天津港X公司件杂货码头泊位分配问题研究

　　1.1.1研究相关背景

　　伴随全球经济、贸易、运输一体化与信息科技的持续进步，现代港口物流在世界供应链内的地位和功能都出现明显的改变，逐渐变成配置世界资源的关键平台。例如有关世界贸易发展组织的文件提出：“贸易港口传统功能开始弱化，具有的战略方案功能开始强化，变成世界供应链的关键节点，对世界经济发展具有关键价值”[1]。

　　在铁路、公路、航空、海运众多运输模式中，海运具备费用低、运量大、运距远的优点，在运期标准不严苛的时候，是大件货物远程运送的最佳选择，特别是我国具有长达１８０００公里的海岸线，伴随对外开放之后我国经济的持续发展，作为海运进出口货物重要渠道的港口在近期得到长久的发展，货物吞吐量、业务影响范畴、码头专业化水平和综合服务水平都出现显著提高，特别是多种规模庞大的专业化码头的出现，比如专业化集装箱码头、四十万吨级散矿码头等多种类型，在一定层面上提高了作业专业货类的现实效率，专业化和规模化开始变成港口发展的未来潮流。和专业化码头进行比较，杂货码头出现时间更长，在初期的港口功能中，杂货码头担负全部货类的进出口装卸船工作，然而伴随多种专业化码头的创建，散矿等少数货类的剥离给杂货码头的未来发展产生了负面挑战，在吞吐量不能全面增加的时候，怎样提高当前泊位使用率，提升盈利能力就成为了现在面临的主要问题

　　近期，港口吞吐量持续增长与船舶规模化给码头的日常运作产生较大压力，时常会发生船舶等待时间过久等问题，上述问题不只降低码头生产服务质量，同时也给码头公司和船公司双方带来了巨大的等待成本。为防止上述阻碍码头与船舶日常运作的问题出现，码头企业都采用众多方式不断提升码头运营效率与整体水平，比如买入门吊，扩建、增加泊位等，然而受到硬件资源（比如岸线资源）、资金和长久建设周期等限制，短时间内无法提升码头效率与整体水平。因此，码头需要全面使用当前的资源，提升泊位调度和装卸效率。

　　1.1.2研究意义

　　泊位分配问题（Berth Allocation Planning，BAP）是码头生产组织改善的重要问题，是影响件杂货码头服务能力高低的重要指标[2]。主要工作是，在泊位数目、门吊数、码头前方堆场规模等资源不充分的基础上，明确各个船舶的靠泊位置以及具体时间，科学筹划资源开展工作，以便保证顺利完成生产目标。当代电子通讯体系促使船舶的到港时间、靠离泊时间和码头岸边作业量等和码头生产调度有关的因素固定起来[3]。如此，码头调度规划和运作管理人员就能全面依照船企业到达码头前准备需要的船期表以及船图等数据，提早计划船舶靠泊装卸规划。然而在我国大量件杂货码头中，依旧出现船舶到港时间不明确或者是船舶优先级差异造成需要不断处理泊位分配问题，但是当前主要方式是通过人工经验判定，之后策划科学的分配方案[4]。上述作业模式即便可以进行此外确保码头的顺利运作，然而也许会导致时间浪费和费用提高等情况。

　　当前因为件杂货码头的复杂工作环境，其自动化能力较低，在装卸作业时期对人工过于依赖，导致件杂货的装卸工作效率不高。利用实地调研我们就可以知道，在件杂货码头的调度时期，需要思考水平运输距离、潮汐情况、泊位等级、水深以和货场划分等众多条件的影响，相对复杂[5]。在天津港某件杂货码头的真实泊位调度工作中，由调度室工作人员依照现实经验，基于码头泊位岸线的实际状况，思考各个船舶的靠泊需要，基于人工来修订船舶的泊位调度规划，上述泊位调度需要大量时间，效率并不高。很多时候因为当前泊位岸线的限制，船舶进港在某段泊位靠泊之后，装船工作时货物水平运输距离较长，此外因为船舶在装船过时期会发生吃水深度变动情况，所以也许会对船舶开展移泊作业，如此就会耽误船舶在港作业，此外占据大量码头的作业资源，降低实际卸作业效率。另外，在计划船舶作业线的时候，一般需要依照人工经验来划分作业线，在某艘船舶的初期作业进度不能确保船舶在预期离港时间到来前完成作业时，一般会在满足门机作业互不干涉的情况下，在后期给船舶安排大量作业线，以便确保船舶能够在下个潮汐高潮点依照预期时间离港。根据人工经验修订的泊位调度与作业线划分计划给件杂货码头的装卸管理以及修订完善高效的计划产生负面影响。

　　因此，件杂货码头的经营管理人员渴望利用全新方式来处理泊位调度与作业线划分问题，如此不只可以节约一定的资源，此外还能提升当前码头的装卸效率[6]。此外，因为件杂货码头装卸作业体系的繁杂性，当前有关件杂货码头连续泊位调度与货场分配相关的分析文献并不多，大部分专家开始对自动化与标准化水平更高的集装箱码头开展全面分析。所以，对件杂货码头的连续泊位调度优化开展分析，不只能为件杂货码头修订调度规划准备相应的依据，此外还能全面增加件杂货码头泊位调度相关分析活动。因此，对件杂货码头连续泊位调度优化开展分析具有关键的理论与现实价值。

　　当前有关件杂货码头连续泊位调度和货场划分上的相关分析结果并不多，目前文献大部分是对怎样改善装卸作业工艺、提升装卸作业效率开展分析，只有少部分资料对件杂货码头的船舶分配开展深入分析[7]。而基于集装箱码头连续或离散泊位调度情况，各个国家的专家开展大量分析，得到良好的结果，因为集装箱码头大多采取顺岸式设计，且集装箱作业装卸单元、装卸工具以及装卸工艺相对统一，易于使用连续型泊位分配方法进行优化[8]，这些对于对本文的研究对本文研究具有一定的参考和借鉴价值。

　　1.2.1国内研究现状

　　作为件杂货码头生产作业内的重要资源，对怎样开展码头泊位和作业线的调度具有非常关键的理论分析价值与现实价值。当前有关件杂货码头生产作业的分析大部分汇聚在船舶调度、门机、装卸作业效率、工艺改善、机械设施分配等部分[9]。

　　骆焕（2005）在对船舶开展调度时修订以库定船的方式，依照件杂货码头仓库储位的现实状况来明确船舶的进港作业顺序[10]。王爱虎等（2006）在对件杂货码头的装卸作业系统开展深入研究以后，创建数学模型来确定进港船舶顺序的时候也改善了相关仓库管理现状[11]。宋岩（2011）在对散杂货港口的生产作业状况开展深入研究以后，基于船舶调度情况，使用多Agent的结构方式和本体知识创建船舶调度系统的模型[12]。韩笑乐、陆志强等（2009）分析具备多种服务优先等级的船舶动态到达状况下的离散泊位划分问题，以船舶总在港时间和加权延迟时间之和最小化为目标创建数学模型，提升码头作业效率以及船企业顾客满意度[13]。秦进等人（2010）指出基于时间窗限制的离散型泊位划分模型，此外在目标函数内增加作业时间对船舶的现实价值，且研发出模拟退火算法（Simulated Annealing Algorithm）对模型设施改善求解[14]。杨春霞，王诺创建以船舶在港时间最短以及码头生产运营费用最低为目标的相关数学模型，采用多目标遗传算法对模型开展优化求解[15]。薄万明（2002）研究作用于件杂货码头装卸作业效率的条件，有目的性的指出部分提升装卸作业效率的意见，基于装卸作业线设备分配问题创建数学模型[16]。梁晓峰（2006）研究和南港件杂货装卸作业效率相关的多种条件，利用设置评价指标创建数学模型对装卸实际效率开展求解，且指出部分提升装卸活动效率的举措[17]。董明望等（2008）对件杂货码头装卸机械设施的分配问题开展深入探究，创建求解码头装卸实际效率的模型，分析此作业效率优化体系的内部结构[18]。Semi等（2008）对件杂货码头的装船作业开展深入分析，以提升船舶装船作业效率为目标创建数学模型，使用模糊动态规划法和最小生成树法来改善模型，最终在结论研究中增加灵敏度研究。张鹏（2011）分析件杂货码头装卸作业体系内的机械设施分配问题和作业效率难题，创建装卸作业机械设施分配的优化模型，指出提升装卸作业效率的意见[19]。易应强等（2012）分析件杂货码头装卸作业水平和货场储、疏运水平彼此之间的关系，提出货物堆存期长和转场频次多等作用于码头装卸作业效率的条件，从提升码头装卸作业效率的层面着手，指出部分意见来提升货场的装卸作业管理能力[20]。樊勇春等（2012）最先对件杂货码头的装卸工艺程序与作业规划开展深入研究，之后从提升机械负载率、科学划分泊位以及货场等部分指出有关件杂货码头装卸作业节[21]。陈威（2015）对于件杂货码头第三方物流配送开展的全面分析与研究，指出有能力采用第三方物流就能创造以港口为前提的航运交易系统，确保供应商，分销商和物流服务企业对市场的高效响应，进而提升船货快速衔接，提高公司的综合竞争水平。

　　1.2.2国外研究现状

　　Park和Kim研究了一个连续型集装箱码头泊位分配问题。目标的不同是除了在之前研究中考虑的外，Park和Kim（2003）也考虑了由于早于或者晚于预计船舶到达时间而开始的船舶的装卸作业时间的成本。他们的研究突出了一个很有意思的特征，就是他们考虑了最优的船舶服务的起始时间和靠泊位置的联系，并且与此同时，他们也考虑了对于船舶来说最优的岸吊分配[22]。在他们的研究中，一个特定船舶的装卸作业时间是由一定数量的岸吊决定的。然而，装卸作业时间是独立于船舶靠泊地点的。总的来说，所有的现存的连续型件杂货码头泊位分配研究不论船舶在哪里进行装卸作业，都假设一个不变的装卸作业时间[23]。

　　Imai等（2005）基于离散与连续泊位下的泊位调度情况使用连续定位方式，指出启发式算法来开展模型求解[24]。Merisel等（2009）研究给单条船舶配置岸桥的边际生产力的降低、处理时间的延长和船舶没有停靠在其偏好方位等真实情况。根据泊位和岸桥共同调度情况，研发出众多类型的算法开展模型的优化求解[25]。Chang等（2010）对连续泊位调度和岸桥分配问题传感多目标规划模型，研发混合并行遗传算法，利用eM-plant仿真软件开展仿真实验对算法实施检验，且基于出现的不可行解研发出基因修复技术[26]。Zhang等（2010）对连续泊位与特定岸桥（限制其允许作业的泊位范畴）的调配问题创建混合整数规划模型，且寻找次梯度优化方式开展求解。Rae等（2011）对连续泊位与岸桥数目划分问题创建混合整数规划模型，在其中目标函数内增加岸桥移动而造成的惩罚成本[27]。基于上述现实约束下的混合整数规划模型，确定启发式算法开展求解。Elway等（2013）基于码头的角度进行分析，将最小化服务质量费用与运营费用当做目标创建泊位和岸桥共同调度的模型，指出基于启发式的处理方式来求解。Mario Rodriguez-Moline等（2013）思考利用管理船舶的货舱，将最小化全部船舶的总等待时间当做目标创建调度模型，指出全新的创新元启发式方式开展求解[28]。Mario Rodriguez-Moline等（2014）思考了泊位分配和岸桥调度的鲁棒性，主要是来处置可能时间或故障缓冲时间，将最小化全部船舶的总服务时间与最大化鲁棒性当做目标，设计遗传算法来开展求解[29]。

　　1.2.3现有研究存在的问题

　　因为其本身的繁杂性，当前有关件杂货码头装卸作业的分析资料并不多，现有的资料大部分是我国专家的分析结论，其他国家的分析并不多。上述分析通常汇聚在船舶调度、门机、装卸作业效率、工艺优化、机械设施分配等部分，只有极少部分资料对件杂货码头的排船问题开展深入分析；有关集装箱码头连续泊位调度情况，各个国家的专家都开展相应分析，然而只有少部分文章对连续型泊位分配开展优化；此外和集装箱码头不一样的是，件杂货码头在实施泊位调度的时候要全面分析水平运输距离的作用[30]。因为货物的装卸工艺、堆码方式等与其自身性状有很大关联，不同货物的操作流程大相径庭，因此难以像集装箱码头一样独立优化泊位；利用查询充足信息可知，分析连续型件杂货码头泊位划分问题，不只具备相应的理论分析意义，此外对件杂货码头的现实作业也具备相应的实际引导价值，能够为码头公司创造利润和价值。

　　1.3.1本文研究内容

　　当前，因为件杂货船舶的规模化水平高，此类码头一般使用两条和以上作业线对船舶开展多舱口作业。件杂货装卸作业线一般使用门座式起重机—拖车（加拖板）—轮胎起重机（叉车）的工作方式，件杂货码头泊位划分问题在思考靠泊方位时，首先要分析货物水平运输距离，此外也需要思考船舶对照货场的作业线划分，进而提升装卸工作效率，减少工作时间，确保多作业线时期的船舶作业更加均衡。本文会在借鉴集装箱码头泊位调度有关文献的前提下，使用启发式算法，对件杂货码头的连续泊位调度和货场分配情况开展分析。不只思考泊位等级，而且考虑不同靠泊位置对于件杂货作业船舶装卸效率的影响，在保证作业线作业量平衡的时候减少船舶对应全部作业线的最高完工时间。详细的说说，本文分析内容重点包含下面几个部分：

　　（1）对件杂货码头的装卸作业体系开展深入研究，分析作业线机械分配、装卸用工属具、具体作业工艺和作用于码头装卸作业效率的条件；

　　（2）思考泊位等级，此外思考货物从货场到码头泊位彼此间的水平运输长度对船舶进行泊位调度，创建连续泊位调度模型；

　　（3）提前设置码头岸线作业效率的位置参数，进行模型构建。

　　（4）针对构建的模型，利用相关规则来确定船舶的靠泊位置，通过验证之前三个月的船舶数据，进行模拟，得出结论。

　　1.3.2本文解决的关键问题

　　现阶段，件杂货码头的泊位大多为离散型泊位分配方法，采取“FIRST COME FIRST SEVER先到先服务”的原则，针对不同长度、不同吃水深度的船舶，针对性的安排到相应的泊位，再根据泊位水深、实际操作吨数、各舱口实际作业情况安排作业线进行作业，这样的安排方式在船舶密集到港的情况下将出现码头利用率低下的情况，但传统件杂货码头因为作业方式一仓一变，尤其是货物分布零散，从堆场到码头实际操作时间无法准确控制，导致了各码头宁可牺牲一些泊位利用效率也要保证货场周转效率。

　　近几年配送中心的建立使得货物的集港状态有了极大的改观，码头生产的瓶颈问题从货场利用问题转移到了泊位利用问题[31]，因此本文研究的连续型泊位分配方法能够实际解决件杂货码头泊位利用率不高的问题，为各个件杂货码头生产调度规划提出了新的思路，同时也为新码头的建立规划提供了新的可选方案[32]。

　　件杂货码头的装卸作业与货物类型、装卸机械设施、工属具等众多条件相关，是具备多元化、彼此关联性与系统性等特征的庞大作业体系。作业场所是港口、货场、船舶和仓库，相关主体是件杂货，开展装卸作业的人是职员，使用的工具是多种装卸机械设施和专业工属具[33]。组成杂货码头生产元素的装卸设备、作业工艺、相关工属具、船舶与作业主体等类型众多，各不相同，彼此联系，系统结构庞大。在件杂货码头装卸作业时期，由于某台设备在各个作业位置开展件杂货装卸，之后让多个作业方位的各个机械构成一条作业线，完成件杂货在空间部位的转移，继而完成所有装卸作业[34]。

　　装卸作业主要包含码头前沿装卸船作业、码头前沿和货场间水平运送工作、堆场装卸工作。此处，门座式起重机重点承担码头前沿装卸船任务，此时船机与叉车也会参加其辅助任务；拖车重点承担码头前沿和堆场之间的水平运输任务；其中堆场装卸任务一般需要让轮胎吊承担。很多时候叉车可以参加码头前沿和堆场之间的运输任务和装卸任务。评估港口码头服务质量的重要标志是效率情况。所以装卸机械的性能参数、数目划分和其资源调度非常关键。

　　件杂货码头具有以下特点：

　　（1）多样性

　　件杂货装卸作业过程所牵连的众多因素都表现出上述特征。第一件杂货船舶具备多元性，各个船舶外形与内在结构出现差异，吃水深度和船舶等级等各不相同；第二，件杂货装卸作业设备也不同，此类设备一般包含门机、叉车、轮胎吊和拖车等众多类型，相同种类的机械设施依照作业能力的差异被划分成不同类型；第三，件杂货的货类各不相同，多种货物具备对应的包装方式、重量和外形规格等，相同类型的货物也表现出不一样的尺寸大小；第四，件杂货装卸用工属具也各不相同，因为件杂货货类的差异相对明显，为了达到多种货类的现实需求，码头配备的装卸用工属具类型众多。

　　（2）相互关联性

　　件杂货码头的装卸作业时期相关因素之间彼此影响，具备彼此关联性。例如，相同装卸作业机械设施不同的工属具能够对众多类型的货物开展装卸活动；相同工属具可分配在众多种类机械上以便满足各个货类的作业标准；相同装卸作业工艺能够用来开展不同货类的装卸活动。

　　（3）系统性

　　件杂货装卸作业时期所牵连到的相关因素全面构成码头的装卸作业体系。此类作业是由各种类型的装卸作业机械设施和工属具，依照特定的装卸作业流程来开展的多环节体系，各个环节彼此间都建立一定的关系。件杂货码头的所有装卸作业效率和作业线的效率有关，作业线内某部分发生问题都会显著影响整个作业线的装卸效率，最终影响码头的综合装卸效率。

　　（4）复杂性

　　杂货码头的综合作业能力一般涵盖多个部分，例如机械和工属具的分配，职员操作技术的掌控，码头生产管理的合理性全部是关键的因素。我们将机械配置当案例，此类码头的机械类型和参数规格相对繁杂，作业机械主要涵盖轮胎式起重机（轮胎吊）、叉车、装载机、牵引车头（拖头）、自卸车、履带式吊车、正面吊（集装箱专用吊）、门座式起重机（门吊）、一些杂货船舶也分配船机。所有机械也许涵盖众多参数大小，我们将轮胎式起重机当做案例：其起重水平主要包含２５ｔ、４０ｔ、５０ｔ、６５ｔ，基于陆地作业各个货类和各个重量和负荷开展科学搭配和挑选，为了得到最好的分配效果，需要对轮胎吊的负荷衰减，运作损耗开展研究，寻找什么机械在某种货类作业时期具备更高的性价比，不只要研究单货类作业效率，此外也需要对所有工班的作业规划开展统筹，得到最符合的配置预案。此外，我们也需要思考在其余作业中的多个部分，所以假如汇总起来相对繁杂。

　　2.1.1件杂货码头作业分类

　　（1）货物集港

　　天津港X公司的件杂货码头业务以出口货物为主，因此出口货物的集港备货成为件杂货码头的重要业务流程。库场作业表示把货物从存货场地，采用轮胎起重机或者叉车把装船货物搬运到水平运输工具上，且进行相应的加固，避免物品掉落。外来的运输车辆装载货物到港口货场，经由港口协调调度装卸至相应的堆场区域，堆场区域的选择要根据目的船的船期和预计靠泊位置进行动态的分配协调，集港作业大量使用轮胎吊进行吊装，一般每条作业线配3-4名工人，根据货物种类的不同，作业线效率300-1500吨／小时。

　　件杂货码头的后方作业主要涉及货物集疏港的装卸过程，汽运货物一般由外部汽车运到特定货场，之后让货场轮胎吊开展卸车工作；陆运物品通过火车达到之后，一般让车边轮胎吊作业、拖车水平运输作业和货场轮胎吊或叉车作业来结束物品在火车与货场之间的方位转变。车边轮胎吊把货物卸载到港内拖板上，之后让拖车把拖板运送到相应地点，最终使用货场轮胎吊把物品搬运到目的地。拖车在所有作业时期使用甩挂运输模式，单个拖车分配三个拖板。也就是在货场把空拖板拖到火车车边开展装载，之后再车边把装载完成的拖板运送到货场。假如拖车到达货场的时候，拖板上货物没有卸完，拖车通常需要在原地等待。此外，假如拖车到车边的时候，拖板没有装载完成，拖车就需要继续等待。

　　（2）水平运输

　　水平运输表示从库场利用牵引车与拖板车把物品运送到船边工作。货物需要装船时，由调度室派出机械将货物由货垛运至船边，是码头生产作业的水平运输环节。船边作业作表示采用叉车等龙口设备，把拖板车上的物品卸到码头，此外堆码成对应的垛型，方便门座式起重机运作。一般使用拖车进行作业，同时拖车也可在不同货场间运输工属具来辅助轮胎吊完成转场作业。

　　（3）货物装船

　　物品达到船边之后，采用岸边吊车或船机搭配工人工作，采用合适的工属具把货物吊装到船内，且依照船方标准开始码放。因为货物类型较多，职员操作习惯不同，所以无法直接对所有生产环节开展管控，需要专人开展实地监控[35]。

　　出口装船作业是件杂货码头的关键模式，还是人力与机力资源占用最多的部分，装船作业表示采用门座式起重机或者船载起重机把货物吊装到舱内，且放到合适的位置。舱内作业表示把吊装到船内的物品科学放置起来，以便确保物品的平稳性、船的均衡性，方便未来职员对货物实施加固。

　　和自动化水平高的集装箱码头作业模式不一样，件杂货码头受到货物属性的限制，不能得到如同集装箱装卸一般的自动化水平。摘挂钩操作变成件杂货装卸物品时期必须存在的一部分。因此，摘挂钩的时间会增加装卸综合时间。从现实经验上分析，摘挂钩职员的素养、职员之间的合作默契情况和摘挂钩工作时期使用工具的匹配情况都会变成影响摘挂钩时间的重要因素。

　　（4）集港和装船系统对整体作业效率的影响

　　集港环节在传统件杂货码头拥有举足轻重的地位，因为货物集港的效果不同对于码头整体的综合作业效率有极大影响，因此传统件杂货码头都将动态优化货物集港的车型路线、货物分布等作为重点对象进行提升。但是近年来，码头周围配送货场发展迅猛，天津港周围大型配送站年中转量达到400万吨以上，因此带来的大量的船放作业模式减轻了货物集港安排的压力，转而对码头使用效率提出了更高的要求，因为货物船放车辆直接将货物运送至作业线，码头前沿的生产作业效率有了基础性保证，而大量的货物无法装船的原因在于船舶等泊位进港，因此对于码头利用率提高是近年来件杂货码头作业问题研究的重点。

　　2.1.2件杂货码头作业流程

　　件杂货码头作业流程根据货物贸易性质、物理性质以及其他各种不可控因素存在较大差别，但外贸进出口货物的基础流程适用于各类货物，其他特殊的操作流程也是根据基础流程加以变通，在此简要分析外贸出口普通货物的操作流程，进口作业即为相反流程。。

　　由于件杂货码头作业货类的多元性以及作业环境的不稳定性，在多种作业条件下需要挑选对应的作业工艺。此外，在作业线现实运作中，一般会遇到机械设施与工属具的挑选问题，正确的机械设施与工属具的挑选可以确保所有作业线的装卸效率[36]。

　　每天早上8:30分，调度室在交接班会议之后，单船计划员开始和值船业务员、外理组长沟通用货与装货数据和开头情况等相关数据。之后和大副或港口船长沟通此后的装货内容。例如：各舱物品的堆码高度，宽度，是否开展返高作业等其余独特工作，独特物品的作业模式，物品加固模式等。且依照作业进度确定离港顺序，且在上午12:00之前申报给集团企业调度指挥中心计划科，让计划科内部职员确保各企业动态均衡，且在下午两点之前下发放给作业企业。假如遭遇船舶货物退关或其余因素导致需要船舶短期离港，需要让值班调度员提早一个半小时向集团企业调度指挥中心值班主任提出动态申报，且向其说明临时动态申报的具体时间，具体原因，引水员和拖轮状况，让指挥中心值班管理者根据整体动态，均衡之后把动态传送给作业企业。假如因为肚中因素导致船舶开船动态不能如期进行，需要让企业调度员向集团企业调度指挥中心值主管解释动态不能如期进行的因素，且向值班主任申报全新的开船动态。之后让集团企业调度主管根据整体动态，确定后续计划下发给作业企业。

　　出口装船作业是耗损人力与机力资源最多的环节，出口装船的环节一般能够被划分成下面几个部分：库场作业、水平运送、龙口作业、装船与舱内作业五方面。此处去除装船作业是不能省略的环节以外，其余所有步骤都能因作业模式的变动而变动。库场作业表示把物品从存货地点，采用轮胎起重机或者叉车把装船货物转运到水平运输工具上，且为此工具进行加固，避免物品滑落。水平运输表示在库场使用牵引车与拖板车把货物运送到龙口[37]。龙口作业表示采用叉车等龙口设备，把拖板车上的物品卸载到龙口，且堆码成相应的燥型，便于门座式起重机吊装。装船作业表示才停门座式或者船载起重机把物品吊装到船舱内，且归置到科学的位置。舱内作业表示把吊装到船内的物品科学码放起来，以便确保货物的平稳性、船体均衡性，方便此后加固人员对物品实施加固[38]。

　　上述就是装船作业时期的关键流程，接下来主要对货类开展全面叙述。

　　（1）常见钢材装船作业流程分析

　　目前常见钢材表示在件杂货码头作业内占据大部分的钢材种类，此处包含：卷板、带钢、螺纹钢、盘条、钢板、型钢、槽钢普遍的钢材种类。上述钢材均具有特定尺寸与重量，因此上述货类的特征是长久不用替换工具和作业模式，实际效率高。作业流程为：值船业务员得到由船方准备的配载图与货单、船方约定好的作业模式与堆码高度、加固模式等，需要让值船业务员向调度员申报作业机械。假如是内贸船，需要让船方出具具有船章的要货条，假如是外贸船就要告知理货组长与职员准备要货条。让工人携带要货条到库里寻找理货员检查，让职员携带工人到库场明确所装货物的类型、大小、单件重量与所使用的工具类型[39]。之后让工人到工具库选择需要的工具，且引导作业机械到作业场地开展工作，之后让水平运输工具把货物从货场运送到龙口。且让龙口机械把货物卸载到龙口，此后把货物放置成便于门式起重机工作的垛型，之后让门座式或者船载起重机把货物吊到船内，且让舱内机械把货物放置到对应的方位[40-41]。设备工作的特征主要是：所有货物尺寸、类型、材料等属性不同，此外缺少可以遵从的装卸规则。因此设施作业在件恭货码头的作业基本上依赖之前积攒的经验。

　　（2）特种设备装船作业流程分析

　　由于设施作业的独特性，工属具分配与起吊模式的挑选有很多选择，此外因为设施包装类型出现差异，挑选吊点与重心还是此类作业的重点。其中常见设施一般爱哦时重量低于35吨，长度低于12米，宽低于5米，高低于3.5米的设施，上述要求主要是由于：件杂货码头的门座式起重机最高负荷是38吨，但是水平运输的牵引车规格是长12米，款3米，工人利用梯子能触碰到的高度是3.5米[42]。因为设备作业具有众多不明确性，因此设施装船的作业环节相对繁杂，第一需要让船方派遣代表（通常是大副或者船长）引导业务员、记录员与外理到货场开展分析，且依照船舱状况与机械状况确定舱底草图，明确需要装置的全部货物且让记录员全部记载下来，让准备要货条给理货员，且让理货员明确选择货物的船名与提单号。四方明确没有问题之后让库场机械把设备吊到水平运输工具上，运送到龙口之后，采用门座式或者船载起重机把货物运送到船船内，让舱内机械把物品放到科学位置，且让加固人员按时开展加固活动，以便确保货物和人员安全[43]。

　　（3）散杂货装船作业流程分析

　　件杂货作业码头去除作业一般的件杂货之外，很多时候也需要根据集团企业的集中安排，承担杂货出口工作。一般货类主要是：散巩土、散玉米、散碱与散甜菜粕等散装货类。散货装船主要工作步骤是：让调度室计划员依照码头状况明确出口作业船舶的停靠方位，且使用隔离徵的设定提早确定好发货位置与范畴。提早与船舶代理企业交流，明确装载船图。在船舶到港之前一天告知货主发货，且基于船图与船舱对照的方位，依照提单号的差异开展装船[44]。船舶稳定之后，等待商检和货主检验，上述步骤全部结束之后，让值船业务员告知调度员安排作业机械。龙口作业常见配备装载机开展归块工作，之后让门座式起重机换抓斗开展装舱工作。在出口货不多时，门座式起重机采用抓斗不能继续抓起货物时，需要让装载机把货物运送到料斗内，之后让门座式起重机吊到船内。在装船结束之后，需要根据船方需求开展平船工作，以便确保船体的均衡性[45]。

　　2.1.3件杂货码头主要装卸工艺

　　进出口装卸船作业表示基于进出口货物对船舶开展卸船或是装船操作的具体过程。出口装船与进口卸船作业是彼此对立的过程，一般被划分成下面几类：

　　（1）船—场工艺流程：

　　件杂货船舶与货场间的作业工艺流程如图2.1所示。

　　

　　（2）船—车工艺流程

　　件杂货船舶和卡车（火车）之间的具体工艺程序参考图所示。

　　

　　（3）转场作业

　　转场作业表示作业线在某货场的工作结束之后，转变到下个货场再次开展操作的过程。此过程内货场之间的具体工艺程序参考图所示。

　

　　因为件杂货码头作业货类的多元性与作业条件的持续变化，在各个作业环境下需要挑选多种装卸作业方式。此外，在作业线的现实操作中，一般会牵连到机械设备与工属具的挑选问题，正确的机械设备和工属具可以确保所有作业线的实际效率。

　　先定义船舶的总服务时间包括船舶等待时间和船舶的装卸作业时间，而总服务时间是船舶的装卸作业时间，它是依赖于船舶靠泊的位置假设基础上的。下面介绍两种泊位分布模型的类型：离散型和连续型。离散型的观点是认为在计划开始前，船舶已经到港，然而，连续型的观点认为在计划期内人们要考虑即将到达的船舶和没有按计划到达的船舶，并且会在稍后的时间内到达的船舶[46]。

　　2.2.1离散型泊位分配方法

　　对于离散型件杂货码头泊位分配来说，之前国外学者有过关于此问题的研究，发表了关于泊位分配的启发式算法，它是由于香港的HIT（香港国际码头）的更加有效的港口利用的启发下产生的[49]。传统的船舶在港靠泊作业遵循先到达先服务的原则（FCFS）[47]，件杂货船舶到港之后根据船舶的长度、吃水、配载等诸多因素将船舶安排到事先划定好的泊位中进行装卸作业，泊位的长度、水深等基本因素均是确定的。这样的安排形式方便码头进行调度指挥，泊位安排的复杂性低，易于学习和掌握，但是在船舶集中到达的情况下，极易出现大型船舶占用两个泊位导致众多小型船舶压港[48]，或是小型船舶占用大型泊位导致大型船舶不能靠泊的情况出现。

　　2.2.2连续性泊位分配方法

　　连续型件杂货码头泊位分配有很大的弹性[50]，比离散型的在泊位的利用上有更高的效率和生产能力[51]。然而，它的优点被连续型件杂货码头泊位分配这个问题的复杂性所抵消了。

　　在连续型件杂货码头泊位分配中，一个计划任务从几何的角度看是如下的问题：首先将需要安排进行装卸作业的船舶定义为矩形方格，将泊位靠泊所需物理空间定义为横轴，装卸时间定义为纵轴，横轴和纵轴形成一个类似于盒子的封闭区域，那么如何有效地让这些矩形打包或者在盒子中摆放就是我们所面对的泊位分配问题，在此将其称之为平面切割问题。

　　方格的水平边缘类似于船舶和码头的实际长度，垂直边缘类相似于船舶的装卸时间和需要的计划时间。平面切割问题（切方块问题）需要解决用一定大小的材料切割出尽量多的指定大小的物体，目的是最小化剪裁损失，以便最大化收益。很多的切方块问题解决的是切割材料（比如卷纸，木材，玻璃等等）把它们剪成小段矩形块[51]。在其他的切方块问题观点中，所有的块都有固定的大小，比如图2.4左所示。其他种类没有这样的大小限制。由于切方块问题是非确定性多项式，很多的研究都关注于启发式算法的过程。在切方块问题中有两个方式：连续型切割和非连续型切割割。非连续型切割，即图2.4居中，需要所有在矩形上的切割都要是从空间的一边到另一边的直线。连续型切割的模式是允许更有弹性的切割，即图2.4右，因此更多的空间可以应用的更灵活。

　

　　连续型件杂货码头泊位分配的问题模式和这种确定大小的切方块问题是等价的，仅有的不同之处在于：虽然所有的矩形在切方块问题中都是可得的，但是在连续型件杂货码头泊位分配中有一些是不可得的。连续型件杂货码头泊位分配的限制可以用图表的形式来描述，在图2.4中一些矩形的位置是不能移动的（尽管看上去可以）。这个限制是由于船舶不能在他们到达港口之前靠泊的事实产生的。因此很容易推断，就问题设置来说，静态的连续型件杂货码头泊位分配的方法和确定大小的切方块问题法是完全一样的。

　　2.2.3综合分析

　　连续型件杂货码头泊位分配启发式算法调查的是单一的船舶个体[52]。我们研究的是在离散型件杂货码头泊位分配的解中定义的那样，船舶的装卸时间随着装卸起始时间在增加的问题。当一艘特定的船舶（叫做目标船舶或者TS）在实验中，我们可以打开一个像图2.4种所示的码头空间窗口，它是在两条已经检查过的在目标船舶两边离其他目标相邻船舶（ASs）之间设立的。如果目标船舶和其他重叠船舶（叫做OSs），那么我们会重新安排目标船舶或者重叠船舶，让它沿着码头轴以此来解决重叠的问题。要主要到，在这一过程中，相邻船舶从来不会被重新安排，因为他们已经被检查过了，并且他们的位置已经固定了。我们组合一对目标船舶和一个重叠船舶。我们认为高优先权船舶是那些装卸时间具有较快增长的船舶，其余船舶为低优先权船舶（举例来说：有更小的增长）。然后，我们先安置高优先权的船舶在窗户中最佳的码头位置（就装卸时间而言）。然后我们安置低优先权的船舶在中窗户中有最佳的位置，因此两条船舶都不会有重叠。这个过程依据的是，根据离散型件杂货码头泊位分配的解，两条船舶不一定都在最佳的位置上的前提下进行的。此外，即使在离散型件杂货码头泊位分配中两条船舶都在最佳的位置上，这些位置也不是连续的，而是根据泊位长度定义的那样，是离散的，因此在离散型件杂货码头泊位分配中船舶的最佳位置不一定在连续型件杂货码头泊位分配中是最优的[53]。处理船舶的顺序是合乎情理的，因为如果高优先权的船舶在低优先权船舶的后面进行重新安置，那么前者就不会被安置在最佳地点，这种重置很可能会造成比我们定义的移动原则长的装卸时间。

　　（1）本章介绍了件杂货码头泊位分配的主要方式：连续型泊位分配和离散型泊位分配。分析了这两种方式的利弊

　　（2）本章将件杂货码头分配问题形象化的表示为平面上的方块切割法，用平面方块切割法形象表示了离散型和连续型两种集装箱码头分配方法。将问题形象化，方便模型的建立和理解。

　　（3）本章介绍了件杂货码头的基本运行方式。

　　3.1.1天津港X公司成立背景及主要业务

　　天津港位于京津城市带与环勸海经济圈的重合点上，是北京地区的海上要道、国内第二大外贸口岸、连接海上与陆上“丝绸之路”的关键节点，是关联东北亚和中西亚的桥梁。天津港是全球级别较高的人工深水港，当前主航道水深为-22米，30万吨级船舶能够乘潮进出港。

　　伴随我国经济结构发展模式的改变与四周港口的持续发展，此后港口彼此间的竞争开始进入白热化阶段。其中港口公司在此次竞争中的任务也开始出现本质改变。从早期的港老大到物流服务提供者，谁的变革效率高，谁就可以在发展中占据更大的机遇。

　　天津港X有限公司隶属天津港（集团）有限公司[54]，现为天津港集团有限公司的全资子公司，X公司位于天津滨海新区新港二号路，铁路、公路运输极为便利，是天津港是具备综合水平的散杂货装卸企业。运作钢材、设施、粮食等多种进出口散杂货物的装卸、堆存、中转联运，且可以提供船代、货代、报关、劳务、港埠业务咨询等服务。X公司拥有万吨级以上深水泊位15个[55]，最大靠泊10万吨级船舶；大型仓库9座，库场总面积130万平方米；岸桥、门式起重机、轮胎式起重机等各类高效港口作业机械400余台套；由岸边皮带长廊和陆地卸粮池组成的专业散粮接卸设备和总容量为11万吨的散粮筒仓群（总容量为12万吨的筒仓群正在加紧规划建设）；近年货物吞吐量在3000万吨左右[56]。

　　3.1.2天津港X公司发展规模概况

　　天津港X公司是由原天津港第一港埠有限公司和天津港第二港埠有限公司合并而来，2017年4月正式合并为天津港X公司，其码头资源、货场资源、客户资源全部合并，合并后的天津港X公司是天津港集团最大的件杂货经营公司，占天津港集团件杂货吞吐量的90%以上，可以看做天津港集团的板块化企业，对外竞争由之前的互相竞争改

　　

　　为一致对外竞争，企业市场话语权大增。对于一个外贸钢材占大部分吞吐量的码头作业公司来说，天津港四周的津唐港、唐山港、黄骅港、临港工业区等码头也开始持续提高本身的装卸水平，对天津港造成相应的影响。

　　3.1.3天津港X公司市场竞争环境分析

　　1.临港港区

　　目前，临港工业区大沽沙航道全长27.5公里，（主航道）水深-15米，现为10万吨级航道。可基本满足区内各企业所需产品运输需要。目前大沽沙航道船舶只能白天进出港，不能夜航。临港工业区投入使用的散杂货通用泊位共计8个。其中：由天津贻成集团和天津世纪集团合资经营的共计4个泊位[56]，其中2个2万吨级，2个5万吨级，岸线长870米，泊位水深-12.5米至-14.5米。前沿堆场面积为40万㎡，岸线门机共计10台，其中有25吨门机5台，4台40吨门机。另外，由临港工业区独资经营的通用泊位4个，岸线总长1100米。目前投入使用2个泊位，等级为7万吨级，岸线长度550米，码头水深-15米，岸边门机共计10台，全部为40吨负荷，后方及码头前沿堆场共计20万㎡。

　　临港工业区粮油基地共计4平方公里，中粮、京粮、印尼金光集团等8家粮油企业客户共同投资兴建。到2015年将形成1000万吨级压榨油和400万吨精油规模。目前有3个7万吨级专业化泊位。1#泊位为中粮独资，岸线长310米，泊位水深-16米，岸线机械为1台吸粮机，2台门机，年吞吐量400万吨。

　　2#、3#泊位为京粮、印尼金光等6家共同投资兴建，岸线长542米，码头等级7万吨级，码头水深-16米，吞吐量为800万吨。

　　临港工业区从事油品作业泊位共计4个。其中1个1万吨级，3个5万吨级。其中，5#、6#泊位为天津思多而特码头有限公司，5#泊位等级为1万吨级，岸线长365米，泊位水深-9米，吞吐能力153万吨；6#泊位等级为5万吨级，码头岸线长604米，码头水深-11米，吞吐能力180万吨；后方配套48万m³罐容与码头连接。7#、8#泊位为临港孚宝公司，岸线总长604米，可满足吃水在-14.5米的10万吨级船舶进港作业，公司拥有21万m³的化工品配套罐区，年吞吐能力370万吨。

　　2.黄骅港

　　航道整体长度是38.48公里（大约19海里），底宽170米，航道边坡比是1：5，当前采用水深-14米。一期港池宽度是400米，二期则是487米。散、杂货码头使用找桥码头分布方式，综合长度378米，目前沿水深13米。从西到东是1号与2号泊位。码头目前具有四台门座式起重机（各两台16吨以及40吨门机），可以停靠万吨级以下船舶。根据分析，在该港的货物年吞吐量中，煤炭和其制品所占比值为97%左右，年杂货运输发货量是7万吨。

　　当前正式运作的综合港区，依照其后续发展定位与大致开发现实需求，明确港区内一般分布通用散杂货码头作业区、集装箱码头作业区、支持系统区、成品油和液体化工品以及预留码头作业区，且计划留存远景发展区。此处通用散杂货作业区地处一港池南边和底部，总共产生岸线5329米，可发展万吨级泊位17个。

　　3.京唐港

　　钢铁开始变成京唐港关键货源，2007年该港年钢铁运输第一次超过1000万吨大关。京唐港当前逐渐产生三十多个内外贸班轮航线[57]，此外密度持续提升，稳固钢铁货物运输链，不断促进京唐港钢铁南北绿色运输道路的创建，尤其是国外航线完成直达非洲外贸航线的全新突破。研究人员指出，由唐钢与邯钢集团共同创建产生的河北钢铁集团，会挑选京唐港当做临海基地位置[58]。

　　得到更高的经济效益是公司生产运作的主要目标，基于当前航运产业的竞争情况，相关件杂货码头企业都开始奋勇向前，想要取得充足货源，然而因为明显的同质化，价格变成此时最关键的决定条件，相关码头企业会产生彼此杀价的问题，恶性竞争对行业未来扩张造成明显的负面作用，想要打破僵局，需要在公司管理上不断创新，寻找提高公司作业水平的方式，利用较高的质量和专业服务得到大量顾客。

　　3.2.1天津港X公司基本经营介绍

　　2017年，天津港X公司完成2730万吨，完成经营收入9.34亿元。其中散粮装卸651万吨，钢材装卸1379万吨，设备装卸700万吨（计费吨）。对于非粮食货类，其种类细分如下：　

　　其中可看出，日航航线和内贸航线作业钢材类货物比较集中，西非航线和波湾航线作业非钢材类货物比较集中，班轮配载比较复杂，一般使用舱底装钢材，甲板和货场上部装设备类货物的装载模式。从图上可以看出，天津港X公司作业的目的港多，航线分布复杂，长期作业货类接近50类，使用7-11种工艺方式进行装卸，作业复杂，困难度大。

　　当前天津港X企业生产组织管理一般被划分成不同的系统，主要是机务和业务系统，前者主要管理生产中设备、工艺、设施、技术部分；后者主要负责货源，质量，安全，效率等管理和生产的计划。因为使用劳务分包，现场作业工人和机械驾驶员主要被各个劳务承派遣。企业综合生产秩序让调度室进行引导，调度室需要依照集团企业的排船修订企业月度、旬度、五日滚动计划，且按时追查船舶到港状况，在船舶进港之前２４小时内和下午１４点确认会正式把生产组织计划下发给企业其余生产有关组织，且筹划具体工作标准。船舶确认进港操作以后，调度室计划员需要将工班当做单位编写《昼夜计划配工表》，统筹派遣后续的工班人员保障、机械设施、预估工班量等数据，其余部口在得到配工表后，需要按时派遣基层人员对自身职责范畴内的工作开展相应的规划，保证生产的全面进行。

　　在船舶进港之后，单船计划员会编写船舶的昼夜生产规划，生产计划编写的早期目标就是统筹资源划分，提升工作效率，然而在现实生产内，因为下面众多因素，一般会造成生产资源划分不科学：

　　1、计划编写大部分依靠个人经验，即便杂货码头经过长久的发展历史，不管从设备还是场地或者是作业工属具都出现明显的发展，然而因为其作业多样性和繁杂性，到现在并未制定完善、可实施的指导标准来为生产管理准备基础，所以在计划编写的时候，大部分依赖计划员长久的现实经验来编写，在缺少信息基础的情况下，有时候会导致资源使用效率不高。

　　2、装船条件差异显著，和专业化码头对船型的严苛标准进行比较[61]，件杂货对于装船条件并未提出过于严苛的标准，所以在现实执行的时候会看到众多船型，比如７舱口的巴拿马型散货轮，具备重吊和多层柜的专用杂货轮等，因为航运业综合发展情况不好，大部分船企业开始放宽对自身船舶的载货要求，因为各个船舶舱型不一样，所以在遇到相同物品的时候具有不一样的装载条件，一般实际效率也会出现差异，在上述情况下，无法开展科学判定。

　　3、对机械或工属具的数据了解并不深入，因为货物类型众多，件杂货码头现场作业需要多种装卸工属具和机械搭配进行，所有工具都有独特的使用要求，各个使用模式对照不一样的负荷和效率，各个作业机械会影响吊装效率，所以不同变量组合之后就导致计划编写难度增加。

　　3.2.2天津港X公司第三方物流介绍

　　近年来，随着货代行业的不断兼并重组，出现了几家大型的件杂货代理公司，这些公司逐渐形成了庞大的货物中转场站进行货物中转作业，沿海与沿区口岸和港口是海运供应链服务体系的关键节点与基础，提供专业化与程序化的第三方物流不只是满足贸易区域化的物流需要，此外还是提升件杂货码头公司综合竞争水平与世界影响力的关键举措与方式。

　　“区域到区域”与“点到点”的货物与数据从生产方与供应方进入加工方与需求方的物体真实流程与环节，是综合体系化的第三方物流系统的前提与构成方面。“区域物流”表示国际贸易与加工的货物与数据的全球化与系统化的供应链物流，上述情况都受到相同法律与世界公约的限制，受到各个文化与社会的影响，所以都表现出不同的特点。

　　港口区域物流包含“港口”、“区域”、“物流”三方面。“港口”表示：进出货物与数据的口岸与区域；“区域”与“物流”之前就全面叙述过。“港口区域到区域”和“港口节点到节点”的进出口货物与数据从沿海口岸与此口岸所覆盖的经济地区彼此互动的供应过程。将沿海港口与港区当做核心，创建“保税物流园区—物流中心—配送中心”的发展方式，也就是：在沿海口岸区域设置保税物流园；在沿海覆盖地区与所联系的内陆城市，通过方便的铁路与公路交通网络创建仓储物流中心；在交通网络的四周创建货物配送基地，最后创建口岸梯度区域物流体系[59]。

　　以下是几家货代公司2017年的货物中转量：

　　表3.3三家大型货代的年中转量

　　Table 3.3 Annual turnover of three large freight forwarders

　　公司2017年中转量

　　晟亚公司70万吨

　　云盛公司290万吨

　　新里程公司140万吨

　　这种情况的出现基于以下几个原因

　　（1）港口库场区域的有限性

　　天津港X公司是全国历史最为悠久的件杂货码头，是新中国第一批对外开放的港口，因此在库场的区域，符合等硬件指标上均落后于新建码头，相比于天津港X公司接近3000万吨的吞吐量来说，货场最大堆码能力在150万吨左右，也就是说，货物的最大堆存期只有18天，相比而言，周围港口的平均堆存期均在30天以上，最多的达到69天。这就到了高峰期压港的情况，但是随着周边港口的竞争压力加大，货主的妥协性降低，货代公司为了揽货增量不得不提供中转场地进行倒卸，随着货运量不断加大，货物的中转为货代公司带来了新的利润增长点，货物中转的形式开始流行。

　　（2）钢材货物贸易属性的增加

　　近年来，钢材类货物价格一路猛涨，这导致了众多贸易商进入市场中攫取利润[60]。之前的钢厂为主要货主出口的模式逐渐转变为贸易商为主要货主快销赚取差价的模式。和传统钢厂相比，贸易商对港口堆存的市场更加敏感，更加注重货物的快速集港装船，几乎不可能容忍货物在港口大门过夜等待卸货的情况。

　　（3）港口企业降低成本的需要

　　港口企业作为老字号国企，人员多负担重，在生产成本上无法与私人企业进行比较，货代中转场地的出现减少了企业作业的环节，虽然因此港口为货代免除了一部分的装卸费，但是和总的成本相比，利润大大增加。

　　基于以上原因，港口企业和货代双方发展出了中转配送这一模式，现已经形成较大规模，基本垄断了近洋航线的作业。因此，港口企业能更加专注的进行装船作业，效率极大提升，那么泊位使用率的提升就成了制约港口生产效率的短板。

　　天津港x公司的泊位现状如图所示：

　　

　　天津港X公司共15个泊位，其中合并前一公司为1#-6#泊位，二公司为7#-15#泊位，其中8#、12#、13#泊位为散粮装卸专业化泊位，9#、11#泊位为10万吨级泊位，4#、5#、6#泊位为5万吨级泊位。全部码头岸线长度为3231米，其中1#-6#泊位为1438米，7#-15#泊位为1793米。

　　3.3.1天津港X公司现行泊位分配方法

　　针对于天津港X公司的货类结构，现行的货位分配制度可以总结为以下几个方面：

　　（1）散粮船舶

　　散粮船舶均为6-8万吨级别船舶，全部安排8#、12#、13#作业，完全能够满足散粮货主的装卸需求，同时，这三个泊位作为散粮装卸泊位利用率高，不作为其他船舶靠泊使用。

　　（2）件杂货班轮

　　9#、10#、11#泊位为件杂货班轮停靠泊位，一般为HANDYMAX型货船，为保证班轮直靠以上三个泊位一般只给予固定船公司的班轮使用。

　　（3）西非、波湾航线船舶

　　对于西非、波湾航线船舶，一般由于船舶配载复杂，且船舶密度不大，且14#、15#泊位后方为专用设备类货物堆场，因此14#、15#泊位为西非、波湾航线船舶专用作业泊位。

　　（4）其他船舶

　　对于其他类型的船舶，一般以装载货物以钢材为主，船期不固定、船舶大小尺寸不固定、货物集港通关的情况也不固定，因此会在1#-7#泊位之间进行动态选择，由于现行的离散型泊位分配方法，经常出现在船舶集中到达时船舶压港的情况。

　　3.3.2天津港X公司泊位分配存在问题分析

　　如上文所说，合并后的天津港X公司发挥了1+1＞2的效果，但是也给泊位分配带来了新的难题。合并前的一公司以钢材船舶为主，二公司以散粮和杂货船舶为主，各个船货代理颇有默契的进行分别订舱；在两个公司合二为一后，船公司和货主以及船代货代出于节约成本的因素考虑，使得原先装卸钢材的船舶更加集中地停靠于原一公司的码头处，其他船舶集中于二公司的码头处，再加上配送中心发展已具规模，配货能力逐步提高，能够较为准确的控制装船发货的时间，使得提高货物周转效率的关键点从陆运备货转移到了泊位分配上来。

　　现行的离散型泊位分配方法在安排大量装货量10000吨左右的沿海钢材船舶和装货量30000吨左右的日韩航线船舶时，出于先到先服务的原则，经常出现三个小船舶占用三个大型泊位的现象，码头岸线利用低下利用率低下的问题急需解决。

　　因此我们在这里专门对于1#-7#码头进行连续型泊位分配的尝试，分析连续型泊位分配的技术可行性和经济合理性。

　　本章介绍了天津港集团X公司的基本情况和泊位分配情况，并介绍了x公司泊位分配所面临的问题。

　　4.1.1对于码头服务和船舶到离港时间的假设

　　在静态连续型件杂货码头泊位分配中，假设船舶离港时才会移动，这是因为这种移动在繁忙的件杂货港口很少发生。

　　第一个假设是船舶的装卸作业时间依赖于船舶在港口作业的位置。更确切的说，它假设装卸作业的时间是由于船舶靠泊的位置和件杂货在堆场存储的实体位置决定的。如果每艘船舶都有足够的拖车（或者叉车）来在船舶和堆场之间来托运件杂货，如此一来就会没有间断或者由于岸吊的周期导致的延迟，那么装卸时间就不会受船舶的码头位置和件杂货堆存位置的影响。以上情况只有在在堆场有足够的拖车队来同时完成在港船舶的所有的工作量时才是可能的。然而，这样的计划的成本是很高的，因为在码头不是很繁忙或者即使当码头很繁忙，但是船舶在靠件杂货堆场很近的地方靠泊时，有很多的拖车队是闲置的。根据这个考虑，我们假设由于拖车队数量的限制，每艘船舶没有必要装配足够的拖车队保证起重机的无缝隙作业，特别是在当船舶靠泊的位置离件杂货堆场很远的时候。这就说明了我们假设的船舶装卸作业的时间和它靠泊的位置是有关系的。

　　在实践中，船舶装卸时间和船舶配备的岸吊数量也有关系。通常情况下，件杂货船舶所配备的岸吊数量取决于船舶的载货量和在本港需要装卸的件杂货数量。如果船舶在港口停泊时间有限，需要加快装卸作业时，港口也可根据作业要求适当增加岸吊的数量。

　　第二个假设是之前提到的船舶抵港的本质的动态性。这个研究没有假设任何船舶有确定的离港时间。在实践中，如果船舶没有在确定的离港时间之前离港，码头的操作员会对他们给予一定的罚金。这篇论文关注的是船舶装卸的总效率，因此忽略了违反船舶确定离港时间的因素。然而，由于我们通过对船舶进行适当的服务最小化了延迟，船舶违反确定离港时间的现象也被最小化了。

　　4.1.2对于泊位分配优先性的假设

　　对于这种解法来说，连续型件杂货码头泊位分配需要离散型件杂货码头泊位分配的启发式算法。因此，我们要概括的描述一下后一个问题。

　　全部的码头空间被分解成特定长度的几个街区（或者是泊位）（称为泊位长度）。我们解决离散型件杂货码头泊位分配是依据被分割的泊位的数量。然而，离散型件杂货码头泊位分配本身没有明确的考虑到整个码头的长度和泊位长度，但是有一个隐含的推测是泊位长度在实际应用中不比需要被服务的最大船舶长度短。这个问题的本质说明离散型件杂货码头泊位分配和连续型件杂货码头泊位分配的关系和切方块问题中的断头台式切割与非断头台式切割相似。要知道即使如果没有以上的假设离散型件杂货码头泊位分配就不能被定义，而且产生的解没有意义。这是因为一条大船在泊位的停靠会延伸至邻近的泊位，并且它可能和邻近的船舶产生实际的碰撞。离散型件杂货码头泊位分配的公式在附录中给出。

　　公式认为船舶是物理实体，因为它决定了关于船舶在码头和时间轴上的决策变量。另一方面，离散型件杂货码头泊位分配决定了船舶的泊位和服务的顺序。对于连续型件杂货码头泊位分配一贯的讨论来说，我们可以假设船舶在离散型件杂货码头泊位分配中分配的泊位是中心停泊的。在时间轴上船舶的位置也是基于决策变量的，因此在时间轴上所有的船舶都不会和其他船舶重叠并且都不会在它们到达前接收到服务。

　　我们能够通过一个矩形将船舶用几何形式表示，此种情况下，矩形的长度是船舶的长度，矩形的高是它在港停留的时间（装卸时间）。矩形的底部边缘是船舶装卸的起始时间。上边缘代表的是装卸的完成时间（或者是船舶离港的时间）。码头空间可以几何的用一个无限长的矩形来表示，它的长度是码头的长度，它的高度是时间。

　　参数变量说明:

　　i(=1,……,T)V——一定数量的船舶

　　——船舶i的估计的到港时间

　　——船舶i的长度

　　Q——码头长度

　　——船舶i在码头最小装卸时间的靠泊位置

　　——船舶i的装卸时间

　　——船舶i的码头位置

　　——船舶i的装卸的开始时间

　　(=——船舶i装卸完成的时间

　　在这里和都是整数变量

　　因为船舶有时会由于之前挂靠的船舶的货物装卸的延迟等因素导致之后的船舶会有延迟，因此可能会有些不确定性。然而，我们把连续型件杂货码头泊位分配看做一个确定性的问题，认为船舶到港没有延迟。

　　就像在之前的小节中假设的那样，装卸时间会随着距离最佳靠泊位置的远近成比例变化。我们假设随船舶装卸时间增加，曲线是一条斜率为的直线，其中几何图形的底部边缘的中心代表每艘船舶。装卸时间等于：

　　=+tan（4.1）

　　其中C是船舶i在最佳靠泊位置的装卸时间，tan是装卸增加的时间和船舶i距离最佳位置的比值。我们假设靠泊位置是按照单位长度来衡量的，并且此单位长度在装卸时间中有显著性差异。这里需要讨论这条直线随着装卸时间的延长的变化合理与否。装卸时间和靠泊位置的关系（实际上也是相关集装箱在堆场中存储的位置和在装卸船舶货物过程中用到的岸吊的数量的关系），二者必须通过大量的堆场集装箱操作来加以鉴别。然而，这已经超过了这篇论文的研究范围了。即使通过这样的研究发现这种关系并不是线性的，但是它并不对第四节中讨论的连续型集装箱码头泊位分配的就发产生主要的影响。

　　船舶允许在时间轴或者码头的轴线上有重叠。当它们在远离对方的时间轴和码头轴的位置上时，没有满足重叠的条件。然而，我们发现这种现象的有效性只要在满足一个条件时就会得到保证。结果我们有了如下的对于船舶i和j来说不重叠约束：

　　（4.2）or（4.3）

　　我们发现当这两艘船并排停泊时，一定要注意到某一个最小的船舶的交互距离。每艘船舶都有各自的船舶之间的交互距离。从自然状态来说，因为一些间隙在系缆绳时是必须的，因此这个距离是船舶的距离和宽度的函数。简便起见，这个距离包含在公式中的船舶长度中。此外，当船舶在之前的船舶被服务出靠泊时，一个时间的间隙也是要有的。这个时间被包含在了每艘船舶的装卸时间中。

　　连续型集装箱码头泊位分配是用来决定箱子的（p,t）的坐标轴在码头的长矩形中，所有的箱子都代表船舶是非重叠的并且它们都不被放置在事先决定的水平轴上，这代表了船舶的到达时间。

　　连续型集装箱码头泊位分配可以用如下方程表示

　　（4.3）

　　（4.4）

　　+=1（4.5）

　　-（4.6）

　　+（4.7）

　　（4.8）

　　（4.9）

　　（4.10）

　　在这里：

　　:=1如果在码头轴上非重叠限制适用于船舶i和j，否则=0

　　:=1如果在时间轴上非重叠限制适用于船舶i和j，否则=0

　　目标函数（3）是对于所有船舶服务的总时间，在这里服务时间被定义成从到港到离港用的时间，其中包括等泊的时间。约束集合（4）—（6）是非重叠限制条件。注意到要么码头非重叠或者时间非重叠要得到满足，因此在限制条件（6）中+=1。约束集合（7）和（8）保证了每艘船舶都在码头长度之内靠泊。限制条件（9）保证了在船舶到达后才靠泊。

　　我们要知道，在现实中，绝大多数的计划都是基于滚动区域法做出的。在每一个计划中，我们解决连续型集装箱码头泊位分配的假设是在时间0时，所有的码头位置都是可使用的。然而在现实中，大多数时候码头可能仍然在装卸上条船留下的货物。这就是说码头在计划周期开始时可能还是不可使用的。我们可以通过在求解的过程中进行小幅变更的办法把上述问题考虑在内。

　　就像在4.1节提到的一样，离散型集装箱码头泊位分配的解可以被设想成不论船舶是否和邻近的船舶重叠，都把它们放在分配给它们的泊位中间。然后，我们可以陈述如下的性质：

　　性质1：在问题中，当泊位的长度被设定成船舶的最大长度时，离散型集装箱码头泊位分配的最优解给出了连续型集装箱码头泊位分配的上限。

　　证据：当泊位长度和涉及的船舶的最大尺寸相同时，就船舶长度和泊位长度来说，二者之间没有任何的违规。离散型集装箱码头泊位分配是指派问题的变量。如果有特定泊位长度的离散型集装箱码头泊位分配遵循连续的位置空间，那么它可能用如下公式表示：

　　Min Z（4.1）

　　设（4.4）—（4.10）

　　(4.11)

　　(4.12)

　　(4.13)

　　(4.14)

　　在这里：

　　B是泊位数量

　　|V|V的基数，此处指船舶的数量

　　泊位界限的坐标，定义成：

　　决策变量；并且=1当泊位m被分配给船舶i时，否则=0

　　限制条件（4.11）保证了每艘船舶都不会超过所分配给它的泊位的界限。等式（4.12）表示每艘船舶必须只能在一个泊位停泊。等式（4.13）定义了每个泊位就时间来说能容纳所有船舶的能力。当[P]是[PU]的松弛问题时，[P]的解给出了[PU]的下界。这回头说明[PU]的解规定了[P]的上界。

　　我们可以为离散型集装箱码头泊位分配制定一个小的泊位长度。当我们通过这个制定的方式得到的离散型集装箱码头泊位分配的解，它不实用，因为船舶没有就他们的长度来说被限制在分配的泊位上，并且可能在码头空间内和其他船舶重叠。这可能发生，因为离散型集装箱码头泊位分配的公式没有考虑自然环境限制。如果泊位长度被设定成一个很小的值，比如1m，它比能够能够影响装卸时间的那个长度的值要小，然后我们有如下的性质：

　　性质2：当泊位的长度被设定成一个很小的值时，那么离散型集装箱码头泊位分配的最优解给出了连续型集装箱码头泊位分配的下限。

　　证据：由于被设定的最小可能长度是泊位的长度，船舶在当地放置，在这里它们有最小的装卸时间。由于离散型集装箱码头泊位分配在泊位长度和船舶长度之间没有加入任何的自然环境限制，所以分配的船舶在邻近的泊位两边可能在时间和码头轴上产生重叠。另一方面，船舶的确在码头轴上重叠，并且根据离散型集装箱码头泊位分配的问题结构（这以特性相当于一列在图表2.2中所示的断头台式切割），那些在相同泊位的船舶不会在时间轴上产生重叠。以上谈到的解的特性导致了只有在离散型集装箱码头泊位分配中假设的关于在同一泊位船舶的时间轴在连续型集装箱码头泊位分配中的非重叠限制。并且没有任何的自然条件限制允许船舶（在连续型集装箱码头泊位分配中类似于离散型集装箱码头泊位分配）放置船舶的一部分在码头外，在码头的两个尾部靠泊。

　　Min Z(4.1)

　　设（4.5），（4.6），（4.9）—（4.11），

　　公式[PL]不是离散型集装箱码头泊位分配，因为在公式[PL]中，最佳的解的所有的=0，说明船舶就时间轴来说没有重叠限制。然而，要牢记被规定的泊位长度太小了，以至于他不能再装卸时间上产生不同，公式[PL]的解可以由船舶在泊位的再分配和在离散型集装箱码头泊位分配公式中不增加装卸时间的邻近泊位组成（这些船舶在码头轴上是重叠的）。由于在一个特定泊位的非重叠船舶的操纵结果，公式[PL]的解和离散型集装箱码头泊位分配的相同。因此，离散型集装箱码头泊位分配给出了连续型集装箱码头泊位分配的下界。

　　离散型件杂货码头泊位分配可能对于解决连续型件杂货码头泊位分配问题起到好的指导的作用。作为第一阶段，如果我们能在不考虑泊位长度的情况下获得离散型件杂货码头泊位分配的解，那么作为第二阶段，我们就可以通过船舶重新分配启发式算法（叫做连续型件杂货码头泊位分配启发式算法）来修改解来获得连续型件杂货码头泊位分配的解。

　　下面概括了整个解决问题的过程：

　　第一步：定义最大和最小的泊位长度。

　　同时也要定义在最大和最小程度之间的一系列的中等的长度。

　　第二步：设U=最小的泊位长度。

　　第三步：基于U和码头长度来计算泊位的数量。

　　第四步：通过第三步得到的泊位的数量来解决离散型件杂货码头泊位分配。

　　第五步：通过连续型件杂货码头泊位分配的启发式算法来修正离散型件杂货码头泊位分配的解。

　　第六步：设U=下一个中间长度

　　如果U>最大泊位长度，那么终止；否则转到第三步。

　　在第一步中，泊位长度是确定的。对于一个更好的解，我们应该设定很小的和很大的值分别作为最小和最大长度，并且准备许多的中间值。然而，计算这样的参数设计需要很长时间。从业者可能基于观察到所关心的在码头挂靠船舶的长度来确定泊位长度。举例来说，他们可能应用一半或者更少的支线船舶的长度作为最小值，并应用一般或者更少的干线船长度做最大值。

　　4.4.1实验的样本

　　我们将天津港X公司2017年作业的共计288艘次内贸船舶和日韩航线船舶数据进行参考，观察使用连续型泊位分配方法动态分配上述288艘次船舶是否可行。如下表所示：

　　分类船舶数量平均作业时间（小时）

　　日航及内贸航线288 93.32

　　

　　测量，天津港X公司1#-7#码头长度为1528米，那么我们连续型泊位分配的最大可取长度定位1500米。在这个问题中的船舶有在最佳码头位置的装卸时间和由于实际靠泊位置和最佳位置的偏移而产生的装卸时间的增加速率。数据集的分布的船舶平均大小为180米，平均装卸2.2万吨（计费吨）货物。在最佳码头位置每艘船舶的平均装卸时间大约为93.32小时，船舶到达的模式是按照指数分布的形式的，平均到达间隔是3小时。

　　

　　4.4.2问题的实际求解

　　在解这个问题的过程中，这个问题应该先由离散型件杂货码头泊位分配启发式算法解出，再由连续型件杂货码头泊位分配启发式算法根据离散型件杂货码头泊位分配的解进行处理。在离散型件杂货码头泊位分配的计算过程中，整个的码头空间被分成几个泊位。泊位的数量可能影响最后解的质量。在4.3节中讨论的算法中，泊位数量由给定的泊位长度计算。然而为了简便，并且能够检查出解的质量和泊位数量的关系，我们直接在实验中改变泊位数量。原则上，我们提供泊位的数量通过增加的方式，从值A到值B，这里只要离散型件杂货码头泊位分配能够产生一个可行的解，那么值A时泊位的最大数量，值B是泊位长度小的泊位的数量。与此同时，把码头的长泊位分成小泊位是值得的，因此，每个泊位都能够分别容纳小于等于泊位长度的船舶，这样可以检查离散型件杂货码头泊位分配和连续型件杂货码头泊位分配的解的质量。

　　首先，我们观察连续型件杂货码头泊位分配的解的质量和泊位数的关系。有关船舶的总的服务时间是在每个问题场景中取十个不同的样本再取平均值的方法计算的。对于每个泊位的长度，总的服务时间会随着到达某一数量的泊位数而减小的，而这个数量是由码头长度决定的，举例来说：2、3、4个泊位分别对应码头长度为1000,1200和1500米。只要离散型件杂货码头泊位分配的解在连续型件杂货码头泊位分配中可行，那么这些数量是泊位的最大值。然后，服务时间会随着泊位数量的增加而增加。

　　最初通过离散型件杂货码头泊位分配运算得到的解把船舶分配到更少的泊位上，但是如果有更多的泊位，它会把这些船舶安置的很密集，这样他们很可能产生重叠。连续型件杂货码头泊位分配期望不论在离散型件杂货码头泊位分配中有多少泊位时，都会产生一个优解。然而，根据计算结果，连续型件杂货码头泊位分配算法在泊位数越少时结果越好。换句话说，该算法在用船舶填满空的空间时计算结果很好，而这些船舶在少泊位的离散型件杂货码头泊位分配的解中，在码头—时间空间中的是稀疏的分布的，这是因为要解决在多泊位的离散型件杂货码头泊位分配问题中船舶的重叠问题。要知道最佳的解是和离散型件杂货码头泊位分配产生可行的连续型件杂货码头泊位分配的解的最大数量的泊位一起得到的。

　　

　　当每个码头长度的泊位数量在增加时，改善的程度会减小。在泊位长度增加（或者泊位数量减少）时，下降曲线会更加陡峭。即使只要就连续型件杂货码头泊位分配而言离散型件杂货码头泊位分配的解可行时，改善在最大泊位数时是最小的，但是产生的连续型件杂货码头泊位分配目标函数的值是最佳的。根据所做的实验，一个建议的原则就是通过离散型件杂货码头泊位分配和泊位的长度（由通过最大的船舶的长度来分割码头长度）找到起始解，并且用连续型件杂货码头泊位分配步骤改善它。

　　本章在离散型泊位分配的基础上，将启发式算法加入到模型中。

　　使用少部分泊位，离散型件杂货码头泊位分配统计得出连续型集装箱码头泊位配置的可行解。在此处改善程度是如下定义的：改善=（离散型集装箱码头泊位分配的解-连续型集装箱码头泊位分配的解）/连续型集装箱码头泊位分配问题的解

　

　　可以看出，码头长度在1500,米时模拟10个泊位得到的结果为平均在港时间78.221小时，为最优解。但是同时也应该看到。1200米时5个泊位平均在港时间为82.008小时，虽然平均在港时间比1500米码头略长，但是预留出了一个300米的大型泊位可供大型船舶作业，考虑到两者船舶作业时间差距并不大，在大型船舶集中到达的情况下是可以接受的结果。

　　5.2.1企业经济效益分析

　　根据测算数据得出，天津港X公司使用连续型泊位分配法可共计约4348.8小时船舶在港时间，根据船舶平均在港停时计算，可以多接纳最多55艘次船舶作业，按照平均每艘次船舶计费吨2.2万吨计算，可为天津港X公司额外提供装卸费收入4235万元，占天津港X公司2017年总收入的4.5%。

　　

　　5.2.2社会经济效益分析

　　使用连续型泊位分配方法不仅为公司带来了可观的装卸费收入，同时减少了客户在船舶到达高峰期的压港损失，大大降低了客户的成本和风险，可以极大提升天津港X公司的形象。对于企业内部而言，创新的泊位分配办法可以简化生产中泊位分配的困难程度，降低人工劳动的强度，同时降低人力需求，为公司压缩成本。同时对于生产组织来说，将全部的精力可以集中在装船效率的提升，装船工具的选择和研发等问题上，提升了码头作业的质量，提高了现场文明生产的作业水平；同时，公司可以更加方便的统计各个船舶的码头岸线使用效率、装卸效率，为公司进一步优化生产结构打好基础。

　　对于外部客户而言，天津港X公司提升了企业核心竞争力，构筑企业在件杂货码头公司内的竞争优点。企业可创建和顾客的共赢联盟，完成企业与顾客的“区—港”联动。采用第三方物流服务方案，关注大顾客、追踪中顾客、发展小顾客，不断提升公司的综合竞争水平，赢得客户、船东、船货代理双方、对方港口等五方的好评，提升了天津港件杂货装卸水平，保证了天津港件杂货装卸在全国的领先地位。

　　总结了使用连续型泊位分配方法后天津港X公司取得经济效益和社会效益。

　　(1)论文主要研究结论

　　通过模拟实验，我们可以得到如下的结论：（1）作为一般趋势，连续型件杂货码头泊位分配的解在当离散型件杂货码头泊位分配中的船舶数增加时，它的解的质量会下降。（2）在连续型件杂货码头泊位分配中的每艘船舶的平均服务时间在离散型件杂货码头泊位分配中的船舶数增加时，它的解的质量也会下降。（3）对于一定数量船舶的最佳的解是在当离散型件杂货码头泊位分配算法产生一个对于尽可能多的泊位的连续型件杂货码头泊位分配的可行解的情况下产生的。

　　(2)结论及展望

　　对于件杂货码头来说，连续型的泊位分配方法虽然提高了调度计划的苦难，但是在码头提高生产效率方便是及其具有意义的。现有水平下我们利用计算机模拟证明了该方法是可行的，这代表未来这种泊位分配办法不仅仅是理论研究的成果，更加会被利用到实际操作中去。

　　对于未来件杂货码头来说，利用连续型泊位分配方法进行泊位分配，将码头装卸，堆场紧密联系起来。这样的件杂货码头管理方式将是未来研究的方向，也是提高装卸效率的重要手段，是未来发展的方向。

　　在论文顺利完成之时，首先要衷心感谢我指导老师肖青老师，我的这篇论文，从论文的开题、研究的方式，论文修改等各个方面都离不开肖老师的指导。肖老师的悉心指导、待人诚恳给我留下了深刻印象，也为我今后的工作树立了优秀的榜样。

　　最后，感谢评阅本篇论文和出席论文答辩的各位专家和教授在百忙中给予指导！

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