1、1 集装箱码头集疏运系统分析图表 1-1为保证各系统协同运作，泊位通过能力、堆场通过能力、集疏运通过能力等应满足以下条件：P（集疏运）P （堆场） P （泊位）港口集装箱码头在现代物流节点上提供了最少的间断和最大的增值，其在现代国际贸易和运输系统中的战略地位正在逐步加强，并发挥日益活跃的作用。图表 1-2 1.1 集装箱码头大门车道目前，我国的集装箱路上运输以公路运输为主。因此，集装箱码头大门车道的重要性越来越突现。大门车道的数量设计直接影响到整个码头的集疏运效率以及建设投资数额。如果集装箱码头大门车道数量过少，将会使进港车辆排队数量增加，等待进港时间也随着延长，致使码头大门前区道路堵塞，直接
2、影响码头的集疏运系统能力以及效率。反之，如果集装箱码头大门车道数量过多，将会使部分车道闲置，车道使用率降低，造成投资建设的浪费。所以，集装箱码头大门车道的数量设计是集装箱码头设计的重要组成部分。2. 实际数据分析由于本文的计算模型将引用上海港区的洋山一期码头的实际数据，所以在此简单介绍上海港口以及洋山一期码头的基本概况。2.1 上海港口基本情况上海港位于中国大陆海岸线中部，长江与东海交汇处，北纬 31 度 14 分，东经 121 度 39 分。2006 年十月上海港自年初累计集装箱吞吐量 1786.4 万吨，居我国港口之首。其中全港重箱出口累计 7275638TEU。 航线东南亚 (新加坡)波
3、斯湾澳大利亚南非美美西美东地中海沿海长江内贸全港合计同比去年 %进口重箱累计1988592200707435496171441909206515229394166587710816562270406911717进口空箱累计818042809918914815759697798542008839331385710217387274957372253623出口重箱累计3363445046161877762962971594604400324570933118001488763476751727563820出口空箱累计15871287321435728794317201216618109114543
4、35225023028089643115进口合计 (TEU)3388564151184393905418087379620775724363310974210333397316829出口合计 (TEU)480747132727860377932065455286068230419598584587996103045528表格 2.1 2006 年 10 月上海港分航线集装箱吞吐量统计经统计，当年十月总货运量为 14363.05 万吨，其中公路运输 9455.7 万吨 。2.2 洋山深水港一期码头随着我国航运市场的日益繁荣，上海港作为我国集装箱吞吐量最大的海港，其地位更加重要。其中洋山港洋山深水
5、港区一期工程投入运营，在国际航运中心硬件设施方面取得重大突破。它将改写上海没有-15 米以上深水航道和深水码头、泊位的历史，第五、第六代集装箱船可以全天候满载进港作业，为提升上海港的枢纽地位，加快国际航运中心建设，提供了非常好的硬件设施条件。洋山深水港是中国首次在海岛建起的港口，是上海国际航运中心建设的核心工程。它位于杭州湾口、长江口外的洋山岛，由全长 32.5 公里的东海大桥与南汇芦潮港相连。洋山深水港是天然良港，距离国际主要的海运航线仅 104 公里，水深 15 米以上。一期工程拥有 5个 710 万吨级大型集装箱码头泊位，可接纳第五、第六代超巴拿马型集装箱船靠泊，年吞吐能力 300 万标
6、箱以上。洋山深水港区一期码头由上海盛东国际集装箱码头有限公司经营管理。盛东公司由上海国际港务（集团）有限公司和上海港集装箱股份有限公司投资建立。码头岸线全长 1600 米，配备 5 个集装箱深水泊位，设计年吞吐能力 220 万 TEU。码头前沿水深 -16 米，可接纳 8000TEU 以上的大型集装箱船舶靠泊作业。港区水域面积 316.7 万平方米，陆域面积 134 万平方米，其中堆场面积 86 万平方米，平面箱位 25386TEU。码头配置外伸距为 65 米，负荷量 65 吨的集装箱桥吊共 15 台；堆场配置 40.5 吨，60 吨的龙门起重机 45 台；港区设置集卡进场道口 12 道，出场
7、道口 7 道。3.重箱进出港车道数量计算 以下数据计算原则是，首先假设每个方案的车道数量，然后应用（M/M/n）随机服务系统，对无车等候的概率、有车等候的概率、系统正在服务的车辆数、排队等候的车辆数以及平均等候时间进行计算，得出经济车道数量。3.1 重箱进港车道数量计算3.1.1 实际数据推算码头全年设计通过能力=2,200,000TEU;出口箱数占总箱数=1,030,455/1,900,000=54%;出口箱数=2,200,000*54%=1,188,000TEU/年;出口重箱数占总箱数=7,275,638/17,864,000=41%;出口重箱数=2,200,000*41%=902,000
8、TEU/年;其中公路运进箱数为总箱数的 94,557,000/143,630,500=66%;公路运进重箱数=902,000*66%=595,320TEU/ 年;假设有占总箱数 5%的箱数是通过公路件数运进的，需要在港内装箱，所以经过大门运进的重箱数=595,320-902,000*5%=550,220TEU/年；3.1.2 参数假设（1）设：年工作天数为 360 天，不平衡系数 k=3则 平均每天进箱数=550220/360*3=510TEU/天（2）设：每日工作时间为 16 小时，不平衡系数 k=1.2则 重箱高峰小时车流量=510/16*1.2=27 辆/小时3.1.3 方案一，假设 3
9、 条车道3.1.3.1 设计参数输入率 =27 辆/小时服务率 =13辆/小时/ 车道通道数 n n=3服务强度 =/n =27/3*13=0.69233）其中 K 为正在等待的车辆数最终化简得 计算结果如下表：PKPKP(0)= (2.07690/0!)* 0.0991=0.09910.0991P(1) = (2.07691/1!)* 0.0991=0.20580.3049P(2) = (2.07692/2!)* 0.0991=0.21370.5186P(3) = (2.07693/3!)* 0.0991=0.14800.6666P(4) = (2.07694/4!)* 0.0991=0.0
10、7680.7434P(5) = (2.07695/5!)* 0.0991=0.03190.7753表格 3.1.3.2由上表可知，等待车辆小于等于 3 的概率大约为 67%，即 P（3）=33%（3）系统中正在服务的车辆数 Ls 和排队等待的车辆数 Lq 符合以下函数关系：Lq=0.0991*（3*0.6923）3*0.6923/3！（1-0.6923）2=1.082（辆）Ls=Lq+n=1.082+3*0.6923=3.1589(辆)（4）平均等待时间 WqWq=Lq/ =1.082/27=0.0401(小时)3.1.4 方案一，假设 4 条车道3.1.4.1 设计参数输入率 =27 辆/小
11、时服务率 =13 辆/小时/车道通道数 n n=4服务强度 =/n =27/4*13=0.51924）其中 K 为正在等待的车辆数最终化简得 计算结果如下表：PKPKP(0)= (2.07690/0!)* 0.0930=0.09300.0930P(1) = (2.07691/1!)* 0.0930=0.19320.2862P(2) = (2.07692/2!)* 0.0930=0.20060.4868P(3) = (2.07693/3!)* 0.0930=0.13890.6257P(4) = (2.07694/4!)* 0.0930=0.07210.6978P(5) = (2.07695/5!
12、)* 0.0930=0.02990.7277表格 3.1.4.2由上表可知，等待车辆小于等于 4 的概率大约为 70%，即 P（4）=30%（3）系统中正在服务的车辆数 Ls 和排队等待的车辆数 Lq 符合以下函数关系：Lq =0.0930*（4*0.5192）4*0.5192/4！（1-0.5192 ）2=0.0156 （辆）Ls=Lq+n=0.0156+4*0.5192=2.0924(辆)（4）平均等待时间 WqWq=Lq/ =0.0156/27=0.0006(小时)3.2 重箱出港车道数量计算根据吞吐量计算，重箱出港高峰小时车流量与重箱进港高峰小时车流量相同，均为 27 辆/小时。系统服
13、务仍采用（M/M/n）随即服务系统。3.2.1 方案一，假设两条车道 3.2.1.1 设计参数输入率 =27 辆/小时服务率 =20辆/小时/ 车道通道数 n n=2服务强度 =/n =27/（2*20）=0.6752）其中 K 为正在等待的车辆数最终化简得 计算结果如下表：PKPKP(0)= (1.350/0!)* 0.1578=0.15780.1578P(1) = (1.351/1!)* 0.1578=0.21300.3708P(2) = (1.352/2!)* 0.1578=0.14380.5146P(3) = (1.353/3!)* 0.1578=0.06470.5793P(4) =
14、(1.354/4!)* 0.1578=0.02180.6011P(5) = (1.355/5!)* 0.1578=0.00590.607表格 3.2.1.2由上表可知，等待车辆小于等于 2 的概率大约为 51%，即 P（2）=49%（3）系统中正在服务的车辆数 Ls 和排队等待的车辆数 Lq 符合以下函数关系：Lq=0.675*（2*0.675） 4*0.1578/2！（1-0.675）2=0.9189（辆）Ls=Lq+n=0.9189+2*0.675=2.2689(辆)（4）平均等待时间 WqWq=Lq/=0.9189/27=0.034( 小时)3.2.2 方案二，假设 3 条车道 3.2.
15、2.1 设计参数输入率 =27 辆/小时服务率 =20 辆/小时/车道通道数 n n=3服务强度 =/n =27/（3*20）=0.453）其中 K 为正在等待的车辆数最终化简得 计算结果如下表：PKPKP(0)= (1.350/0!)* 0.2496=0.24960.2496P(1) = (1.351/1!)* 0.2496=0.33700.5866P(2) = (1.352/2!)* 0.2496=0.22740.814P(3) = (1.353/3!)* 0.2496=0.10240.9164P(4) = (1.354/4!)* 0.2496=0.03450.9509P(5) = (1.
16、355/5!)* 0.2496=0.00930.9602表格 3.2.2.2由上表可知，等待车辆小于等于 3 的概率大约为 92%，即 P（3）=8%（3）系统中正在服务的车辆数 Ls 和排队等待的车辆数 Lq 符合以下函数关系：Lq=0.45*（3*0.45）4*0.2496/3！（1-0.45 ）2=0.2055（辆）Ls=Lq+n=0.2055+3*0.45=1.5555(辆)（4）平均等待时间 WqWq=Lq/ =0.2055/27=0.0076(小时)3.3 大门车道选取由以上数据计算，可以将各种方案汇总成下表： 项目方案nP0P(n)LqWq单位辆/小时辆/小时/车道车道%辆分重箱
17、进港一271330.69230.0991331.08202.4060二271340.51920.0930300.01560.0360重箱出港一272020.67500.1578490.91892.0400二272030.45000.249680.20550.4560表格 3.3从上表可以看出，改变车道的数量，车辆需要等待的概率 P(n)或（和）平均等待时间 Wq将随之变化。根据已知实际数据，洋山一期码头重箱进出港的经济车道分别是 4 个车道和3 个车道。参考文献1 宋德星. 排队论在集装箱码头设计中的应用. 水运工程. 1995 年第 2 期 第 17 页.（针对期刊）22008 年 4 月我
18、国部分港口集装箱吞吐量快报. 中国航贸网3上海港. 上海国际海事信息与文献网4 顾俊. 概率论在集装箱码头大门区设计. 交通部一航院港工 技术论文. 19985 常十军.集装箱码头泊位通过能力计算公式改进.河海大学. 港口、海岸及近海岸工程论文. 20066 唐臣，宋向群，郭子坚.基于系统仿真的集装箱码头最有泊位数研究 .大连理工大学. 土木工程论文. 20067曾庆成，赵玉欣. 集装箱码头装卸桥作业调度模型及算法 . 大连海事大学，大连东软信息技术学院. 工业工程论文. 2006- 宋海良等 外高桥现代集装箱港区规划与设计J 水运工程 2005（5）21-2 中国航贸网提供数据 中国航务周刊网络部提供数据 以下计算估值默认采用四舍五入法，小数点后保留四位有效数字，每车道检查，称重按三分钟一辆考虑重箱出港时间相对于重箱进港时间较短
