基于港口節(jié)點(diǎn)的進(jìn)口鋁礬土物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型

馬媛媛 楊家其

【摘 要】 為緩解國(guó)內(nèi)鋁礬土資源日趨緊張、鋁礬土進(jìn)口量不斷增加的現(xiàn)狀，以港口為物流網(wǎng)絡(luò)中的核心節(jié)點(diǎn)，以遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)桨冻杀尽⒏劭谔幚沓杀?、?nèi)陸疏運(yùn)成本、港口庫(kù)存成本構(gòu)成的綜合物流成本最優(yōu)為目標(biāo)，以港口的裝卸能力、安全庫(kù)存水平、網(wǎng)絡(luò)供需能力為約束條件，考慮海岬型船、巴拿馬型船兩種船型和公路、鐵路、水路等3種疏運(yùn)方式，并以煙臺(tái)港為實(shí)例建立基于港口節(jié)點(diǎn)的進(jìn)口鋁礬土物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型。結(jié)果表明：來(lái)自幾內(nèi)亞和澳大利亞的鋁礬土全部采用海岬型船運(yùn)輸;提高鐵路疏運(yùn)比例是提升煙臺(tái)港運(yùn)輸效率的關(guān)鍵。

【關(guān)鍵詞】 煙臺(tái)港;進(jìn)口鋁礬土;物流網(wǎng)絡(luò);網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

0 引 言

鋁工業(yè)是繼鋼鐵行業(yè)之后又一大產(chǎn)值巨大的能源和資源密集型產(chǎn)業(yè)。我國(guó)鋁產(chǎn)量及氧化鋁產(chǎn)能均占全球總量的一半以上，但國(guó)內(nèi)自有鋁礬土供應(yīng)不足，鋁企業(yè)對(duì)鋁礬土的進(jìn)口需求逐年提高。因此，如何降低鋁礬土進(jìn)口成本成為必須解決的問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)大宗散貨鋁礬土的物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的研究還較少。鄢艷[1]分析我國(guó)鋁礬土資源分布、產(chǎn)量及總儲(chǔ)量，面對(duì)幾內(nèi)亞、澳大利亞及牙買(mǎi)加等國(guó)家的優(yōu)質(zhì)礦源，我國(guó)鋁礬土在生產(chǎn)冶煉上并不占據(jù)成本優(yōu)勢(shì);馬吉宇[2]分析鋁礬土近十年的產(chǎn)量及需求量現(xiàn)狀，運(yùn)用GM（1，1）模型對(duì)我國(guó)未來(lái)需求量進(jìn)行預(yù)測(cè)，在產(chǎn)量不足的情況下增加進(jìn)口量是保證我國(guó)鋁工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的重要舉措;于軍苓等[3]針對(duì)渤海地區(qū)每年需從國(guó)外進(jìn)口大量鐵礦石的現(xiàn)狀，綜合考慮鐵礦石進(jìn)口來(lái)源地、運(yùn)輸航線(xiàn)、接卸港口的可接卸船舶最大噸位等因素，構(gòu)建以大型接卸港口為中轉(zhuǎn)港、其周邊的中小型港口作為補(bǔ)充的渤海地區(qū)進(jìn)口鐵礦石運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，以單位運(yùn)輸成本最小為目標(biāo)，對(duì)構(gòu)建的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化分析;高峰[4]針對(duì)長(zhǎng)江流域進(jìn)口鐵礦石物流現(xiàn)狀，計(jì)算進(jìn)口鐵礦石從卸貨港到最終需求企業(yè)間不同物流模式的物流成本。針對(duì)大宗散貨物流方面的研究主要集中在鐵礦石、煤炭和散糧，與鋁礬土物流相關(guān)的研究尚有不足。

1 問(wèn)題描述和假設(shè)

1.1 進(jìn)口鋁礬土物流網(wǎng)絡(luò)描述

進(jìn)口鋁礬土物流網(wǎng)絡(luò)是以來(lái)源國(guó)、港口、港口腹地需求點(diǎn)等為節(jié)點(diǎn)，由不同運(yùn)輸方式及連接各節(jié)點(diǎn)的物流運(yùn)輸線(xiàn)路構(gòu)成的，是實(shí)現(xiàn)物流活動(dòng)的重要載體。完整的外貿(mào)進(jìn)口鋁礬土物流網(wǎng)絡(luò)包括陸路運(yùn)輸（礦山→裝船港）→裝船港→遠(yuǎn)洋運(yùn)輸→一次接卸港→（水上二程運(yùn)輸→二次接卸港）→內(nèi)陸疏運(yùn)（接卸港→生產(chǎn)企業(yè)）等環(huán)節(jié)。在鋁礬土物流網(wǎng)絡(luò)中，運(yùn)輸?shù)V石至裝船港及裝船港作業(yè)環(huán)節(jié)均在國(guó)外進(jìn)行;遠(yuǎn)洋運(yùn)輸是物流運(yùn)輸?shù)闹饕糠?接卸港從事鋁礬土的卸船、轉(zhuǎn)運(yùn)及其他物流活動(dòng);內(nèi)陸疏運(yùn)是港口通過(guò)水水中轉(zhuǎn)、鐵路運(yùn)輸或公路運(yùn)輸?shù)榷喾N運(yùn)輸方式將鋁礬土配送至需求用戶(hù)的。進(jìn)口鋁礬土物流網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖1。

1.2 模型假設(shè)

本文的模型和求解建立在以下假設(shè)條件基礎(chǔ)上：

（1）物流網(wǎng)絡(luò)中存在s個(gè)鋁礬土供應(yīng)商， n個(gè)最終需求用戶(hù)，只有1個(gè)礦石物流中心（煙臺(tái)港）。

（2）鋁礬土到岸價(jià)（CIF）只受來(lái)源國(guó)的影響（即不同國(guó)家其價(jià)格不同），本章模型中暫不考慮其質(zhì)量、形狀、供應(yīng)商的誠(chéng)信度等對(duì)價(jià)格的影響。

（3）進(jìn)口鋁礬土物流過(guò)程具有動(dòng)態(tài)性，理論上時(shí)間是連續(xù)性的。將整個(gè)研究期平均分成多個(gè)研究時(shí)間段，這樣處理可以簡(jiǎn)化問(wèn)題并使研究更加符合實(shí)際情況。

（4）采購(gòu)計(jì)劃和運(yùn)輸計(jì)劃均發(fā)生在每個(gè)研究時(shí)間段初期。

（5）進(jìn)口鋁礬土以到岸價(jià)（CIF）為主，即鋁礬土進(jìn)口價(jià)格中包括礦山到起運(yùn)港之間的運(yùn)輸費(fèi)用。

（6）在國(guó)際航運(yùn)貿(mào)易市場(chǎng)，不同國(guó)家或地區(qū)在進(jìn)行遠(yuǎn)洋運(yùn)輸時(shí)選用的大宗散貨船舶在船型、船齡和載質(zhì)量等方面有著眾多差異，本文主要考慮通用的巴拿馬型船和海岬型船。

（7）港口的內(nèi)陸運(yùn)輸方式為公路、鐵路和水路。

（8）整個(gè)進(jìn)口物流網(wǎng)絡(luò)中，運(yùn)輸能力不存在約束，在遠(yuǎn)洋運(yùn)輸和內(nèi)陸疏運(yùn)環(huán)節(jié)中均有足夠的運(yùn)輸工具來(lái)完成鋁礬土物流運(yùn)輸活動(dòng)。

（9）最終生產(chǎn)企業(yè)的原材料庫(kù)存均與港口共享，并由港口統(tǒng)籌管理，港口根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃合理安排配送，保證企業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性，并將鋁礬土總庫(kù)存維持在較低水平。

2 基于港口節(jié)點(diǎn)的進(jìn)口鋁礬土 物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型

考慮進(jìn)口鋁礬土的全程物流，以港口為礦石物流中心，以總成本最優(yōu)為目標(biāo)，對(duì)從多進(jìn)口來(lái)源國(guó)到多需求用戶(hù)的物流網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。進(jìn)口物流總成本包括遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)桨冻杀尽⒏劭趲?kù)存成本、港口處理成本及內(nèi)陸運(yùn)輸成本等。

根據(jù)以上假設(shè)條件成本分析，建立進(jìn)口鋁礬土物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型，模型具體表示結(jié)構(gòu)如下：

式中：S為供應(yīng)商的集合，S={s∣s∈整數(shù)};N為最終客戶(hù)的集合，N={ n∣n∈整數(shù)};I為內(nèi)陸運(yùn)輸方式的集合，包括水路、鐵路和公路，I={ i∣i=1，2，3};J為船舶種類(lèi)的集合，包括巴拿馬型和海岬型，J={ j∣j=1，2};T為研究時(shí)間段數(shù)的集合，T={ t∣t∈整數(shù)}，t為研究期的某一時(shí)間段; t為每個(gè)研究時(shí)間段長(zhǎng)度;為供應(yīng)商n用j型船在時(shí)間段t將鋁礬土通過(guò)遠(yuǎn)洋運(yùn)輸至接卸港的到岸價(jià)格;Es為供應(yīng)商s的鋁礬土的最大供應(yīng)量;Dn為客戶(hù)n的鋁礬土平均需求量;為時(shí)間段t期間，港口通過(guò)k方式將鋁礬土送至最終客戶(hù)n的單位運(yùn)輸費(fèi)用;Wi為第i種運(yùn)輸方式的單位載質(zhì)量;Uj為j型船的運(yùn)輸能力;ht為礦石港口在時(shí)間段t內(nèi)的處理費(fèi)率;

P為港口礦石堆場(chǎng)的最大庫(kù)存量;Ct為時(shí)間段t內(nèi)港口的單位庫(kù)存成本;Qt為港口在時(shí)間段t期間鋁礬土的安全庫(kù)存量;Gt為時(shí)間段t開(kāi)始之時(shí)港口鋁礬土的期初庫(kù)存量;Tsj為船型j將鋁礬土從來(lái)源國(guó)至國(guó)內(nèi)接卸港的航行時(shí)間;Ai為港口對(duì)i種運(yùn)輸方式的裝車(chē)（船）能力;B0為港口泊位的卸船能力。

本文決策變量主要包括兩個(gè)： 為在時(shí)間段a內(nèi)從來(lái)源國(guó)s啟航的j型船，經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)洋運(yùn)輸在時(shí)間段t內(nèi)到達(dá)國(guó)內(nèi)接卸港的船舶數(shù)量;為港口在時(shí)間段t內(nèi)通過(guò)運(yùn)輸方式i將鋁礬土送達(dá)最終客戶(hù)n的運(yùn)輸工具數(shù)量。

上述模型中：式（2）為來(lái)源國(guó)的供給約束，即不超過(guò)該國(guó)的最大供應(yīng)能力;式（3）為客戶(hù)需求約束，港口到客戶(hù)n的總配送量應(yīng)滿(mǎn)足生產(chǎn)需求;式（4）為港口堆場(chǎng)的最大庫(kù)存量約束;式（5）為港口每個(gè)時(shí)間段的庫(kù)存量均應(yīng)大于港口的安全庫(kù)存量;式（6）為港口的泊位能力約束，總到港的船舶數(shù)量不應(yīng)超過(guò)港口的泊位能力;式（7）為港口的裝車(chē)能力約束，每一時(shí)間段內(nèi)港口到客戶(hù)的配送車(chē)輛總數(shù)不能超過(guò)港口的裝車(chē)能力;式（8）為決策變量的整數(shù)約束;式（9）、式（10）為0―1變量。

3 實(shí)例分析

3.1 實(shí)例背景及相關(guān)數(shù)據(jù)

本文以煙臺(tái)港進(jìn)口鋁礬土物流網(wǎng)絡(luò)為例，優(yōu)化模型的研究周期設(shè)為360天，分成12個(gè)時(shí)間段，每個(gè)時(shí)間段長(zhǎng)度為30天。煙臺(tái)港的鋁礬土進(jìn)口來(lái)源國(guó)有幾內(nèi)亞、澳大利亞、印度尼西亞、馬來(lái)西亞、巴西，腹地內(nèi)的氧化鋁需求企業(yè)有濱州魏橋集團(tuán)、聊城信發(fā)集團(tuán)、龍口南山集團(tuán)、淄博山東中鋁和魯北公司等。通過(guò)查閱相關(guān)資料及實(shí)地調(diào)研，得到相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：

（1）港口的堆場(chǎng)面積和庫(kù)存能力。煙臺(tái)港的堆場(chǎng)面積為100萬(wàn)m2，堆場(chǎng)庫(kù)存能力為萬(wàn)t。本文設(shè)置鋁礬土在港的日庫(kù)存費(fèi)率為0.1元/t，安全庫(kù)存量為200萬(wàn)t。煙臺(tái)港礦石碼頭的日最高卸貨率可達(dá)18.6萬(wàn)t，本文假定日均卸貨率為15萬(wàn)t，每月可接納的船舶數(shù)量為30艘。煙臺(tái)港礦石堆場(chǎng)裝車(chē)方式分為鐵路和公路兩種方式，鐵路有效裝車(chē)線(xiàn)為5.6 km，鐵路裝車(chē)能力為800車(chē)/天，公路裝車(chē)能力為500車(chē)/天。煙臺(tái)港西港區(qū)的裝卸費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)為4.5元/t，故本文的裝卸費(fèi)率設(shè)定為4.5元/t。

（2）進(jìn)口來(lái)源國(guó)的供應(yīng)能力、兩種船型到達(dá)煙臺(tái)港的運(yùn)輸時(shí)間及到岸價(jià)格。遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船型選擇為海岬型船和巴拿馬型船，假定在任意時(shí)間段內(nèi)航線(xiàn)不發(fā)生改變，海岬型船載質(zhì)量17萬(wàn)t，航速為14 kn;巴拿馬型船載質(zhì)量8萬(wàn)t，航速為14.5 kn。馬來(lái)西亞、印度尼西亞、澳大利亞主流鋁礬土CIF價(jià)格在42～48美元/t，幾內(nèi)亞和巴西主流鋁礬土CIF價(jià)格預(yù)計(jì)在56～63美元/t （見(jiàn)表1）。

（3）腹地企業(yè)的需求量。依據(jù)實(shí)地調(diào)查及查閱相關(guān)資料，以魏橋、信發(fā)、中鋁山東、南山、潤(rùn)迪、魯北等6家企業(yè)的氧化鋁產(chǎn)能、生產(chǎn)時(shí)使用進(jìn)口鋁礬土所占比例等為基礎(chǔ)，需求量為2 144萬(wàn)t、792萬(wàn)t、618萬(wàn)t、368萬(wàn)t、141萬(wàn)t、150萬(wàn)t。

（4）港口疏港方式及配送至客戶(hù)的運(yùn)價(jià)。煙臺(tái)港擁有公路、鐵路、水路等3種疏港方式，其中鐵路疏運(yùn)采用C70型鐵路敞車(chē)為運(yùn)輸工具，裝載量為70 t/車(chē);選用載質(zhì)量為45 t的貨運(yùn)車(chē)為公路運(yùn)輸工具;煙臺(tái)與濱州港區(qū)一體化經(jīng)營(yíng)，兩港區(qū)之間的水運(yùn)船型裝載量為2 500 t，費(fèi)率為62 305元/艘。具體的公路及鐵路運(yùn)輸費(fèi)率見(jiàn)表2。

3.2 模型求解

整理數(shù)據(jù)并代入到基于港口節(jié)點(diǎn)的進(jìn)口鋁礬土物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型中，運(yùn)用LINGO軟件編程求解，進(jìn)口鋁礬土物流網(wǎng)絡(luò)總成本為25.739億元。根據(jù)所求得的解向量可以得到2019年煙臺(tái)港進(jìn)口鋁礬土到港船舶數(shù)及內(nèi)陸疏運(yùn)計(jì)劃（見(jiàn)表3、表4）。

從表3可以看出，盡管從各國(guó)港口到煙臺(tái)港采用巴拿馬型船進(jìn)行遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)暮Ｉ虾叫袝r(shí)間短、運(yùn)量小，不會(huì)導(dǎo)致港口鋁礬土積壓過(guò)多，但煙臺(tái)港的鋁礬土運(yùn)輸主要進(jìn)口來(lái)源國(guó)幾內(nèi)亞和澳大利亞全部采用的是海岬型船。這是因?yàn)楹ａ敌痛\(yùn)量較大，能獲得規(guī)模效益，且進(jìn)口鋁礬土的單位運(yùn)輸成本低。采用海岬型船進(jìn)行大宗散貨的遠(yuǎn)洋運(yùn)輸成本最優(yōu)。印度尼西亞、馬來(lái)西亞等航線(xiàn)采用巴拿馬型船運(yùn)輸鋁礬土，是因?yàn)楦劭诙褕?chǎng)庫(kù)存能力有限，若全部采用海岬型船則有可能導(dǎo)致鋁礬土積壓在港，增加庫(kù)存費(fèi)用。巴西港口至我國(guó)煙臺(tái)港海上距離遠(yuǎn)，鋁礬土進(jìn)口物流成本較高，因而進(jìn)口量小。幾內(nèi)亞和澳大利亞是我國(guó)鋁礬土進(jìn)口的首選國(guó)家，鑒于幾內(nèi)亞距離較遠(yuǎn)且供應(yīng)量大，應(yīng)當(dāng)提前訂購(gòu)。

在內(nèi)陸疏運(yùn)計(jì)劃中，車(chē)輛配比數(shù)量基本可以反映出魏橋集團(tuán)和信發(fā)集團(tuán)對(duì)進(jìn)口鋁礬土需求量較大的現(xiàn)狀?？傮w上，各氧化鋁廠進(jìn)行配送的鐵路車(chē)皮數(shù)比公路貨車(chē)數(shù)要多，這也可以反映出鐵路具有運(yùn)輸大宗干散貨的優(yōu)勢(shì)。潤(rùn)迪鋁電集團(tuán)運(yùn)用公路、鐵路兩種運(yùn)輸方式對(duì)鋁礬土進(jìn)行配送，這是由港口的鐵路裝車(chē)能力不足所致。提高鐵路運(yùn)輸比例是提高大宗散貨運(yùn)輸效率的關(guān)鍵。

4 結(jié) 論

（1）本文在借鑒國(guó)內(nèi)外大宗干散貨物流網(wǎng)絡(luò)理論研究的基礎(chǔ)上，以港口為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，以網(wǎng)絡(luò)整體成本最優(yōu)為目標(biāo)，在充分考慮供應(yīng)商和氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)等多方利益的前提下，構(gòu)建基于港口節(jié)點(diǎn)的進(jìn)口鋁礬土物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型。

（2）通過(guò)收集整理煙臺(tái)港進(jìn)口鋁礬土物流網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的基礎(chǔ)參數(shù)，并運(yùn)用LINGO軟件編程求解，實(shí)證分析得到港口的兩種船型到港量及內(nèi)陸疏運(yùn)計(jì)劃。研究結(jié)論為經(jīng)營(yíng)鋁礬土業(yè)務(wù)的港口運(yùn)營(yíng)管理提供了一定的參考和指導(dǎo)。

（3）在模型假設(shè)中，港口的3種疏運(yùn)方式的運(yùn)輸能力沒(méi)有受到限制，但在實(shí)際運(yùn)作中，煙臺(tái)港的水水中轉(zhuǎn)除了受航道條件影響外，還有其他影響因素尚未考慮到，需進(jìn)一步研究。

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