集装箱码头泊位资源的仿真配置研究-

集装箱码头课程设计

集装箱码头泊位资源的仿

真配置研究

上海海事大学

二○一○年六月 姓 名 学 号 专 业

摘 要

本文分析了集装箱码头泊位的统计指标，以国内某大型集装箱港口为例，基于管理系统采集数据，利用Excel工具来模拟集装箱码头泊位资源的仿真配置，建立了以港口等泊仿真模型，并根据仿真结果，分析了泊位数量对集装箱码头装卸作业服务水平的影响。

关键字：集装箱码头，泊位数，仿真模型

0引言

随着我国进出口业务增多，以及现代物流和供应链管理理念的不断深入，港口的发展面临一个新的环境。港口作为国际供应链的重要一环，已从区域性竞争演变为世界范围内的竞争。而集装箱运输和船舶大型化的发展，使得集装箱枢纽港的竞争又成了港口竞争的焦点。集装箱港口的信息化管理已成为一种趋势，而在建立和完善集装箱港口管理信息系统基础上，通过调整某些技术参数，进行多方案对比，有利于港口物质资源和人力资源合理安排，提高港口效益,实现港口运营的科学管理与决策。集装箱港口要想在新一轮竞争中胜出，就需不断地提高其运作效率。

目前，集装箱码头运作效率的研究已经成为国际研究的热点之一。根据集装箱码头的工艺流程，集装箱码头运作效率的研究大致可分为，锚地和泊位资源的优化配置研究、装卸设备的优化配置研究、堆场资源的优化配置研究和物流路径优化研究等等[1]。但国内外对于集装箱港口泊位资源却少有具体的建模仿真研究。在集装箱港口资源配置问题中，国内外学者中主要研究锚地、泊位、桥吊和龙门吊等资源中的一种或多种的合理配置，但大多数学者的研究中以传统的排队论模型来解决配置问题。

排队论方法具有简单、方便等优点，但在计算模型中假设港口以开放形式服务，系统中所有的码头泊位均可为所有船舶服务，为了较好地反映实际情况，必须对不同货类分别计算，并且对同一货类也要将泊位和船舶按吨级大小分为若干个等级分别计算，尽管如此，在各种计算情况中也不能考虑各种随机因素的影响，计算模型与实际情况存在较大差别，导致计算结果的可信程度降低。[2][3]

笔者分析了集装箱码头泊位的统计指标，以国内某大型集装箱港口为例，基于管理系统采集数据，利用Excel工具来模拟集装箱码头泊位资源的仿真配置，建立了以港口等泊仿真模型，并根据仿真结果分析了泊位数量对集装箱码头装卸作业服务水平的影响。

1集装箱码头泊位统计指标

1.1泊位（Berth）

这是专为停靠船舶使用的场所，有一定的岸壁线，其长度应根据所要停靠的集装箱船舶的主要技术参数确定，并有一定的水深。一般集装箱船舶泊位的长度为300米，水深在12米左右。一座码头可能由一个或几个泊位组成，视其布置形式和位置而定。泊位的数量与大小是衡量一个港口或码头规模的重要标志。

1.2码头泊位运用统计指标

基本指标有： 泊位日历小时数、泊位占用小时数、泊位作业小时数、泊位占用率、泊位作业率、泊位相对作业率 、每米码头泊位吞吐量。

1.3泊位数优化

码头是港口生产营运的中心，港口泊位数(可同时停靠码头进行装卸作业的船舶数量)是港口的主要规模，其它设施的规模一般应与码头泊位数量配套或相互协调。单从港口投资效益角度考虑，应使得港口所有设施都能充分发挥其作用，即各种设施的利用率接近100 %。在这种情况下，到港船舶必然经常排队等待，给航运公司造成巨大浪费，同时由于大量的车、船和货物滞港不能及时周转，对整个交通运输系统也将产生巨大影响。反之，若追求船舶一到港就能靠泊作业，港口必须拥有过多的码头泊位，导致许多设施不得不经常闲置造成港口投资的浪费。[4][5]

2集装箱码头泊位资源的仿真模型

2.1船舶排队状况

分析计算中采用的船舶排队模型: (如图

1)

图表 1船舶进港等候模型

2.1.1船舶按随机时间流到达港口

港口作业具有随机性。港口的功能是装卸、存储、转运货物，生产营运受到气候条件、服务能力以及管理调度水平等许多因素的影响而不能准确地确定装卸一艘船舶所需要的时间。船舶按随机时间流到达港口，即船舶相继到达港口的间隔时间服从随机分布;

图表 2 码头泊位调度图

2.1.2船舶占用泊位时间(装卸时间)服从正态分布

港口服务系统的状态变化只在时间的离散时刻发生，呈状态突变，是随机的离散事件系统。船舶到达港口、进入锚地排队、离开锚地、靠泊码头、开始装卸、装卸结束、离开码头等事件都发生在时间的离散时刻，并带有随机性。（如图2）

如果没有船舶到达港口，港口的空闲泊位仍然空闲，排队船舶也不会增加;如果没有船舶离开码头出港，港口中被占用的泊位仍然被占用，排队船舶也不会减少，也就是说若没有船舶到港或离港，其它事件就不会发生，系统状态保持不变。所以港口服务系统是只有船舶到达和船舶离港两种事件的离散系统，只需要研究这两类事件的发生对系统状态的影响。所以，这里简单设计船舶占用泊位时间(装卸时间)服从正态分布;

2.1.3船舶的排队长度无限制，而且是单队列排队系统。

在港口服务系统中，一个码头泊位在同一时刻只能为一艘船舶服务，并且要求码头泊位的靠泊能力大于等于船舶的吨位，装卸的货种与船舶的类型一致，因此每种货物的装卸与转运是一个独立的系统，船舶必须按类型排队，形成单队列的排队服务系统。

2.2船舶的排队和港口的装卸服务遵守如下规则:

①仿真模拟计算中船舶按到达港口的先后次序接受服务；

②船舶一旦到达港口，不论排队多长都不得中途离港;

③一个泊位同时只能为一艘船舶服;

④只要有空闲泊位，船舶就必须停靠接受服务。

2.3仿真时钟的推进

由于所研究系统的动态特性，在仿真持续进行时，需要保持对模拟时间当前值的跟踪，

同时也需要有一个机构把模拟时间从一个时间值推进到下一个时间值。仿真模型中给出模拟时间当前值的变量称为“仿真时钟”。

2.4仿真模型设计

采用Excel工具进行2个泊位的仿真测算

主要流程：（如图3 所示）

图表 3 仿真模型流程图

3算例

3.1已知条件

某港口船舶到港时间间隔概率分布（如表1），靠泊装卸时间服从N（4,0.52）的正态分布；该港口一共有2个泊位，模拟有1000艘船舶进港，求：统计等待时间、概率

表格 1 船舶到港时间

3.2步骤

①根据到达时间间隔概率，利用累计概率，算随机数上下限（如表2）

表格

2

②利用=VLOOKUP（RAND(),表格地址,返回列）算出到达时间间隔（如图4）；

利用=NORMINV(RAND(),均值,标准差)，已知表3 数据，算出装卸时间（如图5）

表格 3 装卸时间

图表 4 VLOOKUP函数

图表 5 NORMINV函数

③完成所有时间计算，并算出等待船舶数、等待概率、平均等待时间、最长等待时间、泊位利用率、等待超过2小时船舶数及其概率（如表6所示）

.

表格

4

4结束语

4.1仿真算例分析

根据上述仿真模型的算例，利用Excel工具，虽然只涉及到2个泊位的情况，但已经能反映出其泊位利用率和码头装卸作业的服务水平。如表所示，上述情况下，该港口的泊位利用率达到40-50%，等待概率在20-30%，等待超过2小时的概率<1%，由此可见，该码头的装卸作业服务水平已经相当不错了，仍有待改进的地方。

4.2集装箱码头装卸作业服务水平的主要改进方向

①码头泊位的装卸效率

提高装卸效率后，不仅减少了船舶的等待时间，而且也减少了装卸作业时间，从而加快了车船货的周转、降低了由装卸作业时间引起的船舶艘天费和货物积压费。在港口建设中应尽量选择装卸效率高的装卸系统，以提高港口的服务水平和经济效益，在老码头的技术改造中，首先要考虑淘汰落后的装卸系统，对能耗高、效率低的装卸设备应加速更新换代， 这很可能是提高现有港口能力和取得企业经济效益的重要途径。

②泊位数量

大多数港口在选择港址时都充分考虑岸线充裕、水域宽广等自然条件，以保证合理地布置各种码头泊位和各种港口设施，并留有一定的发展余地，但也有的港口(河港居多)自然岸线和水域有限，不能建造很多的码头泊位。若是码头泊位数太少，当船舶排队很长时有些船舶必然流入它港，引起货流转移，导致港口不能完成要求的吞吐任务。过多的泊位也只会造成闲置浪费资源以及耗费成本。因此，应做详细的建港前调研，合理制定泊位数量，以满足市场的需要

③泊位利用率

泊位利用率是反映港口服务水平的重要参数，直接影响港口的运营状况和货物在港口的转运费用，合理地确定港口的泊位利用率是充分发挥港口设施投资效益、提高港口服务水平、降低货物转运费的技术关键。应通过对码头泊位进行优化调度，充分发挥港口每个泊位的作用，提高港口的码头泊位利用率。

在集装箱码头规划阶段，规划时应该谨慎使用泊位利用率这一规划指标，而应采用相应的泊位岸线利用率; 在连续多泊位的泊位长度规划时，不宜采用传统的按照设计船型的船长规划泊位长度，而应在对到港船型进行充分的调研分析，按照船型组合的长度规划相应泊位组长度，综合利用岸线。设施利用率可采用本论文所定义的综合岸线利用率; 合理使用岸线资源。按泊位组规划岸线资源时，泊位组岸线的长度并不是越长越好，而是与到港船型组长度相适应为宜。

参考文献

[1] 鲁子爱.港口服务系统仿真与港口规模优化研究[D].河南.河南大学水港系.2001.9

[2] 鲁子爱.排队论在港口规划中的应用[J]. 水运工程，1997.8:11-15

[3] 麦宇雄,卢永昌,覃杰.随机服务系_统排队论_在集装箱码头大门设计中的应用[J]. 水运工程，2007.5:39-42

[4] 李巍.集装箱码头物流系统仿真与优化研究[D].大连. 大连理工大学2006. 12

[5] 杨静蕾,丁以中.一种基于闭排队网络的集装箱码头设备配置优化模型[J].中国管理科学，2006.12:56-60

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/w5im.html