集装箱码头堆场车道设计

1、1 集装箱码头集疏运系统分析图表1-1为保证各系统协同运作，泊位通过能力、堆场通过能力、集疏运通过能力等应满足以下条件：P（集疏运）P（堆场）P（泊位） 港口集装箱码头在现代物流节点上提供了最少的间断和最大的增值，其在现代国际贸易和运输系统中的战略地位正在逐步加强，并发挥日益活跃的作用。 图表1-2 1.1 集装箱码头大门车道目前，我国的集装箱路上运输以公路运输为主。因此，集装箱码头大门车道的重要性越来越突现。大门车道的数量设计直接影响到整个码头的集疏运效率以及建设投资数额。如果集装箱码头大门车道数量过少，将会使进港车辆排队数量增加，等待进港时间也随着延长，致使码头大门前区道路堵塞，直接影响码

2、头的集疏运系统能力以及效率。反之，如果集装箱码头大门车道数量过多，将会使部分车道闲置，车道使用率降低，造成投资建设的浪费。所以，集装箱码头大门车道的数量设计是集装箱码头设计的重要组成部分。2. 实际数据分析 由于本文的计算模型将引用上海港区的洋山一期码头的实际数据，所以在此简单介绍上海港口以及洋山一期码头的基本概况。2.1上海港口基本情况上海港位于中国大陆海岸线中部，长江与东海交汇处，北纬31度14分，东经121度39分。2006年十月上海港自年初累计集装箱吞吐量1786.4万吨，居我国港口之首。其中全港重箱出口累计7275638TEU。 航线 东南亚 (新加坡) 波斯湾 澳大利亚 南非美 美

3、西 美东 地中海 沿海 长江 内贸 全港合计 同比去年 % 进口重箱累计 198859 220070 74354 96171 441909 206515 229394 166587 710816 562270 4069117 17 进口空箱累计 81804 280991 89148 157596 977985 420088 393313 85710 217387 274957 3722536 23 出口重箱累计 336344 504616 187776 296297 1594604 400324 570933 118001 488763 476751 7275638 20 出口空箱累计 158

4、71 28732 14357 28794 31720 12166 18109 114543 352250 230280 896431 15 进口合计 (TEU) 33885 64151 18439 39054 180873 79620 77572 43633 109742 103333 973168 29 出口合计 (TEU) 48074 71327 27860 37793 206545 52860 68230 41959 85845 87996 1030455 28 表格2.1 2006年10月上海港分航线集装箱吞吐量统计经统计，当年十月总货运量为14363.05万吨，其中公路运输9455.

5、7 万吨。2.2洋山深水港一期码头随着我国航运市场的日益繁荣，上海港作为我国集装箱吞吐量最大的海港，其地位更加重要。其中洋山港洋山深水港区一期工程投入运营，在国际航运中心硬件设施方面取得重大突破。它将改写上海没有-15米以上深水航道和深水码头、泊位的历史，第五、第六代集装箱船可以全天候满载进港作业，为提升上海港的枢纽地位，加快国际航运中心建设，提供了非常好的硬件设施条件。洋山深水港是中国首次在海岛建起的港口，是上海国际航运中心建设的核心工程。它位于杭州湾口、长江口外的洋山岛，由全长32.5公里的东海大桥与南汇芦潮港相连。洋山深水港是天然良港，距离国际主要的海运航线仅104公里，水深15米以上。

6、一期工程拥有5个710万吨级大型集装箱码头泊位，可接纳第五、第六代超巴拿马型集装箱船靠泊，年吞吐能力300万标箱以上。洋山深水港区一期码头由上海盛东国际集装箱码头有限公司经营管理。盛东公司由上海国际港务（集团）有限公司和上海港集装箱股份有限公司投资建立。码头岸线全长1600米，配备5个集装箱深水泊位，设计年吞吐能力220万 TEU。码头前沿水深 -16米，可接纳 8000TEU以上的大型集装箱船舶靠泊作业。港区水域面积316.7万平方米，陆域面积134万平方米，其中堆场面积86万平方米，平面箱位25386TEU。码头配置外伸距为65米，负荷量65吨的集装箱桥吊共15台；堆场配置40.5吨，60

7、吨的龙门起重机45台；港区设置集卡进场道口12道，出场道口7道。3.重箱进出港车道数量计算以下数据计算原则是，首先假设每个方案的车道数量，然后应用（M/M/n）随机服务系统，对无车等候的概率、有车等候的概率、系统正在服务的车辆数、排队等候的车辆数以及平均等候时间进行计算，得出经济车道数量。3.1重箱进港车道数量计算3.1.1实际数据推算码头全年设计通过能力=2,200,000TEU;出口箱数占总箱数=1,030,455/1,900,000=54%;出口箱数=2,200,000*54%=1,188,000TEU/年;出口重箱数占总箱数=7,275,638/17,864,000=41%;出口重箱数

8、=2,200,000*41%=902,000TEU/年;其中公路运进箱数为总箱数的94,557,000/143,630,500=66%;公路运进重箱数=902,000*66%=595,320TEU/年;假设有占总箱数5%的箱数是通过公路件数运进的，需要在港内装箱，所以经过大门运进的重箱数=595,320-902,000*5%=550,220TEU/年；3.1.2参数假设（1）设：年工作天数为360天，不平衡系数k=3则 平均每天进箱数=550220/360*3=510TEU/天（2）设：每日工作时间为16小时，不平衡系数k=1.2则 重箱高峰小时车流量=510/16*1.2=27辆/小时3.1

9、.3方案一，假设3条车道3.1.3.1设计参数输入率 =27辆/小时服务率µ µ=13辆/小时/车道通道数n n=3服务强度 =/nµ =27/3*13=0.6923<1 表示能够消散条件3.1.3.2随机服务系统M/M/n为泊松输入，负指数分布n通道的等待系统。单路排队，多路服务。（1） 随机服务系统中无车排队的概率P0 其中，j为正在服务的通道数 =（27/13）0/0！+（27/13）1/1！+（27/13）2/2！=1+2.0769+2.1568=5.2337 =（27/13）3/3！*1/（1-0.6923）=1.4932*3.2499=4.852

10、8P0=1/（5.2337+4.8528）=0.0991（2） 随机服务系统中车辆需要等待的概率P（>3） 其中K为正在等待的车辆数 最终化简得 计算结果如下表：PK PK P(0)= (2.07690/0!)* 0.0991=0.0991 0.0991 P(1) = (2.07691/1!)* 0.0991=0.2058 0.3049 P(2) = (2.07692/2!)* 0.0991=0.2137 0.5186 P(3) = (2.07693/3!)* 0.0991=0.1480 0.6666 P(4) = (2.07694/4!)* 0.0991=0.0768 0.7434 P

11、(5) = (2.07695/5!)* 0.0991=0.0319 0.7753 表格3.1.3.2由上表可知，等待车辆小于等于3的概率大约为67%，即P（>3）=33%（3）系统中正在服务的车辆数Ls和排队等待的车辆数Lq符合以下函数关系： Lq=0.0991*（3*0.6923）3*0.6923/3！（1-0.6923）2=1.082（辆）Ls=Lq+n=1.082+3*0.6923=3.1589(辆)（4）平均等待时间Wq Wq=Lq/=1.082/27=0.0401(小时)3.1.4方案一，假设4条车道3.1.4.1设计参数输入率 =27辆/小时服务率µ µ=

12、13辆/小时/车道通道数n n=4服务强度=/nµ =27/4*13=0.5192<1 表示能够消散条件3.1.4.2随机服务系统（1）随机服务系统中无车排队的概率P0 其中，j为正在服务的通道数 =（27/13）0/0！+（27/13）1/1！+（27/13）2/2！+（27/13）3/3 =1+2.0769+2.1568+1.4931=6.7268 =（27/13）4/4！*1/（1-0.6923）=0.7753*3.2499=4.0252 P0=1/（6.7268+4.0252）=0.0930（2）随机服务系统中车辆需要等待的概率P（>4） 其中K为正在等待的车辆数

13、 最终化简得 计算结果如下表：PK PK P(0)= (2.07690/0!)* 0.0930=0.0930 0.0930 P(1) = (2.07691/1!)* 0.0930=0.1932 0.2862 P(2) = (2.07692/2!)* 0.0930=0.2006 0.4868 P(3) = (2.07693/3!)* 0.0930=0.1389 0.6257 P(4) = (2.07694/4!)* 0.0930=0.0721 0.6978 P(5) = (2.07695/5!)* 0.0930=0.0299 0.7277 表格 3.1.4.2由上表可知，等待车辆小于等于4的概率

14、大约为70%，即P（>4）=30%（3）系统中正在服务的车辆数Ls和排队等待的车辆数Lq符合以下函数关系： Lq =0.0930*（4*0.5192）4*0.5192/4！（1-0.5192）2=0.0156（辆）Ls=Lq+n=0.0156+4*0.5192=2.0924(辆)（4）平均等待时间Wq Wq=Lq/=0.0156/27=0.0006(小时)3.2重箱出港车道数量计算根据吞吐量计算，重箱出港高峰小时车流量与重箱进港高峰小时车流量相同，均为27辆/小时。系统服务仍采用（M/M/n）随即服务系统。3.2.1方案一，假设两条车道 3.2.1.1设计参数输入率 =27辆/小时服务率

15、µ µ=20辆/小时/车道通道数n n=2服务强度 =/nµ =27/（2*20）=0.675<1 表示能够消散条件3.2.1.2随机服务系统（1）随机服务系统中无车排队的概率P0 其中，j为正在服务的通道数 =（27/20）0/0！+（27/20）1/1！ =2.35 =（27/20）2/2！*1/（1-0.675）=0.9113*3.0769=3.9882 P0=1/（2.35+3.9882）=0.1578（2）随机服务系统中车辆需要等待的概率P（>2） 其中K为正在等待的车辆数 最终化简得 计算结果如下表：PK PK P(0)= (1.350/0

16、!)* 0.1578=0.1578 0.1578 P(1) = (1.351/1!)* 0.1578=0.2130 0.3708 P(2) = (1.352/2!)* 0.1578=0.1438 0.5146 P(3) = (1.353/3!)* 0.1578=0.0647 0.5793 P(4) = (1.354/4!)* 0.1578=0.0218 0.6011 P(5) = (1.355/5!)* 0.1578=0.0059 0.607 表格 3.2.1.2由上表可知，等待车辆小于等于2的概率大约为51%，即P（>2）=49%（3）系统中正在服务的车辆数Ls和排队等待的车辆数Lq符

17、合以下函数关系： Lq=0.675*（2*0.675）4*0.1578/2！（1-0.675）2=0.9189（辆）Ls=Lq+n=0.9189+2*0.675=2.2689(辆)（4）平均等待时间Wq Wq=Lq/=0.9189/27=0.034(小时)3.2.2方案二，假设3条车道 3.2.2.1设计参数输入率 =27辆/小时服务率µ µ=20辆/小时/车道通道数n n=3服务强度=/nµ =27/（3*20）=0.45<1 表示能够消散条件3.2.2.2随机服务系统（1）随机服务系统中无车排队的概率P0 其中，j为正在服务的通道数 =（27/20）0/

18、0！+（27/20）1/1！+（27/20）2/2！ =3.2613 =（27/20）3/3！*1/（1-0.45）=0.4101*1.8182=0.7456 P0=1/（3.2613+0.7456）=0.2496（2）随机服务系统中车辆需要等待的概率P（>3） 其中K为正在等待的车辆数 最终化简得 计算结果如下表：PK PK P(0)= (1.350/0!)* 0.2496=0.2496 0.2496 P(1) = (1.351/1!)* 0.2496=0.3370 0.5866 P(2) = (1.352/2!)* 0.2496=0.2274 0.814 P(3) = (1.353/

19、3!)* 0.2496=0.1024 0.9164 P(4) = (1.354/4!)* 0.2496=0.0345 0.9509 P(5) = (1.355/5!)* 0.2496=0.0093 0.9602 表格 3.2.2.2由上表可知，等待车辆小于等于3的概率大约为92%，即P（>3）=8%（3）系统中正在服务的车辆数Ls和排队等待的车辆数Lq符合以下函数关系： Lq=0.45*（3*0.45）4*0.2496/3！（1-0.45）2=0.2055（辆）Ls=Lq+n=0.2055+3*0.45=1.5555(辆)（4）平均等待时间Wq Wq=Lq/=0.2055/27=0.0076(小时)3.3大门车道选取 由以上数据计算，可以将各种方案汇总成下表： 项目 方案 µ n P0 P(>n) Lq Wq 单位 辆/小时 辆/小时/车道 车道 % 辆 分 重箱进港 一 27 13 3 0.6923 0.0991 33 1.0820 2.4060 二 27 13