一般航運規劃之相關研究

關於航運規劃之研究依探討主題可概分為三類：船舶航線安排、船隊部 署與船期安排。船舶航線安排係指安排船舶的航線與泊靠港口；船隊部署主 要在將可調度的船隊分配到各航線，此一問題主要是定期船的探討課題；船 期安排係指安排一艘船在航線上的運送計畫，通常受到其他船隊營運規劃決 策因素的影響而無法單獨決定。陳春益與邱明琦[24]指出在實務規劃流程 上，定期船航商多先進行船舶之航線安排(航線設計)，依據航線安排果部署 適合的船型船隊，再依據船隊部署結果，視各船舶狀況安排其船期。此外，

船隊規模(fleet size)、船隊組成(mix)與最佳巡航速度(optimal cruising speed) 亦在船舶航線安排與船期安排問題中探討。航運規劃模式通常以追求利潤最 大化或成本最小化為目標函數，問題求解方法可分為最佳解法與啟發式解法 (heuristic)，包括線性規劃法、整數規劃法、拉式鬆弛法等等。

過去關於航運規劃的文獻很多，如 Rana and Vickson[18]、Cho and Perakis[19]、Powell and Perakis[20]、Sambracos et al.[21]、盧華安[22]、盧華 安與徐育彰[23]、陳春益與邱明琦[24]、郭塗城與朱經武[25]等，特別是 Ronen[26, 27] 與 Christiansen et al.[28]每隔十年就彙整分析所有海運規劃文 獻，以前瞻未來研究方向，因此 2004 年前絕大部份的航運規劃文獻均彙整 於其文章中。在此，回顧上述文獻的主要內容。

1. Rana and Vickson[18]

探討往復式網路型態下之定期貨櫃船航線安排問題，其建立之模式 可求解不同船型進行服務航線，並決定各船舶在其航線各個航段上之貨 載運量，及各船舶在其服務航線上之繞行次數。

2. Cho and Perakis[19]

根據短期及長期規劃之不同條件假設，提供兩種不同的船舶航線安 排策略。短期部分，假定貨櫃運輸需求、船隊規模及候選航線等均為已 知，建立模式求解每一艘船個別之服務航線或航線組合，以及各航線之 服務航次數。長期部分，則假設船隊規模是不確定的，除可求解各船舶 之航線分派及服務航次數外，並同時決定船舶之建造、購買或租賃等船 隊管理策略。研究中上述兩種模式均無應用範例及求解結果，作者僅建 議以現有之最佳化軟體求解，而面對大規模整數規劃問題時，則可考慮 採用拉式鬆弛法(Lagrangian relaxation)求解。

3. Powell and Perakis[20]

發展一整數規劃(IP)模式處理船隊部署問題。定期船經營者在運送路 線已知、船舶數量已知的情況下，求得滿足最低運送頻率、總營運成本 最小的船隊部署方式。模式的目標函數為最小化船隊的營運成本與入塢 (lay-out) 成本總合，滿足船舶的數量限制與最低服務需求限制。模式中 考慮不同船舶有不同的營運成本與入塢成本，則可以分析船隊中有自有 船舶、長期租用船舶、短期租用船舶等不同船舶的成本不同之情形。作 者在 1991 年已針對此一問題發展出線性規劃(LP)模式，本文主要在修改 原線性規劃(LP)模式為整數規劃(IP)模式。以整數規劃模式求解可直接求 得最佳解，而原本以線性規劃模式求解時，需將非整數解修正為整數解，

造成求得的結果可能為區域最佳解(sub-optimal)。這篇論文最主要的貢獻 就在將線性規劃(LP)模式改為整數規劃(IP)模式。

4. Sambracos et al.[21]

以希臘愛琴海為例，研究在島嶼網路中以小型貨櫃船運送貨物的問 題。文中針對此一沿海貨物運送問題(Coastal Freight Shipping Problem, CFSP)，提出以兩個維度來處理。首先，在策略規劃維度，提出以線性 規劃(LP)模式來進行分析，在已知的供給與需求限制條件下，最小化總 燃油成本與港灣費用，以決定船舶交通量；然後，在營運維度，提出以 車輛路線安排問題(VRP)的數學模式決定出較實際的船隊規模。

5. 盧華安[22]

探討定期貨櫃航線設計之內容與航商之規劃流程，並據以構建航線 設計之數學規劃模式，其中除考量航線安排、服務船舶數量與航線週期 外，亦藉由艙位配置(capacity allocation)概念將規劃港口間之載運需求納 入考慮。

6. 盧華安與徐育彰[23]

構建一個混合整數規劃模式，從諸多候選方航線中挑選出最佳航，

並同時進行船隊部署配置，以追求利潤最大化之營運目標。構建之模式 除能達到部署適當船舶與選擇經營航線之決策外，亦能反映各港口間貨 櫃載運分派(carried container allocation)之規劃。在基本之部署模式中，亦 能選擇性加入若干服務品質限制，有助於航商面對現實托運市場之業務 考量。

7. 陳春益與邱明琦[24]

考量航線設計之基本實務因素(如往返繞行、航段容量限制等)，以 及航運之發展趨勢(如聯營化、網路化等)等因素，據以構建一貨櫃航線 網路設計模式，以協助航商以更有效率之方式進行航線規劃設計作業。

該研究的特點主要係以網路流量之觀念來探討航線設計問題，並透過基 本網路架構之建立，來表述航線網路設計問題，及作為數學模式構建之 基礎。文中除構建航線網設計之數學模式外，並以簡例分析測試運算結 果之合理性。

8. 郭塗城與朱經武[25]

提出停靠港口選擇是定期船經營的重要決策之一，在實務上，定期 船業者幾乎都憑經驗就有限替選方案決定停靠港口，未見應用數學模式 幫助決定停靠港口，因此作者發展一個數學規劃模式供定期船業者決定 新航線或檢討舊航線之停靠港口。構建的數學模式以追求營運利潤最大 化為目標，模式除一般模式考慮的成本外，特別將航次週期時間、船舶 裝載量限制等因素納入考慮。經以假設範例測試，結果顯示其模式能充 分反應決策情境之變化。最後，作者提出其模式與許多先前研究一樣假 設港際間貨運量為已知，此假設可能與實際情況有出入，未來研究應突 破此一假設，如能發展業者競爭模式取代貨運量固定之假設，則定期船 停靠港口決策模式將更臻成熟。

9. Ronen[26]

回顧 1983 年前有關於貨物船運的航線安排、船期安排文獻，對問題 與模式做深入探討。文中指出一條船每日的成本高達數千美金，若能適 當安排船隊的路線與時間，將可顯著節省成本。有關於車輛路線安排問 題的研究很多，但少有研究探討船舶的航線安排問題。文中首先就車輛 路線安排與船舶航線安排間的差異做探討，並說明為何較少人研究船舶 航線安排問題。其次，作者依船舶航線安排問題的特性，提出一個定義 問題型態的分類方式。然後回顧相關文獻，將航線安排、船期安排模式 分為運輸系統模式、定期船、不定期船、工業用船(industrial operation)、

其他等五類，分別介紹其相關研究。最後，討論船期安排的趨勢、既有 模式的缺點與實際模式的需求。

作者指出船舶航線與船期安排問題較少有人研究的理由：1)在美國 大部份的貨物由卡車與鐵路運送，船舶是次要運送工具，較少受到關心

與注意。2)船舶航線安排問題的變異性較大，不像車輛路線安排問題的 架構較明確。3)船舶營運的不確定性較高，如天氣狀況、機械問題、罷 工等。4)船運市場為一國際性、資本密集、變動大、自由度高的市場。

5)海運業有悠久傳統，較保守而不易接受新觀念。車輛與船舶在路線與 時間安排問題間的差異：1)一條船不同於另一條船，容量與速率不同，

營運成本亦不同。2)分析不同的船運方式(定期船、不定期船、工業用船) 要考慮的因素不相同。3)船舶運送不必回到起點。4)船舶排程的不確定 性較高。5)船舶整天營運，而車輛通常在夜晚休息。6)船舶在海上的目 的地可能會改變。作者按船舶航線安排、船期安排問題的相關特性，提 出一個定義問題型態的分類方式：按營運運具分為定期船、不定期船與 工業用船； 按裝卸時間分為特定時間、有時間窗與任意時間；按起點數 分為一個起點或多個起點；…等等，共分為二十項。由此分類方式，可 知船舶航線安排、船期安排問題極為複雜、變異很大。

10. Ronen[27]

回顧 1993 年前十年內有關船期安排的相關文獻，並分析相關研究的 趨勢，提出未來研究的方向與課題。其將船期安排問題分為船隊部署問 題、存貨路線安排問題、最佳巡航速度問題、船舶路線安排問題，以及 其他問題等五方面分別介紹與探討。他經由相關文獻回顧提出結論：過 去十年由於個人電腦的廣泛使用，使得計算能力大為提升，造成船期安 排問題的研究發生許多改變，有(1)過去由大型電腦處理的船期安排問 題，現在改由個人電腦處理；(2)模式中包括了比較詳細與實際的船舶成 本；(3)船舶巡航速度被視為一決策變數；(4)對於實際船期安排問題求最 佳解變得可行。在過去十年運用作業研究(OR)方法來處理船期安排問題 的深度與廣度均增加。最後，他強調船期安排是一個極有潛力的研究領 域，適當的船期安排可以改善營運的經濟性。

11. Christiansen et al.[28]

回顧 2004 年前十年內有關航線安排與船期安排的文獻，並闡述航運 發展趨勢以指出未來的研究方向與需求。在文獻回顧方面，由於航線與 船期安排問題與許多其他的船隊規劃問題關係密切，因此將 60 篇左右的 文獻分為數個部份來探討。首先，由策略性(strategic)的船隊規劃層級開 始，討論船隊與海運系統的設計；其次，到營運策略性(tactical/operational) 的船隊規劃層級，探討各種船舶航線與船期安排的問題，在此將工業用 船、不定期船與定期船三運具分開討論。最後，回顧在海運上的應用與

不屬於上述分類的其他相關問題。作者並提出一些未來航運業的發展趨 勢，這些趨勢顯示未來使用最適化決策支援系統的需求日益提高，以及 使用決策支援系統的效益。

一般航運規劃文獻彙整於表 5。

表 5 一般航運規劃文獻彙整

表 5 一般航運規劃文獻彙整