交通运输工程学课件 第七章 水路运输系统及组织

第七章水路运输系统及组织一、水路运输概述二、水路运输基础设施三、船舶与装卸机械四、水路运输组织管理Contents第七章水路运输系统及组织一、水路运输概述1.水路运输简述水路运输简称水运，是指利用船舶、排筏和其他浮运工具，在江、河、湖泊、人工水道及海洋上，完成旅客与货物运输的一种运输方式。水路运输拥有的优势：对于远距离、大量货物的运输，水路运输通常比陆路运输或空中运输更经济高效对于岛屿、沿海地区以及水路交通便捷的内陆城市，水路运输是一种重要的运输方式水路运输面临的挑战：天气和海洋状况的不确定性，港口和码头的繁忙与拥堵，以及海洋污染等环境问题一、水路运输概述2.水路运输分类二、水路运输基础设施水路运输基础设施包括港口内设施和航道港口是位于海、江、河、湖及水库沿岸，具有水陆联运设备及条件，可供船舶安全进出和停泊的运输枢纽，是水陆交通的集结点，是工农业产品和外贸进出口物资的集散地，是船舶停泊、装卸货物、上下旅客及补充给养的场所。为实现所承载的各项功能，港口必须拥有足够的水域、陆域和码头等设施。航道是水域内供船舶安全航行的通道。为了能够指引船舶航行、提供导航信息、确保船舶安全、预防事故，相关部门会在航道中设置相应的航道设施。二、水路运输基础设施1.港口设施

港口设施可以分为港口水域设施和港口陆域设施。港口水域设施：指港口内的水域区域内所设置的各种设施，这些设施旨在支持港口的航运活动、船舶进出港口、货物装卸和船舶停泊等功能。一般包括进港航道、港池、锚地、防波堤等。二、水路运输基础设施港口陆域设施：指港界线以内陆域面积中作业的设施和辅助作业的设施。如装卸作业地带布置的仓库、货场、铁路、道路、站场、通道等，辅助作业地带布置的车库、工具房、变(配)电站、作业区办公室、消防站等。（1）码头：指供船舶停泊、装卸货物和旅客上下船的岸边设施，通常位于海岸线或河岸边，用于船舶在港口或内河停靠。码头是港口的核心设施之一，它是港口水域设施与陆域设施的连接点。（2）集疏运设施：港口集疏运设施是指港口内部用于集散、转运货物的设施。（3）仓库与货场：仓库是专供进出港口的货物临时或短期存放保管的建筑，是港口的重要组成部分。货场是在港内堆存货物用的露天场地，它的性质和作用与仓库相同。（4）港口给排水与供电（5）港区船舶和船舶基地二、水路运输基础设施2.航道设施

航道设施是指为船舶航行和导航提供支持和服务的设施，它们通常设置在航道中，用于标示航道的方向、深度、宽度和安全区域，确保船舶安全通航。主要包括通航设施、助航设施、航道整治设施和其他设施。通航设施：为帮助船舶克服航道上下游水位落差，顺利通过河道上的闸、坝而修建的通航建筑。通航设施常见于内河航道，主要有船闸和升船机两类。运河通道如巴拿马运河以及我国长江三峡都具有各级船闸和升船机。二、水路运输基础设施助航设施：助航设施通常指的就是航道标志，航道标志是以特定的标志、灯光、音响或无线电信号等，供船舶确定船位、航向，避离危险，使船舶沿航道或预定航线安全航行的助航设施。内河航标一般分为三等，而海区航标主要有视觉航标、音响航标和无线电航标三种。二、水路运输基础设施航道整治设施：为改善航道航行条件，政府和相关企业常采取炸礁、疏浚和构筑整治设施等措施。航道整治设施是指起整治航道、导流、导沙、固滩和护岸等作用的建筑。航道整治设施种类繁多，形式多样，其结构和建筑材料均有不同。常用的有丁坝、锁坝、顺坝、潜坝、护岸、格坝、底墙、转流物等。主要作用是固定边滩、束窄河床、加大水流速度以冲深和稳定航道，其次还可以调整岸线、导引水流等。二、水路运输基础设施其他航道设施：为了综合利用水资源，航道中通常需要建造其他的水工设施。包括挡水建筑物和泄水建筑物、水电站、坝岸连接建筑物、过木建筑物、过鱼建筑物、取水建筑物等。三、船舶与装卸机械1.船舶

用于交通运输和港口作业的各类民用船舶是水路运输系统不可或缺的部分。按航行的区域分，有远洋船、近洋船、沿海船和内河船等，按用途可分为货船，客船和其他船舶。1.1货船件杂货船：件杂货船是指主要运载成包、成箱、成捆杂件货的船，运载的货物通常不能集装箱化。件杂货船定期航行于货运繁忙的航线，多用于班轮运输。三、船舶与装卸机械集装箱船：集装箱船是一种专门用于运输国际标准集装箱的货船，是现代国际贸易和物流运输中最重要的船舶类型之一，由于它装卸效率极高，停港时间大为缩短，并减少了运输装卸中的货损，因此得到迅速发展。集装箱船的容量通常是用标准集装箱（TEU）的数量来衡量，表示运载20英尺标准集装箱的能力。三、船舶与装卸机械干散货船：干散货船是装载运输谷物、煤、矿砂、盐、水泥等大宗干散货物的船舶的统称。散货船按照运输用途的不同，可分普通散货船、专用散货船、兼用散货船、特种散货船。按照吨位不同，分为灵便型（6万载重吨以下）、巴拿马型（6～10万载重吨）、好望角型（超过10万载重吨）。其中灵便型细分为极灵便型（Ultramax）、超灵便型（Supramax）、大灵便型（Handymax）、小灵便型（Handysize）四种船型。三、船舶与装卸机械液体散货船：液体散货船，是指专门载运散装液态货物的运输船舶。按照运载货物的不同，液体散货船分：油船、液化气船和液体化学品船。按载重船型分为以下几个级别：通用型（1万载重吨以下）、灵便型（1～5万载重吨）；巴拿马型（6～8万载重吨）；阿芙拉型（8～12万载重吨）；苏伊士型（12～20万载重吨）；VLCC（20～30万载重吨）、ULCC（30万载重吨以上）。三、船舶与装卸机械滚装船：滚装船是专门设计用于运输车辆和其他可滚动货物的船舶，其货物装卸过程中，车辆可以自行驶上船舶，也可以自行驶下船舶，因此被称为“Roll-on/Roll-off”。三、船舶与装卸机械1.2客船和客货船

客船是一类专门用于运载乘客进行船上旅行和娱乐的船舶。客船根据其设计、用途和服务等方面的不同可以分为邮轮、旅游船、汽车客船、滚装客货船等类型。1.3其他船舶

其他船舶包括为从事水上工程业务的工程船，如挖泥船、起重船、救捞船、布设船、打桩船等。其次是为航行服务或进行其他专业工作的船舶，包括破冰船、领航船、供应船、消防船、测量船、航标船、交通船、浮油回收船、拖船和推船、钻探船、科学考察船和深潜船等。三、船舶与装卸机械1.4船舶运输能力

船舶运输运力，指的就是船舶的载货能力，包括舱容（按体积算）、载重量（以重量算），与船舶动力无关。船舶重量性能。它包括船舶的排水量和载重量，计量单位以公吨表示。

①排水量是指船舶排开同体积的水重，亦等于船上的总重量。排水量可以分为空船排水量和满

载排水量。

②载重量可分为总载重量和净载重量。总载重量是指在一定吃水的情况下，船舶所能装载的总重量，即船舶总载重量等于船舶满载排水量减去空船重量。在一定吃水时，它是一个定值；净载重量是指船舶所能装运的最大限度的货物重量，即从总载重量中扣除燃料、淡水、粮食和供应品、船用备品、船员和行李以及船舶常数后的重量。三、船舶与装卸机械

三、船舶与装卸机械

三、船舶与装卸机械

三、船舶与装卸机械2.港口机械

港口装卸机械是完成港口货物装卸的重要手段，用于完成船舶与车辆的装卸、货物的堆码、拆垛与转运等。流动装卸机械固定装卸机械连续式输送机械四、水路运输组织管理1.1按航程远近划分（1）远洋航线远洋航线在实际工作中有“远洋”和“近洋”之分。远洋航线通常是指国与国之间或地区间经过一个或数个大洋的国际海上运输。近洋航线通常是指我国与其他国家或地区间，只经过沿海或大洋的部分水域的海上运输。1.航线类型（2）内河航线航行于内河的船舶。（3）沿海航线沿海航线的范围包括:自辽宁的鸭绿江口起，至广西壮族自治区的北仑河口止的大陆沿海，以及我国所属的诸岛屿沿海及其与大陆间的全部水域内的运输。四、水路运输组织管理1.2按航线区域划分（1）北大西洋航线西欧—北大西洋—北美洲东岸（2）亚欧航线（苏伊士运河航线）东亚—东南亚—马六甲海峡—印度洋—曼德海峡—红海—苏伊士运河—地中海—直布罗陀海峡—英吉利海峡—西欧各国（3）好望角航线西亚、东亚、东南亚、南亚—印度洋—东非—好望角—大西洋—西非—西欧四、水路运输组织管理（4）北太平洋航线亚洲东部、东南部—太平洋—北美西海岸（5）巴拿马运河航线北美洲东海岸—巴拿马运河—北美洲西海岸（6）南太平洋航线亚太地区（悉尼、惠灵顿）—太平洋—南美洲西海岸四、水路运输组织管理1.3按航线地理位置划分（1）太平洋航线太平洋中的航线分别是远东至北美西海岸航线；远东至加勒比、北美东海岸航线；远东至南美西海岸航线；远东至东南亚航线。（2）大西洋航线大西洋中的航线分别是西北欧、北美东海岸至加勒比航线印度洋航线；西北欧、北美东海岸经至地中海、苏伊士运河至亚太航线；西北欧经地中海至南美东海岸航线；远东至南美西海岸航线；南美东海岸经好望角至远东航线。四、水路运输组织管理1.3按航线地理位置划分（3）印度洋航线印度洋中的航线分别是波斯湾经好望角至西欧，北美航线；波斯湾经东南亚至日本航线；波斯湾经苏伊士运河、地中海至西欧，北美运输线。四、水路运输组织管理（1）班轮运输具有“四固定”的特点，即航线、港口、船期和运费率固定。（2）手续简单，货主方便。承运人负责装卸和理舱，托运人只需要将货物交给承运人即可。（3）承运人对货物的负责时段是从货物装上船起，到货物卸下船为止。（4）承运双方的权利义务和责任豁免以签发的提单为依据，并受同意的国际公约制约。2.1班轮运输特点2.班轮运输四、水路运输组织管理班轮运输是指托运人将一定数量的货物交由作为承运人的航运公司，航运公司按固定航线，沿线停靠固定的港口，按固定船期，固定运费所进行的海上货物运输。2.2班轮航线参数（1）航线总距离和港口间各区段的距离航线总距离和港口间各区段的距离是计算的基础。（2）船舶准班率保证班期是班轮运输组织的核心工作，在营运过程中都尽量避免不按时抵达港口。船舶按船期表公布时间抵离港口的准时程度可用准班率K衡量：式中，

:一定时期内（年、月）计划航次数；：同一时期内脱班的航次数。（3）航线有效期航线有效期决定于航线所处的地区和航线种类。（4）平均装卸定额该定额反映航线上各港口的平均装卸效率和组织管理水平。四、水路运输组织管理2.3班轮航线布局班轮运输航线有多种布局形式，有多港挂靠式、干线配支线式、多角航线、单向环球航线和小、大陆桥等，最主要的是多港挂靠式和干线配支线式两种。多港挂靠式布局示意图

多港挂靠式，也称环绕式，如图所示，这种航线布局比较简单，不涉及转运集散等作业，船舶按照航线船期表中预先指定好的港口挂靠次序和挂靠时间依次进行挂靠，形成一个闭合的环形回路，是传统杂货船采用的最主要的航线布局形式。四、水路运输组织管理干线配支线式，也称轴辐式，布局如图所示。这样的运输形式能够充分利用大船的舱位空间，以此来形成规模经济，降低因空载造成的运输成本，但部分货物要经过两次装卸，在一定程度上增加了装卸费用的支出。干线配支线式布局示意图四、水路运输组织管理船东根据货主的各自需求，组织船舶运输的一种营运方式称为不定期船运输。不定期船的主要运输对象是大宗散货，如煤炭、矿石、粮食、铝钒土、石油等。在不定期船市场上成交的租船合同形式主要有：光船租船合同、期租合同、程租合同、连续航次租船合同、包运合同等。在以上几种合同中，合同期长短逐次减少，传播出租人承担的费用逐次增多。3.1不定期船运输特点3.不定期船运输四、水路运输组织管理3.2租金计算（1）航次租船在这种租船方式下，船方必须按租船合同规定的航程完成货物运输服务，并负责船舶的经营管理以及船舶在航行中的一切开支费用，租船人按约定支付运费。航次租船的合同中规定装卸期限或装卸率，并计算滞期和速遣费。航次租船的主要依据是航次经济性。一艘船在某航次每天净收益的计算公式为式中，

：每天净收益：航次净收入：航次费用；：航次时间；：每天营运费用四、水路运输组织管理

（2）船舶期租

在期租过程中，通常船舶出租人负有保证船舶适航性的义务，并基于此收取一定的租金。因此，期租保本费率就是每一载重吨、每一个月分摊的船舶出租人为提供适航船舶和船员所发生的全年所有费用，也叫船舶期租租金基价，简称(HireBase)。即：式中，：船舶期租租金基价；：船东为提供适航船舶和船员发生的年总费用；：船舶总载重吨；：年营运用月数；四、水路运输组织管理

上式分子部分所列费用通常包括：船舶资本费、维修费、保险费、船员工资费、润料费及应分摊的管理费等。船舶营运月数是指一年内能出租给租船人实际使用的月数。用(CharterBase)表示期租金费率，则期租船舶的经营盈亏值为：式中，：船舶每月每载重吨盈亏值。式中，PLV：船舶每月盈亏值，DW指船舶总载重量。

对船东来说，他只要把世界各地报来的期租租价C/B与他的具体船舶的租金基价H/B比较，就可得知是否有利可图。四、水路运输组织管理

上式分子部分所列费用通常包括：船舶资本费、维修费、保险费、船员工资费、润料费及应分摊的管理费等。船舶营运月数是指一年内能出租给租船人实际使用的月数。用(CharterBase)表示期租金费率，则期租船舶的经营盈亏值为：式中，：船舶每月每载重吨盈亏值。式中，PLV：船舶每月盈亏值，DW指船舶总载重量。对船东来说，他只要把世界各地报来的期租租价C/B与他的具体船舶的租金基价H/B比较，就可得知是否有利可图。四、水路运输组织管理3.3船舶闲置：

在航运市场上，需求随着世界经济的发展和贸易量的变化经常发生变化，而作为供给的船舶吨位一旦形成，一般是比较稳定的。因此，在运输需求与实际运力之间常会出现不平衡的现象，导致运价上下波动。当货少船多，运价下跌时，船舶赢利逐渐减少，甚至出现亏损，企业被迫就要考虑封存（闲置）一部分运力，以减少亏损，调整供需关系，使运价回升。需求运力四、水路运输组织管理下面分别给出程租和期租的封存费率：（1）程租船舶

因为达到封存点时，航次亏损额=航次总成本-航次运费收入=在航次时间内的封存成本。所以，航次运费收入=航次总成本-在航次时间内的封存成本，即：式中，：封存点所对应的运费费率；：程租航次时间；：船舶每营运天固定成本；：船舶航次中平均每天变动成本（此项有时不与时间相关）；：船舶封存时每天封存成本；Q：船舶运载量。四、水路运输组织管理（2）期租船舶

因为达到封存点时有：期租保本费率-期租租金费率=每月每载重吨封存成本，即：

所以，封存租金费率为：

四、水路运输组织管理

通常航运成本可以划分为资本成本、运营成本和航次成本。其中，船舶资本成本是指船舶运营者为购买或租赁船舶所支付的成本，主要由折旧和贷款利息两部分组成；船舶运营成本是指船舶的日常运营、维护和管理等方面的支出；航次成本为船舶每完成一次完整航行所需支付的总成本。（1）按照成本计入方式划分

按照成本费用的归属和计入方式，可以将航运企业的船舶运营生产成本分为直接成本和间接成本。（2）按照是否与运量相关划分

按照成本费用支出是否与国际运输船舶运量有关，可分为固定成本与可变成本。4.1航运成本分类4.运输成本四、水路运输组织管理4.2航运成本构成

航运成本构成是指航运企业在进行船舶运营生产过程中所发生的各项费用，费用占比如图所示。以下是我国某航运企业其固定成本与变动成本的具体构成：（1）固定成本项目

航运作为资本密集型产业通常会产生大量的固定成本，其中除船舶的折旧外还包括许多条目，常见固定成本的构成如下：四、水路运输组织管理4.2航运成本构成船员费：包括船员工资、伙食费、各类补贴、津贴以及其他社会福利费。润料费：主要包括各种船舶机械使用的润滑油及清洁剂的费用。物料费：船舶营运消耗的各类材料费用。折旧费：船舶在使用寿命期间由于自然磨损和年限推移而产生的价值减少所带来的费用。修理费：船舶在航行和使用过程中，设备修理和维护所产生的费用。保险费：船舶营运者为防止发生不可抗逆灾难，保护船舶、货物、第三方利益而支付的保险费用。管理费：从事船舶管理活动所支出的费用及支付人员工资等。四、水路运输组织管理（2）可变成本项目

可变成本与船舶航次数与货物运输量相关，因此常见的可变成本的通常在船舶航次过程中产生：燃料费：船舶在航行、停泊、装卸作业时所消耗燃油费用的总和。港口税费：在港口、运河或特殊航行所发生的各项费用总和。

在实际航行中，当航速不受抵达时间限制，只考虑船舶经济效益的影响，此时航速被称为经济航速。式中，：船舶机能系数；：经济航速；：船舶每天固定费用。四、水路运输组织管理式中，：燃油价格；：燃油消耗率；：主机功率。式中，：船舶航行每海里的费用；：船舶每天固定费用。四、水路运输组织管理4.3经济航速计算

采用经济航速航行，虽然是每海里的航行费用降到最低，但航次时间缺增加了，因此，船长再决定使用经济航速航行时，应充分考虑到货载、市场机会损失、目的港等多方面情况，并从货主利益角度考虑其因航次时间延长所造成的资金利益损失等等。例：某油轮每天的固定费用为14500USD，K=6.8,则：如果按V=12.5计算，则：采用经济航速可节省燃油费：四、水路运输组织管理5.1符号说明与问题假设5.船舶调度问题此外，为了表述问题考虑以下假设:集装箱运输需求是固定的。在成本结构方面，本文考虑了固定船舶营运成本、燃油成本和港口费用。本文考虑每条航线的每周服务频率。：单一航线上的航段集合；：OD对集合；：单一航线上的起运港o到目的港d的集装箱运输需求量（每周）；：单一航线上第个航段的距离（海里）；：单一航线上的装载能力；：在第个挂靠港处理单位集装箱所需的时间（小时）；：表示一艘集装箱船的固定运营费用（USD/每周）：船用燃料的价格（每吨）；：在港口处理（装载或卸载）一个集装箱的费用（USD）。四、水路运输组织管理5.2问题描述P0PnPn-1P2P1………对于单一特定的航线，可以通过如下公式描述：其中，是航线上船舶访问的第一个港口，是航线上船舶访问的最后一个港口从

到的航程，被定义为航线上的航段。此外，在不失一般性的前提下，本节考虑了班轮调度问题中的航速优化问题。一般来说，燃油消耗对船舶航行速度非常敏感，关于速度和油耗的关系，如下定义：其中表示船舶在航段上的油耗（吨/天），表示船舶在航段上的航行速度，参数和为油耗系数。四、水路运输组织管理5.3决策变量与优化模型模型的决策变量为：：单一航线上部署船舶的数量；：船舶到达港口的时间；：船舶离开港口的时间；：船舶在港口停靠的时间；：航段上运输的集装箱数量；：在航线上

的从起运港o到目的港d的集装箱数量；：船舶在航段上上的速度。四、水路运输组织管理非线性混合整数规划模型如下：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）（12）（13）（14）（15）（16）四、水路运输组织管理其中，168为一周总的小时数。目标函数（1）表示集装箱班轮运输每周总的运营成本最小，其中运营成本由三部分组成，第一部分是船舶固定成本，第二部分是船舶整个运输过程中的燃油成本，第三部分是集装箱在挂靠港口处理（装载或装卸）集装箱的成本；约束（2）表示在任何一个航段行驶的船舶的载货量不能超过船舶载能力；约束（3）（4）为流量守恒约束；约束（5）约束了船舶在港口的停靠时间；约束（6）和（7）分别约束了集装箱在起运港一定被装载、在卸货港一定被卸载；约束（8）到（11）约束了船舶到港时间与船舶离港时间；约束（12）表示对周服务频率进行了约束；约束（13）约束船舶的行驶速度；约束（14）到（16）是对决策变量的约束。船舶固定成本燃油成本处理集装箱成本四、水路运输组织管理5.4求解方法

然后，替换与速度决策变量相关的约束（12）和（13）为：(17)(18)(19)四、水路运输组织管理5.4求解方法因此，目标函数（1）可替换为：(20)(21)四、水路运输组织管理用函数来代替原有的非线性函数

：

（22）（23）四、水路运输组织管理通过可推导出如下：由于在上是凸，因此目标