基于 SLP 的湛江港寶滿港區(qū)集裝箱碼頭平面布置優(yōu)化研究

溫念慈，王文憲

（1.西南交通大學?全國鐵路列車運行圖編制研發(fā)培訓中心，四川?成都?610031；2.西南交通大學?交通運輸與物流學院，四川?成都?610031）

基于 SLP 的湛江港寶滿港區(qū)集裝箱碼頭平面布置優(yōu)化研究

溫念慈1，王文憲2

（1.西南交通大學?全國鐵路列車運行圖編制研發(fā)培訓中心，四川?成都?610031；2.西南交通大學?交通運輸與物流學院，四川?成都?610031）

在闡述湛江港概況的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)布置設計理論?(SLP)?應用于湛江港寶滿港區(qū)集裝箱碼頭一期擴建工程的平面布置問題。根據(jù)集裝箱作業(yè)流程及各物流作業(yè)系統(tǒng)的功能，將集裝箱碼頭劃分為碼頭前沿、重箱堆存區(qū)、空箱堆存區(qū)、冷藏箱區(qū)、危險品區(qū)、鐵路站場區(qū)、預留發(fā)展區(qū)和生產(chǎn)輔建區(qū)?8?個區(qū)域，通過作業(yè)區(qū)之間的物流關(guān)系、非物流關(guān)系和綜合關(guān)系分析，并結(jié)合碼頭實際作業(yè)流程和地理環(huán)境限制條件，提出?2?個平面布置優(yōu)化方案，最后從作業(yè)安全性、流暢性、便捷性等方面對?2?個方案進行比較，提出推薦的湛江港寶滿港區(qū)集裝箱碼頭平面布置優(yōu)化方案。

集裝箱碼頭；SLP；湛江港；平面布置優(yōu)化

1概述

集裝箱碼頭是單獨辦理集裝箱相關(guān)作業(yè)的場所，具有單位時間吞吐量大、生產(chǎn)作業(yè)流程簡便快捷的優(yōu)點[1]；集裝箱碼頭的平面布置則是關(guān)系到碼頭作業(yè)流程和作業(yè)效率的關(guān)鍵因素。為滿足集裝箱船舶在碼頭快速作業(yè)的要求，提高碼頭生產(chǎn)企業(yè)的社會經(jīng)濟效益，合理的集裝箱碼頭平面布置規(guī)劃對于碼頭生產(chǎn)作業(yè)過程優(yōu)化具有至關(guān)重要的作用。

湛江港位于中國大陸最南端的雷州半島，是連接南北半球、溝通太平洋和大西洋的重要樞紐，由霞山港區(qū)、調(diào)順島港區(qū)、霞海港區(qū)、寶滿港區(qū)和東海島港區(qū)等組成。作為海上絲綢之路的重要節(jié)點，湛江港預計 2020 年吞吐量將突破 300 萬 TEU，而寶滿港區(qū)集裝箱碼頭擴建工程是解決粵西地區(qū)集裝箱碼頭吞吐能力限制的有效途徑。寶滿港區(qū)一期擴建工程擬建設 2 個 5 萬噸級集裝箱專用泊位及相應配套設施，年設計吞吐量 100 萬 TEU，年設計通過能力 103.3 萬 TEU，碼頭岸線長 646 m，水深約14 ～17 m，陸域縱深 1 006 m，港區(qū)總面積 113.1 hm2，陸域面積 56.3 hm2，該工程建成后將有效地緩解粵西地區(qū)集裝箱碼頭吞吐能力不足的問題[2]。但是，如何優(yōu)化集裝箱碼頭的平面布置，實現(xiàn)鐵水聯(lián)運無縫銜接和港區(qū)高效作業(yè)，對于充分發(fā)揮集裝箱碼頭的作用十分重要。

系統(tǒng)布置設計 (Systematic Layout Planning，SLP) 理論由于其條理性強、邏輯清晰、設計過程融入物流分析的特點，在布局規(guī)劃領(lǐng)域得到了廣泛的應用[3]。該理論從不同布局區(qū)域之間的相互關(guān)系、區(qū)域所占空間和區(qū)域綜合調(diào)整這 3 個基本層面入手，將生產(chǎn)單位的產(chǎn)品、產(chǎn)量、生產(chǎn)路線、輔助部門和時間安排作為研究要點，結(jié)合作業(yè)區(qū)的位置相關(guān)圖，得出合理的布局規(guī)劃方案。在湛江港寶滿港區(qū)集裝箱碼頭一期擴建工程的平面布置中，以 SLP理論為基礎(chǔ)，結(jié)合碼頭生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)狀，綜合考慮鐵路貨運支線建設，優(yōu)化碼頭作業(yè)區(qū)之間的位置關(guān)系，有助于優(yōu)化碼頭作業(yè)流程，提高其整體作業(yè)效率。

2基于SLP的平面布置優(yōu)化設計

基于 SLP 的平面布置優(yōu)化，不僅能定性地分析碼頭各功能區(qū)之間的作業(yè)流程，還可以定量地分析各作業(yè)區(qū)之間的物流與非物流關(guān)系，其優(yōu)化設計流程如圖1所示。

圖1　基于SLP的碼頭平面布置優(yōu)化設計流程圖

2.1生產(chǎn)作業(yè)流程分析

碼頭生產(chǎn)作業(yè)流程分析是對碼頭作業(yè)區(qū)進行劃分的前提。湛江港集裝箱碼頭作業(yè)主要涉及集裝箱的卸船作業(yè)、裝船作業(yè)和中轉(zhuǎn)作業(yè)[4]。以集裝箱卸船作業(yè)為例，其主要流程如下。

（1）集裝箱船舶按照船期停靠相應泊位。

（2）碼頭受理中心制訂堆場計劃并安排橋吊工作方案、制訂卸船計劃。

（3）岸邊工作人員在控制中心的指揮下按照卸船計劃安排裝卸橋卸箱。

（4）卸下船舶的集裝箱暫時堆放在碼頭前沿，或直接由碼頭內(nèi)集裝箱搬運設備將集裝箱送至相應堆場。

（5）受理中心辦理單證處理和信息錄入。

（6）需要離港的集裝箱由港外集裝箱專用卡車在閘口辦理提箱作業(yè)，碼頭按照堆場作業(yè)計劃審查放箱。

2.2作業(yè)區(qū)劃分

集裝箱碼頭由泊位系統(tǒng)、堆場系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)和閘門系統(tǒng)等物流作業(yè)系統(tǒng)組成，其中泊位系統(tǒng)主要完成船舶的裝卸作業(yè)，堆場系統(tǒng)實現(xiàn)集裝箱在港內(nèi)的存放，運輸系統(tǒng)將集裝箱分別運輸至不同的目的地，閘門系統(tǒng)負責碼頭邊界的管理；各物流作業(yè)系統(tǒng)之間的相互協(xié)同作用，將碼頭的生產(chǎn)作業(yè)聯(lián)接成一個整體的有機的生產(chǎn)單位[5]。根據(jù)碼頭作業(yè)流程，充分考慮各物流作業(yè)系統(tǒng)的功能，將集裝箱碼頭劃分為 8 大區(qū)域：碼頭前沿、重箱堆存區(qū)、空箱堆存區(qū)、冷藏箱區(qū)、危險品區(qū)、鐵路站場區(qū)、預留發(fā)展區(qū)和生產(chǎn)輔建區(qū)，各作業(yè)區(qū)面積如表1所示。

表1　作業(yè)區(qū)面積表

2.3作業(yè)區(qū)關(guān)聯(lián)分析

（1）物流關(guān)系分析。物流關(guān)系分析從集裝箱在碼頭各作業(yè)區(qū)之間的實際作業(yè)過程入手，分析集裝箱在運輸過程中所經(jīng)過的作業(yè)區(qū)順序和每個區(qū)域的物流作業(yè)量，它是進行碼頭平面布置的關(guān)鍵和前提，目的是使整個作業(yè)流程盡量避免迂回和交叉，實現(xiàn)物流路線最短、成本最小。將各作業(yè)區(qū)之間的相關(guān)物流關(guān)系強度分為 5 個等級，分別用大寫的英文字符 A (超強物流強度)、E (特強物流強度)、I (較強物流強度)、O (一般物流強度)、U (無物流關(guān)系)表示[6]。隨著關(guān)系強度等級遞減，所承擔的物流量比例依次遞減，而占用的物流路線比例卻遞增，例如區(qū)域之間物流關(guān)系等級為 A，則說明區(qū)域間所承擔的物流量最高，但占用的物流路線卻較少。通過分析寶滿港區(qū)集裝箱碼頭各作業(yè)區(qū)之間的物流量和物流路線，得出各作業(yè)區(qū)間的物流相關(guān)性如圖2所示，從圖上可以看出，碼頭前沿與重箱堆存區(qū)之間屬于超強物流關(guān)系，兩者的物流關(guān)系等級為 A，而重箱堆存區(qū)與空箱堆存區(qū)無物流關(guān)系，用 U 標記。

圖2　碼頭作業(yè)區(qū)物流關(guān)系相關(guān)圖

（2）非物流關(guān)系分析。非物流關(guān)系是指除作業(yè)區(qū)物流關(guān)系之外的其他相關(guān)關(guān)系，其影響因素包括區(qū)域作業(yè)性質(zhì)相關(guān)性、區(qū)域設備共用情況和作業(yè)時間先后順序等。通過分析以上因素，將各作業(yè)區(qū)之間的非物流關(guān)系劃分為 A (絕對重要)、E (特別重要)、I (比較重要)、O (一般重要)、U (不重要)、X (不希望接近) 6 個等級[7]。根據(jù)湛江港寶滿港區(qū)集裝箱碼頭實際作業(yè)流程，各作業(yè)區(qū)的非物流相關(guān)性如圖3所示，如碼頭前沿與重箱堆存區(qū)的非物流關(guān)系為絕對重要，記為 A，重箱堆存區(qū)與空箱堆存區(qū)的非物流關(guān)系為非常重要，記為 E。

圖3　碼頭作業(yè)區(qū)非物流關(guān)系相關(guān)圖

（3）綜合關(guān)系分析。集裝箱碼頭各作業(yè)區(qū)間既存在物流關(guān)系又存在非物流關(guān)系，在進行區(qū)域相關(guān)性分析時，區(qū)域間的物流關(guān)系和非物流關(guān)系相輔相成，以這 2 種關(guān)系分析為基礎(chǔ)的區(qū)域綜合關(guān)系分析更能全面準確地反映區(qū)域相關(guān)關(guān)系，從而為區(qū)域間的位置分析奠定基礎(chǔ)。

根據(jù) SLP 理論，結(jié)合碼頭作業(yè)區(qū)之間的實際情況，各作業(yè)區(qū)之間綜合關(guān)系分析步驟如下。①確定物流關(guān)系與非物流關(guān)系在綜合關(guān)系分析中的權(quán)重，假定碼頭各作業(yè)區(qū)之間的物流關(guān)系與非物流關(guān)系在綜合關(guān)系分析中的權(quán)重比為 3 ∶ 1[8]。②將區(qū)域關(guān)系定性化等級指標轉(zhuǎn)化為定量化指標，即賦值，令A = 4，E = 3，I = 2，O = 1，U = 0，X = -1。③根據(jù)上述權(quán)重和等級賦值指標，計算出各作業(yè)區(qū)之間的綜合相關(guān)關(guān)系定量指標，最后再轉(zhuǎn)化為以大寫英文字母 A (綜合關(guān)系十分密切)、E (綜合關(guān)系密切)、I (綜合關(guān)系較強)、O (綜合關(guān)系一般)、U (綜合關(guān)系較弱)、X (無關(guān)聯(lián)) 表示的 6 個等級。碼頭各作業(yè)區(qū)綜合相關(guān)關(guān)系如圖4所示，如碼頭前沿與重箱堆存區(qū)的綜合關(guān)系為十分密切，記為 A，重箱堆存區(qū)與空箱堆存區(qū)的綜合關(guān)系為一般，記為 O。

圖4　碼頭作業(yè)區(qū)綜合關(guān)系相關(guān)圖

2.4作業(yè)區(qū)位置相關(guān)性分析

通過作業(yè)區(qū)之間的綜合關(guān)系相關(guān)圖分析區(qū)域間的位置相關(guān)性是 SLP 理論的核心工作，其前提條件是忽略區(qū)域本身的占地面積和幾何形狀，確定各區(qū)域在碼頭平面布置上的位置相關(guān)關(guān)系后再結(jié)合碼頭實際地理位置條件，將區(qū)域面積和幾何形狀按照比例在最后的碼頭平面布置圖中體現(xiàn)[9]。如果在分析過程中出現(xiàn)多個同等級密切程度的區(qū)域，則需先計算各作業(yè)區(qū)的綜合接近程度，再繪制碼頭作業(yè)區(qū)之間的位置相關(guān)圖。用////表示關(guān)系強度 A，///表示 E，//表示 I，/表示 O，○ 表示具有裝卸功能的區(qū)域，Δ表示具有堆存功能的區(qū)域，□ 表示具有管理功能的區(qū)域。繪制碼頭作業(yè)區(qū)位置相關(guān)圖如圖5所示。

2.5作業(yè)區(qū)位置方案分析

由碼頭作業(yè)區(qū)位置相關(guān)圖所反映出的作業(yè)區(qū)位置相關(guān)關(guān)系，結(jié)合碼頭實際生產(chǎn)作業(yè)流程，通過排列組合，可以得出多個碼頭平面布置方案。但是，在 SLP 理論運用到實際生產(chǎn)作業(yè)的過程中，還需要考慮碼頭地形條件、現(xiàn)有機械設備情況、政府部門建設要求、環(huán)境安全評估和企業(yè)自身運營能力等綜合因素的影響。在綜合考慮以上因素的前提下，以土地資源利用效率最大化、碼頭作業(yè)流線通暢化、管理運營成本最小化為目標，將各作業(yè)區(qū)在平面上按照面積比例予以分配布置，得出 2 個碼頭平面布置優(yōu)化可行方案，分別如圖6和圖7所示。

圖5　碼頭作業(yè)區(qū)位置相關(guān)圖

圖6　碼頭作業(yè)區(qū)平面布置優(yōu)化方案Ⅰ

（1）2 個方案的設置均本著作業(yè)流線不重復的原則，運輸通道便捷通暢。

圖7　碼頭作業(yè)區(qū)平面布置優(yōu)化方案Ⅱ

（2）2 個方案的生產(chǎn)輔建區(qū)設置均靠近閘門，能減少辦公人員的走行路徑，降低碼頭堆場內(nèi)的噪音和揚塵等因素對辦公人員的影響。

（3）方案Ⅱ鐵路站場區(qū)的設置充分結(jié)合碼頭地理條件特點，便于鐵路線路的引入。

（4）方案Ⅱ危險品區(qū)遠離重箱堆區(qū)和生產(chǎn)輔建區(qū)等核心工作區(qū)域，碼頭貨物和工作人員的安全系數(shù)較方案Ⅰ更高。

（5）方案Ⅱ冷藏箱區(qū)與重箱區(qū)緊密布置，便于特殊貨物的運輸與存儲，碼頭設施配置也更為集中。

綜上，方案Ⅱ較方案Ⅰ具有更高的安全性和作業(yè)便捷性，故推薦方案Ⅱ。

3結(jié)束語

SLP 理論從作業(yè)區(qū)之間物流和非物流關(guān)系分析的角度入手，將系統(tǒng)規(guī)劃布局問題從定性分析轉(zhuǎn)化為定量分析，最終再回歸到作業(yè)區(qū)的定性分析上，能科學有效地解決生產(chǎn)單位的規(guī)劃布局問題，為碼頭的平面布置規(guī)劃工作提供可靠的技術(shù)和理論支持。鑒于集裝箱碼頭作業(yè)現(xiàn)場的復雜性，還存在很多未考慮周全的地方，如在確定碼頭平面布置方案時，未能將成本最小化和效率最大化轉(zhuǎn)化成數(shù)學模型進行定量分析，在優(yōu)化方案選取中還可引入計算機仿真使得結(jié)果更加精準化，這些也是今后繼續(xù)研究的方向。

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責任編輯：呂向茹

Study on Plane Layout Optimization of the Container Terminal in Baoman Port Area of Zhanjiang Port based on SLP

WEN Nian-ci1, WANG Wen-xian2

(1.National Railway Train Diagram Research and Training Center, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, Sichuan, China; 2.School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, Sichuan, China)

Based on expounding the general situation of Zhanjiang port, Systematic Layout Planning (SLP) is applied on the plane layout of first-phase expansion project of the container terminal in Baoman port area of Zhanjiang Port. According to the container operation flow and the function of each logistic operation system, the container terminal is divided into eight areas, including wharf apron, heavy container storage area, empty container storage area, refrigerator container area, dangerous cargo area, railway yard area, reserved development area and auxiliary production and construction area. Through analyzing the logistics relation, non-logistics relation and comprehensive relation among these work areas and combining with the actual work flow and geographical limitation of the terminal, this paper puts forward two programs of plane layout optimization, then makes comparison on the two programs from these aspects of operation safety, fluency and convenience, and points out the recommended program of plane layout optimization of the container terminal in Baoman port area of Zhanjiang port.

Container Terminal; SLP; Zhanjiang Port; Plane Layout Optimization

1003-1421(2016)09-0088-05+.4

A

U651

10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2016.09.17

2016-01-29

國家自然科學基金項目(61273242，61403317，71403225)；四川省科技廳軟科學計劃項目(2015ZR0141)