随着世界经济复苏和全球贸易回暖,集装箱运输量在近十年始终呈增长趋势。集装箱班轮运输具有利润波动大、易受国际贸易影响的特点。工业经济的快速发展与环境安全的矛盾加剧,各国政府与世界组织纷纷出台并制定了“绿色低碳”发展目标,对船舶污染加以严格限制。目前航运公司加速推进船舶大型化,启用清洁能源,减速慢行等措施,旨在控制燃油消耗,降低碳排放,同时拥堵情况层出不穷,导致班轮运输准班率下降,船舶运营效率变差。因此在制定班轮船期计划时,既要采取减碳环保的运营措施,也要制定可以应对各种不确定性风险的鲁棒性决策计划,实现班轮服务的可持续发展,这同时是本研究的主要内容。本文首先从班轮公司单个企业决策的角度出发,研究了面向减碳和港口拥堵情况的船期优化问题;然后结合港口运营商的泊位分配行为,研究了港航合作条件下整个班轮服务运营优化过程;继而分析各类型不确定因素,对船舶运营过程的恢复策略进行建模。在节约班轮公司运营成本,降低船舶碳排放,提高班轮服务可靠度的多目标设置下,本研究重点从策略层面和运营层面的措施入手优化建模,寻求基于港航合作条件下的班轮服务可持续发展。具体而言,本研究的创新之处包括如下四个方面:（1）考虑港口拥堵和碳排放的船期优化多目标建模。以往船期优化问题建模多以控制成本为目标,且离不开航速优化。本研究即在航速优化模型的基础上,运用排队论分析港口拥堵情况,计算船舶在港等待时间,核算整个航程（包括海上部分和船舶在港部分）的油耗成本和碳排放量。借鉴服务供应链的绩效评价指标,考虑船舶运营对社会和环境的影响,构建成本效益、服务效率和环境可持续性的多目标模型,并用多目标算法来求解。结果表明:班轮公司与港口加强合作,及时共享船舶信息与泊位安排,并依据实际进行及时调整,可有效缓解码头拥堵和港区污染。该模型均衡经济目标与社会、环境目标之间的关系,使班轮产业得以可持续发展。（2）班轮船期计划与泊位分配协同优化建模。船公司制定船期计划,港口运营商制定泊位计划,均从公司内部决策入手。而二者作为集装箱供应链上下游的两个重要节点,应从港航合作的角度出发建立联系,构建船期计划与泊位分配的协同优化模型,对配船数、航行速度、船期服务时间、泊位计划等进行联合决策,运用鲁棒模型增加计划弹性,构建总运营成本（其中包括碳排放成本）最小和服务可靠度最高的双目标模型,采用多目标算法进行求解,结果表明:班轮公司与港口的合作对双方都有利,为应对不确定性变化提供决策支持,从而为客户提供更有保障的航运服务。（3）考虑环境因素与政策约束的低碳班轮服务策略建模。随着全球排放控制区（Emission Control Areas,ECA）海域进一步扩大,各国际组织、国家政府纷纷探讨船舶通过ECA海域时海上环境变化对船舶日常运营作业的影响,制定船舶减排目标。因此,本文构建考虑ECA排放限制与海上环境因素的双目标模糊模型,并采用ME测度转化及增广ε约束方法求解,结果表明:船公司在采用清洁能源、安装洗涤器等措施满足硫减排要求的同时,应重新配置和管理船舶资源,优化运营作业,从而达到控制船舶运营成本,降低碳排放,提高船期准班率的目标。（4）考虑不确定性因素的班轮服务恢复策略优化建模。考虑规律的不确定因素和一次性的突发事件,对两类干扰因素分别从战术层面和操作层面采取措施,设计具有鲁棒性的实时恢复的班轮船期计划。首先从战术层面制定策略即中期决策,通过分配缓冲时间来尽量规避常规性不确定因素;其次在船舶实际运营过程中采取实时恢复策略,即操作层面的短期决策,包括加速、跳港、改变港口访问顺序、加速在港作业等,以规避规律性干扰因素和突发事件的风险。上述问题仍然以总运营成本、碳排放量最小和客户满意度最大为目标,应用NSGA Ⅱ和WOGWO两种算法对实时船期优化模型进行算例求解,表明了恢复策略在减缓不确定性干扰的可行性及有效性。本论文的研究均结合实际算例进行求解、验证和分析,以解决基于港航合作的班轮服务船期优化问题,对码头泊位和船舶资源进行合理配置,减小不确定因素对船期的干扰,顺应低碳航运的发展趋势,为船公司提供鲁棒性的船期优化设计方案和恢复干扰决策支持,为港口运营者提供可靠的泊位分配计划,自上而下推动班轮服务的可持续发展。