基于FlexTerm的港口集裝箱裝卸工藝比較

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、龍門吊、集卡和堆場資源的仿真模型，在不同集裝箱通過量的條件下對兩種不同的裝卸工藝進行不僅限于單船裝卸的研究。結果表明：裝卸同步工藝的設備利用率高于先裝后卸，能夠大幅地縮短集卡平均等待時間，提高集卡利用率；隨著集裝箱通過量的不斷加大直至超過堆場通過能力時，裝卸同步工藝的設備效率優勢會有所下降，需要進行資源的優化配置。

【關鍵詞】 集裝箱港口；裝卸工藝；仿真；FlexTerm；集卡；龍門吊

0 引 言

隨著經濟全球化的發展，集裝箱多式聯運已經成為主要運輸形式。港口是多式聯運的重要節點，港口的裝卸效率成為關注的焦點，近年來對港口的研究持續增多。仿真方法因更貼近實際而在港口研究中得到廣泛應用。張少凱等[1]利用仿真軟件對不同工藝下的港口機械配置進行研究，得到制約裝卸作業時間的因素并提出對策；胡曉玉[2]利用Agent建模和仿真方法建立了集裝箱堆場作業的仿真系統，并對資源的配置進行研究；王小變[3]在不同箱區長度和不同裝卸機械數量的條件下對集裝箱港口裝卸進行仿真研究，提出龍門吊與岸橋的合理配比；鄭鑫[4]以集裝箱后方堆場為研究對象，對堆場布局優化進行研究，用仿真軟件配合遺傳算法提出了優化布局方案。

當前對港口的仿真研究大多集中在堆場和資源配置方面，對集裝箱裝卸工藝的研究較少。針對裝卸工藝的研究多以單船單箱量為對象，仿真時間一般為一艘船的裝卸時間，難免有一定的局限；因此，在不同集裝箱通過量條件下仿真較長一段時間的裝卸工藝，能得到更全面的數據，能更好地對裝卸工藝進行分析，為港口的作業提供依據。

1 問題描述

1.1 港口作業流程

在一般情況下，港口會在集裝箱船進入錨地后對其進行泊位分配，然后根據提前取得的船舶資料、進出口箱量等信息進行岸橋配置。操作階段：碼頭根據船圖進行配載，同時對岸橋進行調度，配置合適數量的水平搬運機械進行搬運；堆場根據裝卸的集裝箱量安排堆放位置，同時對場橋進行調度。

1.2 港口裝卸工藝

港口集裝箱的裝卸作業過程是一個復雜、連貫的過程，各個環節都要緊密銜接。港口集裝箱的裝卸設備主要是岸橋和龍門吊等，水平搬運機械主要是集卡，合理配置裝卸設備資源，再有效地結合裝卸工藝，可以提高設備效率，降低作業成本和營運成本，提高港口的競爭力。

裝卸同步是進口箱與出口箱同時進行裝卸，較傳統的先卸后裝工藝，其能減少單船裝卸時間，同時保證集卡的來回重載，提高集卡的利用率。兩種裝卸工藝流程見圖1。

利用仿真方法，將集裝箱年通過量與堆場通過能力相聯系，運行較長時間，能夠更全面地比較兩種工藝。

2 仿真建模

2.1 仿真流程

FlexTerm是一款專門用于集裝箱碼頭的仿真軟件。在仿真過程中，首先設定泊位和堆場，然后設置集裝箱相關參數、泊位裝卸計劃、堆場計劃、機械參數等，最后再運行軟件得到結果。具體作業流程見圖2。

2.2 參數設置

在集裝箱年通過量達到堆場年通過能力的30%、50%、70%、90%、100%、120%等6種情況下對兩種裝卸工藝進行仿真，運行時間為1周（7 d），每天都有一艘船靠泊。具體設置如下：

（1）集裝箱分為進口箱和出口箱，進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）仿真以一個泊位為基礎，泊位的通過能力是能滿足整個堆場的，泊位配置兩臺岸橋，兩臺岸橋的任務量是一致的，允許岸橋對20英尺的集裝箱使用雙吊具裝卸。

（3）堆場分為進口箱堆場和出口箱堆場，各自都配有輪胎式龍門吊，進口箱堆場和出口箱堆場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%，堆場年工作天數為364 d（52周），集裝箱平均堆存期為4 d，由堆場年通過能力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，整個堆場的年通過能力為163.8萬TEU。

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

（5）機械的參數設置見表1。

（6）集卡采用作業線方式，即12臺集卡均分為2個集卡池，每一個集卡池服務1臺岸橋。

2.3 評價指標

裝卸作業效率是衡量港口服務水平的重要依據，提高裝卸作業效率有利于提高港口自身競爭力。分析港口多種設備的指標，有助于提高設備利用率，進而提高裝卸作業效率，減少等待時間，降低運營成本，提高服務質量。根據港口集裝箱裝卸特點，選取3個指標：

（1）岸橋利用率：

裝卸時間/（裝卸時間+閑置時間）；

（2）龍門吊利用率：

裝卸時間/（裝卸時間+等待時間）；

（3）集卡平均等待時間：

集卡進入堆場等待龍門吊裝卸的時間。

3 仿真結果分析

通過仿真模型，設置6種不同的集裝箱年通過量，在6種不同的通過量條件下，對先裝后卸工藝和裝卸同步工藝進行仿真，分別經過多次運行后得到仿真結果。結果分析如下：

（1）岸橋數據分析 通過仿真，可以得到先卸后裝和裝卸同步兩種工藝的岸橋利用率，即兩臺岸橋的平均利用率（見圖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；在集裝箱年通過量達到堆場年通過能力的50%時，兩者的岸橋利用率相當；隨著集裝箱年通過量的增大，先卸后裝的岸橋利用率越來越高。另外，在仿真時，裝卸同步所用的單船裝卸時間要比先裝后卸所用的單船裝卸時間短。

（2）堆場龍門吊數據分析 龍門吊是堆場的重要資源，其利用率關乎著整個堆場的作業效率。通過仿真，可以得到進口箱堆場和出口箱堆場的龍門吊利用率。龍門吊利用率對比見圖4。從圖4可以看出：裝卸同步的龍門吊利用率比先卸后裝高；隨著集裝箱年通過量的增加，裝卸同步的優勢更加明顯；當集裝箱年通過量達到堆場年通過能力時，優勢最明顯，裝卸同步的龍門吊利用率比先卸后裝的高8%～10%；當集裝箱年通過量達到堆場年通過能力的120%時，裝卸同步優勢略有下降。

（3）集卡數據分析 集卡是最重要的水平運輸設備，在岸橋能夠滿足裝卸任務的情況下，集卡在堆場等待的時間決定著集卡利用率的高低。通過仿真，可得到集卡平均等待時間的相關數據。集卡平均等待時間對比見圖5。從圖5可以看出：裝卸同步的集卡平均等待時間遠遠低于先卸后裝，在集裝箱年通過量達到堆場年通過能力的90%前，裝卸同步的集卡平均等待時間比先卸后裝降低50%以上；當集裝箱年通過量達到堆場年通過能力的90%以上時，裝卸同步的集卡平均等待時間出現不平衡，而且隨著集裝箱年通過量的增加，不平衡現象越明顯，表現為進口箱堆場的集卡平均等待時間很短，出口箱堆場集卡平均等待時間很長，但整體上還是少于先卸后裝的集卡平均等待時間。

通過岸橋、堆場龍門吊和集卡數據的比較分析，可以得到以下主要結論：

（1）在岸橋利用率上，裝卸同步沒有優勢，可能是由先卸后裝的岸橋工作時間較長所致；

（2）在堆場龍門吊利用率上，裝卸同步遠遠高于先卸后裝，當集裝箱年通過量超過堆場年通過能力后，裝卸同步優勢下降，可通過調整集卡、龍門吊配置來進一步提高作業效率；

（3）在集卡平均等待時間上，裝卸同步相較于先卸后裝有了大大縮短，當集裝箱年通過量超過堆場年通過能力的90%時，裝卸同步的集卡平均等待時間在進口箱堆場和出口箱堆場表現出不平衡特征，可通過對堆場龍門吊傾斜配置來調整。

4 結 語

通過建立仿真模型，在不同集裝箱通過量的條件下分別對先卸后裝工藝和裝卸同步工藝進行仿真，得到多種設備的指標并進行比較分析。分析發現：裝卸同步工藝的設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間，提高集卡利用率；隨著集裝箱通過量的不斷加大直至超過堆場通過能力時，裝卸同步工藝的設備效率優勢會有所下降，需要進行資源優化配置，這有待進一步研究。

參考文獻：

[1] 張少凱，韓曉龍，胡少龍.新舊工藝下集裝箱港口裝卸設備配置仿真研究[J].廣西大學學報（自然科學版），2013（2）：368-373.

[2] 胡曉玉.基于JADE的集裝箱港口堆場作業多Agent仿真系統開發[D].大連：大連理工大學，2015.

[3] 王小變.中轉港口集裝箱堆場合理布局的模擬研究[J].水運管理，2011（11）：23-28.

[4] 鄭鑫.基于Flexsim的集裝箱堆場布局優化與仿真研究[D].北京交通大學，2008.