冷藏集裝箱港口裝卸作業(yè)中質(zhì)量損失研究

鄒建強(qiáng)

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院，廣東廣州 510230）

引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的提高，生鮮貨物的市場(chǎng)份額和進(jìn)出口貿(mào)易持續(xù)增長(zhǎng)。冷藏集裝箱以其運(yùn)輸成本低、貨物損耗小等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于生鮮貨物的冷鏈運(yùn)輸中。港口是冷藏集裝箱海陸運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵連接節(jié)點(diǎn)，其作業(yè)效率在很大程度上決定了生鮮貨物的保質(zhì)情況[1]。2018 年都樂(lè)公司、澳牛集團(tuán)等幾家大型生鮮公司給出的年度統(tǒng)計(jì)報(bào)告中都指出，生鮮貨物在港口作業(yè)中造成的品質(zhì)下降超出預(yù)期，貨物在港的平均腐損占全程運(yùn)輸腐損的比例超過(guò)18 %。在諸多作業(yè)環(huán)節(jié)中，冷藏集裝箱在裝卸過(guò)程中是全程斷電，因此裝卸作業(yè)成為影響最大的一個(gè)因素，如果不能盡快地把冷藏集裝箱由船舶裝卸運(yùn)輸至堆場(chǎng)并接電，就會(huì)造成箱內(nèi)溫度快速上升，引起貨物腐損[2]。因此本文基于軟件仿真平臺(tái)，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，建立港口冷藏集裝箱裝卸作業(yè)系統(tǒng)仿真模型，研究不同貨物在裝卸過(guò)程中的質(zhì)量損失情況，以便為港口優(yōu)化冷藏集裝箱裝卸流程和合理分配資源提供參考。

1 冷藏集裝箱港口裝卸作業(yè)分析

1.1 冷藏集裝箱港口裝卸作業(yè)系統(tǒng)

本文重點(diǎn)考慮冷藏集裝箱在港口裝卸過(guò)程中制冷中斷的部分，結(jié)合冷藏集裝箱在港口裝卸作業(yè)的實(shí)際流程，將整體裝卸作業(yè)系統(tǒng)分為六個(gè)子系統(tǒng)，分別為卸船作業(yè)、運(yùn)輸?shù)却⒓ㄟ\(yùn)輸、堆場(chǎng)等待、堆場(chǎng)卸箱和集卡返回[3]，具體見(jiàn)圖1 所示。

圖1 冷藏集裝箱港口裝卸作業(yè)系統(tǒng)流程圖

1）卸船作業(yè)：在有空余集卡的情況下，由場(chǎng)橋?qū)⒗洳丶b箱由集裝箱船卸至集卡，在卸船作業(yè)開(kāi)始的瞬間，冷藏集裝箱供電切斷。

2）運(yùn)輸?shù)却杭▽?duì)運(yùn)行線路上的同向集卡、逆向集卡、安全距離進(jìn)行判斷，如若滿足則開(kāi)始運(yùn)輸，不滿足則在原地等待。

3）集卡運(yùn)輸：集卡將冷藏集裝箱由碼頭前沿運(yùn)送至冷藏集裝箱堆場(chǎng)，運(yùn)輸時(shí)間由運(yùn)輸距離和時(shí)速確定。

4）堆場(chǎng)等待：集卡到達(dá)堆場(chǎng)后，進(jìn)入指定位置排隊(duì)，并對(duì)場(chǎng)橋進(jìn)行判斷，如滿足則開(kāi)始進(jìn)行卸箱作業(yè)，不滿足則在原地等待。

5）堆場(chǎng)卸箱：場(chǎng)橋?qū)⒗洳丶b箱由集卡卸至指定箱位，完成卸箱后即恢復(fù)供電。

6）集卡返回：集卡在堆場(chǎng)等待，滿足行駛要求后返回碼頭前沿，具體過(guò)程與運(yùn)輸?shù)却恢隆?/p>

1.2 冷藏集裝箱貨物質(zhì)量損失情況

貨物質(zhì)量損失受到多方面因素的影響，目前比較通用的計(jì)算方法是根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率理論得出[4-5]，具體的公式如下：

式中：q——貨物的質(zhì)量；t—持續(xù)時(shí)間；k—貨物質(zhì)量損失速率；n—反應(yīng)階數(shù)。

對(duì)于冷藏集裝箱，溫度、通風(fēng)和化學(xué)條件是影響貨物質(zhì)量的最主要因素，因此貨物質(zhì)量損失速率通常根據(jù)阿倫尼烏斯所提出的化學(xué)反應(yīng)速率與溫度變化關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式確定[6]，如下式所示：

式中：k0—速率常數(shù)；Ea—活化能；R—摩爾氣體常量；T—絕對(duì)溫度，其中在供電情況下，默認(rèn)絕對(duì)溫度為箱內(nèi)貯存溫度；在斷電情況下，溫度變化情況根據(jù)柯普提出的經(jīng)驗(yàn)公式確定，如下：

其中TH、TL分別為箱外溫度和箱內(nèi)溫度，K為動(dòng)態(tài)系數(shù)，由冷藏集裝箱的規(guī)格、通風(fēng)性等因素確定。

2 模型構(gòu)建

2.1 基本假設(shè)

1）假設(shè)港口內(nèi)自然條件穩(wěn)定，裝卸及運(yùn)輸作業(yè)不受天氣、暴亂等極端因素影響；

2）港口內(nèi)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)良好，岸橋、集卡和場(chǎng)橋能夠保持穩(wěn)定的工作效率；

3）港口的冷藏集裝箱堆場(chǎng)箱位充足，能夠滿足全部冷藏集裝箱的存放需求；

4）冷藏集裝箱與普通集裝箱采用同一種集卡運(yùn)輸，不考慮專用冷藏集卡的使用。

2.2 仿真模型建立

利用仿真軟件建立冷藏集裝箱裝卸作業(yè)系統(tǒng)仿真模型，并借助軟件內(nèi)置的java 語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)溫度變化和質(zhì)量損失的函數(shù)。

2.3 仿真模型參數(shù)

1）輸入?yún)?shù)

①船舶到港規(guī)律：船舶按泊松過(guò)程到港，到港的集裝箱船舶噸級(jí)、比例和冷藏集裝箱數(shù)量及裝卸量根據(jù)目前世界船隊(duì)運(yùn)營(yíng)情況及現(xiàn)行規(guī)范確定。

②岸橋及集卡數(shù)量：參考現(xiàn)有港口的配置情況和現(xiàn)行規(guī)范確定岸橋和集卡數(shù)量。

③冷藏集裝箱堆場(chǎng)規(guī)模及場(chǎng)橋數(shù)量：冷藏集裝箱堆場(chǎng)規(guī)模根據(jù)現(xiàn)有港口規(guī)模和實(shí)際吞吐量綜合確定，場(chǎng)橋數(shù)量參考現(xiàn)有港口配置情況確定。

④冷藏集裝箱內(nèi)外溫度：箱內(nèi)溫度按照貨物要求的貯存溫度確定，箱外溫度根據(jù)港口氣候統(tǒng)計(jì)資料確定。

⑤集卡服務(wù)原則：采用“先到先服務(wù)”的原則，并且冷藏集裝箱與普通集裝箱的優(yōu)先性相同，集卡運(yùn)輸速度取為20 km/h，安全距離取120 m。

2）輸出參數(shù)

①斷電時(shí)間：斷電時(shí)間分為五個(gè)部分，分別為卸船時(shí)間、運(yùn)輸?shù)却龝r(shí)間、集卡運(yùn)輸時(shí)間、堆場(chǎng)等待時(shí)間和堆場(chǎng)卸箱時(shí)間。

②貨物質(zhì)量損失：將第一部分輸出的斷電時(shí)間作為輸入?yún)?shù)輸入到溫度變化函數(shù)中，然后將溫度變化函數(shù)套入質(zhì)量變化函數(shù)，得出在斷電時(shí)間內(nèi)的貨物質(zhì)量損失情況。

3 算例分析

以我國(guó)北方某港口為例，分析冷藏集裝箱在港口裝卸作業(yè)過(guò)程中的質(zhì)量損失情況。

3.1 到港船舶

到港的集裝箱船分為五個(gè)級(jí)別，分別是 1 000 TEU、2 500 TEU、5 000 TEU、8 000 TEU 和10 000 TEU，其中冷藏集裝箱的本港裝卸量范圍為150～1 200 TEU。

3.2 港口基礎(chǔ)設(shè)施配置

碼頭前沿共設(shè)6 個(gè)集裝箱船泊位，根據(jù)集裝箱船的噸級(jí)為每艘船舶配置4～8 個(gè)岸橋，每個(gè)岸橋配置4 個(gè)集卡，冷藏集裝箱堆場(chǎng)規(guī)模為8 行乘5 列，每行配備兩個(gè)場(chǎng)橋。

3.3 溫度條件

本文只考慮夏季這一貨物損耗最嚴(yán)重的時(shí)節(jié)，根據(jù)港口的氣候統(tǒng)計(jì)資料，港區(qū)平均溫度取為21攝氏度，貨物方面考慮三種常見(jiàn)貨物，每種貨物的貯存溫度、反應(yīng)階數(shù)和變質(zhì)溫度點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 常見(jiàn)貨物的貯存要求

其余計(jì)算參數(shù)：

3.4 仿真結(jié)果分析

香蕉、蝦類和牛肉類貨物初始質(zhì)量為100 %，運(yùn)行仿真模型100 次，得到香蕉、蝦類和牛肉三類貨物的質(zhì)量變化曲線，如圖2 所示。

圖2 冷藏集裝箱貨物質(zhì)量變化表

從圖3 中可以看出，當(dāng)斷電時(shí)間在20 分鐘以內(nèi)時(shí)，三類貨物均未出現(xiàn)明顯的質(zhì)量損失，平均每分鐘的質(zhì)損僅為0.004 %。當(dāng)斷電時(shí)間超過(guò)20 分鐘時(shí)，三類貨物的質(zhì)量變化情況有所差異。對(duì)于香蕉類貨物，質(zhì)量呈線性下降，平均每分鐘的質(zhì)損在 0.15 %左右，以質(zhì)損10 %為臨界點(diǎn)，則斷電時(shí)間不應(yīng)超過(guò)60分鐘。對(duì)于牛肉類貨物，斷電時(shí)間為20～36分鐘時(shí)，質(zhì)量呈線性下降，平均每分鐘質(zhì)損在 0.32 %左右，但當(dāng)斷電時(shí)間超過(guò)36 分鐘時(shí)，質(zhì)量呈指數(shù)下降，在60 分鐘時(shí)質(zhì)損超過(guò)20 %。對(duì)于蝦類貨物，斷電時(shí)間為20～42 分鐘時(shí)，質(zhì)量呈線性下降，平均每分鐘質(zhì)損在0.41 %左右，但當(dāng)斷電時(shí)間超過(guò)42 分鐘時(shí)，質(zhì)量呈指數(shù)下降，在60 分鐘時(shí)質(zhì)損達(dá)到了22.8 %。

根據(jù)表2 中的結(jié)果，在當(dāng)前配置情況下，冷藏集裝箱的平均斷電時(shí)間為44.6 分鐘，高于圖3 所確定的理想時(shí)間。其中運(yùn)輸?shù)却龝r(shí)間和堆場(chǎng)等待時(shí)間占比分別達(dá)到32.3 %和28.7 %，說(shuō)明在集卡的調(diào)度方面有待優(yōu)化，并且場(chǎng)橋的作業(yè)效率難以滿足需求。以圖3 所確定的時(shí)間節(jié)點(diǎn)來(lái)看，運(yùn)輸?shù)却龝r(shí)間和堆場(chǎng)等待時(shí)間應(yīng)相應(yīng)縮減18 %以上，方可實(shí)現(xiàn)控制貨物質(zhì)損在合理范圍內(nèi)。

表2 斷電時(shí)間分布

4 結(jié)語(yǔ)

港口裝卸作業(yè)的效率決定了冷藏集裝箱的斷電時(shí)間，也是影響貨物質(zhì)量損失的最主要因素之一。本文建立了冷藏集裝箱港口裝卸作業(yè)系統(tǒng)仿真模型，分析冷藏集裝箱在港口裝卸過(guò)程中的質(zhì)量變化情況，得出以下結(jié)論：

1）對(duì)于香蕉、蝦類和牛肉三類貨物，斷電時(shí)間控制在20 分鐘以內(nèi)時(shí)，貨物質(zhì)量損失不明顯。當(dāng)斷電時(shí)間超過(guò)20 分鐘時(shí)，香蕉的貨物質(zhì)量呈線性下降。牛肉類貨物的斷電時(shí)間在20～36 分鐘時(shí)，質(zhì)量呈線性下降，但當(dāng)斷電時(shí)間超過(guò)36 分鐘，質(zhì)量呈指數(shù)下降。蝦類貨物斷電時(shí)間為20～42 分鐘時(shí)，質(zhì)量呈線性下降，但當(dāng)斷電時(shí)間超過(guò)42 分鐘時(shí)，質(zhì)量呈指數(shù)下降，在60 分鐘時(shí)質(zhì)損達(dá)到了22.8 %。

2）通過(guò)優(yōu)化集卡調(diào)度以及合理分配場(chǎng)橋數(shù)量，可以進(jìn)一步縮減集卡等待時(shí)間，從而控制貨物質(zhì)損。本文得出的三類貨物的理想斷電時(shí)間上限分別為60 分鐘、36 分鐘和42 分鐘，因此綜合研究分析得出集卡等待時(shí)間應(yīng)縮減18 %以上。