低碳模式下班轮航线配船问题研究
叶德亮*， 黄有方， 胡坚堃
【摘 要】在绿色低碳环保的大环境下，以一种新颖的视角研究班轮航线配船问题.在全球致力于环保减排的大趋势下，碳的排放权也必将成为一种稀缺资源，随着航运业碳税机制的逐步引入，由于碳税成本的增加，将碳税成本考虑进班轮航线配船优化模型中显得非常必要.文章在经典配船模型的基础上建立了班轮航线配船新模型，推导出船舶燃耗与船舶往返航次时间、航次成本及年航次数之间的数学关系式，并在碳排放约束条件下进行了优化.并通过算例用LINGO软件对模型进行求解.研究表明：考虑碳排放约束和碳税征收因素后，可以为在班轮的碳排放量有限量的情况进行配船优化，满足客户的需求且使船队盈利. 【期刊名称】华中师范大学学报（自然科学版） 【年(卷),期】2015(049)002 【总页数】5
【关键词】低碳； 碳排放权； 班轮； 航线配船
低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础，应对气候变化背景下实现可持续发展的经济增长模式，是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步.航运业承担了全球90%的贸易运输，由于它的排放具有移动性、无界性和跨区域性的特点，要实现航运业的低碳发展也需要具备独特的模式.研究报告显示，目前航运业每年CO2排放量超过12亿t，约占全球碳排放总量的4%[1].如果不采取合理有效的措施，全球航运业CO2排放量将在2050年翻番.长期以来，各方通过各种途径实施减排，主要有以下几种途径：(1)降低航速.航速降低20%，碳排放量将减少40%；(2)研发和应用高效节能技术、可再生能源技
术和温室气体减排技术，开发生态船舶节能成套技术；(3)以海运燃油征税为基础，制定一个全球范围内的温室效应气体减排制度.“碳税”是应用税收政策控制温室气体排放的减排方法，从环境经济学理论看，因CO2的排放量与燃料的含碳量直接相关，所以可以按燃料的含碳量向生产者或消费者征收碳税.近年来，尤其是“柏林授权“通过以后，一些发达国家的缔约方，纷纷推出各自的有关温室气体排放、保护全球气候的政策和措施建议，征收CO2排放税是其中的核心内容之一.丹麦早在1991年，其议会就通过征收CO2排放税的议案，而欧盟则考虑在其成员国内引入一个统一的碳税制度，以期改变消费者和生产者的行为方式.出于环保目的考虑，欧盟考虑通过立法将航运业纳入欧盟碳排放交易体系中，希望有助于降低这个行业对气候带来的影响，欧盟在2013年试图效仿航空业将航运业纳入欧盟碳排放交易体系，开始征收“航海碳税”.国际海事组织也正在研究如何利用碳税推动国际航运业减少CO2排放.因此，碳税是当前国际上应对气候变化问题的一项重要制度手段.这里姑且不论其技术上、政策上的可行性，至少可以证明碳税制度已引起各国的重视，并且一些国家已开始实施.一旦航海碳税征收，其对中国航运业的影响不得不引人深思.随着国际社会节能减排呼声日益高涨，针对航运业碳排放问题的博弈的不断升级，温室气体减排的制度建设势在必行，但要使得这种方式对海上的货物运输带来最小的负面影响，还有很长的路要走.本文在全球低碳生产的大背景下，以碳税征收制度为前提，研究在征收碳税的情况下，船公司在进行班轮航线配船时，一方面为充分利用班轮运力，保证运量，实现配船效率最优化，另一方面在建立班轮配船模型时，引入碳税征收系数，将碳税征收成本考虑进来，并通过CO2总量控制手段，限制碳排放量，使碳排放量控制在某一确定的范围内，在此基础上讨
论集装箱班轮公司航线配船的优化问题.
1 国内外相关研究现状
目前，集装箱班轮运输是现代海上运输的主要方式.班轮航线配船是航运业组织运输工作的中心环节.我国是航运大国，航运业是国民经济、对外贸易、社会发展的重要支撑.国家在政策方面也不断向航运业倾斜.《交通运输部办公厅关于促进航运业转型升级健康发展的若干意见》、《国务院关于印发船舶工业加快结构调整促进转型升级实施方案(2013-2015年)的通知》(国发〔2013〕29号)中提出：减少运力存量，优化船队结构；促进专业化、集约化经营；推进安全绿色发展.
在目前的低碳大环境中，航运业可以通过合理降低航速降低碳排放，但航速是班轮航线配船的重要影响因素之一，它不仅直接影响到船舶往返航次时间，而且影响到航次成本的计算及航线配船数，大部分航线配船模型中将航速假设为常数，这一假设是合理的，因为班轮一般有严格的班期要求，以经济航速航行，因此速度一般不适宜变化.除此以外，从控制碳排放量的角度考虑班轮航线上配船的并不多见.国内外，关于班轮航线配船的研究成果很多.Shahin Gelareh， David Pisinger运用混合整数线性规划的方法，为远洋班轮服务提供商同步地设计班轮航线网络和进行班轮船队规划[2].Richa Agarwal，Ozlem Ergun针对船舶调度和货运班轮运输网络设计，研究了船队调度问题[3].Gelareh and Meng提出神经整数混合规划模型，研究涉及最优航速的短期班轮配船问题[4].上述集装箱班轮航线配船文献中，解决了航线配船中船型选择与船舶数量的确定这两个关键问题.但是研究的背景中都没有涉及到班轮船舶的碳排放问题. 国内学者赵刚结合航运业实际，对传统的班轮配船模型进行了改进并提出迭代
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