王愛虎 李麗蘭 鄭斯斯

摘 要： 集裝箱裝卸設備選擇對提高碼頭運營效率和通過能力具有重要意義。針對該問題，提出了基于風險偏好-信息熵的混合多屬性決策模型（hybrid multiple attribute decision making model based on risk preference information entropy，HMADM-RPIE）。首先，基于文獻研究和現(xiàn)場調(diào)研建立全面的評價指標體系。然后，根據(jù)決策者對屬性的重視程度和屬性對決策的作用度分別確定主觀權重和客觀權重。主觀權重考慮決策者自身權重，客觀權重引入決策者風險偏好。最后，運用TOPSIS方法對方案進行排序，并對風險偏好因子進行靈敏度分析。以高明港為例，驗證了該模型的實用性和有效性。表明：基于建立的評價指標體系及高明港的發(fā)展現(xiàn)狀，裝卸設備的最優(yōu)選擇是軌道吊，為集裝箱裝卸設備選擇提供了一個科學有效的新思路。

關鍵詞：裝卸設備選擇；風險偏好；決策者自身權重；信息熵；TOPSIS

中圖分類號： F224 文獻標志碼：A 文章編號：1009-055X（2018）05-0047-09

doi：10-19366/j-cnki-1009-055X-2018-05-006

一、引 言

隨著經(jīng)濟全球化進程不斷加快，我國貨物運輸量增長迅猛。由于集裝箱運輸比傳統(tǒng)運輸方式在技術和經(jīng)濟方面更有優(yōu)勢，因此集裝箱運輸在進出口貨物運輸過程中扮演著舉足輕重的角色。集裝箱運輸?shù)陌l(fā)展離不開集裝箱碼頭的建設，迅速增長的集裝箱作業(yè)量對碼頭的作業(yè)能力提出了更高的要求：既要提高裝卸效率，減少船舶在港時間，以提高客戶滿意度，又要降低運營成本。

在集裝箱碼頭整個運作過程中，堆場起到了承上啟下的關鍵性作用。堆場的運營效率直接影響船舶的在港時間，而堆場的裝卸設備選擇及裝卸工藝是影響堆場運營效率的關鍵因素。其中，集裝箱裝卸設備的選擇是充分發(fā)揮集裝箱碼頭緩存和轉(zhuǎn)運功能的基礎，對集裝箱碼頭的作業(yè)效率起決定性作用。在我國集裝箱碼頭同質(zhì)化競爭加劇的大背景下，集裝箱碼頭運營效率和通過能力的提高已成為港口運營商獲取競爭優(yōu)勢的重要手段。

在對珠三角集裝箱碼頭進行深入調(diào)研的基礎上，綜合考慮設備的裝卸效率、適用范圍、運營成本、環(huán)境影響等因素，建立了全面的評價體系。針對集裝箱裝卸設備選擇評價呈現(xiàn)多屬性、決策不確定性等特點，本文以集裝箱裝卸設備為研究對象，將混合多屬性決策理論引入評價模型，運用信息熵和TOPSIS相結(jié)合的方法，對裝卸設備進行綜合評價，其基本思路和方法對現(xiàn)有內(nèi)河港口以及處于規(guī)劃建設中的新碼頭都有著重要指導意義。

二、研究現(xiàn)狀

關于集裝箱裝卸設備選擇問題，國內(nèi)外已有一些學者探討研究。白瑞海[1]針對集裝箱裝卸設備的生產(chǎn)工藝流程、場地利用率、全生命周期運營成本，探討堆場最優(yōu)的裝卸機械類型。莫駿[2]根據(jù)正面吊和軌道吊在技術、經(jīng)濟和工程投資等方面的特點比較兩種工藝，為集裝箱結(jié)點站設備選型提供理論依據(jù)。Stahlbock 和 Vo[3]考慮集裝箱裝卸設備的堆存能力，得出了“軌道吊（優(yōu)于）輪胎吊跨運車正面吊”的結(jié)論。

隨著該問題的深入研究，其評價體系也在逐漸完善。王維宇[4]綜合考慮機械效率、經(jīng)濟成本以及環(huán)境等因素，運用FAHP方法對集裝箱堆場的設備選型提出了新思路。Yang 和 Lin[5]從建設綠色港口的角度，綜合考慮工作效率、節(jié)能、減排三個因素對集裝箱裝卸設備進行評估，發(fā)現(xiàn)自動軌道和電動輪胎吊是綠色裝卸設備的最佳選擇。文獻[4]和[5]與以往的文獻不同，不僅涉及成本、效率這些定量的因素，更引入了裝卸工藝的靈活性、環(huán)境影響等定性的分析因素，完善了集裝箱裝卸設備的評價指標體系。

屬性權重的確定是求解多屬性決策問題的一個重要環(huán)節(jié)，直接影響決策的準確性。同時，決策者的參與和專家的主觀能動性是保障決策的合理性和滿意性的重要因素。何滿輝[6]注意到?jīng)Q策者的知識水平、決策經(jīng)驗都會影響到屬性的權重，因此，在考慮決策者對屬性的重視程度時，為決策者進行加權，減少主觀權重的不確定性。王興鵬、呂淑然[7]和尤天慧、高美麗[8]就如何考慮決策者風險偏好問題進行了研究，針對不同風險偏好的碼頭管理者，提供符合他們風險偏好的設備選型決策。鄒樹梁[9]等針對主觀賦權和客觀賦權的缺陷，從影響權重的三個方面對指標進行組合賦權，全面考慮了影響權重差異的多個方面。

目前，集裝箱裝卸設備選擇評價的方法缺乏系統(tǒng)工程的思想，忽略了將理論和實踐相結(jié)合，由于研究方法依賴于問卷調(diào)查結(jié)果或者專家偏好，得出的結(jié)論具有一定的局限性。本文針對集裝箱裝卸設備選擇問題，提出了HMADM-RPIE模型。該模型從屬性對決策的作用度和決策者對屬性的重視程度兩個方面確定屬性的權重，然后運用TOPSIS方法對裝卸設備進行排序。最后，根據(jù)評價結(jié)果，深入討論了風險偏好因子變化對結(jié)果的影響。

三、集裝箱裝卸設備選擇評價指標體系的建立

堆場最常用的裝卸設備有軌道吊（RMG）、輪胎吊（RTG）、跨運車（SC）、正面吊（reach stackers，RS）、底盤運輸車（chassis-based transporters）[10]。文獻[1]和[11]～[13]對幾種主要集裝箱裝卸設備的機械性能進行了較詳細地定性比較，如動力類型、作業(yè)效率、機動性、穩(wěn)定性、故障維修費用等方面，不再贅述。

（一）評價指標體系設計的原則

建立科學合理的集裝箱裝卸設備選擇評價指標體系是保證決策準確可靠的基礎，因此，評價指標體系的建立需遵循一定的原則，以確保結(jié)論的合理性和準確性。影響集裝箱裝卸設備選擇的因素很多，評價指標體系需要建立在客觀、系統(tǒng)分析的基礎之上?？偠灾?，集裝箱裝卸設備選擇評價指標體系的建立，應遵循以下原則：①技術先進、操作簡單；②經(jīng)濟適用、性能可靠；③整體協(xié)調(diào)；④節(jié)能環(huán)保等。

（二）評價指標體系的建立

影響集裝箱裝卸設備選擇的因素很多，每個因素在不同港口可能不盡相同，而且因素之間往往相互關聯(lián)、相互制約，因此，裝卸設備選擇評價必須建立在對各種因素綜合考慮的基礎上。已有研究的指標體系主要從技術、經(jīng)濟、環(huán)境三個方面考慮。表1列舉了幾篇文獻中具有代表性的評價指標體系。

本文參考文獻[4]、[6]、[15]和[16]中的指標體系，并結(jié)合港口實際情況，遵循集裝箱裝卸設備選型評價指標體系建立的基本原則，從技術性能、經(jīng)濟性能、環(huán)保性能三個方面，建立堆場集裝箱裝卸設備選擇評價的指標體系，如圖1所示。

不難發(fā)現(xiàn)，本文的評價指標體系在延續(xù)已有研究的基礎上，在技術性能和環(huán)保性能方面引入了符合港口發(fā)展趨勢的指標，完善了集裝箱裝卸設備選擇評價指標體系，使評價結(jié)果更具實際意義和參考價值。

在技術性能方面，增加了文獻中少有人注意到的“適用范圍”和“技術先進性”指標。設備的適用范圍也是決策者?？紤]的，如軌道吊、正面吊可以適應重箱和吉箱，而堆高機只能適應吉箱；各設備可堆疊的最高集裝箱層數(shù)也不一樣。對于場地規(guī)劃、主要裝卸箱型和箱型數(shù)量比例等指標不一致的港口而言，將裝卸設備的適用范圍考慮在指標體系內(nèi)，顯得尤為重要。技術先進性，是指設備能夠?qū)崿F(xiàn)自動化、智能化的難易程度。港口日益增加的集裝箱吞吐量對港口設備的技術先進性提出了更高的要求，因此，該指標是絕大部分港口都需要考慮的。在環(huán)境性能方面，考慮碳排放量指標，這也是之前的學者很少涉及，但很有意義的指標。國家“十二五”規(guī)劃綱要明確要求節(jié)能減排，而裝卸設備是集裝箱碼頭廢氣排放的主要來源，因此，在港口設備選擇中考慮碳排放量指標是實現(xiàn)節(jié)能減排目標的關鍵。

（三）指標定義

1.技術性能

技術性能主要考查機械的各項功能的技術指標是否滿足相應的作業(yè)要求，主要從以下六個方面進行綜合衡量。①裝卸效率：指單位時間內(nèi)一臺裝卸設備的作業(yè)量，是衡量裝卸設備作業(yè)速度的綜合性指標。②設備利用率：指設備實際被利用的時間與堆場計劃工作時間的比值，是堆場設備管理的一項綜合指標。③靈活性：指設備的轉(zhuǎn)場作業(yè)、堆場功能區(qū)擴建、改造等的容易程度。④適用范圍：指設備適合于多大發(fā)展規(guī)模的堆場、場地形狀、集裝箱類型等。如軌道吊適用于重箱、吉箱的堆疊；正面吊主要用于四層以下的重箱和吉箱的堆疊；堆高機通常用于空箱的堆垛，可達6個集裝箱的高度。⑤運行穩(wěn)定性和可靠性：指機械在運行過程中不發(fā)生事故的程度，一般從人員、物資和機械本身安全的角度來衡量。⑥技術先進性：指設備能夠?qū)崿F(xiàn)自動化、智能化的容易程度。

2.經(jīng)濟性能

經(jīng)濟性能也是港口管理者考慮的重要因素，主要從設備購置成本、維修費用和能耗費用三個指標綜合考量。①設備購置成本：指設備的購置成本，充分考慮了裝卸系統(tǒng)的前期固定資產(chǎn)的投入。②維修費用：指設備定期檢查、因設備故障而需維修或更換零部件等的維修保養(yǎng)費。③能耗費用：指設備運行消耗的電量或油費以及照明等能耗總費用。

3.環(huán)保性能

國際港口協(xié)會表示，溫室氣體排放量的增長已被證明是全球氣候變化的重要原因，而在港口作業(yè)中會產(chǎn)生二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和二氧化氮（NO2）等溫室氣體。Magnus[17]等發(fā)現(xiàn)裝卸設備是集裝箱碼頭廢氣排放的主要來源。Yang 和Lin確定了集裝箱裝卸設備在二氧化碳減排性能方面的排序，即電動輪胎吊（E-TT）自動軌道吊（ART）軌道吊（RT）輪胎吊（TT）。環(huán)保性能主要從以下三個方面進行考察。①碳排放量：指集裝箱裝卸設備在裝卸作業(yè)及運輸過程中產(chǎn)生的平均溫室氣體排放量，用單箱耗油量或耗電量與柴油或耗電的碳排放因子的乘積表示。②油污：指裝卸設備在作業(yè)過程中，設備驅(qū)動產(chǎn)生的油污，對堆場地面整潔度及摩擦系數(shù)產(chǎn)生一定的影響。③噪聲：指裝卸設備在作業(yè)過程中，設備驅(qū)動產(chǎn)生的噪聲污染。

四、集裝箱裝卸設備選擇評價模型的建立

（一）HMADM-RPIE評價模型的建立

由于多屬性決策中有很多定性指標，存在著不確定性，為了將不確定性指標屬性值轉(zhuǎn)化為相對確定性的表達形式，故將定性指標的語言變量轉(zhuǎn)化為三角模糊數(shù)[20]265-286。

模型建立的三個核心環(huán)節(jié)為決策矩陣的規(guī)范化、指標權重的確定和備選方案的排序。

1.決策矩陣的規(guī)范化

文獻中使用最多的規(guī)范化方法是極差變換法和向量規(guī)范化法，考慮數(shù)據(jù)類型的適用性及求解的簡便性，模型采用文獻[21]的向量規(guī)范化法，以消除屬性值量綱不一致的影響。記規(guī)范化決策矩陣為Y={yij}m×n。

2.指標權重的確定

指標權重的確定是多屬性決策問題的關鍵環(huán)節(jié)，既要考慮到樣本信息決定的客觀權重，也要考慮決策者和專家的主觀能動性，以保障決策的合理性和滿意性。因此，本文從屬性對決策的作用度和決策者對屬性的重視程度兩個方面確定屬性的權重。

（1）基于簡單加權法（SAW）確定決策者對屬性的重視程度[22]。為消除因決策者自身經(jīng)驗和學識的不一致導致的決策偏差，本文考慮決策者自身權重，則決策者對屬性Cj的重視程度[7]為：Wsj=（g1dWsj1）⊕（g2dWsj2）⊕…⊕（gtdWsjt）。則屬性Cj的主觀權重為：ωsj=Wsj∑nj=1Wsj，其中，0≤ωsj≤1，且∑nj=1 ωsj=1。

（2）基于決策者風險偏好-信息熵的方法確定屬性對決策的作用度。信息熵求權重的基本思路是：若某指標屬性值差異越大，則該指標的信息對決策的貢獻率就越大，故其對應的權系數(shù)就越大；反之，則權系數(shù)越小。然而，熵理論更多是用于經(jīng)典的多準則決策問題，其中屬性值以清晰數(shù)表示，Lotfi和 Fallahnejad[23]將Shannon的熵值法擴展到了區(qū)間數(shù)和模糊數(shù)的問題中去。本文在信息熵的基礎上考慮決策者的風險偏好，來確定混合多屬性的客觀權重。