葛穎恩，溫馨

(上海海事大學(xué)，a.交通運(yùn)輸學(xué)院；b.經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，上海201306)

0 引言

海運(yùn)承擔(dān)著國(guó)際貿(mào)易超過(guò)80%的貨運(yùn)量[1]，其中集裝箱班輪運(yùn)輸占全球海運(yùn)業(yè)務(wù)的24%；2018年全球集裝箱貨運(yùn)量達(dá)到15200 余萬(wàn)TEU，以8%的年均增長(zhǎng)速度領(lǐng)先于其他海運(yùn)方式。近數(shù)十年，航運(yùn)業(yè)污染問(wèn)題越發(fā)引起重視。根據(jù)國(guó)際海事組織(International Maritime Organization,IMO)的船舶排放報(bào)告[2]，海運(yùn)業(yè)CO2排放量在2019年達(dá)93800萬(wàn)t，約占全球CO2排放總量的2.6%。以當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展態(tài)勢(shì)，預(yù)估到2050年，漲幅將達(dá)到50%~250%；而船舶NOx和SOx的排放量分別達(dá)20900萬(wàn)t和11300 萬(wàn)t，已占排放總量的15%和13%。因此，讓航運(yùn)業(yè)進(jìn)入環(huán)境可持續(xù)發(fā)展模式顯得尤為重要。

發(fā)展綠色航運(yùn)業(yè)，嚴(yán)格控制船舶排放已勢(shì)在必行。國(guó)際上由IMO、歐盟和美國(guó)已在全球設(shè)立6個(gè)污染排放控制區(qū)(Emission Control Area,ECA)，限制硫、氮氧化物的排放。我國(guó)交通運(yùn)輸部在原來(lái)3 個(gè)水域控制排放的基礎(chǔ)上已擴(kuò)大到全國(guó)沿海岸12 n mile，并在海南水域全面設(shè)立排放控制區(qū)。自2015年1月1日起，船舶在ECA內(nèi)使用的燃油硫含量不得超過(guò)0.1%；2020年1月1日起，ECA 外船用油的硫含量必須在0.5%以內(nèi)。船公司一般通過(guò)使用低硫油或清潔能源降低排放，如液化天燃?xì)?Liquefied Natural Gas,LNG)，或在船上安裝脫硫塔或到港后使用岸電等節(jié)能設(shè)施來(lái)降低硫排放。于2020年1月1日起開(kāi)始實(shí)施的“限硫新規(guī)”無(wú)疑會(huì)造成運(yùn)價(jià)上行，船舶為避開(kāi)ECA 航行也使航程周期延長(zhǎng)。這直接影響集裝箱班輪市場(chǎng)。此外，IMO提出了首項(xiàng)溫室氣體減排戰(zhàn)略，即至本世紀(jì)中葉，全球航運(yùn)業(yè)溫室氣體排放量與2008年相比至少降低50%，并逐步朝零碳排放目標(biāo)邁進(jìn)[3]。這些行動(dòng)敦促航運(yùn)業(yè)從設(shè)備技術(shù)改進(jìn)、現(xiàn)代運(yùn)營(yíng)管理和建立市場(chǎng)機(jī)制3 種途徑來(lái)控制船舶碳排放。我國(guó)目前擁有36個(gè)億噸大港，全球前十大集裝箱港口中穩(wěn)占7席。如此密集的航線和頻繁往返于各港口的船舶是制造港區(qū)和沿?？諝馕廴镜闹匾獊?lái)源。

在集裝箱班輪運(yùn)輸方面，可持續(xù)發(fā)展主要指班輪公司及港口運(yùn)營(yíng)商，在IMO 政策驅(qū)動(dòng)下所采取的自主決策和應(yīng)對(duì)策略?？沙掷m(xù)性包括環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)3個(gè)層面的指標(biāo)，本文的分析僅限于集裝箱班輪運(yùn)輸環(huán)境可持續(xù)性。如圖1所示，針對(duì)集裝箱班輪運(yùn)輸環(huán)境可持續(xù)性問(wèn)題，梳理文獻(xiàn)中在戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)和運(yùn)營(yíng)等3個(gè)層面圍繞措施、技術(shù)和規(guī)章制度等所做的研究，并給出研究建議。

圖1 研究范圍關(guān)系圖Fig.1 Research scoping

1 戰(zhàn)略層面的研究

IMO 及歐盟相繼出臺(tái)了減排政策控制船舶污染。國(guó)際防止船舶造成污染公約(MARPOL73/78)第6項(xiàng)附則(Annex VI)規(guī)定了對(duì)船舶溫室氣體排放控制的若干政策建議。目前已有60余個(gè)國(guó)家和地區(qū)加入該協(xié)議框架，超過(guò)全球總運(yùn)力的50%。從2013年1月1日開(kāi)始施行的船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)(EEDI)是從技術(shù)層面對(duì)所有新造船排放標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制規(guī)定；同時(shí)實(shí)施的適用于所有400 t 及其以上船舶的能效管理計(jì)劃則是從經(jīng)濟(jì)運(yùn)作層面為船公司提供了船舶節(jié)能減排的政策機(jī)制和建議措施，包括低油耗作業(yè)的改進(jìn)策略、裝卸流程的優(yōu)化作業(yè)、船體維護(hù)、廢熱循環(huán)等。此外，船舶能耗運(yùn)營(yíng)指數(shù)(EEOI)是對(duì)船舶運(yùn)營(yíng)過(guò)程中排放標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充，管理者可自主選擇。2015年歐盟理事會(huì)通過(guò)了針對(duì)船舶的監(jiān)控、報(bào)告并核實(shí)CO2排放量的條例；根據(jù)該條例的要求，從2017年8月1日起，所有掛靠歐盟港口的超過(guò)5000 總噸的船舶必須攜有碳監(jiān)控計(jì)劃，隨后將逐步啟動(dòng)核實(shí)和報(bào)告程序。這些政策的制定無(wú)疑對(duì)航運(yùn)業(yè)，尤其是班輪運(yùn)營(yíng)造成影響。戰(zhàn)略層主要涉及企業(yè)間決策、環(huán)保技術(shù)或設(shè)備的投資決策和市場(chǎng)機(jī)制的規(guī)劃。

1.1 市場(chǎng)減排機(jī)制和政策的制定

征收碳稅、燃油稅或政府補(bǔ)貼等政策：通過(guò)定量分析航運(yùn)業(yè)征收碳稅對(duì)全球貿(mào)易中集裝箱班輪運(yùn)輸帶來(lái)的影響，LEE 等[4]證明一般的碳稅征收水平并不會(huì)對(duì)班輪運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性帶來(lái)沖擊，但會(huì)造成中國(guó)GDP下滑并阻礙遠(yuǎn)洋運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。通過(guò)建立兩種排放交易機(jī)制，以集裝箱運(yùn)輸和干散貨運(yùn)輸為算例分析比較兩種機(jī)制的優(yōu)劣，WANG等[5]證明兩種機(jī)制均可降低航速、承運(yùn)商成本和燃油消耗量。DAI等[6]研究了征收排放稅下班輪公司運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)配置問(wèn)題，及其對(duì)運(yùn)營(yíng)成本和碳排放量的影響。ZHUGE 等[7]討論了政府應(yīng)如何制定激勵(lì)機(jī)制以鼓勵(lì)船舶在進(jìn)港時(shí)減少排放，以實(shí)現(xiàn)降低港口區(qū)域排放的目的。在Stackelberg 博弈模型基礎(chǔ)上構(gòu)建兩個(gè)雙層補(bǔ)貼制定模型，以提高船公司利潤(rùn)并降低政府成本。HAN 等[8]將港口和船公司加入到政府補(bǔ)貼機(jī)制中，從航運(yùn)服務(wù)供應(yīng)鏈構(gòu)建了收益共享模型以滿足ECA的減排政策。

制定市場(chǎng)減排機(jī)制，需考慮價(jià)格彈性、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、綠色技術(shù)投資和排放控制水平等因素。班輪運(yùn)輸市場(chǎng)長(zhǎng)期發(fā)展的綠色戰(zhàn)略決策需要政府政策引導(dǎo)、建立科學(xué)市場(chǎng)機(jī)制。在海運(yùn)貿(mào)易迅速增長(zhǎng)的趨勢(shì)下，SHI[9]指出僅采取技術(shù)和運(yùn)營(yíng)層面的措施來(lái)降低船舶排放是不夠的；進(jìn)而分析當(dāng)前7種市場(chǎng)減排機(jī)制的可行性，并提出依據(jù)國(guó)情選擇最合適的減排機(jī)制。因缺乏評(píng)估航運(yùn)企業(yè)船舶環(huán)境效益的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，RAHIM 等[10]對(duì)10 大班輪公司節(jié)能減排的實(shí)踐情況和制度進(jìn)行調(diào)研，呼吁航運(yùn)業(yè)共同努力，準(zhǔn)確而及時(shí)地制定市場(chǎng)機(jī)制。XING等[11]梳理了降低航運(yùn)業(yè)碳排放的一系列方式，除了被廣泛研究的技術(shù)和操作層面措施，同時(shí)探討了市場(chǎng)層面措施和自主減排行為。

1.2 綠色政策、技術(shù)及措施評(píng)估

多種環(huán)保政策、措施及技術(shù)的比較分析是當(dāng)下的一個(gè)討論熱點(diǎn)。通過(guò)對(duì)清潔能源、環(huán)保技術(shù)、運(yùn)營(yíng)方式和減排政策進(jìn)行分析，BALCOMBE 等[12]指出LNG是短期內(nèi)經(jīng)濟(jì)環(huán)保且普遍適用的可替代燃料，長(zhǎng)期發(fā)展應(yīng)從可再生能源、技術(shù)推進(jìn)、政策和財(cái)政支持等方面多管齊下，通過(guò)多種途徑尋求協(xié)同發(fā)展降低碳排放；BOUMAN 等[13]也認(rèn)為只有多種方式相結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)有效的低碳減排目標(biāo)。通過(guò)全面梳理技術(shù)、運(yùn)營(yíng)和市場(chǎng)層面的碳減排措施并對(duì)脫碳進(jìn)程面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行分析，WAN 等[14]認(rèn)為技術(shù)手段多處于研發(fā)階段且成本高昂；降速雖然有效，但進(jìn)一步的減排空間有限，需結(jié)合其他減排措施。

環(huán)保技術(shù)的潛力是否沒(méi)有挖掘出來(lái)，這是值得討論的問(wèn)題。傳統(tǒng)化石燃料對(duì)環(huán)境影響惡劣，將其轉(zhuǎn)化為可再生能源是降低排放的一種途徑；SVANBERG 等[15]對(duì)可再生能源生物——甲醇，作為海運(yùn)的替代燃料，從原料、供應(yīng)系統(tǒng)、甲醇生產(chǎn)、分配至海運(yùn)業(yè)終端的整個(gè)供應(yīng)鏈的發(fā)展?jié)摿M(jìn)行了分析。

環(huán)保技術(shù)無(wú)疑已經(jīng)引起越來(lái)越多的重視，推廣需要對(duì)它的經(jīng)濟(jì)性有一個(gè)合理的評(píng)估。在ECA和限硫政策下，未來(lái)會(huì)有更多航線通過(guò)ECA，在硫、氮排放約束下對(duì)新造船進(jìn)行投資決策，ABADIE等[16]建立隨機(jī)模型依據(jù)市場(chǎng)行情估計(jì)LNG 和其他4 種燃料的價(jià)格，以投資成本和油耗成本最小為目標(biāo)，對(duì)選擇安裝柴油，還是雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)，抑或安裝洗滌器進(jìn)行技術(shù)決策。面對(duì)首個(gè)明確的碳減排目標(biāo)，SCHINAS 等[17]認(rèn)為傳統(tǒng)的融資機(jī)制和能力不足以滿足船舶減排技術(shù)改造，提出“共享節(jié)約”融資，為船公司和技術(shù)供應(yīng)商提供了新的融資模式，以推進(jìn)船舶技術(shù)改造的步伐。以一條經(jīng)過(guò)中國(guó)ECA區(qū)域的航線為例，F(xiàn)AN等[18]對(duì)換油和安裝混合洗滌器兩種減排方式進(jìn)行成本和收益評(píng)估。

1.3 企業(yè)間競(jìng)爭(zhēng)與合作

集裝箱供應(yīng)鏈的可持續(xù)發(fā)展，YANG[19]對(duì)臺(tái)灣地區(qū)129家班輪公司和機(jī)構(gòu)進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，采用結(jié)構(gòu)方程從行業(yè)壓力、企業(yè)內(nèi)部減排措施、企業(yè)間合作3 個(gè)方面評(píng)估了綠色發(fā)展集裝箱運(yùn)輸?shù)钠髽I(yè)效益，指出業(yè)內(nèi)壓力不利于企業(yè)間合作的達(dá)成。YUEN等[20]通過(guò)利益相關(guān)者、計(jì)劃行為和資源依賴?yán)碚?，?duì)航運(yùn)可持續(xù)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)和表現(xiàn)進(jìn)行分析。收集109家干散貨船公司和77家班輪公司的數(shù)據(jù)，揭示了從業(yè)者壓力、態(tài)度以及行為控制會(huì)直接影響執(zhí)行決策，并間接影響經(jīng)營(yíng)效益。

供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)間的競(jìng)爭(zhēng)與合作，MALLIDIS 等[21]研究了IMO 限硫政策如何影響承運(yùn)人對(duì)運(yùn)輸供應(yīng)鏈的決策，構(gòu)建了混合整數(shù)規(guī)劃模型，以一條亞歐貿(mào)易線為例，從裝貨港出發(fā)運(yùn)輸集裝箱，經(jīng)過(guò)進(jìn)口港、陸路運(yùn)輸(包括重卡、火車和駁船)到分撥中心，最終送到零售商店。當(dāng)前油價(jià)并不會(huì)影響到運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。SHENG等[22]分析了單邊排放規(guī)則與統(tǒng)一排放規(guī)則的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。通過(guò)兩階段博弈模型，假設(shè)區(qū)域港口與航運(yùn)公司的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，得到兩種排放規(guī)則下的市場(chǎng)均衡。每種規(guī)則都存在非對(duì)稱效應(yīng)，船公司與港口要在降低排放和公平競(jìng)爭(zhēng)中進(jìn)行抉擇。

1.4 小結(jié)

表1 梳理了在戰(zhàn)略層研究發(fā)展綠色集裝箱班輪運(yùn)輸?shù)牟糠治墨I(xiàn)。

表1 戰(zhàn)略層研究問(wèn)題分類Table 1 Classification of research issues at strategic level

綜合本節(jié)討論，未來(lái)可從以下幾點(diǎn)推動(dòng)該領(lǐng)域戰(zhàn)略層面的研究：(ⅰ)對(duì)環(huán)保技術(shù)的發(fā)展?jié)摿Χ糠治?，?duì)技術(shù)實(shí)施的投融資決策建模分析等。已有文獻(xiàn)多為定性分析，定量分析、典型案例分析相對(duì)明顯不足。(ⅱ)最新環(huán)保技術(shù)、船舶改造或新造船的投融資決策分析，如岸電、節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)、環(huán)保材料、減排裝置等的選擇和成本-收益分析。(ⅲ)結(jié)合當(dāng)前或即將施行的環(huán)保政策、制度和機(jī)制等展開(kāi)研究，如我國(guó)排放控制區(qū)擴(kuò)大范圍對(duì)班輪運(yùn)輸?shù)挠绊憽?ⅳ)應(yīng)加強(qiáng)集裝箱運(yùn)輸供應(yīng)鏈上各節(jié)點(diǎn)企業(yè)的聯(lián)系和合作/競(jìng)爭(zhēng)模式的探討，增強(qiáng)鏈條上節(jié)點(diǎn)信息的透明化，如環(huán)保征稅，包括排放稅和燃油稅等，或補(bǔ)貼政策都會(huì)涉及承運(yùn)人、貨主和港方在成本、收益或社會(huì)責(zé)任的分?jǐn)倹Q策。(ⅴ)當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展不再局限于企業(yè)內(nèi)部，應(yīng)從供應(yīng)鏈角度出發(fā)，分析集裝箱運(yùn)輸供應(yīng)鏈之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系；另外，越來(lái)越多的航運(yùn)公司加入航運(yùn)聯(lián)盟，企業(yè)間應(yīng)如何共同承擔(dān)和分配環(huán)保責(zé)任？(ⅵ)戰(zhàn)略層研究還比較碎片化、不夠系統(tǒng)，對(duì)“綠色”或“可持續(xù)”的相關(guān)概念界定不清晰。(ⅶ)無(wú)論是綠色政策、環(huán)保技術(shù)還是市場(chǎng)機(jī)制的可行性、合理性探討，專門針對(duì)集裝箱班輪運(yùn)輸?shù)难芯枯^少；應(yīng)結(jié)合集裝箱運(yùn)輸特點(diǎn)、班輪運(yùn)輸行業(yè)特征展開(kāi)研究。

2 戰(zhàn)術(shù)層面優(yōu)化

班輪運(yùn)輸在戰(zhàn)術(shù)層的決策一般涉及：服務(wù)頻率、船隊(duì)配置、航行速度以及船期安排等問(wèn)題。伴隨各項(xiàng)環(huán)保政策和減排規(guī)定，油價(jià)上漲、運(yùn)力波動(dòng)等問(wèn)題接踵而至，班輪公司在運(yùn)營(yíng)管理中做出相應(yīng)調(diào)整。

2.1 控制油耗或碳排放的班輪運(yùn)營(yíng)優(yōu)化

對(duì)班輪運(yùn)輸?shù)挠秃幕蛱寂欧趴刂?，首先要解決船舶航速與燃油消耗及廢氣排放的關(guān)系問(wèn)題。2000年以后，將航速作為決策變量的研究逐漸增多。PSARAFTIS 等[23]將航速模型相關(guān)的文章按是否考慮了碳排放分類，進(jìn)行文獻(xiàn)梳理。首先介紹建立航速與油耗量關(guān)系的文章，多以船舶運(yùn)營(yíng)成本最小或總利潤(rùn)最大為目標(biāo)。對(duì)航速與油耗量的冪函數(shù)關(guān)系進(jìn)行探討。WANG 等[24]構(gòu)建了考慮集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)和運(yùn)輸路徑的航速優(yōu)化模型。利用一家班輪公司的歷史數(shù)據(jù)，首次對(duì)速度與油耗之間的冪函數(shù)關(guān)系進(jìn)行調(diào)整。

第二個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是作為常見(jiàn)約束的港口時(shí)間窗問(wèn)題。在轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間約束下，KARSTEN 等[25]建立模型優(yōu)化運(yùn)輸路徑、航速和船隊(duì)配置，并采用Benders分解和列生成技術(shù)進(jìn)行求解?？紤]樞紐港轉(zhuǎn)運(yùn)的集裝箱航線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，ZHEN 等[26]構(gòu)建總成本最小模型來(lái)決策船舶配置，港口掛靠次數(shù)和航速以及集裝箱運(yùn)量分配。

第三，考慮時(shí)間成本或服務(wù)水平。衡量轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間的感知成本，WANG等[27]優(yōu)化兩個(gè)掛靠港之間的航速和轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間；WANG等[28]分別以船公司和供應(yīng)鏈為主體構(gòu)建兩個(gè)速度優(yōu)化模型，并加入服務(wù)水平約束，前者以運(yùn)營(yíng)成本和油耗成本最小為目標(biāo)、后者還同時(shí)考慮存儲(chǔ)成本，進(jìn)而設(shè)計(jì)多項(xiàng)式時(shí)間算法進(jìn)行求解，分析配船數(shù)量、油耗量和服務(wù)水平之間的均衡關(guān)系。吳暖等[29]設(shè)置了最小貨物時(shí)間價(jià)值損失和最低運(yùn)營(yíng)成本的雙目標(biāo)，在貨主為“理性經(jīng)濟(jì)人”的假設(shè)下建立航線配船模型并通過(guò)改進(jìn)的NSGA-Ⅱ算法進(jìn)行求解。

第四，結(jié)合燃油策略優(yōu)化航速。YAO等[30]提出了單船的燃油管理策略，通過(guò)選擇加油港口、確定加油量和選取速度來(lái)降低總?cè)加统杀?。探討燃油稅或油價(jià)波動(dòng)對(duì)碳排放的影響，CORBETT[31]評(píng)估了征收燃油稅的經(jīng)濟(jì)效益，表明燃油稅為150 US$?t-1時(shí)可降低碳排放量20%~30%。CARIOU 等[32]對(duì)比分析降速與歐盟征收燃油稅這兩種減排措施，指出后一種措施可能會(huì)適得其反。PSARAFTIS 等[33]認(rèn)為船舶的油耗成本取決于有效載荷、貨物運(yùn)載量、油價(jià)、運(yùn)費(fèi)率和其他相關(guān)參數(shù)。碳排量的多少還與碳排放系數(shù)相關(guān)。

第五，優(yōu)化航速，降低船舶碳排放。將船舶油耗與排放量的計(jì)算與解決海運(yùn)問(wèn)題的運(yùn)籌學(xué)方法相結(jié)合，KONTOVAS[34]提出綠色船舶路徑優(yōu)化和調(diào)度的概念并概括出3種可行方法，即以排放量最小為目標(biāo)，以成本最小為目標(biāo)(含排放成本)和限制排放的約束。DULEBENETS[35]建立雙成本目標(biāo)的航速優(yōu)化模型，即與轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間正相關(guān)的成本構(gòu)成，包括船舶運(yùn)營(yíng)成本、儲(chǔ)存成本和延誤成本；另外是與轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間負(fù)相關(guān)的成本構(gòu)成，包括油耗成本、在港作業(yè)成本和碳排放成本。WEN 等[36]在PSARAFTIS 等[33]提出的基于負(fù)載的油耗模型基礎(chǔ)上，考慮油價(jià)、運(yùn)費(fèi)率和在途庫(kù)存成本，構(gòu)建了總航程時(shí)間、總成本和排放量最小的多目標(biāo)路徑和航速優(yōu)化模型。設(shè)置船舶碳排放量約束的文獻(xiàn)中：WANG等[37]構(gòu)建模型來(lái)優(yōu)化加油策略、航速和船隊(duì)配置，從而分析航速與油耗量和碳排放之間的關(guān)系；DE等[38]在服務(wù)時(shí)間窗和泊位數(shù)量約束下，構(gòu)建船舶運(yùn)輸路徑與加油策略聯(lián)合優(yōu)化模型，以滿足各港口貨運(yùn)需求。

第六，碳稅或碳交易政策對(duì)班輪運(yùn)輸優(yōu)化決策的影響。這涉及設(shè)置船舶的碳排放額度和交易機(jī)制，以及配船、航速與繳納碳稅、購(gòu)買碳額等問(wèn)題。俞姍姍等[39]分析了3 種碳排放調(diào)控政策：定額或定量征收碳稅，以及碳排放權(quán)交易對(duì)航速?zèng)Q策的影響。邢玉偉等[40]考慮碳稅政策的影響，構(gòu)建航線配船與航速模型。

此外，降速策略對(duì)碳減排或降成本的有效性也值得研究。假定燃油價(jià)格為350~400 US$?t-1，CARIOU[41]研究在主要貿(mào)易航線上采取降速策略的成本效益。KONTOVAS等[42]和LINDSTAD等[43]都認(rèn)為降低航速可有效減少船舶油耗和碳排放，前者分析比較不同泊位作業(yè)規(guī)則并提出船舶到港2 h內(nèi)開(kāi)始裝卸作業(yè)可縮短航程時(shí)間，后者探討帕累托最優(yōu)政策并建議采取限制航速的實(shí)施。

2.2 預(yù)調(diào)度式的綠色班輪運(yùn)營(yíng)優(yōu)化

班輪運(yùn)輸在遠(yuǎn)距離、航程長(zhǎng)且動(dòng)態(tài)不間斷的運(yùn)營(yíng)作業(yè)中，存在諸多不確定因素會(huì)干擾船期計(jì)劃。再加上周期性作業(yè)，一個(gè)節(jié)點(diǎn)的延誤會(huì)對(duì)整個(gè)運(yùn)輸鏈條造成連鎖反應(yīng)。因此，在干擾發(fā)生前，決策者應(yīng)預(yù)先分配冗余時(shí)間，設(shè)計(jì)魯棒預(yù)調(diào)度方案，從而降低潛在不確定因素的負(fù)面作用。這對(duì)船舶油耗和廢氣排放會(huì)產(chǎn)生哪些影響，將通過(guò)梳理下列文獻(xiàn)進(jìn)行分析。

在船期表設(shè)計(jì)階段，采取預(yù)調(diào)度的緩沖措施來(lái)降低干擾風(fēng)險(xiǎn)，是針對(duì)反復(fù)出現(xiàn)、規(guī)律的不確定事件，包括海上和在港不確定因素。降低油耗成本方面，WANG 等[44-45]考慮海上不確定性和轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間限制來(lái)優(yōu)化船期計(jì)劃，文獻(xiàn)[44]未考慮船舶延誤的情況，文獻(xiàn)[45]進(jìn)行了擴(kuò)展。AYDIN等[46]在港口服務(wù)時(shí)間窗約束下，對(duì)航速和加油策略進(jìn)行動(dòng)態(tài)決策。

在港時(shí)間的不確定性挑戰(zhàn)船舶碳排放的控制。為此，QI 等[47]針對(duì)不同服務(wù)水平優(yōu)化班輪船期，SONG 等[48]建立成本和碳排放最小以及服務(wù)可靠度最大的多目標(biāo)模型。考慮海上環(huán)境，尤其是季節(jié)因素對(duì)航行時(shí)間和海上作業(yè)的影響，NORLUND等[49]優(yōu)化了供應(yīng)船提供補(bǔ)給的船期安排。在不確定交貨時(shí)間的假設(shè)下，LEE等[50]分析降速策略對(duì)油耗成本和交付可靠度的影響。

采取節(jié)能減排措施會(huì)影響船隊(duì)配置或船隊(duì)更新?？紤]在港時(shí)間不確定并滿足各掛靠港供需要求，構(gòu)建的多船型配置、船期計(jì)劃與集裝箱路徑優(yōu)化模型往往是只能利用智慧算法求解。在船隊(duì)規(guī)模、泊位和堆場(chǎng)資源限制下，ZHEN等[51]建立一個(gè)以利潤(rùn)最大為目標(biāo)的裝箱量隨機(jī)變化的船隊(duì)配置模型；考慮市場(chǎng)需求的不確定性并滿足各港口貨運(yùn)需求和船舶碳排放量約束，以總成本最小為目標(biāo)，DE等[52]構(gòu)建模型來(lái)優(yōu)化船舶船期安排、行駛速度和貨物路徑分配，并用粒子群算法求解所建立模型。考慮季節(jié)性需求和運(yùn)費(fèi)變化，WANG等[53]通過(guò)減少或增加訪問(wèn)港來(lái)優(yōu)化班輪運(yùn)輸航線。碼頭運(yùn)營(yíng)及海側(cè)作業(yè)的不確定性同樣會(huì)造成班輪船期延誤，船舶進(jìn)出港和?？孔鳂I(yè)過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生廢氣排放。在解決泊位分配問(wèn)題中，DU 等[54]考慮船舶動(dòng)態(tài)到港過(guò)程中的潮汐變化和減排因素；以降低碳排放為目標(biāo)優(yōu)化泊位和岸橋聯(lián)合調(diào)度，ZHEN 等[55]考慮船舶到港時(shí)間的不確定性和裝卸作業(yè)量。

2.3 ECA的設(shè)立對(duì)班輪運(yùn)營(yíng)優(yōu)化的影響

伴隨全球范圍逐漸設(shè)立排放控制區(qū)，加強(qiáng)對(duì)船舶氮硫化物排放的管控，學(xué)術(shù)界開(kāi)始對(duì)設(shè)立ECA給班輪運(yùn)輸服務(wù)帶來(lái)的影響展開(kāi)討論。

首先，分析應(yīng)對(duì)ECA 的減排措施，如換油策略、安裝脫硫塔以及使用LNG。DOUDNIKOFF等[56]和FAGERHOLT 等[57]研究采用低硫油措施，對(duì)航行模式、航速和路徑選擇進(jìn)行優(yōu)化。FAGERHOLT 等[58]指出在ECA 內(nèi)外使用硫含量不同的燃油，根據(jù)其不同單價(jià)，建立分段速度模型進(jìn)行優(yōu)化；還研究了ECA的折射效應(yīng)，選取船舶通過(guò)ECA 邊界的最優(yōu)點(diǎn)。LINDSTAD 等[59]利用成本函數(shù)評(píng)估ECA 政策下的減排策略，表明沒(méi)有絕對(duì)的最優(yōu)選項(xiàng)，需要結(jié)合船舶的發(fā)動(dòng)機(jī)大小，其在ECA內(nèi)的年油耗量以及未來(lái)油價(jià)走勢(shì)進(jìn)行決策。接下來(lái)，GU等[60]通過(guò)計(jì)算全生命周期成本，同時(shí)對(duì)換油策略和安裝洗滌器進(jìn)行評(píng)估，指出安裝洗滌器需要高昂的前期投資，因此船舶在運(yùn)行過(guò)程中仍需要優(yōu)化航行模式，否則將無(wú)法收回成本。HUA等[61]對(duì)兩艘船舶的全生命周期溫室氣體排放量進(jìn)行估算，分別以重油(HFO)和LNG 為燃料。使用LNG 作為船舶燃料，可以有效降低溫室氣體排放量，但會(huì)產(chǎn)生大量甲烷。

其次，分析ECA 可能帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)。通過(guò)分析3年內(nèi)途經(jīng)ECA邊界的7000條船的AIS數(shù)據(jù)，ADLAND 等[62]發(fā)現(xiàn)，自2015年北美設(shè)立ECA 以來(lái)，宏觀來(lái)看并未對(duì)船舶航速有顯著影響，這與很多文獻(xiàn)的觀點(diǎn)相悖。CHANG等[63]采用兩階段法對(duì)ECA 限制下的歐洲和北美港口進(jìn)行分析，表明ECA 的減排政策在一定程度上會(huì)損害這些港口的運(yùn)營(yíng)效益(15%~18%)。CHEN 等[64]研究了ECA 的設(shè)立對(duì)全球航運(yùn)的影響，通過(guò)收集亞歐航線上經(jīng)過(guò)地中海海域、并可能經(jīng)過(guò)ECA的船舶數(shù)據(jù)，分析了這些船舶的軌跡特征，結(jié)果顯示，絕大部分船舶會(huì)選擇繞行ECA，這會(huì)造成某些地區(qū)的局部污染排放量過(guò)高。從船舶運(yùn)營(yíng)者的角度，Li等[65]探討了船舶經(jīng)過(guò)ECA 時(shí)的應(yīng)對(duì)策略，進(jìn)而構(gòu)建模型來(lái)優(yōu)化航行模式和降低成本的策略；分析了計(jì)劃穿過(guò)北美減排區(qū)域的航線，發(fā)現(xiàn)有39.05%的船舶會(huì)選擇規(guī)避ECA(即在ECA外航行)，從而造成船舶的總排放量不減反增。

第三，在ECA排放限制下，船公司需采取節(jié)能減排措施，對(duì)航速、掛靠港和加油選擇、船隊(duì)配置、航行模式和軌跡或路徑等中期決策產(chǎn)生影響、需要協(xié)同規(guī)劃或優(yōu)化。CARIOU[66]在ECA 排放限制和船舶運(yùn)載能力約束下，構(gòu)建利潤(rùn)最大的多貨物多掛靠港裝卸作業(yè)的網(wǎng)絡(luò)流模型，對(duì)掛靠港的選擇、掛靠順序、貨物流、配船數(shù)量和航速聯(lián)合優(yōu)化。MA等[67]在天氣變化和排放控制政策下，進(jìn)行航線與速度的多目標(biāo)優(yōu)化。在考慮ECA 政策下，ZHEN[68]等以總成本最小為目標(biāo)優(yōu)化包含中轉(zhuǎn)港轉(zhuǎn)運(yùn)的航線網(wǎng)絡(luò)，以此確定船隊(duì)配置、綠色減排措施、航速和船期表、每組起訖點(diǎn)(OD)對(duì)的貨運(yùn)量、岸電安裝策略等。在船舶進(jìn)港時(shí)，ZHUGE 等[69]提出班輪自主降速激勵(lì)機(jī)制來(lái)制定船期計(jì)劃，以降低油耗并滿足港區(qū)的排放要求。船公司之間通過(guò)航線網(wǎng)絡(luò)彼此進(jìn)行貨運(yùn)業(yè)務(wù)，REINHARDT 等[70]構(gòu)建了考慮商業(yè)需求和排放約束的班輪航速魯棒模型，優(yōu)化轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間、碼頭作業(yè)時(shí)間、運(yùn)河通過(guò)時(shí)間以及公司間的合作協(xié)議等。以總油耗成本最小和硫排放最少為目標(biāo)，ZHEN等[71]構(gòu)建了班輪在ECA內(nèi)外航行的雙目標(biāo)優(yōu)化模型，以決策航行路徑和航速。以班輪運(yùn)輸海上航行和在港作業(yè)停留的整個(gè)航程為目標(biāo)，DONG 等[72]構(gòu)建模型優(yōu)化ECA 內(nèi)減速區(qū)的最佳航速。WANG 等[73]對(duì)經(jīng)過(guò)ECA 的班輪運(yùn)輸服務(wù)問(wèn)題進(jìn)行整體優(yōu)化，決策變量包括船舶配置、船期計(jì)劃、航行路徑和速度等，結(jié)果表明，ECA 的設(shè)立使船公司至少節(jié)約2%的運(yùn)營(yíng)成本。通過(guò)研究硫排放約束、碳稅和降速激勵(lì)機(jī)制等3 種減排措施，ZHUGE[74]同時(shí)優(yōu)化航行路徑、航速和船隊(duì)配置，并采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法求解問(wèn)題。在這些研究中，ZHUGE等[69]、REINHARDT等[70]和DONG等[72]分析了船公司采取減排策略對(duì)航速的影響，其他文獻(xiàn)將航速優(yōu)化與其他中期決策同時(shí)建模。

此外，諸多文獻(xiàn)分析了ECA 政策下減排技術(shù)的發(fā)展?jié)摿?。AMMAR[75]對(duì)網(wǎng)格式集裝箱船舶使用甲醇-柴油雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益評(píng)估。在使用雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上，船舶還需降速28%，并采用選擇性催化還原法處理柴油的廢氣排放，才能滿足IMO最新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 應(yīng)對(duì)國(guó)際運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)演變戰(zhàn)術(shù)層面的選擇

國(guó)際運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)在各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)全球性資源的大背景下持續(xù)演變，包括時(shí)下討論比較多的“一帶一路”倡議和中美貿(mào)易戰(zhàn)。學(xué)者普遍是站在推動(dòng)“一帶一路”倡議落實(shí)的角度研究班輪運(yùn)輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展。圍繞新貿(mào)易線(鐵路班列或班輪航線)加入運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)性和可行性問(wèn)題，重新構(gòu)建海上運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。在“一帶一路”框架下，考慮加入兩條新鐵路運(yùn)輸線，YANG等[76]建立雙層規(guī)劃模型優(yōu)化亞歐之間的航運(yùn)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)；與海運(yùn)相比，鐵路運(yùn)輸依然受限于運(yùn)費(fèi)高、運(yùn)量低和單位貨運(yùn)量的能耗高、污染大。相比于水運(yùn)，鐵路運(yùn)輸更加高效、且可直達(dá)絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的沿線國(guó)家；同時(shí)，帶動(dòng)我國(guó)中西部地區(qū)發(fā)展的作用是水運(yùn)無(wú)法完成的。為此，政府補(bǔ)貼鐵路貨運(yùn)從而鼓勵(lì)貨主選擇中歐班列、新亞歐大陸橋班列；這毋庸置疑提高了貨運(yùn)效率，當(dāng)然代替運(yùn)價(jià)低、運(yùn)量大的班輪運(yùn)輸也從來(lái)不是聯(lián)通絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶各國(guó)鐵路班列設(shè)置的初衷或目標(biāo)。在分析兩條遠(yuǎn)東-歐洲的新班輪航線經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，YANG等[77]通過(guò)績(jī)效評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)新的班輪航線與已有航線進(jìn)行比較，并調(diào)查價(jià)格變動(dòng)、限硫令和“一帶一路”政策對(duì)新增航線的影響。

從成本、環(huán)境影響、可靠性和安全性等方面對(duì)“一帶一路”經(jīng)濟(jì)走廊的發(fā)展?jié)摿M(jìn)行分析，并與傳統(tǒng)運(yùn)輸航線相比，WEN 等[78]論證了“一帶一路”倡議的優(yōu)勢(shì)所在。對(duì)“一帶一路”航運(yùn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，PAN 等[79]找出連通性較差的節(jié)點(diǎn)港口并指出其連通性有待提高。ZHANG等[80]對(duì)“一帶一路”協(xié)議框架內(nèi)的56個(gè)國(guó)家的能源性能進(jìn)行逐一計(jì)算并比較分析。隨著“一帶一路”政策的推動(dòng)，中國(guó)政府提高了在西非國(guó)家對(duì)交通基礎(chǔ)設(shè)施的投資額，XIN等[81]以廣義交通成本最小為目標(biāo)，構(gòu)建了航運(yùn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與基礎(chǔ)設(shè)施投資聯(lián)合優(yōu)化模型。

中美貿(mào)易戰(zhàn)已沖擊到航運(yùn)市場(chǎng)，航運(yùn)企業(yè)應(yīng)在戰(zhàn)術(shù)層面做好準(zhǔn)備，以應(yīng)對(duì)由此衍生的與貿(mào)易息息相關(guān)的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。從業(yè)內(nèi)專家分析來(lái)看，貿(mào)易摩擦?xí)嬗绊懞竭\(yùn)各細(xì)分市場(chǎng)，對(duì)油運(yùn)、集運(yùn)和散運(yùn)市場(chǎng)均帶來(lái)了不同程度的負(fù)面影響。GONG 等[82]研究中美貿(mào)易影響下，干散貨運(yùn)價(jià)指數(shù)與股票市場(chǎng)的動(dòng)態(tài)相關(guān)性，結(jié)果顯示，中美貿(mào)易量的降低會(huì)增強(qiáng)運(yùn)價(jià)與股價(jià)的傳染風(fēng)險(xiǎn)?；谥忻篮竭\(yùn)貿(mào)易數(shù)據(jù)，王列輝等[83]分別設(shè)置隨機(jī)與蓄意兩種網(wǎng)絡(luò)攻擊方式，對(duì)中美集裝箱航運(yùn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行脆弱性評(píng)估并找出相對(duì)重要的中介港口。

2.5 小結(jié)

表2 梳理了戰(zhàn)術(shù)層的研究問(wèn)題。結(jié)合本節(jié)的討論，建議從以下幾個(gè)方向推進(jìn)該領(lǐng)域在戰(zhàn)術(shù)層面的研究：(ⅰ)確定性條件下通過(guò)優(yōu)化航速控制船舶油耗和排放的研究已非常充分，但仍有很多不確定性因素應(yīng)予以考慮，包括運(yùn)輸市場(chǎng)需求波動(dòng)、國(guó)際原油價(jià)格波動(dòng)、政策因素、季節(jié)和天氣因素、船舶運(yùn)力變化，以及影響全球或較大區(qū)域的疫情(如2020年初開(kāi)始影響全球的新冠肺炎疫情)等。(ⅱ)利用當(dāng)下或歷史實(shí)際數(shù)據(jù)(如AIS數(shù)據(jù))分析不確定事件的發(fā)生規(guī)律，提高不確定因素相關(guān)參數(shù)設(shè)定或隨機(jī)事件概率分布的準(zhǔn)確性與合理性。(ⅲ)全球集運(yùn)市場(chǎng)已然呈現(xiàn)各大航運(yùn)聯(lián)盟主導(dǎo)態(tài)勢(shì)，面對(duì)迫在眉睫的減排任務(wù)，各聯(lián)盟紛紛出臺(tái)燃油稅，進(jìn)而將部分成本轉(zhuǎn)向托運(yùn)人承擔(dān)；聯(lián)盟內(nèi)各企業(yè)間是否存在某種競(jìng)爭(zhēng)或合作關(guān)系，是否可以通過(guò)協(xié)作(合作機(jī)制或協(xié)議定價(jià))承擔(dān)經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)責(zé)任，進(jìn)而向客戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，值得進(jìn)一步探究。(ⅳ)考慮船舶在港時(shí)間不確定的文獻(xiàn)中，多數(shù)直接假設(shè)船方會(huì)根據(jù)碼頭繁忙情況降速，以縮短在港等待時(shí)間，但很少有文獻(xiàn)對(duì)船方和港方這種合作關(guān)系的合理性進(jìn)行論證；對(duì)于港口與船公司的協(xié)議或博弈關(guān)系需進(jìn)一步討論，如制定不同的時(shí)間窗或作業(yè)效率等。(ⅴ)與上、下游運(yùn)輸節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系逐漸增多，如考慮碼頭作業(yè)資源的限制；內(nèi)陸轉(zhuǎn)運(yùn)中需考慮轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間或貨運(yùn)需求的限制；環(huán)保技術(shù)投資建設(shè)會(huì)涉及到航運(yùn)公司與碼頭的關(guān)系，如岸電裝置的安裝涉及到航運(yùn)企業(yè)、政府與港口三方?jīng)Q策。

表2 戰(zhàn)術(shù)層研究問(wèn)題分類Table 2 Classification of research issues at tactical level

3 執(zhí)行層面決策

梳理海運(yùn)環(huán)境政策和限排要求下，班輪公司在執(zhí)行層面所作的決策調(diào)整，主要包括綠色可持續(xù)的集裝箱調(diào)運(yùn)以及干擾恢復(fù)管理。

3.1 控制排放的集裝箱調(diào)運(yùn)

集裝箱調(diào)運(yùn)離不開(kāi)班輪公司的中期決策，并且包含了空箱調(diào)運(yùn)問(wèn)題。降低油耗的空箱調(diào)運(yùn)策略，SONG 等[84]引入拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和船舶負(fù)載因子，以成本最小為目標(biāo)構(gòu)建遠(yuǎn)洋運(yùn)輸航線設(shè)計(jì)模型，決策航線結(jié)構(gòu)、船舶配置和空箱調(diào)運(yùn)問(wèn)題。AKYüZ 等[85]在轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間約束下，研究了多類型貨物運(yùn)輸路徑優(yōu)化以及空箱調(diào)運(yùn)問(wèn)題。胡堅(jiān)堃等[86]建立了多港掛靠與軸輻式混合網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)航線選擇與船型配置、重箱與空箱調(diào)運(yùn)、航速選擇進(jìn)行決策優(yōu)化?？刂婆欧诺目障湔{(diào)運(yùn)研究，SONG 等[87]采用基于活動(dòng)的方法計(jì)算兩條亞歐航線上班輪運(yùn)輸?shù)奶寂欧帕?，以此選擇更環(huán)保的航線行駛，并分析了空箱調(diào)運(yùn)策略和在港裝卸作業(yè)量對(duì)碳排放因子的影響。沈二樂(lè)等[88]在保證重箱正常運(yùn)輸和碳排放約束下，建立了考慮碳交易的雙目標(biāo)空箱調(diào)運(yùn)模型，分析碳交易價(jià)格對(duì)總成本和運(yùn)輸時(shí)間的影響。GOH[89]提出了影子定價(jià)法，預(yù)估可折疊集裝箱對(duì)太平洋西向貿(mào)易中回程空箱運(yùn)費(fèi)的影響，并采用基于活動(dòng)的方法估計(jì)了碳排放量。可折疊集裝箱縮小了去程和回程的運(yùn)費(fèi)差值，回程不再需要內(nèi)陸轉(zhuǎn)運(yùn)，且有利于降低碳排放量。

針對(duì)集裝箱運(yùn)輸減排問(wèn)題，QIU 等[90]在“一帶一路”背景下構(gòu)建了允許船舶共享的集裝箱運(yùn)輸分配模型，其中以中國(guó)-中南經(jīng)濟(jì)走廊為算例，分析顯示，船舶共享有利于節(jié)能減排并提高收益?；诎噍喒竞献?，IRANNEZHAD 等[91]構(gòu)建時(shí)間窗約束下的動(dòng)態(tài)車輛分配和調(diào)度模型，優(yōu)化內(nèi)陸空箱調(diào)運(yùn)和集卡調(diào)度；分析指出，公司之間的合作可減少不必要的運(yùn)輸和箱量存儲(chǔ)，降低40%的油耗和排放；若利用共享集卡或大型集卡，更具有環(huán)保效益。

3.2 反應(yīng)式的綠色班輪運(yùn)營(yíng)優(yōu)化

影響班輪運(yùn)輸?shù)牟淮_定因素按照發(fā)生頻率可分為，規(guī)律性事件和一次性突發(fā)事件。對(duì)于前者，班輪公司預(yù)先分配冗余時(shí)間，在執(zhí)行層面采取預(yù)調(diào)度的方式應(yīng)對(duì)規(guī)律性干擾事件。但當(dāng)意外事件發(fā)生，如碼頭工人罷工、船舶碰撞、颶風(fēng)等，造成船舶運(yùn)輸直接中斷，班輪運(yùn)營(yíng)者在綠色背景下，應(yīng)從操作層面采取措施恢復(fù)受擾的船期和船舶的正常運(yùn)營(yíng)。一般的應(yīng)對(duì)策略包括改變航速、跳過(guò)港口掛靠、改變港口訪問(wèn)順序、縮短在港時(shí)間等，而這些也會(huì)引起船舶油耗量的產(chǎn)生及排放量的變化。

其次，優(yōu)化降低燃油成本的干擾恢復(fù)策略。LI等[92]建立了非線性模型解決船期延誤問(wèn)題，并用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法進(jìn)行求解。加快航速是應(yīng)對(duì)短時(shí)延誤最有效的措施，而突發(fā)事件則需要減少掛靠港口數(shù)量或改變港口訪問(wèn)順序才能得到恢復(fù)。LI 等[93]針對(duì)規(guī)律性和偶然性不確定事件造成的延誤，為班輪公司提出了實(shí)時(shí)調(diào)度的恢復(fù)策略，以最大限度恢復(fù)延誤船期。設(shè)立最小化油耗成本和延遲損失為目標(biāo)建立了多階段隨機(jī)控制模型。CHERAGHCHI等[94]構(gòu)建了采取加速策略恢復(fù)船期的多目標(biāo)模型，應(yīng)用幾種多目標(biāo)智能算法求解，得出帕累托解以權(quán)衡最小時(shí)間延誤和最小經(jīng)濟(jì)損失兩個(gè)目標(biāo)。邢江波[95]采用波優(yōu)化處理班輪運(yùn)輸中的不確定性問(wèn)題，構(gòu)建了軸輻式網(wǎng)絡(luò)下的集裝箱流恢復(fù)模型，從而提供可靠的班輪船期表設(shè)計(jì)。考慮ECA政策的排放約束，DE 等[96]在滿足港口泊位數(shù)量限制和貨運(yùn)需求下，構(gòu)建船期計(jì)劃與燃油管理決策模型，考慮了重油和輕質(zhì)油的加油策略以及碳稅成本，并在惡劣天氣導(dǎo)致港口關(guān)閉等干擾事件發(fā)生時(shí)，采取跳港策略建模；LI等[92]僅假設(shè)在某種已知情況下采取恢復(fù)措施，而其余文獻(xiàn)均考慮了未來(lái)出現(xiàn)突發(fā)事件的可能性。

第三，優(yōu)化降低船舶排放的干擾恢復(fù)策略。通過(guò)增加航速、減少掛靠港、改變港口訪問(wèn)順序等措施來(lái)應(yīng)對(duì)4 類突發(fā)事件，以權(quán)衡油耗增加、對(duì)余下航程影響和服務(wù)水平之間的關(guān)系，BROUER[97]建立恢復(fù)策略決策以應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的混合整數(shù)模型，結(jié)果使成本節(jié)約達(dá)58%以上。利用馬爾可夫過(guò)程，MULDER 等[98]構(gòu)建班輪船期延誤恢復(fù)模型，通過(guò)中期層面的緩沖時(shí)間分配和短期層面的恢復(fù)措施相結(jié)合，以達(dá)到船期設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和魯棒性。

3.3 國(guó)際原油價(jià)格變化和新冠肺炎疫情的影響

在戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)層面需要考慮這些因素，實(shí)際執(zhí)行中需要選擇何時(shí)啟動(dòng)應(yīng)對(duì)策略。因此，本文在這部分討論國(guó)際原油價(jià)格變化和新冠肺炎疫情等突發(fā)事件的影響以及班輪運(yùn)輸業(yè)在運(yùn)營(yíng)層面的應(yīng)對(duì)策略。

原油價(jià)格的波動(dòng)主要涉及航運(yùn)企業(yè)的燃油成本，影響班輪公司的燃油補(bǔ)給策略及征收燃油附加稅。隨著限硫令和綠色航運(yùn)的推進(jìn)，油價(jià)波動(dòng)也對(duì)綠色環(huán)保技術(shù)的選擇產(chǎn)生了影響。LINDSTAD等[99]比較分析了安裝脫硫塔、使用低硫油或LNG的能耗量及成本。在原油價(jià)格變化下，不同船型會(huì)有不同的選擇。原油價(jià)格直接關(guān)系高硫油價(jià)的變動(dòng)，HALFF等[100]指出“限硫令”會(huì)對(duì)精煉廠和原油廠商帶來(lái)不利影響，可能反而會(huì)減緩傳統(tǒng)燃料向現(xiàn)代燃料轉(zhuǎn)變的過(guò)程。MAITR等[101]研究了原油價(jià)格與班輪市場(chǎng)股市收益的波動(dòng)溢出性和關(guān)聯(lián)性。

新冠疫情阻礙了世界供應(yīng)鏈的暢通運(yùn)轉(zhuǎn)，使需求市場(chǎng)疲軟，對(duì)世界經(jīng)濟(jì)環(huán)境造成巨大的負(fù)面影響，也間接影響了航運(yùn)業(yè)各細(xì)分市場(chǎng)。NOTTEBOOM 等[102]對(duì)新冠疫情影響下的集裝箱港口和班輪運(yùn)輸業(yè)進(jìn)行時(shí)空序列分析，并與2008—2009年的金融危機(jī)影響相比較。XU 等[103]對(duì)中國(guó)14 個(gè)主要港口的面板數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，分析了宏觀經(jīng)濟(jì)、疫情蔓延程度以及政府防控措施對(duì)港口運(yùn)營(yíng)作業(yè)的影響。NARASIMHA 等[104]定量分析了新冠疫情對(duì)印度港口運(yùn)輸和海上供應(yīng)鏈系統(tǒng)的沖擊，并提出了后疫情時(shí)代的恢復(fù)建議。面對(duì)充滿疫情風(fēng)險(xiǎn)的郵輪，CHOQUET等[105]探討了海港國(guó)家是否應(yīng)接收其停靠的法律法規(guī)和救助規(guī)則。

若船舶不安裝脫硫裝置，在ECA 內(nèi)外行駛時(shí)會(huì)使用硫含量不同的燃油或使用清潔能源，航行速度也會(huì)發(fā)生變化。這在FAGERHOLT等[58]和ZHEN等[68]兩篇文獻(xiàn)中有深入研究。

3.4 小結(jié)

相較于在戰(zhàn)術(shù)層節(jié)能減排方面豐富的研究，針對(duì)該領(lǐng)域執(zhí)行層決策方面的研究總結(jié)在表3 中。無(wú)論從集裝箱調(diào)運(yùn)問(wèn)題，還是干擾事件后針對(duì)恢復(fù)問(wèn)題的決策，都應(yīng)繼續(xù)推動(dòng)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展方向的研究。值得進(jìn)一步研究的問(wèn)題包括：(ⅰ)減排技術(shù)的應(yīng)用或環(huán)保政策對(duì)集裝箱運(yùn)輸路徑、運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的影響。(ⅱ)對(duì)于ECA設(shè)立下船舶的航行模式，遇到突發(fā)事件干擾后，是否需采取不同恢復(fù)策略以及降低排放的集裝箱流恢復(fù)策略。(ⅲ)排放限制下集裝箱調(diào)運(yùn)，班輪公司與內(nèi)陸運(yùn)輸方式的協(xié)作或競(jìng)爭(zhēng)。(ⅳ)考慮集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的不確定性因素，包括港口需求不確定性、內(nèi)陸轉(zhuǎn)運(yùn)方式效率與容量的不一致等。(ⅴ)借鑒綠色公共交通的“共享”“智能”思想，探討“共享集裝箱”“共享集卡”等在集裝箱運(yùn)輸中的可行性，以及“智能船舶”“自動(dòng)駕駛船舶”的減排效益和可行性分析。

表3 執(zhí)行層研究問(wèn)題分類Table 3 Classification of research issues at operational level

4 結(jié)論

本文旨在就當(dāng)前集裝箱班輪運(yùn)輸環(huán)境可持續(xù)發(fā)展研究現(xiàn)狀提供一個(gè)綜述；按照決策水平、時(shí)間脈絡(luò)和研究主題，從3 個(gè)層次7 個(gè)類別進(jìn)行綜述。這里的三點(diǎn)觀察值得重視：

首先，研究趨勢(shì)變化與環(huán)境政策緊密關(guān)聯(lián)。圖2把2009年1月—2021年3月發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)按戰(zhàn)略層、戰(zhàn)術(shù)層和執(zhí)行層分4 個(gè)時(shí)間段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。2009年，海上環(huán)境委員會(huì)(MEPC)在第59 屆會(huì)議上，提出了一系列控制船舶溫室氣體排放的自主選擇措施；2011年，MEPC62 通過(guò)了船舶能效規(guī)則(MARPOL73/78,Annex VI)，并在2013年進(jìn)入實(shí)施，這是首個(gè)針對(duì)航運(yùn)溫室氣體排放的國(guó)際法律文件，此后發(fā)表的碳排放相關(guān)文獻(xiàn)占了95%；2018年出臺(tái)首項(xiàng)碳減排50%的戰(zhàn)略目標(biāo)，2018—2021年的文獻(xiàn)[15,19-20]即基于這一政策展開(kāi)。此外，自2006年至今，全球范圍內(nèi)已有多處ECA 劃定，限制船舶硫、氮氧化物的排放。2008年10月，MEPC58 首次提出強(qiáng)制限硫要求及實(shí)施時(shí)間，關(guān)于ECA 政策影響的文獻(xiàn)均在2008年之后。伴隨2020年“限硫令”的到來(lái)，2018—2021年應(yīng)對(duì)ECA 政策的文獻(xiàn)占了81%。因此，該領(lǐng)域的研究一直緊扣當(dāng)前及未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)航運(yùn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求和政策走向。

圖2 2009年1月—2021年3月發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)的分時(shí)段分析Fig.2 Analysis of relevant publications from January 2009 to March 2021

其次，從決策水平和問(wèn)題類別來(lái)看，針對(duì)戰(zhàn)術(shù)層決策的研究遠(yuǎn)多于針對(duì)戰(zhàn)略和執(zhí)行兩層。大部分研究通過(guò)優(yōu)化或改進(jìn)航速相關(guān)的運(yùn)營(yíng)作業(yè)(基于船舶能效管理計(jì)劃)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排或改善降低硫排放的運(yùn)營(yíng)措施，而長(zhǎng)期和短期決策仍需繼續(xù)深入研究。另外，考慮不確定因素的研究相對(duì)較少。

第三，從決策主體來(lái)看，大部分研究以航運(yùn)公司作為單獨(dú)的決策主體。這需要有所改變，畢竟集裝箱班輪運(yùn)輸離不開(kāi)上下游節(jié)點(diǎn)企業(yè)、碼頭運(yùn)營(yíng)商和內(nèi)陸轉(zhuǎn)運(yùn)；此外，與班輪運(yùn)輸相關(guān)的環(huán)境政策和機(jī)制的制定也離不開(kāi)政府。

綜上，針對(duì)3 個(gè)決策層面的班輪運(yùn)輸文獻(xiàn)研究，表4 列出了對(duì)應(yīng)的典型問(wèn)題、目標(biāo)、輸入變量、約束、決策變量和典型性代表性文獻(xiàn)。

表4 續(xù)表

表4 典型性班輪運(yùn)輸決策問(wèn)題梳理Table 4 Analysis of decision-making issues in typical liner shipping

因此，建議：(ⅰ)繼續(xù)在優(yōu)化班輪運(yùn)輸中考慮多目標(biāo)。梳理的文獻(xiàn)中同時(shí)考慮環(huán)境和不確定性因素的僅有10%。不確定性因素的考慮使研究更貼近實(shí)際問(wèn)題，而將多目標(biāo)優(yōu)化作為決策手段可兼顧經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)責(zé)任，有利于航運(yùn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。(ⅱ)要結(jié)合行業(yè)實(shí)際提煉科學(xué)問(wèn)題。國(guó)際航運(yùn)業(yè)、尤其班輪運(yùn)輸極易受到政策導(dǎo)向、世界經(jīng)濟(jì)環(huán)境的影響。如“一帶一路”倡議的落實(shí)對(duì)集裝箱運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的影響[90-91]；中美貿(mào)易戰(zhàn)使關(guān)稅增加，這都給世界貿(mào)易提供服務(wù)的集裝箱運(yùn)輸帶來(lái)很大沖擊[92]；“2020 限硫令”“2050 碳減排目標(biāo)”、中國(guó)排放控制區(qū)擴(kuò)大等更加嚴(yán)格的排放限制，全球碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)施路線圖等都將影響全球班輪運(yùn)輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展選擇。(ⅲ)從供應(yīng)鏈的角度，研究集裝箱班輪運(yùn)輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展。航運(yùn)聯(lián)盟、港口集群形式的出現(xiàn)，說(shuō)明當(dāng)前的競(jìng)爭(zhēng)不再局限于企業(yè)內(nèi)部；航運(yùn)公司應(yīng)如何處理與橫向企業(yè)或上下游節(jié)點(diǎn)的關(guān)系都值得研究。(ⅳ)為配合在運(yùn)營(yíng)層面的努力，還要研究通過(guò)技術(shù)途徑或手段推動(dòng)班輪運(yùn)輸業(yè)可持續(xù)發(fā)展。運(yùn)營(yíng)層面的減排效果已經(jīng)有限，依賴技術(shù)手段才能實(shí)現(xiàn)既定航運(yùn)減排目標(biāo)，包括燃料電池、岸電技術(shù)、廢熱利用、碳捕獲和存儲(chǔ)、洗滌器，以及太陽(yáng)能、風(fēng)能、氫和生物燃料等可再生能源的發(fā)展。(ⅴ)借鑒其他運(yùn)輸行業(yè)較為成熟的綠色環(huán)保發(fā)展思路，如“共享”概念、“智慧交通”等促進(jìn)航運(yùn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。