樞紐港—物流港聯動的羅涇港區規劃設計創新

吳 澎

(中交水運規劃設計院有限公司，北京 100007)

1 前言

上海港是我國沿海最大的綜合性樞紐港。伴隨著上海市產業結構的調整，為適應長江流域工礦企業的運輸需求，強化樞紐港功能，同時為滿足新近搬遷的寶鋼羅涇鋼廠的物流需求，延伸現代港口服務功能，提高綜合競爭能力，規劃建設了全新的現代化大宗散雜貨集散基地——羅涇港區。

羅涇港區位于長江口南支河段南岸(見圖1)，于2005年6月開工建設，2008年分期投產，是一個集礦石、煤炭、鋼鐵等散雜貨物為一體的綜合性港區。工程建設11個大型海輪泊位、30個中小型中轉泊位，陸域面積195萬m2，生產生活輔助建筑物113 878.8 m2，工程總投資約47億元。

羅涇港區是連接江、海運輸的重要換裝節點，同時又是世界上第一座公共港區為大型鋼鐵企業提供分撥配送等增值服務的物流港區。

綜合分析國內外現有大型散雜貨碼頭的實例，尚沒有公共港區對后方鋼廠實現直接物流配送的規劃設計先例。因此全面總結提升上海港羅涇港區的規劃設計成就，對于我國大型散雜碼頭建設具有重要的指導意義。

圖1 羅涇港區地理位置圖Fig.1 Location of Luojing port area

2 樞紐港和物流港

樞紐港是貨物集散、暫存并轉換運輸方式的中心［1，2］，是海上運輸與其他運輸方式(公路、鐵路、內河航運等)之間的換裝界面。樞紐港擁有良好的水上、陸上交通條件和便于物資集散的空間條件;同時，樞紐港是所在城市社會經濟活動的重要組成部分，在發展經濟、促進社會進步的進程中起著重要作用。

樞紐港在平面布置上以港口的運輸服務功能為主題，通過合理規劃布置港區內的水域設施、碼頭岸線和陸域設施，完善相關的基礎配套設施，形成以水陸聯運樞紐功能為主體、兼有工業和商貿功能的國際貿易綜合運輸中心。樞紐港的主體和常規功能是水陸聯運的樞紐，是人、貨物、船舶、車輛等的集散地。港口的存在既是商品交流和內外貿易存在的前提，又促進了它們的發展。

目前，我國的港口發展以樞紐港的平面布置模式為依托，建設高新技術產業區、經濟開發區，發展臨港工業，其特點是港區的生產管理與臨港工業相互協調運作，但各自獨立運行。港口作為國際貿易的重要組成部分，其核心功能仍然是國際和國內運輸鏈上的換裝界面。

物流港以港口所依托的城市及腹地產業服務功能為目標，以港口內先進的軟硬件環境為依托，提高港口對周邊物流活動的輻射能力，充分發揮港口集貨、存貨、配貨的特長。通常以臨港產業為基礎，以信息技術為支撐，以優化港口資源整合為目標，發展具有物流服務和衍生的增值服務特點的港口綜合服務體系。

港口在發展現代物流中歷經了運輸、轉運、儲存為主的傳統運輸樞紐階段;增加拆裝箱、倉儲管理、加工的港口運輸與配送服務階段;綜合信息流、資金流、人才流的現代物流發展階段［2］。國際經濟一體化趨勢對國際生產分工協作的推動使港口作為海運轉為其他運輸方式(陸運、空運或內河航運)的必要過渡點的作用逐漸減弱，而逐步發展成為區域經濟和產業發展的支柱乃至國家貿易的后勤總站。

隨著多式聯運與全球綜合物流服務的發展，現代港口以其強大的區位優勢，成為生產要素的最佳結合點。

港口功能經歷了3個發展階段。

1)20世紀50年代以前，港口的功能主要是裝卸和儲存，完成貨物海上運輸與公路、鐵路、航空或內河等運輸方式之間的換裝。

2)20世紀50年代至80年代，伴隨著集裝箱運輸的快速發展，港口在提高碼頭裝卸效率和擴大規模等方面不斷發展［3］，同時港口功能進一步拓展到加工增值，形成港口與城市、裝卸與加工緊密結合的模式。

3)20世紀80年代以后，港口服務進一步多樣化，尤其是跨國公司的加入，提出了基于準時制(JIT)服務、零庫存等要求的精益生產(LP)模式，圍繞著運輸鏈的起始點，港口活動的范圍已大大超出了傳統的港口界限。

其中，準時制(just in time，JIT)，是建立在力求消除一切浪費和不斷提高生產率基礎上的一種生產理念;精益生產(lean production，LP)以盡善盡美為原則，追求以最小的投入獲得最大的產值，以最快的速度進行生產，不斷追求降低成本和提高質量，追求零庫存和全面、高效、靈活、優質的服務。

3 樞紐港·物流港聯動的布置模式

羅涇港區是黃浦江散、雜貨老港區的搬遷地，港區首要功能是為長江流域工礦企業原料運輸提供中轉服務。同時由于2010年上海世博會建設需要，南浦大橋附近的上鋼三廠亦搬遷到港區后方。本港區的建設需同時為后方緊鄰的新建寶鋼集團浦鋼公司(上鋼三廠搬遷后改建而成)運輸礦石和成品鋼。為適應上海鋼鐵三廠搬遷改造的需要，充分發揮羅涇港區公用碼頭的作用，在羅涇港區的規劃中，首次開發了“樞紐港—物流港聯動的平行結構平面布置模式”(見圖2)。

港區分為煤炭作業區、礦石作業區和通用鋼雜作業區，可裝卸二十多種鐵礦石和煉鋼輔料及件雜貨。各作業區裝卸工藝系統相互獨立自成體系。寶鋼集團浦鋼公司位于本工程后方，全部原料、成品均需通過港區裝卸，原料需在港區堆場堆存，并要求港區堆場輸送系統與浦鋼公司主要物料運輸系統緊密銜接。其中煤炭、礦石、熔劑等散貨輸送系統與港內帶式輸送機系統形成一體。

該平面布置模式把港口功能拓展到國際供應鏈管理中，把羅涇港區的樞紐港功能與物流港功能有機地結合在一起，通過平面布局設計，實現了樞紐港與物流港的協調與統一。

根據貨物的流量和流向，港區規劃以港口轉運物流4條通道、港口配送與分撥物流3條通道為引領，對9個物流節點單元的港口主要基礎設施采用平行結構的平面布置模式(見圖2)，在傳統公用港口布置方法基礎上，運用準時制(JIT)的精益生產(LP)物流理念，拓展港口功能，優化裝卸工藝和平面布置，延伸港口服務鏈條。

圖2 “樞紐港—物流港”聯動的平行結構平面布置模式圖Fig.2 Parallel layout mode for combined port of transshipment hub and logistics

轉運物流通道實現港區的樞紐港功能。分撥物流通道以對上海浦鋼公司供礦石、煤炭等原料配送為目標，實現羅涇港區的物流港功能。羅涇港區的物流港功能不但節省了通常所必須的鋼廠原料堆場，而且通過碼頭裝卸的物料可直接輸送至煉鋼高爐的混料倉，利用現代控制技術、信息技術、通信技術，實現了物流港所衍生的增值服務。物流港功能的發揮，使羅涇港區與上海浦鋼公司在物料裝卸和配送上實現了物流鏈和生產鏈的一體化。

在雜貨港區規劃設計中，充分考慮浦鋼公司對鋼鐵產成品配送的需求，設計了以鋼材產成品的配送為目標的雜貨加工及配送區，形成大宗散雜貨物流供應鏈的全過程服務的港口節點運營模式。

平行結構布置避免了彼此的功能沖突，使國際運輸網絡與國際供應鏈及生產鏈共生于同一港區，并相互依存，功能互補。該布置模式在功能結構上的突出特點是，以浦鋼公司的生產供應鏈為核心組織羅涇港區碼頭的生產，并可同時完成樞紐港的功能。

礦石堆場布置9條堆取料機作業線、9條料場。其中1#～5#料場為公用料場(見圖3)，主要用于水水中轉礦石的堆存，采用堆取合一方式完成堆場作業;6#～9#料場為專用料場(見圖3)，主要用于鋼廠原料堆存，采用堆取分開方式完成堆場作業。在專用礦石堆場右側設置供料接口，以滿足后方鋼廠需求。為了能夠適應發展需要，在堆場前方(未來外移江堤內形成的新陸域上)布置2條預留堆場以擴大堆場容量。

配合浦鋼公司的生產供應鏈，羅涇港區在港口物流園區散貨(礦石、輔料)物流通道上，配置20個供料點與進入鋼廠輸送帶接口銜接，取得向煉爐供料點(喂料筒倉)直接對接的功能效果，優化了生產要素，整合了布局元素，實現物流流程高度一體化、同步化。

通常，鋼廠為了保證生產的連續運行，需要有45天左右的原料庫存容量。用地成本的急劇增加，使我國鋼廠普遍存在著原料堆場不足的問題。在羅涇港區的平面布置中，采用“樞紐港—物流港”聯動的布置模式，使浦鋼公司在優化生產供應鏈的同時，鋼廠可不設作為儲存礦石等原材料并進行選礦的占地很大的二次料場，節約了土地資源和投資。羅涇港區利用彈性空間(見下節)應對原料運輸的不均衡性，最大限度地發揮了土地資源的使用效率。生產供應鏈結構下的港口生產模式更深入地從根本上改變鋼鐵生產企業的生產運行模式，為節約土地資源和資金，提升甚至改變整個鋼鐵生產供應鏈的基本方式提供了示范案例。

圖3 彈性控制堆場位置圖Fig.3 Flexible ore stackyard between in the transshipment yard and special yard for steel plant

羅涇港區的布置模式在戰略定位和業務模式上拓展了港口的功能，并在平面布局上，規劃設計了以浦鋼公司為主服務對象的物流中心，除原料配送功能外，在鋼廠產品分撥出口物流通道上，規劃配置3個鋼廠加工、分撥物流中心，并在碼頭配置相應裝卸設備，為第三方物流企業進入港區創造基礎性條件。

羅涇港區物流中心在規劃布局上創立了對浦鋼公司全方位物流服務功能的格局(見圖4):港口的物流服務功能從浦鋼公司原材料采購和運輸環節的進向物流，到原材料向浦鋼公司進行配料及混料的生產物流，以及浦鋼公司產品配送的出向物流。由羅涇港區提供浦鋼公司生產及配送全過程的物流服務，通過港區提供的專業物流技術服務，給予浦鋼公司最安全的保障和最大的便利。這種模式相對于公用港區優化了供應鏈，減少了物流節點，大幅度地降低浦鋼公司的物流成本;相對于專用港區，則極大節省了寶貴的深水岸線資源和土地［4］。

圖4 羅涇港區進向物流、生產物流和出向物流流線圖Fig.4 Cargo flows of Luojing port area

4 中轉物流、配送物流與生產物流聯動的堆場模式

傳統的港區平面布置模式下的堆場設計主要是以實現單一品種的大批量運輸為目標，優點是生產效率高、設備利用率高、單位裝卸成本低。隨著港口功能的不斷拓展，客戶需要具有特色的多種物流服務。港口散雜貨運輸的競爭以及岸線資源的枯竭迫使傳統的單一大規模散雜貨運輸服務發生改變，要求對傳統的散雜貨港區生產工藝加以改進。港口生產系統的彈性化對系統的生存越來越重要。

浦鋼公司的生產經營活動和市場環境都是動態發展的。羅涇港區的礦石中轉量與對浦鋼公司礦石配送量也是動態變化的。根據礦石中轉及礦石配送的空間需求特征，羅涇港區規劃設計中創新性地規劃設計了彈性控制堆場。所謂“彈性控制”是指打破常規的礦石中轉堆場和礦石配送堆場之間的剛性用途，采取伸縮性用途指派，堆場設計按功能配置礦石中轉堆場和礦石(含輔料)配送堆場，在兩堆場之間配置具有轉換功能的彈性控制堆場，以適應堆場功能需求不平衡運營的生產需要，最大限度滿足鋼廠堆存品種多、分料堆存、批貨間不混堆和配送運行小批量、多批次、實效性強的物流配送要求(見圖3)。

彈性控制堆場的能力可通過以下兩方面的需求確定:a.堆場生產服務系統對中轉和配送需求變化的適應能力;b.適應堆場內部變化的能力，可用意外事件(如設備故障)發生條件下堆場的生產率與正常使用狀態下生產率之比來衡量。彈性控制堆場的使用根據物料到泊和堆存計劃而確定。

羅涇港區散貨堆場的物料配送以浦鋼公司的生產需求為目標，實行具有時間上連續特征的過程控制，提供無縫銜接的工業物流配送。堆場參與物料配送生產過程參量為被控制量，使之滿足浦鋼公司提出的需求量。

以過程控制的物料配送為目標，羅涇港區的配送堆場設計，采用3臺取料機、11條皮帶機(包括預留)、3臺移動小車，連接浦鋼公司的3條原料輸送線。可同時向鋼廠的20個供料接口點供料，滿足鋼廠物流過程的“平行性要求”、“比例性要求”、“連續性要求”和“節奏性要求”。由于配送原料的品種較多，配送堆場物流流轉過程控制設計，選用準時制生產(JIT)的精益生產(LP)物流控制原理，通過“看板系統”(實時控制系統)與鋼廠生產物流過程同步，即堆場物料配送是根據鋼廠生產物流流轉所需要的礦石(或輔料)品種、數量和到達時間，到達指令的鋼廠供料接口點并流暢地與鋼廠喂料筒倉對接。準時制生產以逆向拉動方式控制著整個生產過程，精益生產的堆場物流配送推行與浦鋼公司生產均衡化同步化，實現鋼廠的零庫存與柔性生產。

在高效的工藝流程設計上，以數字化的生產系統提高港口的營運效率，堆場至浦鋼的取料作業，由浦鋼公司控制系統根據浦鋼的原料計劃進行操作，羅涇港區控制系統可直接接受浦鋼控制系統的操作指令啟動相關流程進行取料作業。實現了實時生產流程控制、流程優化、堆場智能化管理、實時數據統計和分析等。

5 礦石碼頭全變頻皮帶機輸送系統

礦石碼頭工藝系統由卸船、裝船、直取、中轉、工業配送等流程組成，卸船碼頭、裝船碼頭、堆場上的帶式輸送機的負載輸運特性差異明顯，同時必須按鋼廠生產要求不定時、多種類、小批量、準確無誤給高爐生產進行原料配送。

散貨碼頭裝卸工藝系統基本為剛性系統，要實現系統柔性可調，關鍵技術是帶式輸送機應具有重載頻繁啟停、可調速運行的功能。在帶式輸送機驅動系統中采用交流變頻控制技術可實現上述功能。

羅涇二期工程礦石碼頭42條帶式輸送機采用58臺交流變頻電機驅動，電機功率范圍30～480 kW，電機總功率14 600 kW，變頻器裝機總容量16 500 kVA，驅動端分布在約2 km2的卸船碼頭、裝船碼頭和礦石堆場兩端。這是大型散貨碼頭帶式輸送機第一次大規模、多種類、系統化使用變頻驅動技術，通過對帶式輸送機單電機變頻驅動運行監測數據、單端雙電機變頻驅動運行監測數據、雙端雙方向驅動帶式輸送機變頻驅動運行監測數據的分析，散貨碼頭帶式輸送機全變頻驅動控制系統取得了以下應用效果:

1)采用先進的交流變頻傳動控制技術，全面提高了散貨碼頭主要工藝設備的電力電子自動化控制水平，提高了散貨碼頭生產效益，降低生產運行成本。

2)應用先進的電氣傳動控制理論，建立變頻傳動控制模型，滿足復雜工藝生產流程對長距離輸送機恒轉矩負載的高性能調速傳動要求，有效控制帶式輸送機頻繁、柔性軟起動/軟停車動態過程，實現了各帶式輸送機傳動點之間的動態速度同步，延長了輸送機使用壽命，增加了輸送機系統的安全性和可靠性。

3)科學利用變頻傳動控制設備自身具有的先進、完整電力電子控制功能，應用專用控制器和光纖鏈路，實現變頻控制設備遠、近距離雙機主—從控制，滿足電動機傳動軸的動態和靜態速度完全同步和功率平衡分配的高難度電氣傳動控制要求，有效抑制多臺電機傳動帶式輸送機動態張力波對皮帶和機械設備造成的危害，避免撒料和疊帶。

4)以計算機實時監控系統為操作中心，根據不同物料、不同流程的最佳輸運要求，安全、靈活、方便控制帶式輸送機高效率運行，降低生產工作人員勞動強度，提高設備運行效率，節約電能。

5)通過供配電系統設備的合理配置，抑制大規模使用變頻器產生的諧波對電網的污染，成功解決了供配電專業的一大技術難題。

理論計算和現場實際測量得到的結論是:帶式輸送機在空載運行時，驅動電機的輸出功率約為額定功率的30%。這表明，在帶式輸送機上沒有物料需要傳送時，如果不及時停止相關流程驅動電動機的運行，其驅動電動機最少30%的功率能量將被浪費，反之這部分能量將被節約。充分利用變頻控制系統優異的重載起動和停機控制功能，按最合理方法組織生產操作，可最大限度地減少皮帶機空載和輕載運行時間，節能效果非常明顯。

6 散貨碼頭數字化生產管理系統

新的港口功能定位必須采用新的港口營運模式。羅涇港區散貨碼頭設計以柔性化港口理念為指導［5］，集成應用現代物流系統設計與優化技術、物流信息平臺相關技術、現代物流過程監控與分析決策技術，建立了生產與服務并重的一體化數字生產系統，實現了運輸、儲存、保管、搬運、裝卸、貨物處理、配送、結算、信息處理等活動的全程監控與管理。港口物流組織以生產協同運作、節能環保、有效降低生產成本為服務目標，為各類客戶提供全程、全方位和多層次的服務，提升了港口服務水平。

把握建設需求，創建一套貼近市場、融合客戶需求的一體化、標準化和精準化的運作規程體系及其流程管理，去掉無效活動、增強協同能力、降低能耗，達到一體化、精細和精準化的管控效應，滿足客戶的個性化需求，是羅涇散貨碼頭信息化建設的焦點。

羅涇散貨碼頭信息系統采用五級系統的技術架構，這五級系統分別為:一級設備控制系統(單機智能設備系統)、二級過程控制系統(PCS)、三級港區生產操作系統(TOS)、四級企業資源計劃系統(ERP)和五級企業間管理系統(EDI與客戶服務)。

在五級系統架構中，第三級港區生產操作系統(TOS)，主要解決生產作業的動態優化調度和作業指令生成、物流裝卸和質量信息的在線跟蹤以及對突發事件的處理、設備狀態的監視及故障診斷等功能，在企業信息化管理系統中起到承上啟下的關鍵作用，可對生產過程實現全過程高效協調的控制與管理，而且可以對生產過程信息和經營管理信息進行轉換、加工和傳遞，是面向過程的生產活動與經營活動的橋梁和紐帶。

羅涇散貨碼頭TOS強調控制和協調，使散貨碼頭信息系統不僅有很好的計劃系統，而且是能夠將計劃落到實處的執行系統。為此可以將TOS作為一種生產模式，把散貨物流系統的計劃和進度安排、合同追蹤、監視和控制、物料流動、質量管理、設備的控制等一體化去考慮。

五級系統架構相互集成、相互協調。四級企業綜合管理系統根據市場需求形成羅涇礦石碼頭綜合的生產和管理計劃，三級生產操作系統根據這些計劃產生詳細的裝卸流程作業指令和最優調度安排，最后通過二級流程控制系統起動各裝卸設備以完成全部的裝卸過程;同時，裝卸過程的實際信息，匯總到三級系統，反饋到四級，形成信息的交互;而基于四級系統的五級客戶服務系統，將使羅涇礦石碼頭對客戶尤其浦鋼客戶的反應速度大大提高，并能同物流鏈上、下游的伙伴協同工作，從而提高整個物流鏈的效率，實現真正的協同電子商務。

散貨碼頭數字化生產管理系統以柔性化港口理論優化業務流程與港口組織，結合現代信息技術，將全部業務數字化，實現了生產過程的準時化、精準化與透明化。

7 客戶服務系統

總體設計為羅涇港區建立了具有以下功能的客戶服務系統，進一步提升了港區的營運效率和服務水平［6］。

1)公共信息服務。客戶只要通過Internet鏈接到信息平臺Web站點上，就可以獲取站點上提供的物流信息。此項功能基于B/S模式組建應用，采用公告板方式及時發布、搜集、下載有關信息。

2)客戶定制化(浦鋼)信息服務。為浦鋼定制了個性化在線服務功能，主要包括船舶計劃、生產作業指令、生產作業流程記錄、堆場庫存查詢等。這些功能的構建實現了羅涇礦石碼頭與浦鋼在管理與控制上的一體化，極大地提高了作業效率。利用物流信息平臺對整個供應鏈進行整合，并對庫存實施監控，使庫存量在滿足客戶服務的條件下達到最低。綜合考慮客戶服務水平、庫存成本、運輸成本等因素，使總成本達到最小。

3)會員服務。為注冊會員提供個性化服務。主要包括會員單證管理、會員的貨物狀態和位置跟蹤、交易跟蹤、交易軟件、會員資信評估等內容。在此功能模塊中要建立接口系統，接入合作伙伴信息、客戶信息系統及業務管理系統，實行訂單管理、物流服務查詢及物流信息反饋。

4)在線交易。為供方和需方提供一個虛擬交易市場，雙方可發布和查詢供需信息。通過這一平臺，客戶可以及時了解港區散雜貨的狀態，以便于安排車輛運輸、提貨等作業計劃。

8 結語

羅涇港區總體設計的目標是建設國際先進的散雜貨樞紐、物流港區。在規劃設計中實現了以下關鍵技術創新:

1)開發了全新的“樞紐港—物流港”聯動的平行結構平面布置模式。在傳統的公用港口布置方法基礎上，運用準時制(JIT)的精益生產(LP)物流理念，進行功能拓展，優化裝卸工藝和港口平面布置，提升服務水平，延伸港口服務鏈條［7］。實現了物流流程的高度一體化、同步化。節約了土地資源、降低了能耗。這種布置模式，在國內乃至國際上的港口中是獨一無二的，創造了公用碼頭港區有效地保證大型臨港產業物流配送需求的成功范例。

2)創建了適應“樞紐港—物流港”中轉物流鏈和配送物流鏈與鋼廠生產物流鏈聯動的“儲、轉、配”堆場新模式。

3)從可持續發展的視角，提出了集約型、環保型散雜貨港區總體規劃布局的新理念。節約岸線資源，提高岸線使用效率;提高土地利用率;以綠色港區為建設目標，提高港區環保措施的有效性。

4)用“管控一體化”與實時數據庫技術建立了散貨碼頭設備控制、過程控制、生產操作管理、營運管理及客戶服務系統一體化的“五級應用”體系架構，實現了散貨碼頭生產過程中從計劃、調度、裝卸生產、堆場庫存、貨運、合同結算的全自動化管理，全面提高了勞動生產率與碼頭效益。

5)應用交流全變頻技術，建立了散貨碼頭全智能可視化輸送系統，實現了輸送機最優化控制。零速滿轉矩重載啟動的優越性能，使安全、穩定、節能的生產組織運營模式成為現實。開創了大型散貨碼頭生產系統全變頻技術重大創新應用的先例。

羅涇港區的規劃設計推動了港口功能的拓展和延伸，是新型大型散雜貨碼頭建設的成功范例。

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