（交通运输规划与管理专业论文）集装箱港区堆场与道路协调性研究.pdf

中文摘要 摘要 港口是连结国际运输的纽带，港口经济能够极大的促进一国贸易，繁荣当地 经济。专业化集装箱港口的出现是国际运输集装箱化的产物。 衡量集装箱港口的重要指标之一是港口吞吐量，吞吐量的高低直接反应出该 港口的竞争力。在港口竞争日益激烈的今天，其竞争方式已由成本竞争转变为服 务质量竞争。在港口日常作业中，由于集装箱船到港的不确定性因素较多，经常 出现“压船、压港 现象。极大影响了港口集疏运作业效率，降低港口服务水平。 提高港口集疏运效率至关重要。目前关于提高港口集疏运效率的研究主要限 于提高集装箱装卸作业系统效率、堆场的信息化管理水平、闸口作业效率等方面， 而对于在港各类设施之间的协调性并未引起足够重视。 笔者认为在港区基础设施中，堆场与道路之间的协调性在港口各类设施之间 的协调性中占据重要位置，并且对于港口集疏运作业效率影响极大。本文通过港 口年吞吐量确定堆场集装箱箱位公式，确定集装箱堆场面积，然后利用流体力学 相关理论推导出港区的道路长度表达式，得出港区堆场面积与道路长度的协调性 关系式。 港区堆场面积与道路长度协调性关系的导出，为新建港口设计提供了理论上 的计算依据。同时对于港口集疏运设施的重新整合提供了解决方案。最后本文利 用研究结论对天津港堆场与道路协调性进行了实证分析，指出了目前天津港口集 疏运系统存在的问题并提出了相应的解决方案。 本文的研究结论具有一定现实可行性，对于提升港口集疏运作业效率具有指 导意义，对于港口规划建设具有一定参考价值。 关键词：集疏运效率；堆场面积；道路长度；协调性 英文摘要 a b s t r a c t p o r ti sac o n n e c t i o nk n o ti nt h ew o r l d t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，p o r tb u s i n e s sc a i lf u l l y s p e e du pt h ec o u n t r y se c o n o m yg r o w t h t h ec o n t a i n e rp o r tw a sb u i l db e c a u s eo f c o n t a i n e ri st h em a j o rt r a n s p o r tv e h i c l ei nt h es h i p p i n g a g g r e s s i v ec o m p e t i t i o nb e t w e e np o r t sf o r c et h ep o r tc o m p a n yc h a n g ep m s e m s t r a t e g y ，c o s tc o m p e t i t i o nh a sb e e nr e p l a c e db yt h es e r v i c ec o m p e t i t i o n b e c a u s eo ft h e u n p r e d i c t a b l eo fr e a l i t y ，p o r tj a ma l w a y sh a p p e n s i m p r o v et h ec o l l e c t i o na n d d i s t r i b u t i o ne f f i c i e n c yi sk e yt oi m p r o v et h es e r v i c el e v e li nt h ep o r t s of a rt h es t u d yo fh o wt oi m p r o v ec o n t a i n e rp o r te f f i c i e n c yg e n e r a l l yf o c u so n l o a d i n ga n dd i s c h a r g i n ge f f i c i e n c ya n di n f o r m a t i o nm a n a g es k i l l si nt h ep i l ef i e l da n d g a t et r a f f i ci m p r o v e m e n t t h eh a r m o n y b e t w e e np i l ef i e l da n dr o a di sb e e ni g n o r i n g i nt h i sp a p e rv i e w , h a r m o n yb e t w e e np i l ef i e l da n dr o a di si m p o r t a n ti nt h e c o l l e c t i o na n dd i s t r i b u t i o ns y s t e mo ft h ec o n t a i n e rp o r t s ot h i sp a p e rf i g u r eo u tt h e m i n i n l u n lc o n t a i n e rs l o tn u m b e rt h r o u g ht h eh a n d l i n gc a p a c i t ya n dc o n f i r mt h es i z eo f p i l ef i e l d ，n e x tf o u n dt h el e n g t hf o r m u l ao ft h er o a dt h r o u g hs o m et h e o r yi nt h ef l o w s c i e n c e ，d e d u c et h eh a r m o n yf o r m u l ab e t w e e np i l ef i e l da n dr o a di nt h ep o r t t h er e s e a r c ho fh a r m o n yb e t w e e np i l ef i e l da n dr o a di nt h ep o r tg i v e ss o m e r e m a r k a b l ea d v i c ei nt h ep r o c e e d i n go fp o r tp r o g r a m m i n ga n dc o n s t r u c t i o n , a l s oi tc a n h e l pt h ea d j u s t m e n tp r o g r a mi nt h ep o r tc o l l e c t - d i s t r i b u t es y s t e m a tt h ee n do ft h i s p a p e rt i a n j i np o r ti sb e i n gu s e dt ot e s t i f yt h er e s e a r c ha c h i e v e m e n t , t h r o u g ht h i sa n a l y z e f o u n dt h ep r o b l e mo ft h ec o l l e c t d i s t r i b u t es y s t e mi nt h et i a n j i np o r t ，a l s op a p e rp r o v i d e s o m ea d j u s tp r o p o s a lt oi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft h ec o l l e c t - d i s t r i b u t es y s t e m t h i sp a p e rp r o v i d es o m er e l i a b l ea d v i c ei nt h ep o r tp r o g r a m m i n ga n dg u i d et h e a d j u s t m e n tp r o g r a mo f t h ec o l l e c t d i s t r i b u t es y s t e mi nt h ep o r t k e yw o r d s e f f i c i e n c yo f c o l l e c t d i s t r i b u t es y s t e m ；p i l ef i e l da r e a ；r o a dl e n g t h ： h a r m o n y 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，撰写成 博硕士学位论文 = = 篡苤箍渣匡堆场生道路协遢性班究：。除论文中已经注明引 用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果。本 声明的法律责任f h 本人承担。 学位做储签名忽二至 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学位论文的 规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘 版) 电子杂志社) 、中国学位论文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库 中，并以电子出版物形式出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于： 论 集装箱港区堆场与道路协调性研究 第1 蠢绪论 1 1 研究背景 经过几十年的发展，集装箱运输以其包装简单、货损货差少、货运质量高且 运输成本低已成为世界范围内最主要的海运方式。集装箱运输的巨大优越性加快 了国际运输集装箱化的进程，同时专业化的集装箱港口逐渐被建立起来。作为专 供集装箱船舶停靠和集装箱装卸的作业场所，集装箱港口的具体建设规划如泊位 通过能力的设计、堆场面积大小的确定等直接关系到港口战略发展方向以及港口 服务水平。 港口集装箱吞吐量是衡量一个港口水平的重要指标，它代表着港口的业务能 力，腹地范围大小以及区域经济辐射能力。港口企业日常最重要的工作就是招揽 货源，吸引各大航线将本港纳入航线，吸引船舶挂靠本港口。现代港口竞争已经 转变为港口企业间的服务竞争。结合自身条件的正确的战略定位加上优良先进的 现代化服务功能是港口在激烈竞争中的立足之本，而港口服务水平的高低以及质 量的好坏直接影响到港口日常业绩。 根据港口历史发展经验得知，前期港口建设规划是否具有前瞻性直接影响到 港口未来几十年的发展。当港口建成后，由于经济的快速发展使得港口原有的生 产服务规模远不能满足运输服务需求，于是便会经常出现“压港、压船”现象以及 港口集疏运能力不足等问题。仔细分析其中原因不难发现，虽然港口基础设施投 资大、使用年限长使得短期内难以进行改变。但是在现有基础设施条件下，通过 对集装箱港区堆场以及道路的重新整合，使得港区集疏运设施布局合理化，顺畅 港区交通，提高港口装卸作业效率，加快集装箱周转速度，提高港口服务质量。 港区堆场与道路的协调性对港区集疏运作业效率影响显著，进而影响港区集 疏运能力。因此可见港区堆场与道路协调性是衡量集装箱港港口服务质量的重要 指标之一，其协调性是否良好直接影响到整个港口的服务作业。 通过上述分析，本文将结合流体力学相关知识对集装箱港区道路堆场之间的 协调性问题进行研究。希望研究能够对港区堆场、道路规划与设计以及后期调整 提供一定理论依据。缓解港区集疏运堵塞现象，提升港区集疏运能力。这也是港 口企业提升服务质量的关键所在。 第1 章绪论 1 2 国内外相关研究概况 目前国内外从事集装箱港区相关领域的研究不少，综合起来其研究内容主要 为以下几个方面： ( 1 ) 港区设备合理化配置 在集装箱码头装卸系统中，由于一般的概率分布无法对船舶和集卡到港的概 率进行准确描述，同时由于到港船舶的船型不同，需要对其配置不同的装卸机械， 一般的解析研究方法只能对码头装卸设备中的某一部分进行优化配置。因此目前 国内外对于码头设备配置合理性的研究都从不同侧面进行。关于集装箱码头的资 源分配问题，g a m b a r d e l l a 等人利用混合整数规划方法解决了在岸吊与场吊数量 有限的条件下如何为多艘船舶服务并且最大化港口净利润的问题；傅新平，宋德 星运用单级排队模型探讨了港口的合理泊位数和港口吞吐能力；杨静营，丁以采 用线性混合整数规划为每只船舶安排合理的桥吊和龙门吊台数。 ( 2 ) 码头泊位配置 在进行港口规划设计过程中，对于码头泊位的配置难以做到精确的确定。其 主要原因在于单个的泊位能力会随着港口系统水平的不同而呈现出巨大的差异 性，而我国现阶段主要通过比较运量需求和单个泊位能力来确定泊位数。解决此 问题则需要确定泊位的合理功过能力。王志民对此进行了比较深入的研究，他通 过对盐田和蛇口两大集装箱码头的实际调研，论述超负荷运营状态所带来的负面 影响，并在调研的基础上选取合理的核算参数，结合计算机仿真模拟，并对集装 箱码头实际完成吞吐量与吞吐能力之间存在差异的原因进行分析，最终提出港口 建设规划的原则和思路。朱善庆则通过制度与技术层面的研究，分析得出了影响 集装箱码头通过能力的因素，并且在泊位合理通过能力的研究上也提出了相关建 议。 ( 3 ) 系统仿真 系统仿真主要在于仿真软件的好坏。目前在港口的系统仿真研究中，软件公 司根据港口提供的具体作业流程进行软件的编写。当需要进行研究时，研究人员 只需录入有关参数到软件中，便可自动生成仿真模型，即所谓的面向对象的建模 求解。也有部分研究者采用专业仿真语言实现港口系统规划仿真，所采用的仿真 语言主要有m o d s i m ，s l a m ，s i m a n 等。虽然面向对象的建模技术具有细分 2 集装箱港区堆场与道路协调性研究 系统、，继承等优点，但其产生的系统分析手段有效性低，不能充分保障模型研究 的严谨性与验证的科学性。 ( 4 ) 吞吐量预测 在港口规划建设中，集装箱吞吐量的预测是其中个十分重要的指标，对此 很多国内外学者对其进行了大量研究。所采用的研究方法主要有以下几种：回归 分析法、指数平滑法、灰色理论法、混沌预测法以及预测合法组合法。其中回归 分析法首先确定影响预测的相关因素，再利用最小二乘法拟合出回归模型，最后 利用所拟合出的回归模型进行相关预测和分析。黄顺泉等研究学者阐述了回归分 析法在集装箱吞吐量预测中的运用方法。指数平滑法主要对港口历年吞吐量的数 据统计资料利用直线或者曲线拟合成时间序列并外推其发展趋势来进行预测分 析。当在某地选择新建港口时，由于历史数据较少时则适合采用灰色理论方法。 但是由于其预测精度不高，需要根据实际需要对其进行相关修正，进行这方面的 研究也很多。各种预测方法各有优缺点，组合预测法则能很好的利用各种预测方 法的优势，因此组合预测法是未来的研究大势所在。目前国内外在组合预测方面 的研究成果主要为提出了最小方差法、卡尔曼滤波法、无约束最小二乘法及贝叶 斯法等。 ( 5 ) 装卸效率研究 关于集装箱港的装卸效率研究，曾庆成通过建立集装箱码头装卸作业的集成 调度模型，对装卸桥，集卡以及龙门吊的作业序列进行了优化，提高了各项作业 环节的协同性与作业调度的整体性。国外的g a m b a r d e l l a 则通过网络图和混合整 数线性规划等方法优化了集装箱码头的资源分配和集装箱装卸的调度问题。 k o z a n 建立了求解最小作业时间的集装箱装卸作业的混合整数规划模型，并通过 相关软件进行了求解。 目前国内外针对集装箱港区堆场与道路之间的协调研究并不多，并没有比较 成熟的研究方法出现，不少研究学者根据自身专业知识进行了不少具有创新性的 尝试，但具体研究效果还不得而知。因此本文在旨在总结相关研究成果基础上进 一步分析研究集装箱港区道路堆场系统协调性问题，希望能有新的突破。 1 3 本文研究路线 第1 章绪论 集装箱运输的快速发展使得集装箱港区内出现了种类不同、用途不同的装卸 运输机械。但目前在我国大部分港口中，基本上都采用的是标准的半挂集卡进行 集装箱的港内运输。本文将标准半挂集装箱卡车作为研究对象。仔细观察集装箱 港区内的集卡车流运动，我们会发现集卡车流运动具有以下特征：由车域组成的 集卡车流具有连续性且无间隙地分布于港区道路中；车辆之间距离可变引起车流 密度变化，集卡车流具有可压缩性；车流密度变化影响后续车辆行进速度( 即车 辆之间发生相对运动) ，产生摩擦阻力，集卡车流具有黏性。 综合集卡车流上述特征发现，集卡车流具有流体属性。因此本文拟通过利用流体力 学相关理论对集卡车流进行研究。首先通过流体运动学对集卡车流进行数学描述，建立 相关车流运动方程；分析研究影响堆场面积与道路长度的因素，建立两者之间数学模型； 通过对模型研究得出堆场与道路之间协调因子，并对其进行协调性分析；最后再结合现 实集装箱港口相关数据进行实例验证分析，验证分析本文研究实际应用能力以及不足之 处，提出前景展望。 集装箱港区堆场与道路协调性研究 第2 章集装箱及装卸工艺 2 1 集装箱 集装箱，根据i s o 及大多数标准术语的定义，它是一种运输设备。而在运 输实践中又分为s 0 c ( s h i p p e r so w nc o n t a i n e r ) 和c 0 c ( c a r r i e r so w nc o n t a i n e r ) 两 种情况来处理。国际标准化组织制定了集装箱规格，力求使集装箱标准化得到统 一。国际标准化组织不仅对集装箱尺寸、术语、试验方法等，而且就集装箱的构 造、性能等技术特征作了某些规定。集装箱的标准化促进了集装箱在国际间的流 通，对国际货物流转的合理化起了重大作用。 2 2 集装箱分类 集装箱根据用途可以进行以下分类。 ( 1 ) 干货集装箱( d r yc a r g oc o n t a i n e r ) 除冷冻货、活的动物、植物外，在尺寸、重量等方面适合集装箱运输的货物， 几乎都可以使用干货集装箱。此种集装箱样式较多，使用时应注意箱子内部容积 和最大负荷。特别是在2 0 英尺、4 0 英尺集装箱时更应注意到这一点。干货集装 箱也称为通用集装箱。 ( 2 ) 散装集装箱( b u l kc o n t a i n e r ) 散装集装箱主要用于运输啤酒、豆类、谷物、树脂等货物。散装集装箱的使 用有严格要求，如：每次掏箱后，要进行清扫，使箱底、两侧保持光洁；为防止 汗湿，箱内金属部分应当尽可能少外露；有时需要熏蒸，箱子应具有气密性；在 积载时，除了由箱底主要负重外，还应考虑到将货物重量向两侧分散；箱子的结 构易于洗涤；主要用于装运重量较大的货物，因此，箱子自重应比较轻。 ( 3 ) 冷藏集装箱( r e e f e rc o n t a i n e r ，i 江) 冷藏集装箱是指“装载冷藏货并附有冷冻机的集装箱”。在运输过程中，启动 冷冻机使货物保持在所要求的指定温度。箱内顶部装有挂肉类、水果的钩子和轨 道，适用于装载冷藏食品、新鲜水果，或特种化工产品灯光。冷藏集装箱投资大， 制造费用几倍于普通箱；在来回程冷藏货源不平衡的航线上，常常需要回运空箱； 船上用于装载冷藏集装箱的箱位有限；同普通箱比较，该种集装箱的营运费用较 第2 章集装箱及装卸工艺 高，除因支付修理、洗涤费用外，每次装箱前应检验冷冻装置，并定期为这些装 置大修而支付不少费用。 在实际营运过程中，冷藏集装箱的货运事故较多，原因之一是由于箱子本身 或箱子在码头堆场存放或装卸耐所致；另一原因是发货人在进行装箱作业时，对 箱内货物所需要的温度，及冷冻装置的操作缺乏足够的谨慎所致。尽管如此，世 界冷藏货运量中，使用冷藏集装箱方式的比重不断上升，今年来已经超过使用冷 藏船运输方式的比重。 ( 4 ) 敞顶集装箱( o p e n t o pc o n t a i n e r ，0 d 敞顶集装箱，实践中又称开顶集装箱，是集装箱种类中属于需求增长比较少 的一种，主要原因是货物装载量较少，在没有月台、叉车等设备的仓库无法进行 装箱，在装载较重的货物时还需使用起重机。这种箱子的特点是吊机可以从箱子 上面进行装卸货物，然后用防水布覆盖。目前，开顶集装箱仅限于装运较高货物 或用于代替尚未得到有关公约批准的集装箱种类。 ( 5 ) 框架集装箱( p l a tf o r mb a s e dc o n t a i n e r ) 这是以装载超重货物为主的集装箱，省去箱顶和两侧，其特点是可以从箱子 侧面进行装卸。在目前使用的集装箱种类中，框架集装箱稍有独到之处，这是因 为不仅干货集装箱，即使是散货集装箱、罐式集装箱等，其容积和重量均受到集 装箱规格的限制；框架集装箱则可用于那些形状不一的货物，如废钢铁、卡车、 叉车等。除此之外，相当部分的集装箱在集装箱船边直接装运散装货，采用框架 集装箱就较方便。框架集装箱的主要特点有：自身较重；普通集装箱是采用整体 结构，箱子所受应力可通过箱板扩散，而框架集装箱仅以箱底承受货物的重量， 其强度很大；出于同样的原因，这种集装箱的底部较厚，所以相对来说，可供使 用的高度较小，密封程度差。由于这些原因，该种集装箱通过海上运输时，必须 装载舱内运输，在堆场存放时也应用毡布覆盖。同时，货物本身的包装也要适用 这种集装箱。 ( 6 ) 牲畜集装箱( p e nc o n t a i n e r ) 这是一种专门为装运动物而制造的特殊集装箱，箱子的构造采用美国农业部 的意见，材料选用金属网使其通风良好，而且便于喂食，该种集装箱也能装载小 汽车。 6 榘装稻港l 基堆场与迢跆协调住研冗 ( 7 ) 罐式集装箱( t a n kc o n t a i n e r , t k ) 这类集装箱专门装运各种液体货物，如食品、酒品、药品、化工品等。货物 由液罐顶部的装货孔进入，卸货时，货物由排出孔靠重力作用自行流出，或者由 ，顶部装货孔吸出。 ( 8 ) 汽车集装箱( c a rc o n t a i n e r ) 这是专门供运输汽车而制造的集装箱：结构简单，通常只设有框架与箱底， 根据汽车的高度，可装载一层或两层。 2 3 集装箱装卸工艺 2 3 1 集装箱运输的优点 集装箱运输将多件杂货集中组装成箱，扩大了运输范围，并且实现了运输标 准化。能够在世界各地得到广泛应用，主要是因为集装箱运输具有以下优点：装 卸效率高，货损货差小、货运质量高，在途周转速度快、提高了货运速度，货运 手续简单、方便组织多式联运，降低货物包装费用以及营运费用等运输成本。 2 3 2 装卸工艺 所谓工艺，是指社会生产中改变劳动对象所采取的方法。如一般工业企业中 所讲的加工工艺，即指加工的方法。在水运企业中，水运工艺则是指水路运输货 物的方法。港口装卸工艺是指港口装卸货物的方法和程序，即按照一定的劳动组 织形式，运用装卸机械及其配套工具等物质手段，遵照规定的技术标准和规范， 完成货物在不同运输方式之间的换装作业过程。 装卸工艺过程的实现既包括装卸作业的操作方法、作业顺序，又包括作业技 术标准和规范以及维护工艺纪律的生产组织程序。集装箱码头装卸设备是由进行 装卸船舶、堆场作业和装卸车作业的各种机械及设备所组成。 集装箱码头的装卸工艺经过多年发展，现已形成由吊上吊下和滚上滚下组成 的成熟装卸工艺系统。吊上吊下的装卸工艺所采用的装卸机械是岸边集装箱起重 机，滚上滚下的装卸工艺一般采用集装箱牵引车和叉式装卸车等装卸设备。与滚 上滚下的装卸工艺相对应的船舶是滚装船，由于滚装船造价成本高且货物装载能 力利用率低而适用性不强，只能用于近距离的沿海运输而不适用于远洋运输。因 此现今世界集装箱码头大都采用装卸效率高、装卸设备多且适用性强的吊上吊下 的装卸工艺系统。 7 第2 章集装箱及装卸工艺 2 - 3 3 装卸设备 目前中国沿海的集装箱码头前沿大都采用岸壁集装箱装卸桥承担装卸船舶 作业。根据集装箱码头营运经验，一个泊位平均配备装卸桥1 2 台。通常一个独 立泊位需配备2 台，2 个或2 个以上泊位码头岸线连在一起的连续泊位上，由于岸 壁集装箱装卸桥可沿整个码头线行走，平均一个泊位配备装卸桥的台数可随着连 续泊位数的增加而有所减少，如两个泊位配备3 台，3 - t 泊位配备4 5 台，以提高 资源利用率并减少固定资产投资。随着大型集装箱船投入营运和船舶载箱量的增 加，新建的大型集装箱专用码头采用了外伸距更大、起重量更大的岸壁集装箱装 卸桥。 集装箱专用码头堆场可采用的机械有轮胎式龙门起重机、轨道式龙门起重 机、跨运车、正面吊运机、叉车等，水平运输可采用不同的机械组成不同的装卸 工艺系统，如底盘车系统、跨运车系统、轮胎式龙门起重机系统、轨道式龙门起 重机系统、叉车系统、正面吊运机系统及混合系统等。世界各大集装箱码头，根 据其营运特点，普遍采用跨运车系统、轮胎式龙门起重机系统及轨道式龙门起重 机系统。 ( 1 ) 跨运车系统特点 跨运车工艺方案来自于卖逊公司，除了将集装箱从船舶卸至码头前沿地面的 作业使用装卸桥以外，其他作业如堆存集装箱到堆场、场站之间的集装箱转移等 全都由跨运车承担。 使用跨运车能够提高装卸桥卸船效率，并且由于其机动灵活的特性使得整个 港口作业效率提高；跨运车相对地盘车来说能够在堆场上重叠堆垛箱子至2 、3 层高，因此提高了堆场利用率；跨运车所具有的自取、搬运、堆垛以及装卸车辆 功能减少了码头作业机械的种类和数量，方便了码头日常作业管理。 由于跨运车初始投资较高并且机械结构复杂，对操作人员技术水平要求较高 且维修难度较高，因此在进口重箱量大、出口重箱量小的码头适合使用跨运车系 统。 ( 2 ) 轮胎式龙门起重机系统特点 轮胎式龙门起重机不能配合装卸桥进行集装箱的交接工作，因此需要牵引车 的辅助。 r 集装箱港区堆场与道路协调性研究 使用轮胎式龙门起重机可以有效地利用堆场，因为龙门起重机可以堆垛3 、4 层集装箱，在一个堆区内可以码6 y u 集装箱使得堆场堆存能力大幅增加；操作比 较简单，对操作人员技术水平要求不高；能够利用计算机实现行走轨迹自动控制， 加速集装箱装卸作业的自动化进程；同时轮胎式龙门起重机对堆场路面要求不 高，可以减少堆场扑面建造成本。 轮胎式龙门起重机初始投资较高，相对于跨运车系统来讲灵活性不高且作业 环节较多增加了组织作业的复杂性。码头陆域面积较小而水水中转量较大的码 头比较适合使用轮胎式龙门起重机系统，目前我国大部分集装箱专用码头均采用 轮胎式龙门起重机系统。 ( 3 ) 轨道式龙门起重机系统特点 在堆场装卸设备中采用的是轨道式龙门起重机系统，因为轨道式龙门起重机 可以堆垛4 、5 层集装箱并且跨距可达2 1 n 集装箱，这使得堆场内处于轨道式龙门 起重机跨距内的堆区可以紧密堆垛而不留通道。 使用轨道式龙门起重机大大提高了堆场内单位面积堆存量和堆场面积利用 率；轨道式龙门起重机以电力驱动、节省能源并且机械结构简单、便于维修降低 了堆场运营费用；轨道式起重机沿轨道运行使得其动作便于使用计算机进行程序 化控制，便于实现集装箱装卸的自动化作业。 轨道式龙门起重机机械自重大，对堆场的建设要求高：机动性较差，跨距过 大影响提箱、倒箱作业且翻箱率高；因此轨道式龙门起重机系统适用于场地面积 有限、吞吐量大的水路联运码头。 第2 章集装箱及装卸工艺 商二舀h 商丞序酗h 以乍么 ，! 、 商二舀h 露引乍 魔盎率 砖运车 运敦霹拖下 ， 零；j 下巍盘警 零 孙 鬃麓雠爝t l 姚t l t , t g t 整嚣嚣攀 一 袋麓麓船戴鏊褊麓砑矫苟麓率 孰踅忿n 起蕈帆 船籀瑶蝣 - 0 i 中嵌庭午 一 孰逮杈辅筑 边疆燕撂乍 图2 1 集装箱装卸工艺图 f i g 2 1l o a d i n ga n dd i s c h a r g i n gp r o c e e d i n g so fc o n t a i n e r 2 4 集装箱港区水平运输机械 集装箱港区的水平运输机械是辅助进行集装箱装卸作业的工具，港区内所配 备的水平运输机械一般为集装箱牵引车和挂车，本文的研究对象为标准半挂集装 箱卡车。 2 4 1 牵引车 牵引车按照司机室的形式可以分为平头式牵引车和长头式牵引车，按照用途 可以分为长途公路用车和短途堆场内部用车。 2 4 2 挂车 - l o 酗： 嚣一 篇嚣 黔一 ， i 器 呐 嚣一 h 簸 t 1 臻 t搬门装h 嘶翮 h 蚴翱 硝p肫枞揣 一獬 集装箱港区堆场与道路协调性研究 挂车作为载箱平台，其本身不具有动力，需要与牵引车连接起来才能进行集 装箱的水平运输。 挂车按照底盘前后车轴的配置不同可以分为全挂车和半挂车，目前集装箱码 头堆场采用最多的是半挂车，也称作底盘车；按照挂车结构不同可以分为骨架式 挂车和平台式挂车。因此本文的研究对象也是以半挂车为港区主要水平运输机械 行成的集装箱港区道路车流。 2 4 3 挂车与牵引车连接方式 挂车与牵引车的连接方式有半拖挂车方式、全拖挂车方式、双联拖挂方式三 种。这三种拖挂方式中以半拖挂车方式回转半径小、机动灵活且安全可靠的特点 最符合堆场使用要求而受到广泛使用。 2 5 集装箱港区的集疏港方式 评价港口通过能力的重要指标之一是港口集疏运能力。集运是指货物进入港 区，而货物出港则称为疏运，也就是分拨。货物的集疏运可以通过陆路、水路、 空运以及地下管道输送等方式；而其运输方式则包括铁路运输、公路运输、水路 运输、管道运输、输送带运输和航空运输。 现今的货物集疏运模式有两种，第一种是货物通过铁路、公路、水路等方式 集运到港口后以直接的路线装船，或者先到达库场中转后装船。第二种是货物由 船舶运输到港口后通过泊位系统进入库场堆存再通过间接的疏运系统路线实现 分拨；同时货物也可以通过直接的路线进行疏运。 第2 章集装箱及装卸工艺 图2 2 集装箱港区集疏运方式 f i g 2 2t h ew a yo fc o l l e c t i o na n dd i s t r i b u t i o ni nc o n t a i n e rp o r t 港口集疏运体系是连接多种运输方式的平台和纽带，是进行一体化运输组织 的关键。集疏运体系的快速高效，能在相当大的程度上缓和由于船舶随时到港、 货流不均衡而引起的压船压货现象，也可以缓和货物集散对码头仓库容量过大的 要求。而且，集疏运体系能力的不断增强也会在一定程度上弥补港口其他系统的 不足乃至扩大港口腹地半径，从而促进港口发挥最大的潜力。 集疏运输体系的具体特征，如集疏运线路数量、运输方式构成和地理分布等， 主要取决于各港口与腹地运输联系的规模、方向、运距及货种结构。一般与腹地 运输联系规模大、方向多、运距长，以及货种较复杂多样的港口，其集疏运系统 的线路往往较多，运输方式结构与分布格局也较复杂；反之亦然。由于各港口的 实际情况十分复杂，互不相同，故其集疏运系统的具体特征也不同。从发展趋势 看，一般大型或较大型港口的集疏运系统，均应因地制宜地向多通路、多方向与 多种运输方式方向发展。 集装箱港区堆场与道路协调性研究 第3 章集装箱港区的组成及堆场面积的确定 3 1 集装箱港区设施 集装箱港区拥有完好的设备和设施是顺利完成装卸、运输、堆存和拆装箱作 业等任务的必备条件，一般集装箱港口设施通常由以下几部分组成： ( 1 ) 泊位( b e r t h ) 泊位是供集装箱船停靠、进行装卸作业的场所。泊位长度和水深主要根据所 停泊船舶的大小来确定。泊位长度应满足船舶装卸和系泊安全的要求，泊位水深 应满足船舶满载吃水要求。目前世界上全集装箱船舶专用码头泊位的长度一般为 3 0 0 米以上，泊位水深在11 米以上。 ( 2 ) 码头前沿( a p r o n ) 沿着码头岸壁线从泊位岸壁到堆场( 防汛墙) 之间的码头区域通常叫做码头 前沿。码头前沿在船舶装卸作业中起着十分重要的作用。当集装箱船到达港口时， 首先由专业的装卸机械将集装箱卸到码头前沿暂时堆放，再利用集卡车将其运送 到堆场或是转运到其他地方。为了防止影响其他船舶的装卸作业，一般都要求码 头前沿必须具备一定的宽度。集装箱码头前沿宽度一般为3 0 6 0 米。 ( 3 ) 堆场( c o n t a i n e ry a r d , c y ) 堆场是供装卸船舶堆放集装箱的场所，同时也是临时保管和向货主交接集装 箱的地方。它由两部分组成：前方堆场和后方堆场。 前方堆场( m a r s h a l l i n gy a r d ) 位于码头前沿和后方堆场之间，为了提高船舶装卸作业效率而用以堆场集装 箱的场地。它的主要作用在于当船到港前，预先堆放好将装船出口的集装箱；卸 船时则临时堆存进口的集装箱，以加速船舶作业。其大小根据集装箱码头采用的 装卸工艺不同而定，也因集装箱堆放层数不同而不一样。但所占面积占堆场总面 积的比例较大。 后方堆场( b a c k - u py a r d ) 后方堆场通常是指除前方堆场外的集装箱堆场，主要用于堆放非下一艘船装 运的待运空、重箱和准备向货主交接的空、重箱：此外也包括存放底盘车的场地。 有的后方堆场上还专门设有空箱堆j 豇空箱堆场的位置通常设在集装箱货运站旁 边或维修车间的附近。 1 3 第3 章集装箱港区的组成及堆场面积的确定 在现今计算机系统很完备的条件下，各码头在堆场功能划分上采用了更为灵 活的方式，甚至进出口混堆，将重箱放于靠前堆场，空箱放于靠后堆场。有时为 了解决集装箱装卸区或转运站堆场不足的问题，码头也专门设立空箱堆场，专门 办理空箱的收集、保管、堆存或交接等业务。 在堆场的地面上都画有一个以2 0 英尺集装箱箱底为标准大小的存放集装箱 的长方形格子，我们通常称之为：场箱位( s l o t ) 。在每个箱区的两端，都标有对 应的编号：“箱区号”。对堆存在堆场上的每个集装箱都设有编号称之为“场箱位 号 ( s l o tn u m b e r ) 。其主要作用在于标识集装箱在堆场所处的位置。 ( 4 ) 货运站( c f s ) 集装箱货运站俗称仓库，主要是用于为拼箱货( l c l ) 进行装箱和拆箱作业， 并对其进行贮存、防护和收发的作业场所。但是和传统的仓库不同之处在于，集 装箱货运站只是主要用于装、拆箱作业的场所，而不是主要用于保管货物的场所。 集装箱货运站一般建造于码头后方，并且靠近港外公路或者铁路，尽可能的 保证陆运车辆不必进出码头堆场，而直接进入货运站，以防止影响码头堆场作业。 随着集装箱化的发展，竞争的不断加剧，在某些大型的集装箱港口，随着集 装箱码头吞吐量的增加，为了提高码头堆场面积利用率，码头内货运站和空箱堆 场已逐渐移至码头外，业界把转移到码头外的堆场和货运站通称为场站( d e p o t ) 。 ( 5 ) 控制中- i ( c o n t r o lt o w e r ) 进行集装箱码头各项作业的指挥调度中心。其作用是充分发挥码头各生产要 素资源的作用，调整、指挥和监督集装箱码头各项作业的有序进行。因此控制室 的位置应设在码头操作或办公楼的最高层，以方便工作人员及时全面了解码头内 作业情况。 ( 6 ) 闸 3 ( g a t eh o u s e ) 即港区大门，是集装箱码头的出入口，同时也是进行集装箱交接的场所。闸 口是集装箱进出码头的必经之路，因此在闸口处需要检查集装箱的有关单证，同 时需要办理集装箱和货物好坏的责任交接，并检查集装箱箱号、箱体是否完好以 及货物外表是否受损等。闸口通常设置在集装箱码头的后方。 ( 7 ) 维修车间( m a i n t e n a n c es h o p ) 集装箱港区堆场与道路协调性研究 维修车间是对集装箱和集装箱装卸专用机械进行检查、修理和保养的地方。 车间一般设置在不影响集装箱码头作业的码头后方或在保养区附近，配有行车、 车床、工作台、空气压缩机和配件库等设施设备。 ( 8 ) 道路( r o a d ) 集装箱港区道路属于港口作业的集疏运系统，是联系港口各部门的纽带。道 路设置的合理性直接影响到码头堆场作业效率，作用明显。 3 2 集装箱堆场功能 集装箱码头堆场作为供装卸船舶堆放集装箱和临时保管以及向货主交接集 装箱的场所，在码头上扮演着缓冲区的角色，以方便各项连续作业进行下去。因 此它的主要功能包括： 3 2 1 集装箱交接( i n t e r c h a n g e ) 功能 在集装箱运输过程中，集装箱交接工作是其中非常重要的作业程序。在划分 认定集装箱经营人与用箱人责任的作业中，集装箱堆场与提还箱人的交接前后 是划定责任的分界线。在集装箱出口业务中，船公司向货主提供的完好集装箱， 即集装箱必须具有适载( s e a w o r t h y ) 和适货( c a r g o w o r t h y ) 性。在托运人或其代理在 堆场提取空箱时，必须当面对集装箱进行检查其完好程度、是否有损坏等，并在 设备交接单上与堆场经营人共同签字确认，集装箱交接工作才算完成。因而 堆场的集装箱交接功能便由产生。 3 2 2 集装箱检验与维修功能 一般集装箱的使用寿命在1 0 年左右。在集装箱使用寿命有效期内，一旦箱 子损坏( 不论属于自然消耗和损坏还是人为因素，只要还有修理价值) ，在其投入 正常运营前必须进行维修工作。而一般集装箱的检验维修工作都在堆场完成，因 此集装箱堆场具有集装箱检验维修功能。 3 2 3 集装箱堆存( s t o r a g e ) 功能 集装箱堆场的集装箱堆存功能是由其自身属性所决定的，也是堆场最重要的 功能。在集装箱的使用寿命过程中，都伴随着集装箱堆存的问题。一般港口的堆 场都会同时堆存不同经营人的集装箱。由于每个经营人对集装箱堆存的要求不 第3 章集装箱港区的组成及堆场面积的确定 同，加上集装箱种类多，状态经常发生变化。因此要求集装箱堆场必须具备较高 的管理水平以及完备的管理体系。 集装箱堆场形式众多，且每个堆场侧重点不一。随着港口集装箱装卸量的快 速上升，集装箱堆场现有场地面积已不能满足集装箱堆存需求。因而在大的集装 箱口岸，为了达到港口集装箱装卸的规模效应。港内集装箱堆场的功能逐渐转变 为集疏运由船舶到陆地或陆地到船舶的集装箱。而堆场的其他功能如上所述逐渐 向港外转移。港外集装箱堆场由此产生。港外堆场与集装箱港内堆场相比，具有 一定优势。首先其功能定位明确( 纯粹的集装箱堆场) 因而具有更强的专业性，服 务系统更加完善，并且场地费用也比港内便宜。 3 3 集装箱堆场堆垛规则 堆场堆垛是码头堆场管理的重要环节。集装箱在码头堆场的堆存工作安排， 是直接港口装卸效率的重要因素。合理的集装箱箱区箱位安排能够减少码头装卸 机械的等待时间，提高装卸速度，进而提高码头的通过能力。因此合理的堆场堆 垛不但可以提高堆场面积利用率而且可以降低码头的生产成本( 单位面积利用率 越高，单位生产成本越低) 。 堆场堆垛必须遵守如下几项规则： 第一，最重要的是保证集装箱以及里面的货物的安全，尽量减少翻箱率。 第二，在将集装箱卸下船舶后做好集装箱的信息管理工作，堆存时间短、周 转速度快的集装箱堆放在离闸口较近的地方，堆存时间长、周转速度慢的堆存在 离闸口较远的地方。 第三，优先安排标准集装箱或者港口中规格使用频率最高的集装箱的堆存作 业，为其合理配置箱区。 具体的堆场堆垛根据装卸工艺的不同、集装箱尺寸的不同、所载货物种类的 不同而有相应具体不同的堆垛规则。一般按照装卸工艺，箱型、状态进行分类并 设置具体的堆垛规则。 3 4 堆场容量及面积的确定 3 4 1 影响港区堆场面积的因素 集装箱港区堆场与道路协调性研究 堆场面积设置的合理程度直接关系到集装箱港口日常装卸、搬运、保管和拆 装箱作业等业务的完成效率。在港口规划设计过程中，以下因素将确定集装箱港 区堆场的面积大小。 ( 1 ) 港口货物装卸量 货物装卸量不同于港口货物吞吐量，货物装卸量指的是进出港区并必须经过 装卸作业操作的货物数量。货物装卸量与吞吐量的区别在于：计入吞吐量计算的 货物必须经过船舶进出港口，货物装卸量则不论货物是否通过水运的方式进出港 区，只要货物进入港口并进行过装卸作业都可计入。具体计算方法是：当货物从 车、船内卸下后，进入港区计一次装卸量，当货物经过组装作业运出港区时，再 计算一次货物装卸量。因此一般情况下货物装卸量两倍于吞吐量，建港物资则例 外。 ( 2 ) 泊位通过能力 确定港口通过能力的中心组成部分，指一个泊位在一年中能够装卸货物的最 大吞吐量，通常以吨表示。泊位设计通过能力根据港口建设规模需求确定。泊位 营运通过能力大小取决于码头作业设备情况的效率、码头管理水平、信息化程度 以及泊位利用率等。在港口规划建设中，泊位设计能力确定后就可根据港口发展 规划确定泊位数量以及码头岸线的长度。 ( 3 ) 库场通过能力 港口库场在一年中能够通过的最大货物数量，以吨表示。库场通过能力是港 口通过能力的重要组成部分之一，必须与泊位通过能力相适应。库场有效面积、 单位面积堆存量以及货物平均堆存期等因素直接影响库场通过能力。 ( 4 ) 集疏运能力 港口的集疏运子系统由集疏运工具、装卸线、后方装卸系统和劳动力组成。 集疏运通过能力主要包括：铁路集疏运能力、道路通过能力、驳运船队疏运能力、 管道疏运能力。集疏运能力的确定必须满足适应泊位通过能力的要求。在港口集 疏运能力的设计中，保持与水运能力的平衡十分重要，只有这样才能保持港口畅 通防止堵塞情况发生而浪费水运能力。 ( 5 ) 港口通过能力 港口通过能力由泊位通过能力、库场通过能力、铁路装卸能力、道路运输能 力等构成。在这其中泊位通过能力是最重要的。因此港口通过能力也可以表示为 1 7 第3 章集装箱港区的组成及堆场面积的确定 港口所有泊位通过能力的总合。因而港口通过能力可以定义为：在一定的港口设 施条件下，在一定的时间段( 年、月、日) 内，按照规定操作流程，使用先进的装 卸工艺所完成的装卸货物最大数量，以吨表示。港口通过需要进行多个环节的流 程操作，因此其通过能力经常受到某些薄弱环节能力的限制。影响港口通过能力