節(jié)，能有效對共享集裝箱進行管理。

三、基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式構(gòu)建

基于區(qū)塊鏈原理的集裝箱共享模式，是指應(yīng)用區(qū)塊鏈理念，在集裝箱所有人與用箱人之間形成點對點的聯(lián)結(jié)方式。對基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式的研究包括三方面的內(nèi)容：框架結(jié)構(gòu)、智能合約、數(shù)據(jù)訪問與控制。在構(gòu)建該模式的框架結(jié)構(gòu)后，將用箱條件、支付規(guī)則等條款寫入?yún)^(qū)塊鏈智能合約層，以便在沒有第三方監(jiān)督的情況下，保障用箱人和集裝箱所有人的利益。由于集裝箱運輸中涉及商業(yè)機密，不同參與者的權(quán)限設(shè)置有別，因此應(yīng)對不同類型的客戶端就數(shù)據(jù)的訪問和控制進行限定。

（一）基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式結(jié)構(gòu)

區(qū)塊鏈的本質(zhì)是一種能使陌生參與方產(chǎn)生信任的互信機制，其核心功能是不依靠中心或者第三方機構(gòu)，保障數(shù)據(jù)的真實可靠，降低業(yè)務(wù)開展所需的信任成本[13]。區(qū)塊鏈的技術(shù)特征能解決過去在共享集裝箱研究中存在的一些關(guān)鍵問題，使之成為發(fā)展共享集裝箱的解決方案之一。

在共享集裝箱網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)同組織是提高運行效率的重要保障，以區(qū)塊鏈為底層邏輯的共享集裝箱將形成沒有中間機構(gòu)，集裝箱所有人以點對點（P2P）的形式將共享集裝箱的使用權(quán)交予用箱人，用箱標(biāo)準(zhǔn)和費用結(jié)算均由智能合約控制的集裝箱共享協(xié)同組織模式（參見圖3）。

在該模式中，參與者分為三類。第一類是集裝箱所有人，即提供集裝箱使用權(quán)但不使用集裝箱的參與者，如將集裝箱加入共享

池的租箱公司、航運企業(yè)；第二類是用箱人，指需要在集裝箱共享池中借用集裝箱的參與者，如貨代企業(yè)、貨主企業(yè)；第三類既是集裝箱所有人又是用箱人，如將貨主自有箱（SOC箱）加入共享池的貨主企業(yè)，提供第三方物流服務(wù)（物流部門）的航運企業(yè)。

在基于區(qū)塊鏈原理的集裝箱共享模式中，區(qū)塊鏈構(gòu)建了集裝箱所有人和用箱人相互信任的基礎(chǔ)，共享集裝箱的運作規(guī)則隨之發(fā)生變化（參見圖4），其具體流程為：

1.集裝箱所有者提交用箱協(xié)議（制定智能合約），限定所共享的集裝箱的使用范圍以及約束用箱人的用箱行為，用箱協(xié)議包含通用條款和特殊條款，例如，可制定到冷門港口的用箱附加費等。

2.用箱人根據(jù)用箱需求，通過區(qū)塊鏈系統(tǒng)查詢最優(yōu)可用集裝箱（包括在途空箱、已完成任務(wù)準(zhǔn)備返回堆場的空箱、即將完成任務(wù)的在途重箱、堆場空箱）。

3.用箱人的用箱要求（所裝貨類、目的地等）和預(yù)期費用滿足集裝箱所有人的用箱要求時，便可通過區(qū)塊鏈系統(tǒng)鎖定目標(biāo)集裝箱，賬戶中的用箱費用將被凍結(jié)。

4.當(dāng)用箱條件符合用箱要求時，目標(biāo)箱的使用權(quán)轉(zhuǎn)移給用箱人。

圖3 基于區(qū)塊鏈的共享集裝箱點對點共享模式

圖4 基于區(qū)塊鏈原理的集裝箱共享模式流程

5.用箱人聯(lián)系拖車（包括在途運送空箱的車輛），提用空箱。

6.集裝箱裝貨后，查詢并選取最佳可用船舶，聯(lián)系船公司訂艙。

7.用箱人裝貨后，安排并完成集裝箱運輸。完成運輸后，去除用箱人的集裝箱使用權(quán)，集裝箱狀態(tài)變?yōu)榭捎?，等待下一次使用?/p>

在合理的商業(yè)模式下，促進集裝箱流轉(zhuǎn)節(jié)點的分布式組織協(xié)同需要兩個條件：一是利益的合理分配，以提高所有參與方的積極性；二是保證信息交換的真實可靠性，實現(xiàn)協(xié)同的高效性[14]。區(qū)塊鏈一方面能夠通過公開透明的記錄和智能合約保證各方利益的合理分配，另一方面能夠保障信息的安全性和準(zhǔn)確性。例如不同的集裝箱所有人和用箱人開展去中心化的協(xié)同優(yōu)化運行，區(qū)塊鏈可以完整記錄集裝箱在不同節(jié)點主體間的運行狀況，在系統(tǒng)中可查詢集裝箱的實時狀態(tài)。參與者可以根據(jù)需求做出相應(yīng)的最優(yōu)決策，在利益驅(qū)動下達到自組織運行的目的，實現(xiàn)集裝箱的高效利用。

（二）區(qū)塊鏈智能合約

智能合約的概念在1994年由尼克·薩博（Nick Szabo）[15]提出，希望通過將智能合約內(nèi)置到物理實體以創(chuàng)造各種靈活可控的智能資產(chǎn)。由于計算手段的落后和應(yīng)用場景的缺失，初時智能合約并未受到研究者的廣泛關(guān)注。區(qū)塊鏈技術(shù)的出現(xiàn)使智能合約成為可能。作為一種嵌入式程序化合約，智能合約可以內(nèi)置在任何區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)、交易、有形或無形資產(chǎn)中，形成可編程控制的軟件定義的系統(tǒng)、市場和資產(chǎn)。

區(qū)塊鏈智能合約是基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式順利運行的關(guān)鍵要素，為集裝箱運輸中的流轉(zhuǎn)、結(jié)算等提出新的解決方案，同時在合同管理、集裝箱使用標(biāo)準(zhǔn)、集裝箱箱損賠償?shù)确矫姘l(fā)揮著重要作用。

在基于區(qū)塊鏈的共享集裝箱模式中，集裝箱用箱條件、規(guī)則、相關(guān)運輸合約寫入?yún)^(qū)塊鏈合約層。經(jīng)各方參與者簽署后（可形成通用版本），區(qū)塊鏈智能合約以程序代碼的形式附著在區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)上，經(jīng)P2P網(wǎng)絡(luò)傳播和節(jié)點驗證后記入?yún)^(qū)塊鏈的特定區(qū)塊中。智能合約將預(yù)定義

圖5 基于區(qū)塊鏈的共享集裝箱中智能合約運作機理

區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)帶有時間戳，由共識節(jié)點共同驗證和記錄，不可篡改和偽造，但與基于區(qū)塊鏈的虛擬貨幣不同的是，在集裝箱的共享和運輸中，不同節(jié)點的任務(wù)和角色不同，所需獲取的數(shù)據(jù)不同，權(quán)限也需有所區(qū)別。集裝箱運輸過程涉及諸多商業(yè)集裝箱流轉(zhuǎn)規(guī)則、觸發(fā)合約執(zhí)行的情景（如集裝箱陸運段結(jié)束等）、特定情景下的觸發(fā)規(guī)則（發(fā)生箱損）等。區(qū)塊鏈可實時監(jiān)控智能合約的狀態(tài)，當(dāng)集裝箱狀態(tài)發(fā)生改變時，通過核查外部數(shù)據(jù)，激活并執(zhí)行合約（參見圖5）。

在傳統(tǒng)集裝箱運輸中，通過中間機構(gòu)發(fā)出的各種單據(jù)約束不同主體的行為，通過抵押支票、抵押提單等方式防范集裝箱租用的風(fēng)險。利用智能合約，上述業(yè)務(wù)可在無中間機構(gòu)確認的情況下完成，將相關(guān)規(guī)則封裝到區(qū)塊鏈中，觸發(fā)條件時自動執(zhí)行。例如用箱人用箱結(jié)束后，上傳集裝箱狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過堆場外部核查后，確認集裝箱狀態(tài)，用箱流程結(jié)束，區(qū)塊鏈智能合約將結(jié)束前一用箱人的集裝箱使用權(quán)，同時將凍結(jié)的用箱費轉(zhuǎn)移至集裝箱所有人的賬戶中。

（三）數(shù)據(jù)訪問與控制

區(qū)塊鏈服務(wù)可以按照公有和私有、許可和非許可來劃分。公有和私有指的是誰能讀取區(qū)塊鏈，是所有人都可以讀取還是只有指定的人可以讀取；許可和非許可指的是誰能寫區(qū)塊鏈，是所有人都能寫還是只有指定的人可以寫。例如在醫(yī)療領(lǐng)域，個人健康數(shù)據(jù)是非公開許可的，數(shù)據(jù)只能由指定的人讀取，但很多人可以記錄；比特幣和以太幣是公開非許可的，很多人可以讀取數(shù)據(jù)但是不能寫入。機密，針對不同的節(jié)點設(shè)置不同的權(quán)限，既保障業(yè)務(wù)的順利開展，又保障數(shù)據(jù)安全。在共享集裝箱的運作中，涉及的環(huán)節(jié)較多，其中包含復(fù)雜的利益關(guān)系，不同類型數(shù)據(jù)可按是否公開、是否許可分為四類，即公開許可數(shù)據(jù)、非公開許可數(shù)據(jù)、非公開非許可數(shù)據(jù)、公開非許可數(shù)據(jù)（參見圖6），例如為保護商業(yè)機密，收發(fā)貨人的基本信息是非公開非許可的，但用箱人用箱資質(zhì)和信用積分是公開非許可的；所有參與者均可查詢集裝箱位置信息，位置信息從運載工具的定位獲取，參與者不能修改，應(yīng)設(shè)置為公開非許可（參見圖6）。

在基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式中，可采用聯(lián)盟鏈的形式（目前區(qū)塊鏈技術(shù)包括公共鏈、聯(lián)盟鏈、私有鏈三類）。聯(lián)盟鏈?zhǔn)遣糠秩ブ行幕ɑ蚍Q多中心化）的區(qū)塊鏈，適用于由多個實體構(gòu)成的組織或聯(lián)盟，其共識過程受到預(yù)定義的一組節(jié)點控制。不同節(jié)點具備不同的角色功能，結(jié)合數(shù)據(jù)是否公開、是否許可，應(yīng)將客戶端設(shè)置為以下幾類：

1.記錄、確認型客戶端：集裝箱所有者可以提供接口對外服務(wù)，主要設(shè)置在集裝箱堆存、轉(zhuǎn)運節(jié)點（堆場、碼頭），存儲集裝箱在該節(jié)點的記錄或確認其他類型客戶端上傳數(shù)據(jù)。

2.查詢型客戶端：主要設(shè)置在貨主或貨代端，這類客戶端不保存集裝箱流轉(zhuǎn)記錄，只需向其他節(jié)點或者聯(lián)盟服務(wù)器群查詢，如貨主或貨代（可以提供查詢接口，個人用戶也可以完成授權(quán)操作）。

3.上傳數(shù)據(jù)型客戶端：數(shù)據(jù)以網(wǎng)頁模式或移動客戶端上傳，由記錄、確認型客戶端確認。例如一段陸路運輸結(jié)束時，卡司機通過移動端將集裝箱數(shù)據(jù)記錄上傳，堆場或碼頭在核查所上傳數(shù)據(jù)與集裝箱狀態(tài)是否一致后，確認數(shù)據(jù)記錄。

圖6 基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式運行所涉及的數(shù)據(jù)分類

4.管理型客戶端：集裝箱所有者可查詢擁有所有權(quán)的共享集裝箱的所有信息，以便進行集裝箱管理，但不能查詢其他集裝箱所有者的共享箱信息。在出現(xiàn)箱損或集裝箱所有者停止共享時，可修改集裝箱狀態(tài)信息（參見圖7）。

區(qū)塊鏈賬本以分布式的形式存在于每個節(jié)點服務(wù)器，每個客戶端通過PC或移動端操作，進行數(shù)據(jù)上傳、確認、管理等業(yè)務(wù)。

（四）基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式特征分析

基于區(qū)塊鏈原理構(gòu)建的集裝箱共享模式中，共享集裝箱的特征會因區(qū)塊鏈的影響而發(fā)生變化，同時在集裝箱運輸中，各參與者的特征也將發(fā)生改變。

共享集裝箱的特征轉(zhuǎn)變?nèi)缦拢?/p>

圖7 不同類型客戶端的運作和銜接

1.共享集裝箱來源豐富。該模式下，共享集裝箱池中的集裝箱來源可分為三類，一是航運企業(yè)將過剩的集裝箱加入共享集裝箱池中共享，向用箱人收取一定費用，同時，在公司自有箱不足時，也可使用共享池中的共享箱；二是貨主企業(yè)可將一些閑置的自有箱（SOC箱）納入?yún)^(qū)塊鏈共享集裝箱池中，賺取利潤；三是租箱公司可以將過剩集裝箱放入共享集裝箱池中，供用箱人使用；四是社會資本的投入，認為共享集裝箱能帶來利潤的社會資本，可新造集裝箱放入共享集裝箱池中，供用箱人使用，賺取利潤。

2.基于區(qū)塊鏈的共享集裝箱具有獨立屬性，并可在不同承運人之間共享。區(qū)塊鏈共享集裝箱與貨主自有箱（SOC箱）、船東箱（COC箱）性質(zhì)類似，具有獨特的屬性，可標(biāo)記為區(qū)塊鏈共享箱，以便在不同航運企業(yè)之間共享。貨主或貨代使用共享集裝箱時，可將共享箱的性質(zhì)視作SOC箱完成操作。

3.集裝箱流轉(zhuǎn)記錄準(zhǔn)確可靠?；趨^(qū)塊鏈的共享集裝箱系統(tǒng)中，每個節(jié)點記錄集裝箱流轉(zhuǎn)的狀態(tài)，且這些數(shù)據(jù)安全可靠，不可篡改，為共享集裝箱提供了追蹤記錄的功能，使遠洋運輸?shù)墓蚕砑b箱實現(xiàn)高水平的管理。

在基于區(qū)塊鏈原理構(gòu)建的集裝箱共享模式下，集裝箱運輸中各個參與者的特征也將隨之發(fā)生變化：

第一，在用箱人和集裝箱所有人之間集裝箱使用權(quán)的轉(zhuǎn)移不需要中間管理機構(gòu)，形成點對點的共享模式。將存量共享或增量共享模式轉(zhuǎn)化為“存量+增量”的共享模式。

第二，實現(xiàn)集裝箱與承運人分離，用箱人用箱方式更為靈活?；趨^(qū)塊鏈的共享集裝箱具有獨立的屬性，不受承運人的約束，可選擇最有利的運輸方式完成運輸。例如發(fā)貨人可根據(jù)準(zhǔn)確的裝貨、出貨時間選擇運輸船舶，而非提箱前就確定具體船舶航次，基于區(qū)塊鏈的共享集裝箱屬性決定了不需要提前訂艙，船公司超售艙位的原因是有部分已訂艙但不能按時出貨的集裝箱。而在裝貨完畢后訂艙，可確保訂艙的有效性，船公司可以優(yōu)先保障區(qū)塊鏈共享箱的艙位。發(fā)貨人在裝貨后選擇最佳船期的船舶進行訂艙，可減少訂艙后不能出貨等不確定因素。

第三，集裝箱所有人對集裝箱管理方式的智能化。一方面，由智能合約控制集裝箱的使用權(quán)和費用的轉(zhuǎn)移，可以減少集裝箱使用中的糾紛，有效控制違規(guī)用箱行為。區(qū)塊鏈可以記錄集裝箱每次流轉(zhuǎn)的信息（如時間、地點、承運人、所裝貨物、是否有箱損、是否可用等），出現(xiàn)箱損時，根據(jù)箱損發(fā)生時間地點、箱損狀況以及智能合約中的條款，自動判定賠償。另外，集裝箱所有人可以為不同場景下的集裝箱設(shè)置不同的用箱條件，約束和控制集裝箱的使用。如集裝箱流轉(zhuǎn)至貨量較少或集裝箱過剩的區(qū)域時，可調(diào)低集裝箱使用費，以提高集裝箱的流動性；在出貨量較大或集裝箱短缺的港口，可適當(dāng)提高使用費。

第四，參與者的信用積分成為重要標(biāo)準(zhǔn)。由于區(qū)塊鏈中的交易過程為匿名交易，當(dāng)共享交易達成時，交易雙方不知道對方信息，為了避免擾亂市場的行為，應(yīng)設(shè)置一定的準(zhǔn)入條件，并用信用積分的形式進行互認。例如根據(jù)用箱情況、還箱是否準(zhǔn)時、所裝貨物是否符合要求、是否歸還至指定還箱點等因素，集裝箱使用者每次使用共享集裝箱都會得到信用積分，集裝箱所有者可以通過智能合約將箱子限定借給信用積分達到某一水平的用箱人，一方面規(guī)范用箱人的用箱行為，另一方面從共享系統(tǒng)中淘汰信用積分不佳的用箱人，優(yōu)化集裝箱的共享系統(tǒng)。

四、基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式應(yīng)用于集裝箱運輸系統(tǒng)的效果評價

為分析區(qū)塊鏈共享集裝箱對集裝箱運輸?shù)挠绊懀疚臉?gòu)建了單碼頭集裝箱運輸系統(tǒng)，通過傳統(tǒng)集裝箱運輸流程與區(qū)塊鏈共享集裝箱模式下集裝箱運輸流程的對比，分析在區(qū)塊鏈共享集裝箱的作用下，集裝箱的流轉(zhuǎn)以及各要素之間的轉(zhuǎn)變。

（一）傳統(tǒng)集裝箱運輸流程分析

按集裝箱是否裝貨，可將集裝箱類型分為空箱、重箱兩類，對于執(zhí)行運輸任務(wù)的集裝箱，可按流向分為進口箱和出口箱，再加上場內(nèi)堆存的空箱，所有的集裝箱可分為五類：進口重箱、進口空箱、出口重箱、出口空箱、堆場空箱。在實際業(yè)務(wù)操作中集裝箱的流轉(zhuǎn)如圖8所示。

1.出口重箱流程為：（1）出口商確定出貨后向航運企業(yè)訂艙；（2）航運企業(yè)箱管部門預(yù)留空箱；（3）出口商或貨代聯(lián)系拖車公司，安排車輛提空箱；（4）拖車到堆場提空箱至裝貨地點；（5）裝箱；（6）辦理出口手續(xù)；（7）將重箱運至碼頭；（8）裝船；（9）船舶運輸。

圖8 傳統(tǒng)模式下集裝箱運輸流程

2.進口重箱流程為：（1）航運企業(yè)向進口商發(fā)送到貨通知；（2）集裝箱卸船；（3）進口商或貨代聯(lián)系拖車公司安排提貨；（4）拖車駛往碼頭提貨；（5）將集裝箱運至進口商指定地點卸貨；（6）掏箱；（7）將空箱還至堆場。

3.出口空箱流程為：（1）航運企業(yè)的箱管部門向堆場或拖車公司提出空箱出口需求；（2）拖車駛往堆場提取空箱；（3）將空箱運至港口；（4）裝船出口。

4.進口空箱流程為：（1）空箱卸船后，航運企業(yè)通知拖車公司提取進口空箱需求；（2）拖車公司安排車輛到港區(qū)提取空箱；（3）將空箱運送至指定堆場。

（二）基于區(qū)塊鏈集裝箱共享模式下集裝箱運輸流程分析

區(qū)塊鏈共享集裝箱的引入，會導(dǎo)致各個主體在集裝箱運輸中的角色改變，從而使集裝箱運輸?shù)牧鞒贪l(fā)生變化。為清晰表達基于區(qū)塊鏈的共享集裝箱模式下的集裝箱運輸系統(tǒng)，做以下假設(shè)：一是卡車完成一次運輸任務(wù)后，在原地等待新的任務(wù)（例如，集卡將出口重箱運至碼頭后，就在碼頭附近等待新的運輸任務(wù)），因此，可將堆場和碼頭視為集卡的出發(fā)點；二是用箱人鎖定集裝箱后，能及時聯(lián)系到拖車（分為正在運空箱或等待運輸任務(wù)兩類）。

基于以上對各主體角色關(guān)系變化分析以及相關(guān)假設(shè)，基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式下集裝箱運輸流程如圖9所示。

基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式下集裝箱出口流程為：

1.出口商或貨代通過系統(tǒng)查詢篩選并鎖定最優(yōu)可用箱，其中最優(yōu)可用箱從以下四類集裝箱中選?。涸诙褕龅募b箱（P1）；進口重箱掏箱后，準(zhǔn)備送回堆場的集裝箱（P2）；在途進口空箱（P3）。選定后將空箱運至指定地點裝貨；

2.選擇最符合運輸要求的船舶（船期、費用、預(yù)計到目的港日期等條件）進行訂艙；

3.航運企業(yè)向碼頭發(fā)送裝船計劃；

4.將重箱運至碼頭裝船。

集裝箱進口流程存在的差異主要體現(xiàn)為：在進口空箱流程中，集裝箱去向發(fā)生了變化。運輸中被鎖定的空箱，將被運至指定裝貨地點（P3）；運輸中未被鎖定的空箱，將被運至指定堆場（P3'）。進口重箱被運至指定卸貨地點掏箱后，空箱的去向分為兩類：被鎖定的空箱，被運至指定裝貨地點（P2）；未被鎖定的空箱，被運至指定堆場（P2'）。

圖9 基于區(qū)塊鏈集裝箱共享模式下的集裝箱運輸流程

（三）基于區(qū)塊鏈的共享集裝箱對集裝箱運輸?shù)挠绊懛治?/h3>

采用對比分析的方法對基于區(qū)塊鏈的共享集裝箱模型進行評估，將傳統(tǒng)集裝箱運輸模式與現(xiàn)有集裝箱共享模式、區(qū)塊鏈共享集裝箱模式進行對比，可分析各模式的優(yōu)缺點（參見表2）。

從對比中可看出，引入?yún)^(qū)塊鏈的共享集裝箱與其他集裝箱的運作模式相比，在集裝箱的管理、費用結(jié)算等方面都存在優(yōu)勢，但首先需要以現(xiàn)有大型集裝箱共享平臺為基礎(chǔ)，增加技術(shù)投入，同時使全球集裝箱運輸業(yè)的重要參與者承認并接納區(qū)塊鏈共享箱，以保證業(yè)務(wù)運作順暢。

五、總結(jié)

本文首先分析了集裝箱存量共享和集裝箱增量共享兩種模式的優(yōu)缺點，在此基礎(chǔ)上引入?yún)^(qū)塊鏈原理，構(gòu)建基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式，新構(gòu)建的模式中，集裝箱、參與者的角色均發(fā)生變化，彌補了原集裝箱共享模式的不足。

區(qū)塊鏈的引入可以使集裝箱形成點對點的共享，實現(xiàn)集裝箱與承運人分離，集裝箱在不同運輸主體之間實現(xiàn)共享，使用箱人在集裝箱的選擇和承運人的選擇上有了更大的自由度，能夠做出使運輸成本最低的決定；航運企業(yè)對用箱人的制約減少，對集裝箱的控制削弱，會以高質(zhì)量服務(wù)吸引更多使用共享集裝箱的客戶。通過對單碼頭的集裝箱運輸系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，基于區(qū)塊鏈的集裝箱共享模式能從運輸效率、信息流轉(zhuǎn)、管理方式等方面優(yōu)化集裝箱運輸系統(tǒng)。

共享集裝箱的區(qū)塊鏈系統(tǒng)是整個集裝箱運輸區(qū)塊鏈系統(tǒng)的一部分。在集裝箱運輸系統(tǒng)中，只有共享集裝箱區(qū)塊鏈?zhǔn)遣粔虻?，還需要運輸區(qū)塊鏈、支付區(qū)塊鏈、分布式數(shù)據(jù)存儲與服務(wù)區(qū)塊鏈、資產(chǎn)管理區(qū)塊鏈等，并在各個區(qū)塊鏈之間實現(xiàn)交互，共同組成集裝箱運輸?shù)膮^(qū)塊鏈系統(tǒng)。未來需要研究如何根據(jù)復(fù)雜的集裝箱進出口業(yè)務(wù)，建立全面的、實現(xiàn)交互的集裝箱運輸區(qū)塊鏈系統(tǒng)。

表2 不同模式下集裝箱運輸流程中的要素對比

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