第第頁碼頭裝卸設(shè)備配置優(yōu)化的案例分析報告摘要集裝箱碼頭生產(chǎn)工作系統(tǒng)，是指在集裝箱碼頭，有集裝箱，道路船舶，以及工作人員等多種因素包含在內(nèi)的有機(jī)整體要素。現(xiàn)代化的集裝箱港口，是集裝箱運(yùn)輸系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)之一。是國內(nèi)外貿(mào)易的重要港口，提高集裝箱運(yùn)輸效率起到了深遠(yuǎn)影響。本文通過計算機(jī)仿真模擬了洋山港集裝箱碼頭，對集裝箱碼頭其內(nèi)部的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了深入細(xì)微的研究，并為當(dāng)?shù)氐脑O(shè)備以及相關(guān)設(shè)施和決策提供了建議。本文對國內(nèi)外關(guān)于集裝箱碼頭的研究文獻(xiàn)進(jìn)行了了解，然后在對國內(nèi)外的集裝箱碼頭仿真技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)介紹，在介紹了集裝箱碼頭的工作系統(tǒng)和他自身的組成特點(diǎn)，對于日常的裝卸方法，工作流程，以及相關(guān)的原則進(jìn)行了簡要介紹。對洋山港集裝箱碼頭現(xiàn)場進(jìn)行了實(shí)地觀察和收集資料，以洋山港集裝箱的一二期碼頭為模板，根據(jù)其自身的生產(chǎn)特點(diǎn)和工作流程，針對本次構(gòu)建模型的特點(diǎn)，簡要說明了模型的主要構(gòu)造和仿真的目標(biāo)所在，盡量在保證模型的特點(diǎn)和功能下，對模型進(jìn)行了必要的抽象化處理，再借助了仿真軟件，建立了洋山港集裝箱一二期碼頭的裝卸作業(yè)，計算機(jī)仿真模型。通過采取碼頭的實(shí)際運(yùn)營數(shù)據(jù)對仿真模型的可靠性進(jìn)行了驗證。再分別設(shè)置不同級別的到達(dá)船型，和不同的裝卸卡車數(shù)的各種方案來對碼頭整體的工作效率進(jìn)行了實(shí)驗性分析，綜合性的來為碼頭日常的合理配置資源，提出了相關(guān)的建設(shè)意見，并對碼頭的實(shí)際生產(chǎn)提供了相關(guān)的決策基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：集裝箱碼頭；裝卸設(shè)備配置；flexsim；系統(tǒng)仿真目錄TOC\o"1-3"\h\u166681緒論 153861.1研究背景 1227531.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1287801.3研究目的及意義 3232391.4研究內(nèi)容與思路 3148932集裝箱碼頭作業(yè)系統(tǒng)概述 5277172.1集裝箱碼頭的基本組成 58718(1)碼頭設(shè)施 59649(2)碼頭設(shè)備 5205412.2集裝箱港口裝卸工藝系統(tǒng) 77482.3集裝箱碼頭生產(chǎn)作業(yè)特點(diǎn) 771322.3.1集裝箱碼頭裝卸設(shè)施設(shè)備特點(diǎn) 716862.3.2集裝箱碼頭生產(chǎn)作業(yè)特點(diǎn) 8196962.4集裝箱碼頭的作業(yè)流程與調(diào)度原則 9242162.4.1作業(yè)流程 9318762.4.2調(diào)度規(guī)則 11282313洋山港碼頭概況 12107153.1洋山港碼頭現(xiàn)狀 12108073.2洋山港業(yè)務(wù)現(xiàn)狀 13282153.3洋山港碼頭設(shè)備資源配置現(xiàn)狀 14110204基于flexsim的洋山港集裝箱碼頭作業(yè)系統(tǒng)仿真研究——以一、二期碼頭為例 15292144.1集裝箱碼頭裝卸系統(tǒng)模型開發(fā) 15310154.1.1問題闡述 1542254.1.2模型建立 15167724.2仿真模型實(shí)現(xiàn) 1751084.2.1相同裝卸設(shè)備不同船型 17195004.2.2不同裝卸設(shè)備相同船型 19135904.3模型運(yùn)行結(jié)果分析 309492結(jié)論 3230357參考文獻(xiàn) 331緒論1.1研究背景隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的快速進(jìn)步和發(fā)展，特別是對外貿(mào)易的日益擴(kuò)張，使得中國各個大中小港口的集裝箱數(shù)量不斷增加。而伴隨著該集裝箱總體吞吐量的較大幅度上漲，貨物積壓、港口堵塞、空箱危機(jī)等問題也隨之而來。在后新冠疫情時代，全球航運(yùn)逐漸恢復(fù)，這些問題將會更為顯著。裝卸設(shè)施的規(guī)模與大小是影響集裝箱港口的吞吐量和能力的一個重要因素，如何通過合理的規(guī)模配置來應(yīng)對這些問題，已然也是現(xiàn)代集裝箱港口的規(guī)劃與設(shè)計研究的重點(diǎn)。洋山港港區(qū)作為毗鄰上海國際航運(yùn)中心的一個擁有集裝箱停泊深度15m以上的高級大型集裝箱船和淺水航運(yùn)港區(qū)，也是目前中國上海港正在積極參與國際競爭的一個重要航運(yùn)核心淺水港區(qū)，能夠同時容納大型高級集裝箱船和輪機(jī)同時進(jìn)出。2019年上海洋山港累計集裝箱貨運(yùn)吞吐量已經(jīng)超過累計全年達(dá)到1980.8萬TEU，是當(dāng)于上海港全年集裝箱貨運(yùn)吞吐量的44%。隨著上海洋山港四期大型集裝箱和大型全自動化集裝貨物轉(zhuǎn)運(yùn)碼頭的一期建設(shè)和改造工程順利投產(chǎn)，洋山港四期集裝箱貨物吞吐量將有機(jī)會大量小幅度地逐年增加，裝卸設(shè)施的壓力也隨之增加。由于洋山港的集裝箱運(yùn)輸設(shè)備配置不均衡，難以滿足港口發(fā)展的需求，近年來，洋山港還曾多次出現(xiàn)集裝箱運(yùn)輸堵塞，阻礙了港口的良好發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，國內(nèi)外學(xué)者對碼頭設(shè)備資源配置的研究成果較多：檀財茂、黃有方等學(xué)者（2016）通過了運(yùn)籌學(xué)線性規(guī)劃的方法，通過相關(guān)的混合模型搭建出來的配置，利用里面的計算求解，來為解決集裝箱碼頭的資源緊缺提供了較好的解決方案。段朝輝、宋炳良（2016）基于Extendsim仿真軟件建立了單船裝卸作業(yè)模型，研究在雙目標(biāo)(船舶裝卸效率和機(jī)械使用效率均達(dá)到最大化)約束下，機(jī)械最優(yōu)配比和離散狀態(tài)下的橋吊效率配置優(yōu)化問題[2]。魯渤，王輝坡，汪壽陽(2018)為了解決需求不足的條件下，集裝箱碼頭裝卸設(shè)施配置優(yōu)化問題，構(gòu)建了集裝箱碼頭裝卸設(shè)施配置的逆優(yōu)化模型，并給出了基于互補(bǔ)松弛定理的求解方法，研究結(jié)果表明，將效率作為要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，將目前擁有的資源來作為需要約束的模型，根據(jù)目前的市場需求量較低，資源浪費(fèi)現(xiàn)象較高，不同資源消減方案的成本不同，逆優(yōu)化模型可以找到成本最小的資源消減方案[3]。唐國磊、張冉、彭云、周勇（2017）根據(jù)大連的某港口作為案例，利用vissim仿真軟件建立整個集裝箱港區(qū)的交通系統(tǒng)仿真模型。通過模型運(yùn)行時得出的仿真結(jié)果，來對大連的某港口的裝卸效率和卡車數(shù)量之間的關(guān)系進(jìn)行了分析，并提供了該港口的規(guī)劃配置建議。為當(dāng)?shù)氐募b箱港區(qū)提供了具有建設(shè)性意義的指導(dǎo)和意見。錢繼鋒，朱曉寧，劉占東(2013)通過對集裝箱碼頭利用雙小車岸橋的裝卸設(shè)備相關(guān)的配置問題，建立起了一個多級的動態(tài)排隊網(wǎng)絡(luò)，里面包括了岸橋龍門吊和集卡等等。分別考慮到了碼頭在實(shí)際工作中的多種因素，建立起來集裝箱碼頭的裝卸時的工作模型。運(yùn)用Witness仿真系統(tǒng)來描述集裝箱碼頭裝卸系統(tǒng)，再通過仿真法來計算出當(dāng)?shù)卮a頭裝卸設(shè)備的最優(yōu)配置和效率最大的配置。根據(jù)系統(tǒng)輸出的指標(biāo)，得出了當(dāng)?shù)卮a頭的最優(yōu)配置比，最優(yōu)的配置能夠提高碼頭的裝卸設(shè)備使用效率。張潤（2019）基于flexsim仿真平臺構(gòu)建多款類型場橋作業(yè)系統(tǒng)的模型仿真，并按照A港實(shí)際情況設(shè)計仿真投資方案，進(jìn)行仿真實(shí)驗，對不同的結(jié)果進(jìn)行分析得出最優(yōu)的場橋投資方案[6]。王官強(qiáng)（2013）運(yùn)用flexsim，在仿真理論的基礎(chǔ)上，針對具體的碼頭實(shí)例進(jìn)行了建模，研究到港船型的變化對集裝箱碼頭作業(yè)的影響和碼頭的自身擁有的裝卸設(shè)備相關(guān)變化導(dǎo)致其碼頭生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率的相關(guān)影響。彭云（2016）根據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化方法以及系統(tǒng)的仿真理論來構(gòu)建起了低碳型港口的仿真優(yōu)化模型，采用NSGA-II多目標(biāo)遺傳算法，通過相關(guān)系統(tǒng)的仿真平臺，對該模型進(jìn)行了求解，來對低碳型港口的資源優(yōu)化進(jìn)行了研究和討論。國外研究方面，MatthewE.H.Petering（2008）通過仿真實(shí)驗，對4種場景不同的集裝箱碼頭分別進(jìn)行了研究，并考慮到集裝箱布局的不同，產(chǎn)生的效果不同。最終得出了具有效率最高的場橋配置場景。XinJiaJiang，JianGangJin（2017）利用了分支定價法來針對處于不同時期的對于集裝箱儲存需求不同的場橋配置進(jìn)行了研究，最終得出的優(yōu)化方案是能夠在保證場橋的工作效率是或者減少其數(shù)量的情況下，來減少場橋的移動工作方式。SangHyeokHan等（2018）在綜合了多方面因素，如項目的成本，設(shè)備以及場地和環(huán)境等因素。通過三維立體平臺來為起重機(jī)的配置進(jìn)行了構(gòu)建其決策模型，再通過系統(tǒng)的評價方法對方案的有效性和真實(shí)性進(jìn)行了相關(guān)的驗證。通過以上的文獻(xiàn)描述，我們可以看出，對于國內(nèi)外的集裝箱碼頭裝備設(shè)施的研究，都在于場橋和集卡的配置研究上，對于其配置的優(yōu)化方法上。但對于碼頭的裝卸設(shè)備配置，通常用機(jī)械使用率或生產(chǎn)效率來設(shè)置目標(biāo)，在利用算法進(jìn)行計算或通過仿真模型的建立求出裝卸設(shè)備配置的最佳數(shù)量，但是，關(guān)于不同裝卸設(shè)備聯(lián)合配置的問題以及對于不同到達(dá)船型時的配置方案的問題則很少涉及。因此，如何結(jié)合碼頭不同到達(dá)船型的真實(shí)情境，考慮到碼頭岸橋、集卡和場橋的不同作業(yè)的方案，對于現(xiàn)今集裝箱碼頭的運(yùn)營規(guī)劃具有較高的現(xiàn)實(shí)意義。1.3研究目的及意義集裝箱碼頭的工作較為復(fù)雜，整體的作業(yè)體系較難，對其進(jìn)行的優(yōu)化和利用相關(guān)的解析分析方式進(jìn)行調(diào)節(jié)時難度較大，通過計算機(jī)的仿真分析來對集裝箱碼頭的操作體系進(jìn)行了模擬和優(yōu)化，這是目前我們能應(yīng)用的最科學(xué)和最有效的方法。對集裝箱碼頭的物流作業(yè)管理系統(tǒng)里面的數(shù)據(jù)進(jìn)行了建模，在真實(shí)的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了相關(guān)的優(yōu)化，通過仿真得出的數(shù)據(jù)結(jié)果在分析后進(jìn)行驗證，最后將系統(tǒng)的理論和先進(jìn)的優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用到集裝箱碼頭物流的實(shí)際設(shè)計和改造項目中。洋山港作為特大型港口，在港口的管理方面存在弊端和不足之處。對于集裝箱碼頭設(shè)備的資源合理配置較為不足。本文對洋山港集裝箱公司的實(shí)際設(shè)備資源為案例，運(yùn)用仿真軟件flexsim，在仿真理論的研究基礎(chǔ)上，對洋山港碼頭進(jìn)行了建模，面對構(gòu)建的模型進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)行，對到港船型的變化來對集裝箱碼頭實(shí)際工作產(chǎn)生的影響和碼頭內(nèi)部裝卸設(shè)備的改變，對真實(shí)生產(chǎn)效率實(shí)際設(shè)備的工作效率產(chǎn)生的影響。利用仿真結(jié)果進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，為洋山港碼頭的裝卸設(shè)備真實(shí)配置情況提供了建設(shè)意義，促進(jìn)港口資源合理配置，提高工作效率。1.4研究內(nèi)容與思路第一章為緒論部分。講解說明了，本文的背景，研究目的以及研究意義。第二章介紹了集裝箱港口的組成，對碼頭的設(shè)備基本結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)流程進(jìn)行了介紹。第三章首先介紹洋山港集裝箱碼頭的概況，隨后對港口裝卸設(shè)施配置進(jìn)行分析。第四章以洋山一二期碼頭為例，使用flexsim對堆場、集卡以及岸橋進(jìn)行仿真建模，從“相同設(shè)施配置不同船型”和“相同船型不同設(shè)施配置”兩個方面進(jìn)行仿真。通過仿真運(yùn)行結(jié)果的分析，最終為洋山港集裝箱碼頭設(shè)備配置提出優(yōu)化建議。圖1.1論文技術(shù)路線2集裝箱碼頭作業(yè)系統(tǒng)概述2.1集裝箱碼頭的基本組成集裝箱碼頭根據(jù)其基本結(jié)構(gòu)可以劃分為兩大部分：一是軟硬件配套設(shè)施，二是裝卸、搬運(yùn)設(shè)備。集裝箱碼頭一般相對于而言，在現(xiàn)場所需要配置的主體設(shè)施包括：泊位、碼頭前沿、集裝箱堆場等。其裝卸搬運(yùn)設(shè)備主要包括：岸橋、場橋等，(1)碼頭設(shè)施集裝箱碼頭設(shè)施主要由以下幾部分組成；泊位(berth)，是指在崗內(nèi)具有一定程度的安全性和便于船舶進(jìn)行設(shè)備的裝卸，為他國船只提供停泊服務(wù)，有著固定航道長度的緊靠岸壁的船舶設(shè)施。船舶停靠時所需要的有效行距長度應(yīng)是其同類船只總長度的1.2倍。碼頭前沿(WharfSurface)，碼頭的岸壁線，從碼頭岸壁到堆場兩者之間的碼頭面積。堆場(yard)，是一種術(shù)語泛指的把集裝箱放在碼頭內(nèi)，可用來存放集裝箱的場地，分為前方兩側(cè)堆場和后方兩側(cè)堆。集裝箱物流站(containerfreightstation-cfs)，進(jìn)行下一步的包裝或拆箱工作，正常情況分布于碼頭后方，或是靠近碼頭的道路鐵路等。控制室(controltower)，設(shè)置在辦公樓最高的地方，用于觀察碼頭上的工作場地。檢查路口(gatehouse)，負(fù)責(zé)對于港口的日常檢查，整個港區(qū)集裝箱裝卸碼頭的主要進(jìn)出口。集裝箱裝卸維護(hù)箱的檢修操作車間(maintenanceshop)，設(shè)置在對箱體不會造成影響，通常在集裝箱裝卸碼頭工作地點(diǎn)的后方，或在安全區(qū)附近。(2)碼頭設(shè)備碼頭裝卸設(shè)施主要用途是一種適用于沒有集裝箱的裝運(yùn)貨物碼頭進(jìn)行安全的裝卸工作和水平方向的移動，主要功能包括了：岸橋(quaycrane-qc)，也被廣泛稱為橋式路面岸橋或懸吊式、裝卸式或路面吊橋，是我國集裝箱渡輪碼頭運(yùn)輸使用的最大型、價值最昂貴的一種大型裝卸船舶運(yùn)輸專用機(jī)械。它主要是大型貨物裝卸碼頭上吊輸裝卸貨運(yùn)設(shè)施的一個重要龍頭，負(fù)責(zé)吊輸運(yùn)送和修理裝卸各種大型集裝箱式的貨運(yùn)船只。表2-1集裝箱裝卸橋主要技術(shù)參數(shù)序號適應(yīng)船型（集裝箱船）主要技術(shù)參數(shù)裝卸效率（move/m）額定起重量（t）外伸距（m）軌距（m）提升高度（軌面）小車速度（move/m）1萬噸級以下30.5~41.03210.5、162212020~2522萬噸級30.5~41.03516、242512020~253巴拿馬型30.5~41.035~4016、24、3028~32120~18025~304超巴拿馬型41.0~65.061~6624、3032~36180~24030~355蘇伊士運(yùn)河型50.0~65.061~6630、3540~42240~30035~406馬六甲海峽型61.0~80.065~7035、4242~45240~30035~45數(shù)據(jù)來源：中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).海港集裝箱碼頭設(shè)計規(guī)范（JTS165-4-2011）.北京：人民交通出版社，2011.輪胎型航港龍門吊式起重機(jī)(rubbertiredgantry-rtg)，被稱為航港龍門吊，在碼頭輪胎對場上負(fù)責(zé)，進(jìn)行輪胎的搬運(yùn)起重等工作的大型起重機(jī)械。軌道式龍門起重機(jī)(RailMountedGantry-RMG)，負(fù)責(zé)集裝箱的整理工作和裝卸工作。軌道式龍門起重機(jī)雖然堆箱高度高，跨度大，堆場的面積能夠被更加有效地利用，但是它不如龍門吊靈活。跨運(yùn)車(StraddleCarrier)，負(fù)責(zé)在碼頭前沿與堆場之間對集裝箱進(jìn)行運(yùn)輸?shù)墓ぷ鳎?fù)責(zé)堆場的堆碼和進(jìn)出場的集裝箱拖車工作。因為其堆高有限，跑的速度較慢。叉車(folklift)，也被廣泛稱為拆卸鏟車被稱為拆卸鏟車。用來拆卸食品包裝箱的拆卸工作和包裝空調(diào)等拆卸箱子的工作。正面叉力吊(reachstracker)它與傳統(tǒng)的叉車不同在于，能夠自由選擇八桿式或者是集裝箱吊車的一種吊具形式來直接取而代替采用叉力吊車門窗框架式的專用吊具。集裝箱拖掛機(jī)輪船(tractor/truck/trailed)，被稱為集卡，負(fù)責(zé)碼頭到堆場以及貨物艙內(nèi)的各個地區(qū)水平搬運(yùn)。貨場上經(jīng)常出現(xiàn)集卡，有的能在碼頭內(nèi)部進(jìn)行高速的搬運(yùn)工作，稱為內(nèi)部的集卡，有的是碼頭外部來進(jìn)行集合和供貨工作，被稱為外部的集卡。2.2集裝箱港口裝卸工藝系統(tǒng)所謂的各種裝卸運(yùn)輸技術(shù)，指在各港口進(jìn)行裝卸搬運(yùn)貨物的技術(shù)方法和操作流程，根據(jù)港口實(shí)際的操作步驟和技術(shù)方法，再根據(jù)港口的真實(shí)工作情況和實(shí)際擁有條件，來對裝卸的貨物和運(yùn)輸工具進(jìn)行合理的運(yùn)用，提高經(jīng)濟(jì)效益的基本設(shè)計，優(yōu)化搬運(yùn)技術(shù)任務(wù)。集裝箱貨運(yùn)碼頭與一般的件運(yùn)和雜貨運(yùn)輸碼頭企業(yè)相比，其最為突出的技術(shù)優(yōu)勢之處就是在于它們能夠具有較高的最大作業(yè)高度效率，而碼頭裝卸運(yùn)輸技術(shù)與碼頭制造安裝工藝則一直是保證碼頭企業(yè)實(shí)現(xiàn)最大作業(yè)高度和效率的重要技術(shù)保證。合理的選擇碼頭，需要使用的機(jī)械設(shè)備工藝，是企業(yè)能夠保證碼頭的制造生產(chǎn)的重要技術(shù)前提。中國集裝箱碼頭的裝載和卸載的工作方法較為單一。裝卸船的工作由吊上或者掛下的方式來完成，采取了岸邊的集裝箱起重機(jī)來進(jìn)行裝卸船的工作。進(jìn)行集裝箱的水平搬運(yùn)，主要靠掛車和汽車，在堆場上的裝卸工作，采用了電動輪胎式重型集裝箱，龍門快運(yùn)起重機(jī)或裝卸汽車。目前中國集裝箱碼頭工作采取較主要的工作流程是由，岸橋負(fù)責(zé)集裝箱在傳播與場內(nèi)集卡的裝卸工作，場橋負(fù)責(zé)堆場內(nèi)卡和集裝箱上的運(yùn)輸裝卸工作，港口碼頭到港口堆場，由港口內(nèi)卡來負(fù)責(zé)。(一般來說泛指在一個港口內(nèi)部正常停泊運(yùn)行的船舶集卡)碼頭負(fù)責(zé)。如下所圖2-1所示：圖2-1集裝箱碼頭裝卸工藝流程圖2.3集裝箱碼頭生產(chǎn)作業(yè)特點(diǎn)2.3.1集裝箱碼頭裝卸設(shè)施設(shè)備特點(diǎn)對于目前的現(xiàn)代化集裝箱碼頭，想要適應(yīng)集裝箱運(yùn)輸船舶的發(fā)展方向，那么對于集裝箱碼頭的建設(shè)應(yīng)逐漸走向大型化，專業(yè)化，高效化。有以下幾個特點(diǎn)：（1）水深條件足夠。集裝箱船舶的大型化發(fā)展，要求港口有著足夠的航道水深和泊位水深，防止船舶進(jìn)出港口時受到影響。目前大多數(shù)的集裝箱碼頭，其水深在11~14米之間，大型集裝箱滿載時吃水深度達(dá)到了14米左右，要求其航道和泊位水深在14.5米之上。（2）碼頭后方的陸域和堆場較為廣闊。集裝箱運(yùn)輸是一種快捷，高速的運(yùn)輸方式。在集裝箱船舶到港后，港口在短時間內(nèi)集裝箱流動數(shù)量較大，要有著較大的面積來堆放港口滯留下的集裝箱，否則會導(dǎo)致港口的混亂和堵塞情況發(fā)生。（3）港口后方要有著便捷的運(yùn)輸條件。想要推動集裝箱在港口的快速運(yùn)輸，配套的運(yùn)輸條件，如鐵路公路以及航空等運(yùn)輸能力，對碼頭來講也是至關(guān)重要的，這是想要實(shí)行集裝箱多種方式聯(lián)運(yùn)的先決條件。（4）有著大型的集裝箱裝卸設(shè)備。面臨著船舶大型化發(fā)展的需要，想要迅速完成貨物的裝卸、搬運(yùn)和堆碼等操作，加快車船的周轉(zhuǎn)，要求集裝箱碼頭配備起重量大、裝卸效率高的現(xiàn)代化裝卸設(shè)備。（5）對于通信和指揮設(shè)施，應(yīng)加快其技術(shù)的革新程度。集裝箱運(yùn)輸高效的前提下，是信息的及時傳遞。若信息停滯將會導(dǎo)致集裝箱碼頭的設(shè)備調(diào)動出現(xiàn)混亂，因此在集裝箱碼頭應(yīng)當(dāng)建立起信息中心，便于集裝箱碼頭各個部門之間的信息及時傳遞。在崗內(nèi)建立起計算機(jī)控制系統(tǒng)，來對港口內(nèi)部的各個資源進(jìn)行合理的配置和監(jiān)控。2.3.2集裝箱碼頭生產(chǎn)作業(yè)特點(diǎn)（1）產(chǎn)品的特殊性。港口的裝卸是港口交通運(yùn)輸中必備環(huán)節(jié)，是碼頭的生產(chǎn)部門。集裝箱碼頭并不是通過物資情況來提供產(chǎn)品，而是利用相關(guān)的方法來實(shí)現(xiàn)陸地上的倉庫與海上的船舶之間的貨物轉(zhuǎn)運(yùn)，讓不規(guī)則的物品，正規(guī)，系統(tǒng)。集裝箱碼頭對商品的適應(yīng)性，能讓不同種類的產(chǎn)品在集裝箱碼頭聚集，堆場也是各類資源的集中場所。（2）生產(chǎn)過程的連續(xù)性。集裝箱碼頭的裝卸工作，經(jīng)常需要連續(xù)工作，一方面是及時的裝卸車船，減少車輛和船只在港口停留等待的時間，提高碼頭的裝卸和運(yùn)輸工具的利用率，增加總運(yùn)力。另一方面是，通過港口的貨物需要盡快轉(zhuǎn)移到目的地，以便生產(chǎn)和加工貨物或投放市場。從經(jīng)濟(jì)角度來看，港口在裝卸達(dá)到的船舶和車輛，應(yīng)保持高效率和連續(xù)性，以減少車輛、船舶和貨物在港停留的時間。（3）生產(chǎn)不平衡。不平衡表現(xiàn)在集裝箱的進(jìn)出口，數(shù)量不平衡，表現(xiàn)在到達(dá)時間和路線之間的不平衡，到港船型的不平衡，進(jìn)出口集裝箱種類和類型的不平衡。集裝箱碼頭生產(chǎn)的不平衡，造成不平衡的原因因素較多，集裝箱生產(chǎn)的不平衡是絕對。（4）作業(yè)組織的層次性與協(xié)作性因為生產(chǎn)工作之間存在著連續(xù)性和復(fù)雜性，集裝箱的碼頭卸載工作順序有著明顯的階層性。各級之間的工作是相互協(xié)作和相互推動的。不同層次上的生產(chǎn)調(diào)動職能有著明確的分工。工作順序的層次性帶來了，是碼頭各組織之間的層次性與合作性。無論是船務(wù)公司還是碼頭裝卸公司，等等各種公司和部門。這些組織的工作能夠在集裝箱的堆場上得到體現(xiàn)。他們互相合作，互相協(xié)調(diào)，形成了有機(jī)整體，來推動集裝箱碼頭的運(yùn)作和資源的運(yùn)輸。2.4集裝箱碼頭的作業(yè)流程與調(diào)度原則2.4.1作業(yè)流程對于進(jìn)口箱來說，集裝箱船舶抵達(dá)港口后，沒有載貨物的廠內(nèi)集卡會從堆場開向碼頭前沿等待著卸船工作。岸橋?qū)⑦M(jìn)口集裝箱從靠泊的船舶上卸下并裝載至集卡后，載箱的集卡便返回調(diào)度室指定堆場、指定箱區(qū)卸箱。場橋?qū)⒓b箱從集卡上卸下并堆放至指定箱位，此時集卡從重載變回空載狀態(tài)，在返回碼頭岸橋來等待著新的集裝箱，就這樣循環(huán)反復(fù)，完成卸船的工作。外部集卡通過提箱證明從閘口進(jìn)入堆場，提香之后再駛離堆場，直到進(jìn)口箱提箱完成。進(jìn)口箱堆場作業(yè)流程如圖2-2所示。圖2-2進(jìn)口箱堆場作業(yè)流程而出口箱則恰恰相反，出口箱模式，外部集卡先進(jìn)行工作，貨主提供的外部集卡根，據(jù)其裝箱單裝載集裝箱，通過閘口到達(dá)堆場后，會駛到指定的箱區(qū)進(jìn)行卸箱，在場橋完成卸箱后。空載的外部集卡則會離開港區(qū)。外部集卡按順序進(jìn)入堆場，來完成出口箱的集港，而內(nèi)部集卡則會在船舶靠泊后根據(jù)調(diào)度駛向指定的箱區(qū)，在場橋?qū)⒅付ǖ募b箱從堆場裝載至內(nèi)部集卡上后，內(nèi)集卡再次駛向碼頭前沿，岸橋?qū)⒓ㄉ系募b箱裝載至船舶上的貝位，而此時空載的內(nèi)集卡再次返回堆場進(jìn)行出口箱的裝載，如此往復(fù)直至裝船的完成。出口箱堆場作業(yè)流程如圖2-3所示。圖2-3出口箱堆場作業(yè)流程2.4.2調(diào)度規(guī)則集裝箱碼頭的高效運(yùn)作不僅需要合理的設(shè)備配置，要遵循嚴(yán)格的工作規(guī)則，保證各個部門之間的安全和空間資源的有效利用。柔性調(diào)配原則在碼頭的前沿，按照停泊位置來進(jìn)行裝卸設(shè)備。在某些停泊位空閑時，集中碼頭的裝卸設(shè)備對正在工作的船舶進(jìn)行服務(wù)，這種服務(wù)方式是具有柔性調(diào)配的方式。就是允許設(shè)備在空閑時進(jìn)行調(diào)配，提高設(shè)備的利用率和日常的工作效率，挖掘港口的生產(chǎn)潛力，提高船舶的裝卸效率，降低船舶在港時間。（2）集卡調(diào)度規(guī)則集卡是堆場內(nèi)有著較高機(jī)動性的運(yùn)輸工具，與各部門的工作有著密切的聯(lián)系。除了日常的安全檢查和交接，集卡在駕駛的過程中要控制速度，聽從指揮，根據(jù)控制臺的調(diào)度，進(jìn)行提箱和送箱的工作。在堆場內(nèi)工作時，集卡要嚴(yán)格控制翻箱量，提高牽引車和拖車的利用率。無論在碼頭的何地，內(nèi)部集卡都要避免路徑重復(fù)，降低工作上的干擾性。集卡應(yīng)在安全的范圍內(nèi)，選擇最短路徑，減少岸橋和場橋的等待時間，提高堆場的工作效率。要能夠及時運(yùn)輸，避免道路的堵塞。（3）場橋調(diào)度規(guī)則從安全角度出發(fā)，場橋在工作時要先對自身的安全設(shè)備和鋼絲繩索等裝置進(jìn)行安全檢查，保證廠內(nèi)沒有異常情況，排除安全隱患。在日常進(jìn)行裝卸工作時，不僅要對起吊機(jī)工作前進(jìn)行機(jī)械性能的各項檢查，還要遵循十不吊的原則，在工作時若出現(xiàn)異常情況，應(yīng)馬上停止工作并及時上報。堆場鄉(xiāng)區(qū)內(nèi)場橋的數(shù)量，根據(jù)箱區(qū)的長度有著相對應(yīng)的限制，在每個箱區(qū)都會配1~3臺場橋。因為場橋之間無法相互跨越，因此在工作時要保證長橋之間的安全距離足夠。因為軌道式場橋的機(jī)動能力較弱。轉(zhuǎn)場作業(yè)難以實(shí)現(xiàn)，但輪胎式的場橋相對靈活，能根據(jù)實(shí)際需求來進(jìn)行跨越箱區(qū)或轉(zhuǎn)移場地。在碼頭的設(shè)備充足情況下，不會安排場橋進(jìn)行轉(zhuǎn)場工作，但因為場橋的安全移動距離和轉(zhuǎn)場的真實(shí)需要，箱區(qū)之間會隔開相對應(yīng)的安全機(jī)遇離來，保證場橋的正常移動和回轉(zhuǎn)。從工作效率來看，場橋的調(diào)度有著以下兩種原則，第1點(diǎn)是先到先服務(wù)，第2點(diǎn)是短作業(yè)優(yōu)先原則。先到先服務(wù)是只場橋，會優(yōu)先服務(wù)提前到達(dá)的到達(dá)箱區(qū)的集卡，通過自行移動到指定集裝卡箱位置營業(yè)，減少場內(nèi)集卡的等待時間。但這樣的工作方式會導(dǎo)致場橋移動增加，部分距離較遠(yuǎn)的集卡作業(yè)還需要跨廠和轉(zhuǎn)場，導(dǎo)致場橋的工作成本增加。短作業(yè)優(yōu)先的原則是指，場橋優(yōu)先服務(wù)到達(dá)橋吊所在處的集卡，對于距離較遠(yuǎn)的集卡不會前往就業(yè)，這種工作模式能夠降低場橋的移動成本，但會導(dǎo)致集卡的等待時間延長，容易導(dǎo)致場內(nèi)交通擁堵。但這兩種調(diào)度原則都考慮到集卡或是場橋一方的工作成本，無論在哪一種的任務(wù)安排中都有著局限性。要提高堆場的工作效率，堆場的管理人員會將兩種工作原則相結(jié)合，根據(jù)堆場的現(xiàn)實(shí)情況來制定出符合當(dāng)前的調(diào)度方案，將楊橋和集卡的工作效率與成本相結(jié)合，并盡量減少翻箱和倒箱工作，降低往返重復(fù)的工作，使各個箱區(qū)的工作量達(dá)到平衡，這些也是堆場場橋調(diào)度所需要考慮到的重要因素。3洋山港碼頭概況3.1洋山港碼頭現(xiàn)狀洋山蘆潮港區(qū)是是位于中國浙江省上海市南匯區(qū)蘆潮港32公里不遠(yuǎn)處的位于中國浙江省崎嶇海洋列島市上海區(qū)的一個小洋山島上，距離連接中國上海國際遠(yuǎn)洋客運(yùn)航道104公里，港區(qū)內(nèi)外遠(yuǎn)洋航道航線總長67公里。是目前距離中國上海最近的一個港口具有15米以上海域自然水深的重要天然深水港口；通過毗鄰東海跨海大橋和毗鄰上海國際綜合軌道交通運(yùn)輸樞紐網(wǎng)絡(luò)相互溝通聯(lián)系，可以看到充分利用目前上海國際集裝箱出口經(jīng)濟(jì)特區(qū)腹地遼闊、箱源豐富等自然優(yōu)勢，將其努力建設(shè)打造成為目前當(dāng)今世界上最大、規(guī)模的國際集裝箱出口港區(qū)。洋山港目前現(xiàn)有四期集裝箱碼頭，其中一、二號碼頭岸線全長3000米，共有9個集裝箱深水泊位，碼頭前沿水深16米，三、四號碼頭碼頭岸線長2600m，共7個泊位，碼頭前沿水深17.5米，可全天候接納世界最大型3E級20000TEU集裝箱船靠泊作業(yè)，航線覆蓋了全球多個重要的地區(qū)，是目前全球最大的現(xiàn)代化集裝碼頭之一。2017年四月初，上海港發(fā)生了持續(xù)近兩個月的嚴(yán)重港口擁堵現(xiàn)象，擁堵、堆場高密度積壓導(dǎo)致?lián)矶掳c瘓的狀況從上海港蔓延至青島港和寧波舟山港，而占上海港吞吐量幾乎一半的洋山港壓力更是巨大。達(dá)飛輪船、川崎汽船、日本郵船、東方海外等多家班輪公司陸續(xù)發(fā)布通知稱，由于上海港洋山港區(qū)碼頭嚴(yán)重?fù)矶拢煜麓皩⒏膾炜看a頭或調(diào)整開航時間。這一次擁堵除了外部客觀因素（世界第三大集裝箱航運(yùn)聯(lián)盟本周成立）以外，港口自身因素也尤為重要。據(jù)悉，上海港長期嚴(yán)重超負(fù)荷運(yùn)營，上海港在設(shè)計時的吞吐量僅約為2000萬TEU，但在2016年已經(jīng)到達(dá)了3713萬TEU，實(shí)際吞吐量達(dá)到設(shè)計能力的1.85倍，非常容易導(dǎo)致嚴(yán)重的堵港現(xiàn)象。不難看出，長期超負(fù)荷運(yùn)行是困擾洋山港發(fā)展的問題之一，作為中國第一大港，想要維持近幾年貿(mào)易額、吞吐量的大幅增長的趨勢，必須先從自身出發(fā)，尋找解決辦法，而優(yōu)化裝卸設(shè)施設(shè)備配置是緩解這一問題的答案之一。3.2洋山港業(yè)務(wù)現(xiàn)狀近年來，洋山港的船舶數(shù)量不斷增加。船舶的大型化多樣化發(fā)展也不斷加快，水上交通更加復(fù)雜多樣化。在2020年，進(jìn)出洋山港的1.8萬標(biāo)準(zhǔn)箱和以上的大型集裝箱船舶，數(shù)量達(dá)到了1394艘，增長率高達(dá)15.6%。2020年，洋山港將被選為首條以液化天然氣為主要燃料的雙動力船舶航線上的重要港口。2021年1月洋山港的集裝箱吞吐量超過歷史最高數(shù)量，創(chuàng)造了新的記錄，增長率達(dá)到了17.8%，根據(jù)洋山港海事局1月份的統(tǒng)計，洋山港集裝箱的國際航線，船舶進(jìn)入達(dá)到了704艘，洋山港4期的自動化碼頭接收的國際航線集裝箱船舶，數(shù)量達(dá)到了234艘，增長率高達(dá)53.9%。2021年1月23日23:30，隨著最后一艘“蘇珊馬士基”號船裝卸完畢離港，洋山港自開港以來累計集裝箱吞吐量達(dá)2億標(biāo)準(zhǔn)箱。洋山港從開放到5000萬標(biāo)準(zhǔn)箱用了6年2個月左右，從5000萬標(biāo)準(zhǔn)箱到1億標(biāo)準(zhǔn)箱用了3年5個月，從1億標(biāo)準(zhǔn)箱到1.5億標(biāo)準(zhǔn)箱用了3年2個月，從1.5億標(biāo)準(zhǔn)箱到2億標(biāo)準(zhǔn)箱只用了2年6個月。港口吞吐量與新的數(shù)量級之間的間隔越來越短，這也表明洋山港的開發(fā)建設(shè)速度正在加快。如今，洋山港已吸引了馬士基、地中海、CMACGM、中遠(yuǎn)等20家世界知名航運(yùn)公司，開通了洋山港至歐洲、地中海、美洲的80多條主要航線，直達(dá)全球109個重要港口。據(jù)悉，今年洋山四期將繼續(xù)新增5臺橋式起重機(jī)、10臺軌道起重機(jī)和25臺AGV(自動導(dǎo)向車)等配套設(shè)備，產(chǎn)能預(yù)計將超過500萬標(biāo)準(zhǔn)箱，這將繼續(xù)是洋山港生產(chǎn)經(jīng)營的最大增長點(diǎn)。3.3洋山港碼頭設(shè)備資源配置現(xiàn)狀洋山港集裝箱碼頭裝卸設(shè)備主要用途是泛指一種能夠同時實(shí)現(xiàn)洋山港集裝箱碼頭貨物自由裝卸和進(jìn)行水平運(yùn)輸搬運(yùn)的大型岸橋、場橋、以及帶有空箱吊掛堆高機(jī)、正面空箱吊掛、集裝箱貨物牽引裝載汽車等各種設(shè)備可以自由裝載流動貨物進(jìn)行搬運(yùn)作業(yè)的裝卸機(jī)器。主要設(shè)備的詳情分布情況請參閱下表3-1，3-2。表3-1洋山港集裝箱碼頭設(shè)備分布情況明細(xì)表（一、二期碼頭）序號設(shè)備名稱規(guī)格計量單位1岸橋80T35臺2場橋60T89臺3正面吊5臺4堆高機(jī)22臺5場內(nèi)集卡約135輛表3-2洋山港集裝箱碼頭設(shè)備分布情況明細(xì)表（三、四期碼頭）序號設(shè)備名稱規(guī)格計量單位1岸橋65T15臺2岸橋80t16臺3岸橋1501臺4場橋40T66臺5場橋60T10臺6正面吊5臺7堆高機(jī)19臺數(shù)據(jù)來源：上港盛東、冠東國際集裝箱碼頭有限公司官網(wǎng)，《中國港口年鑒2020》

4基于flexsim的洋山港集裝箱碼頭作業(yè)系統(tǒng)仿真研究——以一、二期碼頭為例4.1集裝箱碼頭裝卸系統(tǒng)模型開發(fā)4.1.1問題闡述根據(jù)上海盛東國際集裝箱碼頭有限公司提供的數(shù)據(jù)，洋山港一、二期碼頭現(xiàn)共有9個集裝箱深水泊位，岸線總長3000米，配備橋吊35臺，輪胎吊89臺以及其他裝卸設(shè)備，可全天候接納世界最大型3E級20000TEU集裝箱船靠泊作業(yè)。碼頭堆場面積147.92萬平方米。洋山港集裝箱碼頭的裝卸流程為：船舶——岸橋——集卡——場橋（輪胎式龍門起重機(jī)）——集裝箱堆場本文對洋山港一二期碼頭進(jìn)行仿真的目的是：盡量簡化操作流程和數(shù)量，將調(diào)度的規(guī)則固定下來，模擬得出裝卸設(shè)施工作利用率，為優(yōu)化設(shè)備配置和提高裝卸效率提供決策依據(jù)。在改變到達(dá)船舶噸位（集裝箱裝載量）的情況下，仿真模擬利用目前擁有的設(shè)備配置情況和利用率以及裝卸數(shù)據(jù)，尋找出存在的限制。通過對設(shè)備配置進(jìn)行改變，模擬仿真船舶到達(dá)時，不同配置下碼頭裝卸情況，找出其中的瓶頸，并在多種配置方案中選取最佳方案。4.1.2模型建立（1）模型假設(shè)由于個人能力與設(shè)備配置有限，仿真模型本身也無法兼顧所有現(xiàn)實(shí)因素，為了更加快速直觀地仿真模擬裝卸過程，降低模型復(fù)雜度，本文仿真模型的建立主要基于如下假設(shè)：①對碼頭其中一個泊位進(jìn)行卸箱模擬，以每個泊位平均分配裝卸設(shè)施為現(xiàn)狀進(jìn)行模擬，并與其他方案進(jìn)行對比。②設(shè)備的工作狀態(tài)應(yīng)保證良好，降低設(shè)備的故障時間和需要的維修時間，保證設(shè)備能夠投入到工作中。③設(shè)備之間要保持著安全的距離，保證設(shè)備之間不會相互影響。④場橋作業(yè)不考慮翻箱倒箱，對每個集裝箱的作業(yè)時間設(shè)為一個定值。⑤堆場內(nèi)僅配置場橋一種裝卸設(shè)備⑥只考慮20英尺集裝箱，其他箱型不考慮（2）模型結(jié)構(gòu)圖4-1仿真模型簡要結(jié)構(gòu)簡單來看，集裝箱卸船的過程其實(shí)就是集裝箱從船上移動到堆場貝位的過程，運(yùn)輸過程由岸橋、集卡和場橋合作完成。由于研究簡化的設(shè)置，只對一個泊位進(jìn)行仿真模擬，碼頭裝卸設(shè)施平均分配，因此，初始模型內(nèi)配置了岸橋4臺，集卡15輛，場橋（輪胎吊）9臺。將發(fā)生器“source”看作到港船舶，初始設(shè)置容量10000，模擬10000TEU船型到港卸船過程。岸橋運(yùn)作原則：岸側(cè)隊列有集卡時進(jìn)行作業(yè)，沒集卡時不作業(yè)。集卡運(yùn)作原則：裝載集裝箱時隨機(jī)選擇前往場橋隊列，空載時隨機(jī)選擇前往岸橋隊列。場橋運(yùn)作原則：隊列有集卡時進(jìn)行作業(yè)，沒有集卡時停止作業(yè)。按照以上結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行建模，得到模型如下圖所示：圖4-2仿真模型實(shí)物圖4.2仿真模型實(shí)現(xiàn)4.2.1相同裝卸設(shè)備不同船型針對5000TEU的船型，對目前的碼頭真實(shí)情況進(jìn)行了模擬運(yùn)行，根據(jù)船型的變化，集裝箱船型由最初的5000TEU轉(zhuǎn)變?yōu)?0000TEU、15000TEU、20000TEU載箱量的船舶。通過改變最左側(cè)發(fā)生器的容量來模擬不同船型的裝卸情況。表4-1不同到達(dá)船型時設(shè)備運(yùn)行狀況表設(shè)備設(shè)備利用率5000TEU船型10000TEU船型15000TEU船型20000TEU船型岸橋47.19%47.39%49.38%45.45%集卡58.54%65.41%69.87%75.22%場橋64.16%71.47%79.43%82.94%工作時間(s)56442.72118438.08157255.3182458.29每箱處理時間（s）11.2911.8410.529.12圖4-3不同到達(dá)船型時設(shè)備運(yùn)行狀況圖4-4不同到達(dá)船型時設(shè)備總工作時間圖4-5不同到達(dá)船型時每箱處理時間根據(jù)仿真模型運(yùn)行結(jié)果，當(dāng)?shù)竭_(dá)船型載箱量不斷增大時，場橋和集卡的利用率上升趨勢都較為明顯，而岸橋的利用率則是緩慢上升，表明場橋和集卡工作強(qiáng)度增加，船型的大小上升，岸橋的設(shè)備利用率也上升，但達(dá)到20000TEU船型時，利用率只有45.45%，這說明岸橋在當(dāng)前設(shè)備配置下完全能夠滿足碼頭各種船型的裝卸需要。而同時，當(dāng)?shù)竭_(dá)船型達(dá)到20000TEU級別時，場橋的利用率為82.94%，集卡的利用率為75.22%，在15000TEU時，二者利用率已逼近80%與70%，這表明，當(dāng)船的型號增大時，6臺場橋15輛集卡的配置方案，無法滿足其船舶裝卸的需求，要對場橋或集卡的數(shù)量進(jìn)行增加。伴隨著其船舶載箱量的增加，裝卸數(shù)量的增加，導(dǎo)致了工作總時間的增加，但平均每箱處理時間逐漸縮短，這說明當(dāng)需要卸載的集裝箱數(shù)量增加時，裝卸設(shè)備總的設(shè)備效率提高。以上仿真數(shù)據(jù)說明，在船型增加時，默認(rèn)的集卡與場橋配置將難以滿足裝卸需要，接下來將分別研究在固定船型下，不同集卡、場橋配置情況下的設(shè)備利用情況與裝卸效率。4.2.2不同裝卸設(shè)備相同船型考慮到現(xiàn)實(shí)中的設(shè)備調(diào)度以及維護(hù)成本要素，在設(shè)計設(shè)備配方案置時，集卡方案的增加量選擇在10輛以內(nèi)，場橋方案的增加量選擇在4臺以內(nèi)。（1）不同集卡數(shù)5000TEU船型表4-2不同集卡數(shù)量時設(shè)備運(yùn)行狀況表（5000TEU）設(shè)備5000TEU15161718192021222324岸橋利用率47.19%47.24%47.59%47.81%48.09%48.31%48.36%48.49%48.57%48.46%集卡利用率58.54%59.75%60.94%62.46%64.33%66.47%67.48%68.11%69.78%70.73%場橋利用率64.16%64.58%64.69%64.81%65.07%65.13%65.82%66.43%67.49%68.26%工作時間（s）56442.7256941.757182.3257258.4957477.2157610.6757668.2457690.7657749.3657799.89每箱處理時間（s）11.2911.3911.4411.4511.5011.5211.5311.5411.5511.55圖4-6不同集卡數(shù)量時設(shè)備利用率（5000TEU）圖4-7不同集卡數(shù)量時總工作時間（5000TEU）通過仿真結(jié)果可以看出，對于5000TEU的船型來說，隨著集卡配置數(shù)量的增加，岸橋的利用率有小幅提高，但是提高幅度極小，可以認(rèn)為幾乎沒有影響。而集卡的利用率方面，隨著集卡數(shù)量增加，利用率有不小的上升幅度，但是總工作時間并沒有逐漸下降，通過分析可以發(fā)現(xiàn)，造成這一現(xiàn)象的原因是集卡數(shù)量增加導(dǎo)致的排隊。對于場橋利用率，與岸橋一樣，集卡數(shù)量的增加并不能提高多少利用率。在裝卸效率方面，隨著集卡數(shù)量上升，每箱處理時間不減反增。因此，在5000TEU級別的船型下，默認(rèn)集卡配置已經(jīng)能夠滿足裝卸需要，增加集卡數(shù)量并不能對碼頭裝卸效率有實(shí)質(zhì)性的提高，反而會造成集卡的排隊現(xiàn)象，降低效率，因此不需要增加集卡數(shù)量。（2）不同集卡數(shù)10000TEU船型表4-3不同集卡數(shù)量時設(shè)備運(yùn)行狀況表（10000TEU）設(shè)備10000TEU15161718192021222324岸橋利用率47.39%47.78%48.02%48.60%48.83%49.17%49.55%49.79%49.90%50.34%集卡利用率65.41%65.67%65.92%66.42%66.74%67.37%67.56%67.87%68.32%68.73%場橋利用率71.47%71.76%71.92%72.17%72.45%72.87%73.09%73.32%73.78%74.08%工作時間（s）118438.08118433.52118430.54118533.17118685.82119286.37119690.48120160.41120586.7121058.61每箱處理時間（s）11.8411.8411.8411.8511.8711.9311.9712.0212.0612.11圖4-8不同集卡數(shù)量時設(shè)備運(yùn)行狀況（10000TEU）圖4-9不同集卡數(shù)量時總工作時間（5000TEU）通過仿真結(jié)果可以看出，對于10000TEU的船型來說，隨著集卡配置數(shù)量的增加，岸橋、場橋的利用率和5000TEU船型類似，有極小幅提高，可以認(rèn)為幾乎沒有影響。而集卡的利用率方面，雖然有所上升，但是總工作時間在小幅下降之后，再次增加。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，造成這一現(xiàn)象的原因同樣是是集卡數(shù)量增加導(dǎo)致的排隊。總工作時間在17輛集卡的配置條件時最少，裝卸效率最高，而后總工作時間上升，原因是產(chǎn)生了集卡的排隊現(xiàn)象。但與初始方案的裝卸效率進(jìn)行對比時，發(fā)現(xiàn)17輛集卡對裝卸效率的提升微乎其微，綜合考慮現(xiàn)實(shí)中的維護(hù)成本，維持原方案15輛集卡更為經(jīng)濟(jì)。得出結(jié)論，在10000TEU級別的船型下，增加一定量的集卡數(shù)量能夠?qū)Υa頭裝卸效率有提高，但是這一提高較為有限，因此無需增加集卡數(shù)量。不同集卡數(shù)15000TEU船型與20000TEU船型表4-4不同集卡數(shù)量時設(shè)備運(yùn)行狀況表（15000TEU）設(shè)備15000TEU15161718192021222324岸橋利用率49.38%49.78%50.02%50.60%50.83%51.17%51.55%51.79%51.90%52.34%集卡利用率69.87%69.27%68.72%68.42%68.04%67.67%67.16%66.87%66.32%66.03%場橋利用率79.43%79.76%79.92%80.17%80.45%80.87%81.09%81.32%81.78%82.08%工作時間（s）156955.3156718.41156519.74156362.47156283.39156154.46156159.57156179.55156254.6156301.31每箱處理時間（s）10.4610.4510.4310.4210.4210.4110.4110.4110.4210.42圖4-10不同集卡數(shù)量時設(shè)備運(yùn)行狀況（15000TEU）圖4-11不同集卡數(shù)量時總工作時間（15000TEU）與前兩種船型不同，在15000TEU船型時，隨著集卡配置數(shù)量的不斷增加，集卡的利用率逐漸下降，而同時，總工作時間也有所減少，說明集卡數(shù)量的增加切實(shí)地提高了裝卸效率。當(dāng)集卡數(shù)量增加至大于20輛時，裝卸效率再次降低，這是由集卡的排隊現(xiàn)象造成的。因此，在這一船型下，20輛集卡的配置為最優(yōu)。同時，隨著集卡數(shù)量的增加，場橋利用率一直居高不下，這可能需要對場橋的配置數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，才得以緩解問題。表4-5不同集卡數(shù)量時設(shè)備運(yùn)行狀況表（20000TEU）設(shè)備20000TEU15161718192021222324岸橋利用率45.45%45.78%46.02%46.60%46.83%47.17%47.55%47.79%47.90%48.14%集卡利用率75.22%72.27%69.73%67.42%65.34%63.67%62.16%60.87%59.32%58.43%場橋利用率82.94%83.26%83.42%83.77%83.98%84.2%84.49%84.72%83.06%83.48%工作時間（s）182458.29180489.14178519.99176550.84174581.69173612.54172570.985171529.43170787.875170546.32每箱處理時間（s）9.1210.4510.4310.4210.4210.4110.4110.4110.4210.42圖4-12不同集卡數(shù)量時設(shè)備運(yùn)行狀況（20000TEU）圖4-13不同集卡數(shù)量時總工作時間（20000TEU）在20000TEU船型時，則是24輛集卡的配置方案工作時間更少，裝卸效率更高，集卡的設(shè)備利用率降至64.72%的合理水平，且隨著集卡數(shù)量的增加，在24輛集卡時，總工作時間的下降曲線已接近平緩，說明模型即將達(dá)到集卡排隊的閾值。因此在20000TEU船型的情況下，24輛集卡配置是最佳方案。關(guān)于場橋利用率，存在的問題與上述15000TEU時一致，將在下文對其進(jìn)行仿真模擬。不同場橋數(shù)15000TEU（20集卡）和20000TEU（24集卡）船型根據(jù)前文進(jìn)行的模擬分析，在5000TEU和10000TEU船型時，默認(rèn)配置（4岸橋15集卡6場橋）基本可以應(yīng)對裝卸需要，設(shè)備的利用率也維持在正常水平，因此，直接對場橋利用率存在問題的15000TEU、20000TEU船型情況進(jìn)行仿真模擬分析。表4-8不同場橋數(shù)量時設(shè)備運(yùn)行狀況表（15000TEU、20輛集卡）設(shè)備15000TEU678910岸橋利用率51.17%51.52%51.87%52.36%52.71%集卡利用率67.67%62.44%58.72%55.84%53.15%場橋利用率80.87%73.94%68.23%65.30%63.76%工作時間（s）156154.46148524.61144281.39143549.10143084.8每箱處理時間（s）10.419.909.629.579.54圖4-14不同場橋數(shù)量時設(shè)備運(yùn)行狀況（15000TEU、20輛集卡）圖4-15不同場橋數(shù)量時總工作時間（15000TEU、20輛集卡）表4-9不同場橋數(shù)量時設(shè)備運(yùn)行狀況表（20000TEU、24輛集卡）設(shè)備15000TEU678910岸橋利用率48.14%48.26%48.71%49.03%49.37%集卡利用率58.43%56.72%54.51%52.60%51.07%場橋利用率83.48%80.08%76.68%73.27%69.87%工作時間（s）170546.32163929.1158227.54152525.98146824.42每箱處理時間（s）11.3710.9310.5510.179.79圖4-16不同場橋數(shù)量時設(shè)備運(yùn)行狀況（20000TEU、24輛集卡）圖4-17不同場橋數(shù)量時總工作時間（20000TEU、24輛集卡）由于前文已探討出不同船型最適合的集卡配置數(shù)量，因此，在15000TEU和20000TEU船型時，直接選擇在最佳集卡配置數(shù)量下進(jìn)行仿真。兩種船型的仿真結(jié)果相似：在場橋數(shù)量增加時，岸橋利用率保持穩(wěn)定，集卡與場橋利用率下降明顯。而通過折線圖我們可以直觀地看出，兩種船型情況的區(qū)別在于，15000TEU情況下，當(dāng)場橋從6臺增加至8臺時，集卡與場橋利用率的下降速度大于從8臺增加至10臺的情況。通過分析可以得出，在配置8臺場橋的情況下，集卡的排隊情況已經(jīng)被大量緩解，此時再增加兩臺場橋，收益并不大。通過工作時間的對比同樣也能證明這一結(jié)論。而在20000TEU的情況下，則是8臺增至10臺時利用率下降更為顯著，這是因為由于集卡數(shù)量、卸箱量增多，8臺場橋已無法有效緩解集卡的排隊情況。因此，針對15000TEU船型，4岸橋20集卡8場橋的配置方案更為合適，而對于20000TEU船型，4岸橋24集卡10場橋的配置更合理。4.3模型運(yùn)行結(jié)果分析通過對洋山港集裝箱碼頭資料的收集，利用flexsim對其進(jìn)行仿真建模，并在模型的運(yùn)行中得出以下結(jié)論：（1）隨著船型載箱量的增大，在相同的裝卸設(shè)備配置情況下，裝卸設(shè)備的利用率有著明顯的上升，這說明船型的增大提高了設(shè)備的利用率。而隨著船型載箱量的增大，設(shè)備總工作時間也增加，但是每箱處理時間減少，這說明設(shè)備的工作效率在不斷提高。但是當(dāng)船型增大到大于15000TEU時，4臺岸橋15輛集卡和6臺場橋的配置下，岸橋的利用率保持在約50%左右，集卡和場橋的利用率過高，這說明這兩種設(shè)備配置數(shù)量明顯不足，需要進(jìn)行調(diào)整。（2）當(dāng)碼頭集卡和場橋數(shù)量增加時，對于不同的船型條件下，設(shè)備的利用率和裝卸效率也有不同的表現(xiàn)。在5000和10000TEU船型情況下，增加集卡和場橋的數(shù)量時，各設(shè)施利用率變化幅度較小，維持在一個穩(wěn)定的區(qū)間，這表明在該船型下，集卡和場橋數(shù)量的增加并不能有效提高裝卸效率，因此認(rèn)為，沒有必要在這兩個情況下增加設(shè)備數(shù)量。在15000TEU船型時，集卡和場橋數(shù)量的增加提高了設(shè)備的利用率，且在4臺岸橋、20輛集卡、8臺場橋的配置方案下，裝卸性價比最高，為最優(yōu)的設(shè)備配置數(shù)量。在20000TEU船型時，4臺岸橋、24輛集卡和10臺場橋的配置方案裝卸效率最高，為最佳配置。（3）對于不同船型的裝卸設(shè)備配置問題，給予以下建議：對于船舶