最適貨櫃船型模式

最適貨櫃船型問題的相關研究，近 30 年來並不多，主要的研究模式以 Jasson and Shneerson ( 1982 ) 為主，其他如Talley ( 1990 )、 Cullinane and Khanna ( 1999 )、董孝 行 ( 民75 ) 等亦有類似方法。Jasson and Shneerson ( 1982 ) 以貨櫃船的資金成本、海 上航行成本，及港埠成本，建立最適船型模式，以最低成本為目標，衡量船型大小的準 則。主要結論是：貨櫃船的規模經濟，在於資金成本與海上航行成本，亦即船型愈大，

每運載一個20呎單位貨櫃 ( twenty-foot equivalent unit; TEU ) 的資金成本與海上航行 成本會遞減；而規模不經濟則發生在港埠作業成本，即船型愈大，每運載一個 TEU 的 單位港埠作業成本會遞增。這些成本的總和即為運載一個 TEU 的平均成本，其相對於 船型的函數圖形，是一條Ｕ型曲線（圖2-1），而圖形的最低點，即表示在平均成本最低 時的最適貨櫃船型。

運輸成本

單位運輸成本 單位港埠成本

單位航行成本 S^*最適船型 船型

圖2-1 貨櫃船型與單位運輸成本之關係

Talley ( 1990 ) 以成本模式分析最適貨櫃船型，主要發現有：( 1 ) 當航行距離和靠 港時間固定，則最適貨櫃船型隨靠港數增加而減小；( 2 ) 當航行距離和靠港數固定，則 最適貨櫃船型隨靠港時間增加而減小；( 3 ) 當靠港時間和靠港數固定，則最適貨櫃船型 隨航行距離增加而增大。

而Lim ( 1994 ) 針對租傭船分析，認為貨櫃船之經濟規模也受許多外在變數影響，

例如航線特性、航行距離、靠港數、運費水準、目標裝載率、營運天數等。由於比較不 同船型之實際成本結構，出現船舶規格、營運標準、會計方式不一，而對最適船型沒有 一般解法，結論是大型貨櫃船沒有規模經濟效益，此點與大部份的研究結論並不相同。

McLellan ( 1997 ) 從另一個角度去思索貨櫃船大型化以後，可能面臨的問題，例如 港口之水深，橋式機吊臂的長度，船舶之動力與碼頭空間腹地等；認為由於存在這些配 合問題，以目前貨櫃船訂單的狀況，在未來幾年內貨櫃船型噸位的增加應會趨於停頓，

而不會有超大噸位船舶的出現。事實上，近年船舶的大型化發展，沒有緩慢下來，反而 是有加快現象，例如，去年 (2005) 巴拿馬級船型就有2.5 *10⁶ TEU加入市場，占全球 供給量的30%，較5年前 (2000) 的同級船型增加17% 倍 (CI, 2005)。

最近Cullinane and Khanna ( 1999 ) 以成本函數觀念，對370艘船隻的實際航行資 料進行迴歸分析，探討貨櫃船型增大對規模經濟的影響。結論是小於1,500 TEU的船型 沒有規模經濟性，而目前最適船型約為8,000 TEU，若港埠作業效率能再提高，則貨櫃 船能降低單位成本，船型噸位將再增大。作者在其 2000 年的後續研究，認為船舶大型 化的規模經濟性與航商、集貨中心、港口有很大關聯，港口將貨物分散至各地區的能力 非常重要，港埠效率高才能吸引大船停靠。

吳偉銘和范迪蔚 ( 民90 ) 則探討貨櫃船大型化對海運市場的影響，提出影響航商 船舶大型化因素，包括：成本、市場需求、聯盟趨勢、船體設計，及競爭策略等。吳偉 銘 ( 民91 ) 藉由計量經濟之Panel Data迴歸模式與SUR迴歸模式，探討船舶大型化對 國籍貨櫃航商的經營績效衝擊，發現市場競爭壓力的減緩與否，才是關鍵所在。謝尚行

和王賢崙 ( 民 89 ) 認為貨櫃船的經濟船型有逐期 ( 每十年 ) 增大一級的現象，此應 與造船科技、全球貨櫃化及貨櫃裝卸效率提升有相互關係。 郭重佑 ( 民92 )提出船型 大、船速慢的組合，能為航商創造最大利潤，此點與實務不太符合，推測應與模式引用 的營運成本有關。許巧鶯和謝幼屏 ( 民92 ) 以航運成本及存貨成本，建立兩目標模式，

在雙曲線數學特性下，決策出最適船型與頻次，並分析貨物流量與貨櫃船型之關係。謝 尚行和王賢崙 ( 民95 ) 分析最適貨櫃船型問題，貨量給定下，提出船速對利潤的影響。

2.4 小結

本章回顧與本研究問題的相關文獻，整理其在問題分析、研究途徑、模式架構，及 結論上的重點，提出尚未處理部份和可供未來研究議題，歸納如下：

1. 軸輻路網研究集中在航空問題，海運則不多，因此對貨櫃船定期航線問題方面，仍 有重要議題尚未被討論，例如，如何決策軸心港數量與位置？軸心港條件及支線指 派選擇？船隊承載能力和燃油價格，會影響到軸輻路網航線的設計？折扣係數對軸 輻路網的經濟意涵及影響性？等問題。此為本文擬進一步探討的重點。

2. 就軸輻路網模式而言，雖然在航空問題處理上相當成熟，但對不同問題的模式發展 及求解上，仍然存在困難，此關鍵在於軸輻路網會因不同系統，衍生出複雜的航線 特性，而導致不容易有一般性的求解模式。因此，模式應用上，如何表現出系統的 獨特性與規模，例如海運，建構妥適的數學規劃式及求解途徑，以確切描述出實際 架構，是軸輻路網研究將會面臨的議題。

3. 船舶航線模式的重點，主要在解決船舶靠港順序的問題，但這類研究不考慮網路式 的航線型態，因此，無法解決貨櫃船大型化後，面臨的港口選擇與航線規劃的新問 題。就此問題的解決角度，應用軸輻路網式的架構，去分析軸心港為轉運中心的趨 勢，進而處理海運航線設計的問題，是新的研究途徑，應較符合對貨櫃航線的轉變 型態描述。

4. 軸輻路網與船舶航線在處理的問題、理論架構、和模式分析，是不同的，本文綜合 整理如表 ( 2-1 ) 所示。對此的比較，重點不在於分析兩者的模式優劣，而是藉此 差異的說明，讓軸輻路網的分析架構與用途更清楚。

5. 軸輻路網式的航線設計，主要是經由幾個步驟完成的，分述為：( 1 ) 在計劃航行區 域內的港口中，區別與決定軸心港位置，( 2 ) 決定軸心港之間的主軸航段，及航行 型態，( 3 ) 分配非軸心港與軸心港之間的指派，以形成支線系統，( 4 ) 規劃支線 系統的航行型態，( 5 ) 調整主軸線與支線的可能航行路徑，( 6 ) 決定最適的軸輻 路網式航線。其中，第 ( 1 )、( 4 )，及 ( 5 ) 項，是本篇論文擬針對海運系統特性 而補充的，並作為貨櫃船定期航線的模式發展及求解依據。

6. 最適貨櫃船型模式在分析船型與規模經濟的問題，過去文獻主要是以成本面作為衡 量船型大小的基準。這些模式把船速視為定值處理，直接分析船型大小，此做法容 易導致不適合的船舶航行決策。探討最適貨櫃船型問題，如配合分析船速效果，應 更能釐清研究問題。此為本文擬探討的另一重點。

表2-1軸心港位置問題與貨櫃船航線問題之基本差異

項目 軸心港位置問題 貨櫃船航線規劃問題

基本航線 型態假設

軸輻路網型態之航線架構，

分主軸系統和集貨系統。

線形或迴圈式航線，

單一系統。

航線船型 ⁽¹⁾大型母船行駛主軸系統；

(2)小型子船行駛集貨系統

單一船型。

港口類型 與決策

分軸心港與集貨港，

分析轉心港的具備條件。

不討論港口類型。

軸心港 數量和位置

探討軸心港的數量和位置，及其對 路網設計與決策的重要性。

不分析軸心港的選擇問題。

轉運系統 有。(分析集貨港的指派和型態) 無。

理論基礎 規模經濟、指派問題、位置問題。航線規劃問題。(常接合航線排 程與船隊佈署)

折扣係數 有。(反應軸心港之規模經濟性) 無。

問題特性 二次指派。 排列組合。

目標值求解 NP-hard問題，啟發式法。 拉氏放鬆，分枝定界法。

求解目標 運送成本最低、時間最快、路徑最 短等不同目標。

主要以運送成本最低為目標。

求解流程

在港口給定下，先選出軸心港的數 量和位置，再決定集貨港到軸心港 的指派，選擇集貨系統的航線型 式，最後挑選出最佳軸輻路網的組 合航線。

在港口給定下，列出所有可能 的靠港順序的航線，再挑選出 最具經營貢獻的航線(包括船 舶安排)。

應用範圍 航空、快遞、通信及海運系統。 海運、公路系統。