氣象條件對沿海散貨港口服務水平的影響

楊 斌，高樹奇，張保華，李冰緋

（中交水運規劃設計院有限公司，北京 100007）

引 言

隨著全球經濟和貿易的迅速發展，港口之間的競爭日趨白熱化。港口服務水平，作為在港船舶所受服務質量的客觀評價，其高與低能側面反映港口競爭力的強弱。例如，無論船舶是處于裝卸作業還是等待進港的狀態，其營運成本相對較固定，如果某港口船舶在港等待時間普遍過長，船舶的等待將會給船舶經營者帶來很大損失，長此以往，船公司可能會放棄該港口而選擇其他港口掛靠營運，從而引起貨源流失，降低港口競爭力。因此，港口服務水平的研究，對提高港口競爭力，使其在激烈的競爭中脫穎而出具有重要意義。

目前，國內外學者的研究重點主要集中在裝卸設施、港口管理等領域，而在港口服務水平方面，鮮有研究。郭子堅等[1]以港口服務水平為基準，研究了沿海港口航道通過能力的定義和指標；陳琦等[2]通過控制同向進出港船舶尾隨時間研究了船舶進出港安全時距對沿海港口服務水平的影響。以上研究均未考慮作業天數這一重要因素對港口服務水平的影響。

較其他貨種而言，散貨貨種相對特殊，其裝卸作業易受作業天數的影響，例如部分散貨港區降水停工、天晴突擊裝卸等，加重了港口生產和船舶運行的不均衡性，進而引起港口服務水平的變化。因此，本文選擇散貨港口作為研究對象，從主要由作業天數控制的作業天數出發，運用Arena仿真軟件，建立不同作業天數下沿海散貨港口船舶進出港作業系統仿真模型，動態模擬船舶進出港及裝卸作業全過程。通過運行仿真模型和采集數據，得到不同作業天數下的作業天數對港口服務水平的影響關系，可為提高港口競爭力及在港口規劃與決策等方面提供理論依據。

1 港口散貨生產作業系統仿真模型

1.1 港口服務水平

港口服務水平[2]評價指標的選取借鑒于公路、船閘和內河航道，其取值采用船舶在港平均等待時間與平均在泊作業時間的比值（S=AWT/AST）。港口服務水平是在港船舶所受服務質量的度量，同時也是港口交通狀態的客觀評價。港口服務水平的值越小，說明港口服務水平越好，在港船舶等待時間相對較短，港區生產狀況良好，反之，說明港口服務水平差，在港船舶等待數量較多，港口堵塞情形較嚴重。一般認為S值控制在0.1～1.5[1]之間比較合適。

1.2 作業天數影響因素

散貨港區港口作業天數主要受氣象、海象和腹地經濟條件的影響，其中，作業天數為主導因素。散貨港區易受風、降水、霧等相關氣象因素影響，主要體現在當風力大于六級船舶需立即停止裝卸作業；風力小于七級時允許引航船靠近船舶及拖船強制引水；對糧食、水泥、棉花等，只要有雨即應停止裝卸作業；能見度低于3級，船舶不宜在港區和航道上航行等方面。

在統計港口作業天數時，大風持續時間不足24 h，但大于12 h視為一天，不足12 h，但大于6 h計為半天；日降水量大于0.1 mm（含0.1 mm）可稱為一個雨日；霧持續時間不足24 h但超過12 h即算一天，超過4 h計為半天[3]。

1.3 仿真模型

本文根據船舶到達港口后的作業歷程細化為錨地待泊、船舶進港、裝卸作業和船舶出港共四個子模塊，如圖1所示。綜合考慮沿海散貨港區的實際情況與服務規則，并細化氣象模塊對船舶進出港作業流程的影響，建立沿海散貨港口作業系統仿真模型。

圖1 沿海散貨港口船舶進出港作業流程

其中，受作業天數控制的作業天數所在的是錨地待泊子模塊，該模塊構建過程為：由Create模塊產生船舶實體，隨后經Assign模塊對船舶噸級、裝卸量、船舶吃水等參數進行賦值，之后由天氣模塊確定當前風、霧等氣象因素，扣除不可作業天數，最后由VB程序模塊判斷船舶實體是否允許進入航道，完成指泊流程。

2 仿真試驗及結果分析

2.1 仿真參數

本仿真模型參數設置為：散貨船舶到港服從泊松分布，到港時間間隔服從負指數分布[4]；航道為單線航道，通航歷時取 1～3 h，進出港安全時距為15 min；各噸級泊位比例、各噸級到港船舶比例與當前現行規范及世界上現投入運營的散貨船隊構成比例一致，并將其定義為標準散貨港區規模；不同通航歷時下的散貨港口其港區內各噸級泊位數量及比例均相同；潮汐為正規半日潮，潮差2 m。仿真運行時間1 a，仿真重復次數20次。

2.2 仿真結果分析

1）港口服務水平擬合分析

本文通過對沿海進口散貨港區單線航道進行仿真實驗，得出了我國沿海進口散貨港區單線航道在達到相同航道通過能力[5]時，不同通航歷時、作業天數與港口服務水平的關系如圖2所示。

圖2 港口服務水平與作業天數、通航歷時的關系

由圖2中擬合曲線可以得出港口服務水平的擬合方程為：

式中：t為作業天數，單位為d；St為港口服務水平指標；q0、A、B和C為擬合參數；td為通航歷時，單位為h。

不同通航歷時下擬合參數值及擬合優度見表1。

表1 港口服務水平公式擬合參數及擬合優度

由表1可以看出，判定系數R2均大于0.9，說明公式的擬合效果較好。

2）作業天數影響分析

假設τ表示和基準值下的服務水平相比較，增加或減少相應參數時對港口服務水平的影響幅度，由式(2)確定：

當τ的數值為正數時，說明所選參數值下的港口服務水平比基準值下的港口服務水平差，數值越大，港口內船舶等待時間越長，港口堵塞越嚴重；當τ的數值為負數，說明所選參數值下的港口服務水平比基準值下的港口服務水平好，數值越小，港口內船舶等待時間越短，港內生產狀況越好。

以通航歷時2 h為基準，各作業天數（t）下通航歷時變化引起服務水平變動幅度（τ）如圖3，通航歷時為2 h時作業天數變化（Δt）引起的服務水平變動幅度（τ）如圖4。

圖3 通航歷時變化引起服務水平變動關系

圖4 作業天數變化引起的服務水平變動

由上述兩圖分析可知：

1）當通航歷時增加時，服務水平的變動幅度（τ）的值為正數，且不斷隨著作業天數的提高而變大，說明通航歷時的增加會引起港口服務水平的下降；反之，當通航歷時的減小時，服務水平的變動幅度（τ）的值為負數，且不斷隨著作業天數的提高而變小，說明通航歷時的減小會引起港口服務水平的上升，詳見圖3。

2）當通航歷時一定時，作業天數的增加，服務水平的變動幅度（τ）的值為負數，且越來越小，說明作業天數的增加會引起港口服務水平的提升；反之，作業天數的減小，服務水平的變動幅度（τ）的值為正數，且越來越大，說明作業天數的減小會引起港口服務水平的降低，詳見圖4。

3 算例分析

以沿海某散貨港區為例，港區含1萬、3.5萬、10萬t級泊位各1個，5萬t級泊位4個，潮汐為正規半日潮，潮差 2.3 m，單向航道，通航歷時為1 h，船舶進出港安全時距為20 min，仿真運行時間1 a，仿真重復次數20次。仿真得到在達到一定航道通過能力下，作業天數與港口服務水平的影響關系，如圖5所示。

圖5 某港區作業天數與港口服務水平的關系曲線

由圖5可看出，隨著作業天數的增加，港口服務水平得到提升。由曲線的斜率隨作業天數的增加而不斷減小可知，作業天數的增加，港口服務水平的提升幅度不斷減小，即航道在達到某一固定的通過能力的條件下，作業天數相對較小時，船舶等待時間相對較長，提高作業天數可大幅減小船舶等待時間而提升港口服務水平，但作業天數達到相對較高數值時，港口服務水平此時相對處于一個比較良好的狀態，作業天數的增加對港口服務水平的提升幅度影響不大。

4 結 語

作業天數是影響港口作業天數的決定性因素，因而也是影響港口服務水平的重要因素之一。利用仿真軟件對沿海散貨港區船舶作業流程進行仿真實驗，研究不同通航歷時條件下受作業天數控制的作業天數對沿海散貨港口服務水平的影響，主要得出以下結論：

1）沿海散貨港口服務水平與作業天數、通航歷時的擬合方程見公式(1)；

2）在作業天數一定時，通航歷時的增加會引起港口服務水平的下降，在港口航道規劃選線時，選擇通航歷時相對較短的線路可顯著提升港口的服務水平；

3）通航歷時一定時，港口服務水平隨著作業天數的增加而提高。其中，作業天數相對較小的散貨港口，采取如增設雨棚等可增加作業天數的措施，可有效提升港口服務水平；但對于作業天數相對較高的散貨港口，作業天數的增加對港口服務水平的提升意義不大。