周溪召杭佳宇

(上海理工大學 管理學院,上海200093)

港口堆場規(guī)模與集裝箱吞吐量關系研究
——以北侖港為例

周溪召,杭佳宇

(上海理工大學 管理學院,上海200093)

針對目前尚不完善的集裝箱堆場規(guī)劃問題,討論了港口堆場規(guī)模與集裝箱吞吐量的關系,按堆場類型,分別研究了前方堆場規(guī)模、后方堆場規(guī)模與集裝箱吞吐量的關系,同時考慮了堆場的工作時間、集裝箱堆箱層數以及各種不平衡系數對集裝箱堆場規(guī)模的影響,給出了前后方堆場規(guī)模與吞吐量等因素的關系式,對目前港口堆場規(guī)劃具有一定參考意義。以北侖港為例,首先建立數學模型得出了目前北侖港各港區(qū)的堆場需求規(guī)模,再將結果與現(xiàn)狀情況對比,作出分析,得出目前北侖港的堆場規(guī)模滿足各港區(qū)的集裝箱疏散,論證了數學模型的合理性。最后對未來北侖港各港區(qū)堆場規(guī)模進行了預測,并對未來北侖港集裝箱發(fā)展提出了建議。

物流工程;堆場規(guī)模;集裝箱吞吐量;堆場規(guī)劃;北侖港

集裝箱堆場是港口的重要組成部分,堆場規(guī)模是集裝箱港口建設所必需考慮的一個影響因素。國內學者對堆場規(guī)模確定已作出一定研究。汪仁官和高惠璇對集裝箱碼頭所需堆場面積進行了分析,主要考慮了堆場日堆存箱數與堆場面積的關系[1];許松喬運用二階段隨機規(guī)劃法研究了集裝箱堆場容量,考慮了集裝箱種類、裝卸工藝、堆場單位空間成本和收益等因素對堆場平面箱位數的影響[2];都江沙等運用隨機系統(tǒng)數學模型,建立了集裝箱碼頭接收發(fā)放量與堆場面積的關系[3];唐云芳總結了經驗估算法、查圖法、規(guī)范計算法確定堆場容量的優(yōu)缺點,并給出了通過堆場容量計算堆場面積的方法[4]。

目前,大部分堆場方面的研究主要集中于堆場布局、堆場作業(yè)方式與港口運作的關系[5-7]。已有的關于堆場規(guī)模的研究成果對堆場規(guī)模的預測分析不夠全面。本文以北侖港為例,研究得出了集裝箱堆場規(guī)模與港口碼頭集裝箱吞吐量的關系,綜合考慮了集裝箱吞吐量、堆場作業(yè)時間,集裝箱堆箱層數等因素與港口堆場規(guī)模的關系,對目前港口堆場規(guī)劃具有一定參考意義。

1 吞吐量與堆場規(guī)模的內在關系

集裝箱堆場一般有前方堆場、后方堆場、空箱堆場三種類型。集裝箱前方堆場(marshalling yard)是指在集裝箱碼頭前方,為加速船舶裝卸作業(yè),暫時堆放集裝箱的場地;集裝箱后方堆場(container yard)是指集裝箱重箱或空箱進行交接、保管和堆存的場所;空箱堆場是指專門辦理空箱收集、保管、堆存或交接的場地,專為集裝箱裝卸區(qū)或轉運站堆場不足時才予設立[8]。港口集裝箱貨物的處理主要包括存儲、拆裝、配送和流通加工等,本次研究將與集裝箱相關的區(qū)域分為2種：集裝箱堆存區(qū)和拆裝箱區(qū)。通過分析得出,集裝箱堆存區(qū)的規(guī)模與港口集裝箱吞吐量和堆場的工作時間、集裝箱堆箱層數等因素存在關系。而拆裝箱區(qū)的規(guī)模與堆場作業(yè)的方式有直接關系,每個港口堆場的作業(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系不明顯,所以本文僅對堆存區(qū)規(guī)模與港口集裝箱吞吐量的關系展開研究。本文將分別研究港口前方堆場、后方堆場中集裝箱堆存區(qū)規(guī)模與集裝箱吞吐量的關系,希望能夠提高碼頭堆場的利用率,為集裝箱堆場的規(guī)劃提供一定參考。

(李 燕 編輯)

1.1 前方堆場

1.1.1 模型

確定集裝箱碼頭堆場的大小,可分為2個步驟：1)確定集裝箱碼頭堆場容量;2)根據水平運輸和堆場拆、碼垛的堆場工藝方式確定堆場面積。

首先是根據泊位年運量和其他因素確定堆場應當容納的集裝箱數。根據《海港總平面設計規(guī)范》(JTJ 211—99)[9]中的經驗公式,可以確定前方堆場的地面箱位數,即集裝箱堆場容量。具體計算見式(1)。

式中,E為集裝箱堆場容量(TEU);Q為集裝箱碼頭年運量(TEU);Kd1為堆場集裝箱堆存不平衡系數,按研究港口統(tǒng)計資料確定,無資料時可取1.1～1.3;tdc為到港集裝箱平均堆存期(d),按港口統(tǒng)計資料確定,無資料可采用表1中的數值;Tyk為堆場工作天數(d),取350～365 d。

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

這里的堆場容量E是指堆場總容量,即包括重箱、進出口空箱、冷藏箱、及回空箱(經拆裝庫卸貨后的空箱又回到堆場存放)。

確定了堆場所需容量,就可以根據水平運輸和堆場拆、碼垛的堆場工藝方式確定堆場面積：

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

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

1.2 后方堆場

1.2.1 模型

集裝箱后方堆場的堆存面積與集裝箱堆存期、堆箱層數、堆存需求量、每集裝箱所占用的堆場面積等因素有關。而港區(qū)后方的堆場一般位于物流園區(qū)內,所以這里的集裝箱后方堆場的堆存面積計算可以參考園區(qū)集裝箱堆存面積的計算方式[10],具體計算式為

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

1.2.2 模型參數分析

D1和Kd2可對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統(tǒng)計得出。單位平面相位所需面積S1通過分析集裝箱堆場布置獲得,以標準輪胎式龍門吊為例,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為同一數據4 900 mm,為此每個平面箱位所占面積S1約為27～33 m2;由于外堆場一般堆存空箱,所以平均堆碼層數H為5～8層;堆場營運天數T可取365 d;集裝箱堆碼高度根據集裝箱龍門吊的標準選取,高度利用系數kh可取0.75～0.95。

2 案例分析——以北侖港為例

2.1 前方堆場

2015年北侖各港區(qū)集裝箱吞吐量、前方堆場規(guī)模見表3。

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

根據上面集裝箱吞吐量與港區(qū)前方堆場規(guī)模的內在關系,利用北侖港4個港區(qū)的集裝箱吞吐量,可計算得出各港區(qū)的前方堆場需求規(guī)模。式(1)中,堆存不平衡系數Kd1取1.2;到港集裝箱平均堆存期tdc取6 d;堆場工作天數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N1取6;北侖港堆場設備作業(yè)方式主要是軌道式集裝箱龍門起重機和輪胎式集裝箱龍門起重機,所以堆場容積利用率Ae取65%。計算結果見表4。

表4 根據現(xiàn)狀集裝箱吞吐量對應的前方堆場需求規(guī)模表Table 4 List of the demanded scale of the front yard corresponding to the current container throughput

根據對比可以看出,現(xiàn)狀各港區(qū)的前方堆場規(guī)模均大于相應計算得到的需求規(guī)模,而且各港區(qū)前方堆場堆存的空箱多為國內外港口間的中轉空箱,這類空箱主要以小箱為主,并且周轉時間短、周轉速度快,所占比例小,可以得出,目前北侖港各港區(qū)的前方堆場規(guī)?？梢詽M足各自港區(qū)的集裝箱疏散。同時由于受港區(qū)前方堆場面積和進出港口碼頭交通壓力的限制,目前及中遠期北侖港區(qū)前方堆場不會設置提還空箱點,各大港區(qū)內的堆場面積基本上能夠滿足堆存臨時小部分空箱的需求,并且對未來港區(qū)前方堆場的面積基本上不會產生較大影響。

2.2 后方堆場

2015年北侖港后方堆場規(guī)模情況見表5。

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

根據集裝箱吞吐量與港區(qū)后方堆場規(guī)模的內在關系,利用北侖港4個港區(qū)的集裝箱吞吐量,可計算得出各港區(qū)所需后方堆場規(guī)模。式(3)中,進入集裝箱外堆場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Kd2為1.2;單位集裝箱貨物所需面積S1為30 m2;堆場營運期T取365 d;集裝箱平均堆碼層數H取7;高度利用系數kh取0.85。計算結果見表6。

表6 根據現(xiàn)狀集裝箱吞吐量對應的后方堆場需求規(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)的外堆場規(guī)模均可以滿足各港區(qū)集裝箱的集散需求。根據以上計算分析,目前北侖港各港區(qū)前方堆場規(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,且內堆場集裝箱集散快,所以未來北侖港集裝箱內堆場規(guī)模變化不會很大;根據北侖港現(xiàn)狀,各港區(qū)集裝箱吞吐量還將有所提高,在港區(qū)前方堆場資源變化不大的情況下,港區(qū)后方堆場的規(guī)?？赡苄枰M一步擴大,下面根據未來北侖港集裝箱吞吐量,分析未來各港區(qū)的后方堆場規(guī)模情況。

關于式(3)參數選取,進入集裝箱外堆場的年總集裝箱物流量Q1接近空箱量,未來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Kd2為1.2;單位集裝箱貨物所需面積S1為30 m2;堆場營運期T取365 d;集裝箱平均堆碼層數H取7;高度利用系數kh取0.85。計算結果如表7所示：未來北侖港區(qū)的集裝箱吞吐量增幅不大,如果降低空箱率,那后方堆場規(guī)模還可以有所縮減;未來大榭港區(qū)的集裝箱吞吐量有一定增加,相應的堆場規(guī)模需求也有所增加,如果降低堆場空箱率后,堆場規(guī)?？梢杂兴陆?但總體后方堆場規(guī)模呈上升趨勢;未來穿山港區(qū)的集裝箱吞吐量有所下降,后方堆場規(guī)模需求相應的減少了許多;未來梅山港區(qū)的集裝箱吞吐量增幅很大,相應的未來后方堆場需求將會提高很多。

表7 2020年北侖各港區(qū)集裝箱預測吞吐量與后方堆場需求表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)后方堆場現(xiàn)狀規(guī)模與2020年后方堆場需求規(guī)模進行對比,結果如表8所示。由集裝箱吞吐量計算得出的未來北侖港各港區(qū)后方堆場需求規(guī)?？梢钥闯?目前北侖港區(qū)、穿山港區(qū)的后方堆場規(guī)模能夠滿足未來港區(qū)的集裝箱集散需求;大榭港區(qū)、梅山港區(qū)無法滿足未來港區(qū)的集裝箱集散需求,由于又受到土地資源利用的限制,未來北侖港集裝箱發(fā)展要從加強土地利用率和提高港口工作效率等方面來滿足未來集裝箱的堆存、集散。

表8 北侖港后方堆場規(guī)模現(xiàn)狀與未來需求對比表Table 8 The current and the future demands for the rear yard scale of the Beilun Port

3 結 語

集裝箱堆場是港口重要的組成部分,港口前后方堆場規(guī)模的確定是否合理對未來港口的整體發(fā)展有著重要影響,而集裝箱吞吐量對堆場規(guī)模的確定又有影響,所以研究集裝箱堆場規(guī)模與集裝箱吞吐量的關系十分必要。本文得出了港口前后方堆場規(guī)模與集裝箱吞吐量的關系,同時考慮了堆場的工作時間、集裝箱堆箱層數以及各種不平衡系數對堆場規(guī)模的影響,給出了堆場面積與吞吐量等因素的數學模型,并通過北侖案例,作出分析,論證了模型的合理性,最后對未來北侖港各港區(qū)的堆場規(guī)模進行了預測。

本研究只考慮了港口堆場的集裝箱堆存區(qū)規(guī)模計算,而港口與集裝箱相關的區(qū)域包括了集裝箱堆存區(qū)和拆裝箱區(qū),拆裝箱區(qū)域也是堆場的組成部分,拆裝箱區(qū)域的規(guī)模與堆場的工藝方式等因素相關,因而堆場規(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面積的分析[J].數理統(tǒng)計與管理,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.基于二階段隨機規(guī)劃的集裝箱堆場容量研究[D].大連：大連理工大學,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)放量與堆場面積關系的研究[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.集裝箱碼頭的堆場容量和面積的確定[J].港工技術,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.集裝箱港口堆場系統(tǒng)資源協(xié)調配置研究[J].統(tǒng)計與決策,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,徐國平.中轉港口堆場集裝箱堆存多目標優(yōu)化模型[J].重慶交通大學學報(自然科學版),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,梁承姬,丁一.基于遺傳算法的集裝箱港口堆場空間動態(tài)分配策略[J].計算機工程與設計,2015(11)：3145-3150.

[8] LI J.Discussion on container yard management[J].Maritime China,2003(2)：92-93.立卷.集裝箱堆場管理初探[J].中國遠洋航務,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.中華人民共和國交通部.海港總平面設計規(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,紀壽文.物流園區(qū)集裝箱堆場面積的模糊計算[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

上海理工大學人才引進啟動項目——可靠性問題研究(YJRC201601)

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