周溪召杭佳宇

(上海理工大學(xué) 管理學(xué)院,上海200093)

港口堆場(chǎng)規(guī)模與集裝箱吞吐量關(guān)系研究
——以北侖港為例

周溪召,杭佳宇

(上海理工大學(xué) 管理學(xué)院,上海200093)

針對(duì)目前尚不完善的集裝箱堆場(chǎng)規(guī)劃問(wèn)題,討論了港口堆場(chǎng)規(guī)模與集裝箱吞吐量的關(guān)系,按堆場(chǎng)類型,分別研究了前方堆場(chǎng)規(guī)模、后方堆場(chǎng)規(guī)模與集裝箱吞吐量的關(guān)系,同時(shí)考慮了堆場(chǎng)的工作時(shí)間、集裝箱堆箱層數(shù)以及各種不平衡系數(shù)對(duì)集裝箱堆場(chǎng)規(guī)模的影響,給出了前后方堆場(chǎng)規(guī)模與吞吐量等因素的關(guān)系式,對(duì)目前港口堆場(chǎng)規(guī)劃具有一定參考意義。以北侖港為例,首先建立數(shù)學(xué)模型得出了目前北侖港各港區(qū)的堆場(chǎng)需求規(guī)模,再將結(jié)果與現(xiàn)狀情況對(duì)比,作出分析,得出目前北侖港的堆場(chǎng)規(guī)模滿足各港區(qū)的集裝箱疏散,論證了數(shù)學(xué)模型的合理性。最后對(duì)未來(lái)北侖港各港區(qū)堆場(chǎng)規(guī)模進(jìn)行了預(yù)測(cè),并對(duì)未來(lái)北侖港集裝箱發(fā)展提出了建議。

物流工程;堆場(chǎng)規(guī)模;集裝箱吞吐量;堆場(chǎng)規(guī)劃;北侖港

集裝箱堆場(chǎng)是港口的重要組成部分,堆場(chǎng)規(guī)模是集裝箱港口建設(shè)所必需考慮的一個(gè)影響因素。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)堆場(chǎng)規(guī)模確定已作出一定研究。汪仁官和高惠璇對(duì)集裝箱碼頭所需堆場(chǎng)面積進(jìn)行了分析,主要考慮了堆場(chǎng)日堆存箱數(shù)與堆場(chǎng)面積的關(guān)系[1];許松喬運(yùn)用二階段隨機(jī)規(guī)劃法研究了集裝箱堆場(chǎng)容量,考慮了集裝箱種類、裝卸工藝、堆場(chǎng)單位空間成本和收益等因素對(duì)堆場(chǎng)平面箱位數(shù)的影響[2];都江沙等運(yùn)用隨機(jī)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,建立了集裝箱碼頭接收發(fā)放量與堆場(chǎng)面積的關(guān)系[3];唐云芳總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)估算法、查圖法、規(guī)范計(jì)算法確定堆場(chǎng)容量的優(yōu)缺點(diǎn),并給出了通過(guò)堆場(chǎng)容量計(jì)算堆場(chǎng)面積的方法[4]。

目前,大部分堆場(chǎng)方面的研究主要集中于堆場(chǎng)布局、堆場(chǎng)作業(yè)方式與港口運(yùn)作的關(guān)系[5-7]。已有的關(guān)于堆場(chǎng)規(guī)模的研究成果對(duì)堆場(chǎng)規(guī)模的預(yù)測(cè)分析不夠全面。本文以北侖港為例,研究得出了集裝箱堆場(chǎng)規(guī)模與港口碼頭集裝箱吞吐量的關(guān)系,綜合考慮了集裝箱吞吐量、堆場(chǎng)作業(yè)時(shí)間,集裝箱堆箱層數(shù)等因素與港口堆場(chǎng)規(guī)模的關(guān)系,對(duì)目前港口堆場(chǎng)規(guī)劃具有一定參考意義。

1 吞吐量與堆場(chǎng)規(guī)模的內(nèi)在關(guān)系

集裝箱堆場(chǎng)一般有前方堆場(chǎng)、后方堆場(chǎng)、空箱堆場(chǎng)三種類型。集裝箱前方堆場(chǎng)(marshalling yard)是指在集裝箱碼頭前方,為加速船舶裝卸作業(yè),暫時(shí)堆放集裝箱的場(chǎng)地;集裝箱后方堆場(chǎng)(container yard)是指集裝箱重箱或空箱進(jìn)行交接、保管和堆存的場(chǎng)所;空箱堆場(chǎng)是指專門辦理空箱收集、保管、堆存或交接的場(chǎng)地,專為集裝箱裝卸區(qū)或轉(zhuǎn)運(yùn)站堆場(chǎng)不足時(shí)才予設(shè)立[8]。港口集裝箱貨物的處理主要包括存儲(chǔ)、拆裝、配送和流通加工等,本次研究將與集裝箱相關(guān)的區(qū)域分為2種：集裝箱堆存區(qū)和拆裝箱區(qū)。通過(guò)分析得出,集裝箱堆存區(qū)的規(guī)模與港口集裝箱吞吐量和堆場(chǎng)的工作時(shí)間、集裝箱堆箱層數(shù)等因素存在關(guān)系。而拆裝箱區(qū)的規(guī)模與堆場(chǎng)作業(yè)的方式有直接關(guān)系,每個(gè)港口堆場(chǎng)的作業(yè)方式不盡相同,拆裝區(qū)的規(guī)模與港口集裝箱吞吐量的關(guān)系不明顯,所以本文僅對(duì)堆存區(qū)規(guī)模與港口集裝箱吞吐量的關(guān)系展開研究。本文將分別研究港口前方堆場(chǎng)、后方堆場(chǎng)中集裝箱堆存區(qū)規(guī)模與集裝箱吞吐量的關(guān)系,希望能夠提高碼頭堆場(chǎng)的利用率,為集裝箱堆場(chǎng)的規(guī)劃提供一定參考。

(李 燕 編輯)

1.1 前方堆場(chǎng)

1.1.1 模型

確定集裝箱碼頭堆場(chǎng)的大小,可分為2個(gè)步驟：1)確定集裝箱碼頭堆場(chǎng)容量;2)根據(jù)水平運(yùn)輸和堆場(chǎng)拆、碼垛的堆場(chǎng)工藝方式確定堆場(chǎng)面積。

首先是根據(jù)泊位年運(yùn)量和其他因素確定堆場(chǎng)應(yīng)當(dāng)容納的集裝箱數(shù)。根據(jù)《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 211—99)[9]中的經(jīng)驗(yàn)公式,可以確定前方堆場(chǎng)的地面箱位數(shù),即集裝箱堆場(chǎng)容量。具體計(jì)算見式(1)。

式中,E為集裝箱堆場(chǎng)容量(TEU);Q為集裝箱碼頭年運(yùn)量(TEU);Kd1為堆場(chǎng)集裝箱堆存不平衡系數(shù),按研究港口統(tǒng)計(jì)資料確定,無(wú)資料時(shí)可取1.1～1.3;tdc為到港集裝箱平均堆存期(d),按港口統(tǒng)計(jì)資料確定,無(wú)資料可采用表1中的數(shù)值;Tyk為堆場(chǎng)工作天數(shù)(d),取350～365 d。

表1 堆場(chǎng)集裝箱平均堆存期和運(yùn)量比例Table 1 The average storage time and volume ratio of containers in the yard

這里的堆場(chǎng)容量E是指堆場(chǎng)總?cè)萘?即包括重箱、進(jìn)出口空箱、冷藏箱、及回空箱(經(jīng)拆裝庫(kù)卸貨后的空箱又回到堆場(chǎng)存放)。

確定了堆場(chǎng)所需容量,就可以根據(jù)水平運(yùn)輸和堆場(chǎng)拆、碼垛的堆場(chǎng)工藝方式確定堆場(chǎng)面積：

式中,Si為港區(qū)前方堆場(chǎng)堆存面積(m2);E為集裝箱堆場(chǎng)容量(TEU);S1為單位集裝箱貨物所需面積(m2/TEU);N1為堆場(chǎng)堆箱層數(shù),采用表2數(shù)值;Ae為堆場(chǎng)容量利用率(%),采用表2數(shù)值。

表2 集裝箱堆場(chǎng)堆箱層數(shù)及容量利用率Table 2 Container stack number and capacity utilization in the container yard

1.2 后方堆場(chǎng)

1.2.1 模型

集裝箱后方堆場(chǎng)的堆存面積與集裝箱堆存期、堆箱層數(shù)、堆存需求量、每集裝箱所占用的堆場(chǎng)面積等因素有關(guān)。而港區(qū)后方的堆場(chǎng)一般位于物流園區(qū)內(nèi),所以這里的集裝箱后方堆場(chǎng)的堆存面積計(jì)算可以參考園區(qū)集裝箱堆存面積的計(jì)算方式[10],具體計(jì)算式為

式中,So為集裝箱堆場(chǎng)堆存面積(m2);Q1為進(jìn)入集裝箱外堆場(chǎng)的年總集裝箱物流量(TEU),接近空箱量;D1為集裝箱外堆場(chǎng)平均堆存期(d);Kd2為堆存不平衡系數(shù);S1為單位集裝箱貨物所需面積(m2/TEU);T為堆場(chǎng)營(yíng)運(yùn)期(d);H為集裝箱平均堆碼層數(shù);kh為高度利用系數(shù)。

1.2.2 模型參數(shù)分析

D1和Kd2可對(duì)類似港口或類似物流園區(qū)的平均堆存期和堆存不平衡系數(shù)統(tǒng)計(jì)得出。單位平面相位所需面積S1通過(guò)分析集裝箱堆場(chǎng)布置獲得,以標(biāo)準(zhǔn)輪胎式龍門吊為例,集裝箱寬度2 438 mm,各列集裝箱之間間隙300 mm;底盤車通道和各區(qū)集裝箱之間的距離設(shè)為同一數(shù)據(jù)4 900 mm,為此每個(gè)平面箱位所占面積S1約為27～33 m2;由于外堆場(chǎng)一般堆存空箱,所以平均堆碼層數(shù)H為5～8層;堆場(chǎng)營(yíng)運(yùn)天數(shù)T可取365 d;集裝箱堆碼高度根據(jù)集裝箱龍門吊的標(biāo)準(zhǔn)選取,高度利用系數(shù)kh可取0.75～0.95。

2 案例分析——以北侖港為例

2.1 前方堆場(chǎng)

2015年北侖各港區(qū)集裝箱吞吐量、前方堆場(chǎng)規(guī)模見表3。

表3 2015年北侖港前方堆場(chǎng)規(guī)模Table 3 The front yard scale of the Beilun Port in 2015

根據(jù)上面集裝箱吞吐量與港區(qū)前方堆場(chǎng)規(guī)模的內(nèi)在關(guān)系,利用北侖港4個(gè)港區(qū)的集裝箱吞吐量,可計(jì)算得出各港區(qū)的前方堆場(chǎng)需求規(guī)模。式(1)中,堆存不平衡系數(shù)Kd1取1.2;到港集裝箱平均堆存期tdc取6 d;堆場(chǎng)工作天數(shù)Tyk取360 d;式(2)中,單位集裝箱貨物所需面積S1為30 m2;由于存在空箱與重箱,重箱最多堆到4只高,空箱堆到8只高,且空箱量低于重箱量,所以堆箱層數(shù)N1取6;北侖港堆場(chǎng)設(shè)備作業(yè)方式主要是軌道式集裝箱龍門起重機(jī)和輪胎式集裝箱龍門起重機(jī),所以堆場(chǎng)容積利用率Ae取65%。計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 根據(jù)現(xiàn)狀集裝箱吞吐量對(duì)應(yīng)的前方堆場(chǎng)需求規(guī)模表Table 4 List of the demanded scale of the front yard corresponding to the current container throughput

根據(jù)對(duì)比可以看出,現(xiàn)狀各港區(qū)的前方堆場(chǎng)規(guī)模均大于相應(yīng)計(jì)算得到的需求規(guī)模,而且各港區(qū)前方堆場(chǎng)堆存的空箱多為國(guó)內(nèi)外港口間的中轉(zhuǎn)空箱,這類空箱主要以小箱為主,并且周轉(zhuǎn)時(shí)間短、周轉(zhuǎn)速度快,所占比例小,可以得出,目前北侖港各港區(qū)的前方堆場(chǎng)規(guī)?？梢詽M足各自港區(qū)的集裝箱疏散。同時(shí)由于受港區(qū)前方堆場(chǎng)面積和進(jìn)出港口碼頭交通壓力的限制,目前及中遠(yuǎn)期北侖港區(qū)前方堆場(chǎng)不會(huì)設(shè)置提還空箱點(diǎn),各大港區(qū)內(nèi)的堆場(chǎng)面積基本上能夠滿足堆存臨時(shí)小部分空箱的需求,并且對(duì)未來(lái)港區(qū)前方堆場(chǎng)的面積基本上不會(huì)產(chǎn)生較大影響。

2.2 后方堆場(chǎng)

2015年北侖港后方堆場(chǎng)規(guī)模情況見表5。

表5 2015年北侖港后方堆場(chǎng)規(guī)模Table 5 The rear yard scale of the Beilun Port in 2015

根據(jù)集裝箱吞吐量與港區(qū)后方堆場(chǎng)規(guī)模的內(nèi)在關(guān)系,利用北侖港4個(gè)港區(qū)的集裝箱吞吐量,可計(jì)算得出各港區(qū)所需后方堆場(chǎng)規(guī)模。式(3)中,進(jìn)入集裝箱外堆場(chǎng)的年總集裝箱物流量Q1接近空箱量,北侖港目前的空箱率接近40%,所以Q1=港區(qū)集裝箱吞吐量×40%;平均堆存期D1為15 d;堆存不平衡系數(shù)Kd2為1.2;單位集裝箱貨物所需面積S1為30 m2;堆場(chǎng)營(yíng)運(yùn)期T取365 d;集裝箱平均堆碼層數(shù)H取7;高度利用系數(shù)kh取0.85。計(jì)算結(jié)果見表6。

表6 根據(jù)現(xiàn)狀集裝箱吞吐量對(duì)應(yīng)的后方堆場(chǎng)需求規(guī)模表Table 6 List of the demanded scale of the rear yard corresponding to the current container throughput

由表6可以看出,目前北侖各港區(qū)的外堆場(chǎng)規(guī)模均可以滿足各港區(qū)集裝箱的集散需求。根據(jù)以上計(jì)算分析,目前北侖港各港區(qū)前方堆場(chǎng)規(guī)模也可以滿足集裝箱集散需求。但是,由于港口碼頭空間有限,且內(nèi)堆場(chǎng)集裝箱集散快,所以未來(lái)北侖港集裝箱內(nèi)堆場(chǎng)規(guī)模變化不會(huì)很大;根據(jù)北侖港現(xiàn)狀,各港區(qū)集裝箱吞吐量還將有所提高,在港區(qū)前方堆場(chǎng)資源變化不大的情況下,港區(qū)后方堆場(chǎng)的規(guī)模可能需要進(jìn)一步擴(kuò)大,下面根據(jù)未來(lái)北侖港集裝箱吞吐量,分析未來(lái)各港區(qū)的后方堆場(chǎng)規(guī)模情況。

關(guān)于式(3)參數(shù)選取,進(jìn)入集裝箱外堆場(chǎng)的年總集裝箱物流量Q1接近空箱量,未來(lái)北侖港的空箱率有所下降,這里取35%,所以Q1=港區(qū)集裝箱吞吐量×35%;平均堆存期D1為15 d;堆存不平衡系數(shù)Kd2為1.2;單位集裝箱貨物所需面積S1為30 m2;堆場(chǎng)營(yíng)運(yùn)期T取365 d;集裝箱平均堆碼層數(shù)H取7;高度利用系數(shù)kh取0.85。計(jì)算結(jié)果如表7所示：未來(lái)北侖港區(qū)的集裝箱吞吐量增幅不大,如果降低空箱率,那后方堆場(chǎng)規(guī)模還可以有所縮減;未來(lái)大榭港區(qū)的集裝箱吞吐量有一定增加,相應(yīng)的堆場(chǎng)規(guī)模需求也有所增加,如果降低堆場(chǎng)空箱率后,堆場(chǎng)規(guī)?？梢杂兴陆?但總體后方堆場(chǎng)規(guī)模呈上升趨勢(shì);未來(lái)穿山港區(qū)的集裝箱吞吐量有所下降,后方堆場(chǎng)規(guī)模需求相應(yīng)的減少了許多;未來(lái)梅山港區(qū)的集裝箱吞吐量增幅很大,相應(yīng)的未來(lái)后方堆場(chǎng)需求將會(huì)提高很多。

表7 2020年北侖各港區(qū)集裝箱預(yù)測(cè)吞吐量與后方堆場(chǎng)需求表Table 7 List of the demanded scale of the rear yard and the container throughput estimated in the areas of the Beilun Port in 2020

現(xiàn)將北侖港各港區(qū)后方堆場(chǎng)現(xiàn)狀規(guī)模與2020年后方堆場(chǎng)需求規(guī)模進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如表8所示。由集裝箱吞吐量計(jì)算得出的未來(lái)北侖港各港區(qū)后方堆場(chǎng)需求規(guī)?？梢钥闯?目前北侖港區(qū)、穿山港區(qū)的后方堆場(chǎng)規(guī)模能夠滿足未來(lái)港區(qū)的集裝箱集散需求;大榭港區(qū)、梅山港區(qū)無(wú)法滿足未來(lái)港區(qū)的集裝箱集散需求,由于又受到土地資源利用的限制,未來(lái)北侖港集裝箱發(fā)展要從加強(qiáng)土地利用率和提高港口工作效率等方面來(lái)滿足未來(lái)集裝箱的堆存、集散。

表8 北侖港后方堆場(chǎng)規(guī)?，F(xiàn)狀與未來(lái)需求對(duì)比表Table 8 The current and the future demands for the rear yard scale of the Beilun Port

3 結(jié) 語(yǔ)

集裝箱堆場(chǎng)是港口重要的組成部分,港口前后方堆場(chǎng)規(guī)模的確定是否合理對(duì)未來(lái)港口的整體發(fā)展有著重要影響,而集裝箱吞吐量對(duì)堆場(chǎng)規(guī)模的確定又有影響,所以研究集裝箱堆場(chǎng)規(guī)模與集裝箱吞吐量的關(guān)系十分必要。本文得出了港口前后方堆場(chǎng)規(guī)模與集裝箱吞吐量的關(guān)系,同時(shí)考慮了堆場(chǎng)的工作時(shí)間、集裝箱堆箱層數(shù)以及各種不平衡系數(shù)對(duì)堆場(chǎng)規(guī)模的影響,給出了堆場(chǎng)面積與吞吐量等因素的數(shù)學(xué)模型,并通過(guò)北侖案例,作出分析,論證了模型的合理性,最后對(duì)未來(lái)北侖港各港區(qū)的堆場(chǎng)規(guī)模進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

本研究只考慮了港口堆場(chǎng)的集裝箱堆存區(qū)規(guī)模計(jì)算,而港口與集裝箱相關(guān)的區(qū)域包括了集裝箱堆存區(qū)和拆裝箱區(qū),拆裝箱區(qū)域也是堆場(chǎng)的組成部分,拆裝箱區(qū)域的規(guī)模與堆場(chǎng)的工藝方式等因素相關(guān),因而堆場(chǎng)規(guī)模的確定需做更深入的研究。

[1] WANG R G,GAO H X.The analysis of yard area required for container terminals[J].Journal of Applied Statistics and Management,1991(6)：43-46.汪仁官,高惠璇.集裝箱碼頭所需堆場(chǎng)面積的分析[J].數(shù)理統(tǒng)計(jì)與管理,1991(6)：43-46.

[2] XU S Q.Study on container port’s yard capacity based on two-stage stochastic programming[D].Dalian：Dalian University of Technolo-gy,2013.許松喬.基于二階段隨機(jī)規(guī)劃的集裝箱堆場(chǎng)容量研究[D].大連：大連理工大學(xué),2013.

[3] DU J S,ZHOU Q S,WANG G P.Container terminal operations to receive payment amount and the yard area of research[J].Grain Processing,2010,35(6)：74-76.都江沙,周全申,王高平.集裝箱碼頭接收發(fā)放量與堆場(chǎng)面積關(guān)系的研究[J].糧食加工,2010,35(6)：74-76.

[4] TANG Y F.Determination of the capacity and area of container yard[J].Port Engineering Technology,1989(3)：19-23.唐云芳.集裝箱碼頭的堆場(chǎng)容量和面積的確定[J].港工技術(shù),1989(3)：19-23.

[5] LU K B,WANG D D,WANG Q.Research on coordinated allocation of container port yard system[J].Statistics&Decision,2014(22)：52-55.陸克斌,王丹丹,王強(qiáng).集裝箱港口堆場(chǎng)系統(tǒng)資源協(xié)調(diào)配置研究[J].統(tǒng)計(jì)與決策,2014(22)：52-55.

[6] WANG B,XU G P.Multi-objective optimization model of containers stacking in transshipment port yard[J].Journal of Chongqing Jiaotong University(Natural Science),2013,32(6)：1275-1278.王斌,徐國(guó)平.中轉(zhuǎn)港口堆場(chǎng)集裝箱堆存多目標(biāo)優(yōu)化模型[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,32(6)：1275-1278.

[7] SHENG Y,LIANG C J,DING Y.Dynamic strategy for storage space allocation in comtainer terminal based on genetic algorithm[J].Computer Engineering and Design,2015(11)：3145-3150.盛揚(yáng),梁承姬,丁一.基于遺傳算法的集裝箱港口堆場(chǎng)空間動(dòng)態(tài)分配策略[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2015(11)：3145-3150.

[8] LI J.Discussion on container yard management[J].Maritime China,2003(2)：92-93.立卷.集裝箱堆場(chǎng)管理初探[J].中國(guó)遠(yuǎn)洋航務(wù),2003(2)：92-93.

[9] Ministry of Transport of the People's Republic of China.Design code of general layout for sea port：JTJ 211-99[S].Beijing：China communications press,1999.中華人民共和國(guó)交通部.海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范：JTJ 211-99[S].北京：人民交通出版社,1999.

[10] YANG L P,HU Y C,JI S W.Blurred algorithm of container yard area in logistics park[J].Logistics Sci-Tech,2007,30(7)：104-105.楊露萍,胡云超,紀(jì)壽文.物流園區(qū)集裝箱堆場(chǎng)面積的模糊計(jì)算[J].物流科技,2007,30(7)：104-105.

Abstract：In view of the imperfect planning of the container yards at the present,the relationship between the port yard scale and the container throughput is discussed in detail.According to the types of port yard,the relationship between the front yard scale as well as the rear yard scale and the container throughput is studied,respectively.Meanwhile,the influences of the working time of yard,the number of container stacks and other unbalance factors on the container throughput are taken into account.Thus,relational formula between the front yard scale as well as the rear yard scale and the container throughput are given,which are of certain reference significance in the present port yard planning.The Beilun Port is taken as the example.Firstly,a mathematical model is established,by which the scale of current yard demand in the areas of the Beilun Port is obtained.Then,the results from the model are compared with the actual situation,from which it is known that the current yard scale of the Beilun Port can meet the container evacuation in the port areas,giving a demonstration of rationality of the mathematical model.Finally,the future yard scale in the Beilun Port area is estimated and the suggestions of the container development in the Beilun Port in the future are put forward.

Key words：logistics engineering;yard scale;container throughput;yard planning;Beilun Port

Received：May 11,2017

Research on the Relationship Between Port Yard Scale and Container Throughput—Taking the Beilun Port as an Example

ZHOU Xi-zhao,HANG Jia-yu
(Business School,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China)

U169.6

A

1002-3682(2017)03-0071-06

10.3969/j.issn.1002-3682.2017.03.010

2017-05-11

上海理工大學(xué)人才引進(jìn)啟動(dòng)項(xiàng)目——可靠性問(wèn)題研究(YJRC201601)

周溪召(1964-),男,教授,博士,博士生導(dǎo)師,主要從事交通規(guī)劃與管理方面研究.E-mail：xizhaozhou@163.com