港口碼頭連續泊位-岸橋-集卡調度建模研究

黃愷

摘 要：本文基于港口碼頭連續泊位-岸橋-集卡調度構建研究模型，目標為降低物流作業總成本，以某碼頭實際運行情況為例進行分析，構建整數線性規劃數學模型，運用ILOG CPLEX對碼頭實際運行數據進行求解，得出三者綜合作用下最優解，并將其與實際運行情況對比，證明了該模型運行的準確性、有效性。

關鍵詞：集裝箱碼頭;連續泊位;岸橋;集卡;ILOG CPLEX

中圖分類號：U651 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006—7973（2021）02-0119-02

集裝箱碼頭是當前海上運輸的重要依托工具，碼頭運行的基礎資源主要為泊位、岸橋和集卡。為了提升集裝箱碼頭的運行效率，要求優化泊位、岸橋和集卡，實現三個作業環節中的有效調度，促進三項資源的協同調度，提升港口的綜合運行效率。

1集裝箱碼頭連續泊位-岸橋-集卡調度建模研究

研究中將時間類優化目標轉化為以作業形式呈現的目標，構建數學模型，目的在于實現作業成本最優化。模型構建中運用碼頭運行周期、碼頭可用集卡總數、集卡運輸集裝箱一次的往返時間、船舶最晚離港時間、船舶等待泊位單位作業時間成本、集卡單位作業時間成本等。本次研究選取我國某碼頭為例進行分析，以48h為一個周期進行研究[1]。

目標函數構建中要求考慮船舶在港時間成本、單位岸橋單位作業時間成本、單位岸橋等待集卡單位時間成本、單位集卡單位作業時間成本、單位集卡等待岸橋單位時間成本、船舶到港時間、延誤船期單位時間成本、船舶實際離港時間、岸橋為船舶服務時間、集卡為船舶服務時間、服務于船舶岸橋等待集卡時間、船舶待卸集裝箱數量、船舶待裝集裝箱數量等[2]。

結合集裝箱船舶長度以及集裝箱裝載量設置相應的安全距離。為了達到最佳的物流運行效果，在規定的時間內設置集裝箱裝卸量、集裝箱船舶的在港時間、集卡作業效率、岸橋作業效率等參數，使得不同的參數能夠達到最佳配比[3]。集裝箱碼頭運行中的原始數據見表1。

2某碼頭運行實例分析

本次研究的某碼頭長度1200m，為連續型碼頭設計形式，一個周期內有2880min，計48h，有15搜船開展碼頭作業。

該碼頭具有1-9共計9個編號的9個岸橋，每分鐘作業0.5箱，共計44輛開展集裝箱運輸作業的集卡，岸橋配備4輛集卡。施工作業中，船舶在港作業時每分鐘200元，每臺岸橋作業每分鐘成本40元，船舶等待泊位時每分鐘成本283元，船舶延遲離港作業時每分鐘成本250元[4]，集卡等待岸橋時作業成本每分鐘10元，每臺岸橋作業時間每分鐘40元。作業過程中，將作業周期標準為1-15，作業過程中的相關參數表示如下表2。

針對以上數值，利用ILOG CPLEX進行相應運算，得出最優解，表現為該算法時間內，具有最佳的開始作業時間、分配的集卡數量、到港船舶的泊位位置、實際離港時間等相關參數。見表3。

結合上文中運用 ILOG CPLEX求解出的分析結果可知，分配結果達到最優解，通過優化之后可將整體碼頭物流作業成本降低至1845930元[5]。

本文研究中，選擇了該碼頭兩天內運輸中的真實運營數據，基于驗證模型有效性的考量，將上文中得到的真實最優數值與實際操作運行中的實際數值進行對比分析，在實際操作中得到的真實運營數據見表4。

3結果

結合表中已有數據可見，在實際操作過程中，整體作業過程中的物流成本2845400元，該數值比模型中數值高。據此可見，本次研究中運用的ILOG CPLEX求解最優數值，實現了在最短時間內達到最優解的目標，驗證了整數線性規劃數學模型的必要性。可見，運用精確算法在求解碼頭實際運行中泊位、岸橋和集卡之間協同調度方面運用優勢明顯。

本文研究中通過數學模型運算之后得出的總成本與實際操作成本相比降低35%，顯示了其在碼頭實際運行中的價值作用，顯著降低碼頭作業成本，提升碼頭作業效率，在碼頭實際作業中具有重要的指導意義[6]。

集裝箱碼頭作業過程中，為了達到最佳的運行效益，促進物流作業達到最佳的運行效益，要求優化泊位、岸橋、集卡資源，達到三種資源的協同調度優化，提升碼頭整體的運行效率。為此，本文構建整數線性規劃數學模型，研究了我國某個碼頭的實際運行情況，對碼頭的真實運行情況運用ILOG CPLEX軟件分析，在一定的時間范圍內達到了最佳運行效率。將研究結果與碼頭實際運行情況進行對比，發現運行效果良好，證明該工程在實際運行中具有較高的準確性與有效性。

參考文獻：

[1]徐皖東，劉桂云，王慈云，駱璐瑤.基于復合成本的集裝箱碼頭泊位-岸橋聯合調度優化方法[J].寧波大學學報（理工版），2019，32（06）：87-91.

[2]王智靈，劉桂云，劉明濤.基于服務損失函數的集裝箱碼頭泊位—岸橋聯合調度優化[J].水道港口，2017，38（03）：313-319.

[3]孔鈺涵，陳夏中，胡鴻韜. 針對雙層集裝箱碼頭的三小車岸橋作業性能及集卡調度問題的仿真優化研究[A]. 中國科學技術協會.2017世界交通運輸大會論文集（下冊）[C].中國科學技術協會：中國公路學會，2017：11.

[4]蔣美仙. 集裝箱碼頭連續泊位—岸橋—集卡—堆場—閘口的動態調度研究[D].浙江工業大學，2015.

[5]楊華龍，滕川川.基于擠壓算法的集裝箱碼頭泊位與岸橋聯合調度優化[J].大連海事大學學報，2014，40（03）：8-12.

[6]桂小婭. 不確定性條件下集裝箱碼頭泊位與岸橋集成調度計劃建模與優化[D].上海交通大學，2013.