劉炳城 陳寧 葉子奇

【摘 要】 為了能夠更全面地比較裝卸同步工藝與先裝后卸工藝的裝卸效率，利用仿真軟件FlexTerm建立涵蓋泊位、堆場(chǎng)、龍門(mén)吊、集卡和堆場(chǎng)資源的仿真模型，在不同集裝箱通過(guò)量的條件下對(duì)兩種不同的裝卸工藝進(jìn)行不僅限于單船裝卸的研究。結(jié)果表明：裝卸同步工藝的設(shè)備利用率高于先裝后卸，能夠大幅地縮短集卡平均等待時(shí)間，提高集卡利用率；隨著集裝箱通過(guò)量的不斷加大直至超過(guò)堆場(chǎng)通過(guò)能力時(shí)，裝卸同步工藝的設(shè)備效率優(yōu)勢(shì)會(huì)有所下降，需要進(jìn)行資源的優(yōu)化配置。

【關(guān)鍵詞】 集裝箱港口；裝卸工藝；仿真；FlexTerm；集卡；龍門(mén)吊

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，集裝箱多式聯(lián)運(yùn)已經(jīng)成為主要運(yùn)輸形式。港口是多式聯(lián)運(yùn)的重要節(jié)點(diǎn)，港口的裝卸效率成為關(guān)注的焦點(diǎn)，近年來(lái)對(duì)港口的研究持續(xù)增多。仿真方法因更貼近實(shí)際而在港口研究中得到廣泛應(yīng)用。張少凱等[1]利用仿真軟件對(duì)不同工藝下的港口機(jī)械配置進(jìn)行研究，得到制約裝卸作業(yè)時(shí)間的因素并提出對(duì)策；胡曉玉[2]利用Agent建模和仿真方法建立了集裝箱堆場(chǎng)作業(yè)的仿真系統(tǒng)，并對(duì)資源的配置進(jìn)行研究；王小變[3]在不同箱區(qū)長(zhǎng)度和不同裝卸機(jī)械數(shù)量的條件下對(duì)集裝箱港口裝卸進(jìn)行仿真研究，提出龍門(mén)吊與岸橋的合理配比；鄭鑫[4]以集裝箱后方堆場(chǎng)為研究對(duì)象，對(duì)堆場(chǎng)布局優(yōu)化進(jìn)行研究，用仿真軟件配合遺傳算法提出了優(yōu)化布局方案。

當(dāng)前對(duì)港口的仿真研究大多集中在堆場(chǎng)和資源配置方面，對(duì)集裝箱裝卸工藝的研究較少。針對(duì)裝卸工藝的研究多以單船單箱量為對(duì)象，仿真時(shí)間一般為一艘船的裝卸時(shí)間，難免有一定的局限；因此，在不同集裝箱通過(guò)量條件下仿真較長(zhǎng)一段時(shí)間的裝卸工藝，能得到更全面的數(shù)據(jù)，能更好地對(duì)裝卸工藝進(jìn)行分析，為港口的作業(yè)提供依據(jù)。

1 問(wèn)題描述

1.1 港口作業(yè)流程

在一般情況下，港口會(huì)在集裝箱船進(jìn)入錨地后對(duì)其進(jìn)行泊位分配，然后根據(jù)提前取得的船舶資料、進(jìn)出口箱量等信息進(jìn)行岸橋配置。操作階段：碼頭根據(jù)船圖進(jìn)行配載，同時(shí)對(duì)岸橋進(jìn)行調(diào)度，配置合適數(shù)量的水平搬運(yùn)機(jī)械進(jìn)行搬運(yùn)；堆場(chǎng)根據(jù)裝卸的集裝箱量安排堆放位置，同時(shí)對(duì)場(chǎng)橋進(jìn)行調(diào)度。

1.2 港口裝卸工藝

港口集裝箱的裝卸作業(yè)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜、連貫的過(guò)程，各個(gè)環(huán)節(jié)都要緊密銜接。港口集裝箱的裝卸設(shè)備主要是岸橋和龍門(mén)吊等，水平搬運(yùn)機(jī)械主要是集卡，合理配置裝卸設(shè)備資源，再有效地結(jié)合裝卸工藝，可以提高設(shè)備效率，降低作業(yè)成本和營(yíng)運(yùn)成本，提高港口的競(jìng)爭(zhēng)力。

裝卸同步是進(jìn)口箱與出口箱同時(shí)進(jìn)行裝卸，較傳統(tǒng)的先卸后裝工藝，其能減少單船裝卸時(shí)間，同時(shí)保證集卡的來(lái)回重載，提高集卡的利用率。兩種裝卸工藝流程見(jiàn)圖1。

利用仿真方法，將集裝箱年通過(guò)量與堆場(chǎng)通過(guò)能力相聯(lián)系，運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間，能夠更全面地比較兩種工藝。

2 仿真建模

2.1 仿真流程

FlexTerm是一款專(zhuān)門(mén)用于集裝箱碼頭的仿真軟件。在仿真過(guò)程中，首先設(shè)定泊位和堆場(chǎng)，然后設(shè)置集裝箱相關(guān)參數(shù)、泊位裝卸計(jì)劃、堆場(chǎng)計(jì)劃、機(jī)械參數(shù)等，最后再運(yùn)行軟件得到結(jié)果。具體作業(yè)流程見(jiàn)圖2。

2.2 參數(shù)設(shè)置

在集裝箱年通過(guò)量達(dá)到堆場(chǎng)年通過(guò)能力的30%、50%、70%、90%、100%、120%等6種情況下對(duì)兩種裝卸工藝進(jìn)行仿真，運(yùn)行時(shí)間為1周（7 d），每天都有一艘船靠泊。具體設(shè)置如下：

（1）集裝箱分為進(jìn)口箱和出口箱，進(jìn)口箱箱量與出口箱箱量是一致的；集裝箱箱型分為40英尺和20英尺兩種，40英尺箱的比例為85%，20英尺箱的比例為15%。

（2）仿真以一個(gè)泊位為基礎(chǔ)，泊位的通過(guò)能力是能滿(mǎn)足整個(gè)堆場(chǎng)的，泊位配置兩臺(tái)岸橋，兩臺(tái)岸橋的任務(wù)量是一致的，允許岸橋?qū)?0英尺的集裝箱使用雙吊具裝卸。

（3）堆場(chǎng)分為進(jìn)口箱堆場(chǎng)和出口箱堆場(chǎng)，各自都配有輪胎式龍門(mén)吊，進(jìn)口箱堆場(chǎng)和出口箱堆場(chǎng)的平面箱位是一致的，不考慮空箱的影響。集裝箱的堆高為4層，箱位的利用率為75%，堆場(chǎng)年工作天數(shù)為364 d（52周），集裝箱平均堆存期為4 d，由堆場(chǎng)年通過(guò)能力Y=（平面箱位錐迅還紫湮煥寐蕗錐殉∧旯ぷ魈焓？集裝箱平均堆存期可得，整個(gè)堆場(chǎng)的年通過(guò)能力為163.8萬(wàn)TEU。

（4）同一種情況下的周集裝箱吞吐量是一致的，不考慮船對(duì)船中轉(zhuǎn)，集裝箱入場(chǎng)系數(shù)為1。

（5）機(jī)械的參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。

（6）集卡采用作業(yè)線方式，即12臺(tái)集卡均分為2個(gè)集卡池，每一個(gè)集卡池服務(wù)1臺(tái)岸橋。

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

裝卸作業(yè)效率是衡量港口服務(wù)水平的重要依據(jù)，提高裝卸作業(yè)效率有利于提高港口自身競(jìng)爭(zhēng)力。分析港口多種設(shè)備的指標(biāo)，有助于提高設(shè)備利用率，進(jìn)而提高裝卸作業(yè)效率，減少等待時(shí)間，降低運(yùn)營(yíng)成本，提高服務(wù)質(zhì)量。根據(jù)港口集裝箱裝卸特點(diǎn)，選取3個(gè)指標(biāo)：

（1）岸橋利用率：

裝卸時(shí)間/（裝卸時(shí)間+閑置時(shí)間）；

（2）龍門(mén)吊利用率：

裝卸時(shí)間/（裝卸時(shí)間+等待時(shí)間）；

（3）集卡平均等待時(shí)間：

集卡進(jìn)入堆場(chǎng)等待龍門(mén)吊裝卸的時(shí)間。

3 仿真結(jié)果分析

通過(guò)仿真模型，設(shè)置6種不同的集裝箱年通過(guò)量，在6種不同的通過(guò)量條件下，對(duì)先裝后卸工藝和裝卸同步工藝進(jìn)行仿真，分別經(jīng)過(guò)多次運(yùn)行后得到仿真結(jié)果。結(jié)果分析如下：

（1）岸橋數(shù)據(jù)分析 通過(guò)仿真，可以得到先卸后裝和裝卸同步兩種工藝的岸橋利用率，即兩臺(tái)岸橋的平均利用率（見(jiàn)圖3）。從圖3中可以看出：先卸后裝的岸橋利用率比裝卸同步的利用率高；在集裝箱年通過(guò)量達(dá)到堆場(chǎng)年通過(guò)能力的50%時(shí)，兩者的岸橋利用率相當(dāng)；隨著集裝箱年通過(guò)量的增大，先卸后裝的岸橋利用率越來(lái)越高。另外，在仿真時(shí)，裝卸同步所用的單船裝卸時(shí)間要比先裝后卸所用的單船裝卸時(shí)間短。

（2）堆場(chǎng)龍門(mén)吊數(shù)據(jù)分析 龍門(mén)吊是堆場(chǎng)的重要資源，其利用率關(guān)乎著整個(gè)堆場(chǎng)的作業(yè)效率。通過(guò)仿真，可以得到進(jìn)口箱堆場(chǎng)和出口箱堆場(chǎng)的龍門(mén)吊利用率。龍門(mén)吊利用率對(duì)比見(jiàn)圖4。從圖4可以看出：裝卸同步的龍門(mén)吊利用率比先卸后裝高；隨著集裝箱年通過(guò)量的增加，裝卸同步的優(yōu)勢(shì)更加明顯；當(dāng)集裝箱年通過(guò)量達(dá)到堆場(chǎng)年通過(guò)能力時(shí)，優(yōu)勢(shì)最明顯，裝卸同步的龍門(mén)吊利用率比先卸后裝的高8%～10%；當(dāng)集裝箱年通過(guò)量達(dá)到堆場(chǎng)年通過(guò)能力的120%時(shí)，裝卸同步優(yōu)勢(shì)略有下降。

（3）集卡數(shù)據(jù)分析 集卡是最重要的水平運(yùn)輸設(shè)備，在岸橋能夠滿(mǎn)足裝卸任務(wù)的情況下，集卡在堆場(chǎng)等待的時(shí)間決定著集卡利用率的高低。通過(guò)仿真，可得到集卡平均等待時(shí)間的相關(guān)數(shù)據(jù)。集卡平均等待時(shí)間對(duì)比見(jiàn)圖5。從圖5可以看出：裝卸同步的集卡平均等待時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于先卸后裝，在集裝箱年通過(guò)量達(dá)到堆場(chǎng)年通過(guò)能力的90%前，裝卸同步的集卡平均等待時(shí)間比先卸后裝降低50%以上；當(dāng)集裝箱年通過(guò)量達(dá)到堆場(chǎng)年通過(guò)能力的90%以上時(shí)，裝卸同步的集卡平均等待時(shí)間出現(xiàn)不平衡，而且隨著集裝箱年通過(guò)量的增加，不平衡現(xiàn)象越明顯，表現(xiàn)為進(jìn)口箱堆場(chǎng)的集卡平均等待時(shí)間很短，出口箱堆場(chǎng)集卡平均等待時(shí)間很長(zhǎng)，但整體上還是少于先卸后裝的集卡平均等待時(shí)間。

通過(guò)岸橋、堆場(chǎng)龍門(mén)吊和集卡數(shù)據(jù)的比較分析，可以得到以下主要結(jié)論：

（1）在岸橋利用率上，裝卸同步?jīng)]有優(yōu)勢(shì)，可能是由先卸后裝的岸橋工作時(shí)間較長(zhǎng)所致；

（2）在堆場(chǎng)龍門(mén)吊利用率上，裝卸同步遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于先卸后裝，當(dāng)集裝箱年通過(guò)量超過(guò)堆場(chǎng)年通過(guò)能力后，裝卸同步優(yōu)勢(shì)下降，可通過(guò)調(diào)整集卡、龍門(mén)吊配置來(lái)進(jìn)一步提高作業(yè)效率；

（3）在集卡平均等待時(shí)間上，裝卸同步相較于先卸后裝有了大大縮短，當(dāng)集裝箱年通過(guò)量超過(guò)堆場(chǎng)年通過(guò)能力的90%時(shí)，裝卸同步的集卡平均等待時(shí)間在進(jìn)口箱堆場(chǎng)和出口箱堆場(chǎng)表現(xiàn)出不平衡特征，可通過(guò)對(duì)堆場(chǎng)龍門(mén)吊傾斜配置來(lái)調(diào)整。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)建立仿真模型，在不同集裝箱通過(guò)量的條件下分別對(duì)先卸后裝工藝和裝卸同步工藝進(jìn)行仿真，得到多種設(shè)備的指標(biāo)并進(jìn)行比較分析。分析發(fā)現(xiàn)：裝卸同步工藝的設(shè)備利用率高于先裝后卸工藝；裝卸同步工藝能夠大幅地縮短集卡平均等待時(shí)間，提高集卡利用率；隨著集裝箱通過(guò)量的不斷加大直至超過(guò)堆場(chǎng)通過(guò)能力時(shí)，裝卸同步工藝的設(shè)備效率優(yōu)勢(shì)會(huì)有所下降，需要進(jìn)行資源優(yōu)化配置，這有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 鄭鑫.基于Flexsim的集裝箱堆場(chǎng)布局優(yōu)化與仿真研究[D].北京交通大學(xué)，2008.