港口通过能力测算方法与存在问题分析

港口通过能力测算方法及其

存在的问题分析

引言

港口通过能力作为衡量一个港口的实力重要指标之一，能够准确测算港口通过能力直接影响着对于一个港口的整体规划设计，同样也会影响政府制定相关政策。尤其是第四代港口的提出，它作为一种柔性港口，指的是港口对外部环境反应和适应能力，以及能动地改变外部环境的意图和效果。要求提供精细化的作业和敏捷化的服务，从而实现各个系统间的无缝对接。这样就对港口通过能力提出了更高的要求，所以寻找到科学合理的测算方法一直是相关学者研究的问题。本文就基于查找到的相关文献，总结和归纳了五种主要的测算方法，并对这五种测算方法进行简单的介绍。对其存在的问题进行了分析。

1 相关文献研究现状

陈家源，郑仁环的《港口通过能力系统理论研究》对到、离港的船舶流，车流以及货流的特征与规律，运用统计学原理进行分析，并经过假设检验，较为准确的认识与描述港口交通流的分布特征及港口生产状态特征的方法。陈家源与刘翠莲在归纳了国内外对“港口通过能力理论研究”的基础上, 对港口的生产组织规律进行分析提出了港口通过能力的系统结构模型和通过能力计算的数学模型。对港口通过能力系统进行了动态分析, 应用GPSS 系统模拟语言, 建立港口通过能力系统的动态模拟, 结合生产实际对系统初始条件进行有目的地调控经过多次模拟运行, 找出密切相关的因素。李德源，黄聪敏在《港口专用泊位通过能力的统计分析与评价》中结合港口的实际情况，应用概率统计和随机服务系统的有关理论，探讨了专用泊位的合理利用问题。硕士研究生张静在论文《港口泊位服务系统》中以港口实际数据为支撑，通过研究各种港口泊位系统的计算方法，正确分析影响港口泊位服务系统的各项的因素，对比泊位服务系统在新的因素组合下的服务质量，更科学的研究港口泊位子系统的方法，通过分析影响泊位系统作业的多方面因素，利用排队系统原理及仿真技术，模拟分析各种因素对系统的影响程度。上海大学国际工商管理学院的何学斌在《港口通过能力的系统优化》中着重介绍了运用排队论计算港口通过能力的方法。此外，美国的JOHNF.WARWAR

在《港口通过能力的简化解法》较为全面的考虑了影响港口通过能力的潜在限制因素，并介绍了一种十分简单的计算方法。宗蓓华教授在《用概率乘法原则计算泊位综合通过能力》利用概率乘法的原则，求出各组合状态的概率，这样就简化了很多复杂因素的影响，然后根据各单一流向、单一船型和单一货种的通过能力计算出泊位的综合通过能力。

2 港口通过能力的测算

2.1港口通过能力的概念

港口通过能力亦称“港口吞吐能力”，是指港口在一定时期内，在一定的技术装备和劳动组织条件下，所能装卸货物的最大数量，即最大吞吐量。港口通过能力可分为理论通过能力、营运通过能力和后备通过能力。

港口理论通过能力也就是港口饱和通过能力或最大通过能力。它是港口本身所固有的生产能力，不考虑港口生产经营经济效益时所能达到的最大能力。其定义是：港口在一定时期(通常一年) 内，在既定的港口设施、劳动力和生产组织与管理水平的条件下，最大限度地利用港口各生产要素所能装卸的一定结构的货物的自然吨数。理论通过能力由营运通过能力和后备能力两部分所组成。

港口营运通过能力也就是港口的实际通过能力，它是港口编制生产计划和进行综合平衡的依据。其定义是：在一定时期内，在既定的港口设施、劳动生产率和生产组织与管理水平的条件下，港口各生产要素在得到合理利用时所能装卸的一定结构的货物的自然吨数。所谓“合理利用”是指在经济效益最好时的利用程度。港口营运通过能力与理论通过能力的区别在于生产要素的利用程度不同，两者的关系可用下式表示：

P 营=P理 + K合

式中：

P 营——营运通过能力；

P 理——理论通过能力；

K 合一一设备合理利用率

影响港口通过能力的因素包括：

（1）货类。

（2）港口总体布局和码头专业化程度。

（3）港口设施与设备的先进性。

（4）运输工具的性能、尺度和作业条件。

（5）装卸工人及装卸司机的数量和素质。

（6）港口自然条件。

（7）港口库场的堆存能力。

（8）港口后方的集疏运能力。

影响港口通过能力的因素繁多，还包括企业领导素质、生产管理水平等等。

图1 港口通过能力系统结构模型

2.2 测算方法

港口通过能力作为港口营运的重要指标之一，而且港口通过能力测算正确与否直接关系到能够运用击发点机制，又称触发式机制，是在泊位能力将饱和时才着手扩建港口的一种机制，表明泊位利用饱和与否的指标是泊位利用率。这种机制如果运用得当，可以避免港口通过能力远远超过设计这种现象的发生，从而使得港口的资源过剩，这是对资源的一种严重浪费。从各方面的数据不难看出港口能力核定能力过低，在中国港口也普遍存在。如果我国港口的建设能够在科学的港口通过能力计算方法的基础上，实行“击发点机制”，可以大大减少产能严重过剩的情况出现。所以对于找到科学合理的港口通过能力的计算方法一直是很多学者思考的问题。纵观前面很多学者的相关研究，对于港口通过能力的测算方法主要有5种：

1. 指标计算法

2. 概率乘法原则计算泊位综合通过能力

3. 用库存论来决定泊位数的方法

4. 用排队论来决定泊位数的方法

5. 港口物流系统的动态模拟方法

测算方法中提到的泊位数，主要是为了测算泊位通过能力，而泊位通过能力是测算港口通过能力的基础。在港口服务系统中，码头泊位是港口的营运中心，码头泊位数反映了港口的规模，其他设施（包括锚地、装卸器械、搬运工具、码头堆场、仓库等）的规模应与码头泊位能力相互协调配套。各系统之间有如一节节的管道，环环相扣，任何一个系统成为瓶颈，都会影响到整个港口的通过能力。通常泊位通过能力是港口通过能力的核心。不能正确的计算泊位通过能力，也就不能正确确定库场通过能力、集疏运能力以及其他子系统的通过能力，从而难以保证港口的高效运营。

基于相关文献以及理解，简单介绍这五种方法。

2.2.1指标计算法

比较常用的传统计算方法，这种方法建立在任务与能力相适应的基础上，力求建立港口生产能力和计划运输任务平衡关系。举例以下两种方法： ① 《港口生产管理与组织》一书中，泊位年通过能力计算公式可采用：

式中：M----船舶数，泊位全年所能装卸的船舶艘数；

---港口生产的不平衡系数

② 文章《关于港口通过能力若干理论问题的商榷》中，码头设计通过能力采用下式计算：

式中：

-----泊位年设计通过能力；

n-----泊位设计作业线数；

-----每条作业线的昼夜生产率

2.2.2概率乘法原则计算泊位通过能力

通常在计算泊位通过能力时，先按特定货种特定船型以及特定流向分别确定特定状态下的泊位通过能力（记作γi ），然后再根据特定状态下泊位装卸货物数量占总量的比重（记作αi ）分段计算出此泊位的综合通过能力R ，用公式表达为：R=1/∑

目的：对于在某已知泊位进行装卸货物的活动，求出各种组合状态，如单一流向、单一船型及单一货种的概率，使得复杂的是多因素影响状态得以化简，然后根据各组合状态的通过能力计算出泊位的综合通过能力。

基本原理：港口货物装卸的一般情况表明，货物流向、货物种类、船型变化三种事件(分别记作E 、G 、F ) 彼此相互独立。根据概率乘法原则，可以得出任一特定货种、特定流向、特定船型装卸货物的概率为各独立事件概率的乘积。用公式表达如下：

P （E i F j G k ）=P（E i ）P （F j ）P （G k ）

式中：P （E i F j G k ）——表示i 流向、j 型船、k 货种组合状态发生的概率； P （E i ）——表示流向i 发生的概率；

P （F j ）——表示装（卸）j 型船的概率；

P （G k ）——表示泊位装（卸）k 种货物的概率。

二、解题方法和步骤：

（一） 流向概率P （E i ）

根据货物流向可分为：进口和出口

进口货物概率P （E 1）=α1

出口货物概率P （E 2）=α2

（二） 船型的概率P （F j ）

设有j =1、2„„n 种船型，每一种船型的概率可表示为：

j 型船进口货运的概率P （F j ）1=βj1

j 型船出口货运的概率P （F j ）2=βj2

（三） 货种的概率P （G k ）

设共有k =1、2„„m 种货种，每一种货种的概率可表示为：

j 型船装运k 种货物的概率P （G k ）=γjk

三、泊位装卸全概率和综合通过能力

根据概率论原理，装卸各船型进出口货物的全概率P 应为1，即：

P ==1

所以泊位综合通过能力可以表示为：

R=1/∑

上式中

——泊位装或卸单一货物、单一流向、单一船型的通过能力

2.2.4用库存论来决定泊位数的方法

库存论的基本思想是确定码头泊位应保持多大的必要富余，才能满足港口和船舶有效运作，使港口系统的经济效益最佳。

码头泊位应保持多大的必要富裕，才能满足港口和船舶有效运转，使港口系 统的经济效益最佳，这就是库存论的基本思想。具体方法是:设最佳泊位数为S ，那么对于在港的船舶艘数X 则可能有X>S，X=S，X

2.2.3用排队论来决定泊位数的方法

排队论把港口看成一个随机服务系统，以船舶的等待和泊位数量之间的合理均衡为宗旨，来寻求港口排队系统中某些变量的最优值。

分析船舶排队系统中船舶与泊位的关系，它假设船舶按泊松分布到达港口，占用服务台即泊位的时间服从K 阶爱尔朗分布，港口有S 个泊位，系统容量无限大。这些假设在实际中会遇到许多困难，如船舶在港口的装卸时间很难用适合的分布函数来确定。在实际中，港口通过能力是以货物通过量来描述，而不是粗略的以通过多少艘船来衡量，涉及货物的进出口量和港口的综合通过能力方面，排队论中的泊位数、船舶数和服务时间等概念也已经不再适用于实际情况。 3 港口物流系统的动态模拟方法

对港口物流系统的仿真研究，统计货物装卸、运输和堆存等作业过程，帮助决策者提高港口规划与管理的水平。其中包括码头设施设备数量与通过能力的关系，泊位利用率与船舶在港时间之间的平衡，机械和设备数量与机械利用率的关系，机械调度方案比较与优化，堆场堆存策略与堆场利用率、堆场通过能力的关

系，机械数量配置的优化，出入口车道数与吞吐量的关系等等。在此文中只涉及港口通过能力与其余子系统（库场、泊位等）的相互作用。

3.1港口通过能力结构模型

对我国港口的实际情况进行分析与归纳, 通过能力系统的结构模型可以概括为下列模式(如图1 所示) 。从图1可以看出泊位、库场(包括前方、后方) 、集疏运等子系统的结构与相互关系、装卸子系统、操作及货流流向。

港口通过能力是基于运输任务对港口的需求规律的变化, 需要输入和输出均处于平衡状态。

港口通过能力的综合平衡原理是: 港口的生产过程是由有限个环节组成的系统。港口系统的通过能力是各作业区能力之和, 各作业区能力应与其相应的子系统综合能力平衡, 各子系统环环紧扣, 彼此协调, 即任一环节能力应与其前后衔接部分的能力相适应。

3.2 优点

（1） 解决了港口物流系统规划设计和营运组织中的一些常规计算方法难以解决的问题, 其全部过程都是按照船舶、货物到港的工艺流程动态地进行模拟的。

（2）满足港口的动态性特征，能确切反映港口生产过程的状态特征；更准确地用数据解释港口的泊位、库场、集疏运、装卸等各子系统之间的相关关系, 使之达到平衡；更综合统筹船、港、货的利益, 改善总营运效果，使其更好地按目标排序。

（3）可以把系统动态运行过程中, 任一时点上的全部实体、属性和活动的瞬间表象, 由一组数值记录下来。管理人员经过适当的分析计算就可以掌握系统的行为和性能的各种规律。

3.3具体动态模拟分析

模拟方法是分析港口物流系统最有效的工具。例如排队论、计算机仿真、遗传算法等都是常用的动态模拟方法。GPSS 是面向离散事件的专用模拟语言。这种语言尤其适用于排队系统。建立在GPSS 模块结构基础上用FORTRAN 语言编写的GPSS — F仿真语言，不仅本身具有较强的功能， 并且允许建模人员根据需

要加入程序段或子模块， 具有较好的灵活性和适应性。综合考虑机型和经济性方面的条件， 该语言用于我国的港口物流系统是很实用的。

最后通过建立模型，它是为了产生以下统计信息:

泊位: 泊位利用率靠泊船舶数平均靠泊时间

库场: 平均库存量仓库运用率库内结存、平均库存期当前库存量最大库存量 船舶排队待泊:最长排队待泊船数平均队长总通过船数、没有排队直接靠泊船数平均等待时间、除零等待的平均等待时间当前排队船数

通过量:进口量、出口量、吞吐量、火车入库量、火车出库量、汽车入库量、汽车出库量、移出量(库场一库场)

4 存在问题分析

港口通过能力因为受到各种各样的因素影响，所以每一种测量方法为了实现测算结果必须考虑到这些因素的影响，同时把这些因素条件转化成数学语言进行求解，而这个过程往往就会存在很多问题。基于对前面五种对港口通过能力的测算方法的理解，对其存在问题进行分析，同时加深对其的理解。

指标计算法作为一种传统的测算方法，计算公式一般都是通用的，根据具体任务确定能力，仅考虑港口能够完成多少，未能综合考虑货主和船方的利益，存在一定弊端。随着海上运输的不断发展，在运输船型、码头设备、装卸机械、搬运车辆、泊位堆场以及运输组织等领域产生了一系列的变革，逐步专业化。这就使原有的通用公式中许多参数与实际情况相差很大，公式计算结果的适用性也较差。

用概率乘法计算意在求出各组合状态的概率，从而简化了很多复杂因素的影响。这种方法计算过程清晰、无误。但是这就是问题的关键，要统计出各种货物、各种船型进出港口的概率，这个工作量是很繁琐的，而且这也是基于静态基础上进行分析。而港口作为一个有多个复杂系统组成的系统，随着经济的发展，港口通过能力必须满足发展的需求，尤其是第四代港口，作为一种柔性化港口的提出，对于港口通过能力的精准度提出了更高的要求，所以必须作为一个动态的系统来分析。

与前两种测算方法相比较，用库存论的测算方法较之指标计算法和概率乘法原则可以说接近实际情况前进了一步。考虑到了船舶到港的随机性因素，却没有

考虑每艘船因装卸作业占用泊位的时间长短也是具有随机性的，而只是用泊位的平均装卸效率指标简单地取代了装卸时间长短的随机性变化，因此也不能反映港口生产的实际情况。

从前面的分析中不难看出排队论方法具有动态性和经济性等优点，但是局限性在于只能有两个随机变量，只能分析港口货流从进港到码头前沿这一阶段，以确定泊位数，但是港口还需要把货物运出港，排队论无法分析货物出港的动态变化以及这些变化对港口设施能力的影响。

港口通过能力的动态模拟法通过仿真技术实现对现代化港口的动态变化， 但是这种测算方法必须要高昂的费用作为代价的，同时因为要运用仿真计算，在运行速度上相对其他方法会慢。同时还因为技术层面上的问题，很多港口并没有采用这种方法。

5 结语

在即将完成这篇论文之时，要感谢小组所有成员，这段时间大家都辛苦了。感谢吴昊同学收集到文章中的相关概念及其影响因素，并对其进行整理；感谢陈潇同学对第二种方法的详细整理和撰写，并对全文思路提出相关看法和建议；感谢慈小玉同学对第一种方法、第三种方法和第四种方法的详细整理和撰写；感谢周心吾同学对第五种方法—动态模拟法进行详细整理和撰写；感谢杨佩同学对于相关研究的整理和撰写，并对全文大纲提出看法和建议；最后全文的整理以及衔接工作，PPT 的制作，相关信息的收集以及整理由组长张明完成。PPT 的制作和Word 的编辑要感谢全组成员提供的想法和技术支持。

感谢真虹老师给我们这样一个机会，让我们可以了解相关的东西。同时还要感谢那些提供我们相关文献，供我们组员参考的作者。

参考文献

[1]真虹, 刘桂云. 柔性化港口的发展模式[M].上海交通大学出版社,2008.

[2]陈家源, 刘翠莲. 港口通过能力的若干理论及模拟模型的研究[J].大连海运学院学报,1992(1).

[3]陈家源, 郑仁环. 港口通过能力系统理论研究[J]. 大连海事大学学报, 1993(3).

[4]何学斌. 港口通过能力的系统优化研究[J].技术经济,2005(9).

[5]宗蓓华. 用概率乘法原则计算泊位综合通过能力[J].水运工程,1981(10).

[6]张静. 港口泊位服务系统研究[D].大连海事大学,2008.

[7]陈家源. 港口通过能力理论与计算方法[M].大连海事大学出版社,2003.