大型集裝箱港口近港集疏運道路服務(wù)水平提升

張婧卿

(上海國際港務(wù)(集團(tuán))股份有限公司，上海 200136)

1 研究背景

沿海港口是我國對外開放的門戶和綜合交通運輸?shù)闹匾獦屑~，在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展、對外開放、經(jīng)濟(jì)安全等方面發(fā)揮著重要作用。而集裝箱運輸作為現(xiàn)今世界水運的主要發(fā)展方向之一，在我國沿海港口中發(fā)展迅速，中國的集裝箱運輸及集裝箱港口發(fā)展也日趨成熟。但港口集疏運問題仍是大型港口面臨的共性問題，我國集裝箱港口陸路集疏運仍以公路為主，據(jù)統(tǒng)計，在沿海主要港口集裝箱集疏運中，公路占比超過 80%[1]。而大型集裝箱港口由于吞吐量較大，臨近港口地區(qū)的集疏運道路常有擁堵的情況，制約了港口未來的發(fā)展，因此緩解近港集疏運通道擁堵、提高其服務(wù)水平的研究具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

2 既有大型集裝箱港口改善集疏運措施

緩解集疏運通道的擁堵情況，可以從“節(jié)流”和“開源”兩個方面來考慮。比較常用的“節(jié)流”方法就是提高非公路集疏運的比例來降低公路集疏運量，如提高水水中轉(zhuǎn)比例、鐵路集疏運比例等；比較常用的“開源”方法就是增加貨運通道。這兩種常用的方法，目前已在全國各大港口廣泛應(yīng)用。如上海港水水中轉(zhuǎn)比例持續(xù)提升，至2018年全港水水中轉(zhuǎn)比例達(dá)到46.8%，洋山深水港水水中轉(zhuǎn)比例達(dá)50.9%[2]；寧波舟山港積極發(fā)展海鐵聯(lián)運業(yè)務(wù)，2018 年初又正式開通了渝甬沿江海鐵聯(lián)運國際班列，海鐵聯(lián)運班列增至12條[3]；天津港通過建設(shè)津漢高速、濱海西外環(huán)高速、津港高速二期、薊汕聯(lián)絡(luò)線等形成濱海新區(qū)繞城貨運環(huán)線，減輕穿城疏港通道的交通壓力[4]。但是隨著各大港口集裝箱吞吐量的不斷上升，即使通過水路、鐵路進(jìn)行一定的分流，公路集疏運量仍居高不下，導(dǎo)致直接連接港區(qū)的近港公路擁堵情況較為嚴(yán)重、服務(wù)水平較低。

3 集疏運通道的交通特性

近港集疏運道路主要指直接連接港區(qū)的道路，或臨近港區(qū)的集卡必經(jīng)之路。改善近港集疏運通道交通狀況，首先應(yīng)先分析其交通的特性。相比于一般的高速公路或城市道路，連接港區(qū)的集疏運道路有著不同的交通特性，主要表現(xiàn)在：

1)在出行結(jié)構(gòu)上：近港道路的交通量主要來自港區(qū)，因而集裝箱卡車占比高，行人、非機動車需求幾乎沒有或較少。

2)在通道選擇上：主要集疏運通道以高速公路為主，往往集中在某一條或幾條公路上，如天津東疆港區(qū)主要通過海濱高速集散，寧波北侖港主要通過穿山港高速連接外部高速公路系統(tǒng)，洋山深水港區(qū)則通過東海大橋連接S2高速，道路交叉口少，過境交通占絕大多數(shù)。

3)在流量時間分布上：集卡運輸受船舶靠港及港區(qū)作業(yè)影響較大，集疏運道路交通量呈現(xiàn)較為明顯的波峰波谷現(xiàn)象[5]。尤其在我國，受相關(guān)政策影響(我國港口周末照常運營，國際上其他國家港口部分周末休息暫停運營，部分提高裝卸費用)，在一周內(nèi)港口吞吐量、集疏運量也存在較為明顯的高峰與低谷。

集卡占比高、替代通道少、高峰較為集中，這3大特征正是造成集疏運通道擁堵的主要原因，即集卡交通集中在有限的通道上，在集卡到離港高峰時段產(chǎn)生的交通量較大。

4 總體策略

4.1 節(jié)流

既有“節(jié)流”方案大多從降低總體公路運輸量的角度考慮，此處說的“節(jié)流”是指在總體公路集疏運量不改變的情況下，基于集疏運交通存在波峰波谷、擁堵常發(fā)生在交通量波峰時段這一現(xiàn)象，考慮通過“削峰填谷”的方式，降低高峰日以及高峰小時交通量，達(dá)到緩解高峰時段擁堵的效果。

這種“削峰填谷”可通過在外部公路系統(tǒng)與近港公路交接處建設(shè)無水港性質(zhì)的物流堆場實現(xiàn)。集裝箱到達(dá)該物流堆場即視為已送達(dá)港區(qū)，在堆場至港區(qū)近港公路段由專用集卡車隊完成，根據(jù)近港公路實時交通流量調(diào)整集卡發(fā)車量，以達(dá)到均衡每天、每小時近港公路上交通量的效果。此外，這樣的堆場實際是港區(qū)堆場的遠(yuǎn)程外延，可以與港區(qū)內(nèi)堆場形成聯(lián)動，內(nèi)外堆場間集卡發(fā)車除了考慮近港公路實時流量，還應(yīng)綜合考慮船舶到港時間、港區(qū)內(nèi)外堆場利用率等信息。

4.2 開源

既有“開源”方式需要通過大量的公路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)來滿足，此處提出的“開源”是指在既有公路資源的基礎(chǔ)上，通過采用無人駕駛、編組運營的方式，降低車頭時距，從而提高道路的通行能力。

在高速公路環(huán)境下，我國道路交通安全法實施條例明確規(guī)定車輛在不同車速范圍內(nèi)行駛時應(yīng)保持不同的安全車距。但無人駕駛車輛系統(tǒng)在遭遇緊急情況時做出的反應(yīng)時間與有人駕駛車輛不同。大量試驗與有關(guān)文獻(xiàn)顯示：通常有人駕駛車輛在遭遇緊急情況時駕駛員從看到緊急情況到讓剎車發(fā)揮作用的總反應(yīng)時間大約為1.2 s，而無人駕駛車輛的整個反應(yīng)過程只需要0.1～0.6 s。顯然，無人駕駛車輛所需應(yīng)急反應(yīng)時間明顯少于有人駕駛車輛。相應(yīng)行駛狀態(tài)下所需的安全車距理論上也將少于有人駕駛車輛[6]。

因此，在無人駕駛環(huán)境下，集卡車輛可進(jìn)行編隊行駛，編隊內(nèi)部前后兩輛車的間距小于人工駕駛集卡，如果近港公路全程均采用無人駕駛編隊運營，則集卡整體平均車頭時距將遠(yuǎn)小于采用人工駕駛集卡，從而提高道路通行能力。

5 案例分析

5.1 洋山深水港區(qū)集疏運模式

洋山深水港區(qū)是上海國際航運中心的重要組成部分，從2005年12月10日洋山深水港區(qū)一期工程順利開港，至2018年年底洋山四期試運營滿1年，洋山深水港區(qū)吞吐量逐年上升，2018年全年吞吐量達(dá)1 842.5萬TEU，占全港集裝箱吞吐量的43.9%，其中水水中轉(zhuǎn)比例為50.9%，如圖1所示為2010—2018年洋山深水港吞吐量及水水中轉(zhuǎn)比例變化情況，其余均通過陸路集疏運。由于其位于小洋山島上，陸路集疏運均必須經(jīng)東海大橋與上海市連接(圖2)。

未來小洋山北側(cè)地區(qū)還將規(guī)劃建設(shè)支線泊位，功能上以承擔(dān)長江支線集裝箱吞吐量及穿梭巴士運量為主，并考慮部分沿海支線及近洋航線集裝箱吞吐量的轉(zhuǎn)移。在北側(cè)支線泊位建成后，洋山一至三期支線吞吐量將轉(zhuǎn)移至北側(cè)，南側(cè)將全部服務(wù)于遠(yuǎn)洋航線的大噸位船舶，未來吞吐量仍存在一定的上升空間。綜合考慮腹地及全球經(jīng)濟(jì)形勢，預(yù)測洋山深水港區(qū)2025年吞吐量為2 400萬TEU，水水中轉(zhuǎn)比例為54.17%；2035年吞吐量為3 000萬TEU，水水中轉(zhuǎn)比例為60%[7]。換言之，至2035年，通過東海大橋集疏運的集裝箱將達(dá)到1 200萬TEU。

圖1 洋山深水港區(qū)吞吐量及集疏運情況

圖2 洋山深水港與東海大橋區(qū)位

5.2 東海大橋的交通特性

東海大橋具有典型的近港公路特點，在交通結(jié)構(gòu)上，集疏港交通占總交通量的85%以上；在時間分布上，受船舶到港時間等因素影響，東海大橋交通量分布較為不均衡，且情況復(fù)雜，存在1年內(nèi)各月、1月內(nèi)各天、1天內(nèi)24 h以及雙向交通4個方面的不均衡(圖3)。此外，部分集卡作業(yè)為僅提箱或僅送箱，使得其集卡往返東海大橋中有單程為空載行駛。

圖3 洋山深水港區(qū)現(xiàn)狀作業(yè)情況

5.3 東海大橋交通問題

根據(jù)洋山深水港規(guī)劃預(yù)測，2035年東海大橋須承擔(dān)1 200萬TEU集裝箱的集疏運交通。綜合考慮其交通量分布的不均衡性，采用公式(1)，結(jié)合現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)，預(yù)測2035年東海大橋高峰日高峰小時(7:00—8:00)集卡進(jìn)港方向交通量為3 465 pcu(標(biāo)準(zhǔn)車流量)，出港方向交通量為3 907 pcu。疊加小洋山島上其他功能在早高峰產(chǎn)生的通勤、商務(wù)、旅游等交通量(以進(jìn)港方向居多)，東海大橋進(jìn)出港方向最高峰交通量均為4 000 pcu左右，道路飽和度為0.88，服務(wù)水平為四級，擁堵情況較為嚴(yán)重。

(1)

式中：P為洋山深水港區(qū)全年吞吐量(TEU)；w為水水中轉(zhuǎn)比例(%)；Cm為月不均勻系數(shù)，月度最大吞吐量與全年月均吞吐量之比；Cd為日變化系數(shù)，1個月內(nèi)日最大吞吐量與全月日均吞吐量之比；HTF為高峰小時流量比，東海大橋全天最高峰小時的集卡交通量與全天集卡交通量之比；Cu為方向不均衡系數(shù)，高峰小時單向流量較高的方向流量與總流量之比；D為作業(yè)天數(shù)(d)，根據(jù)洋山深水港區(qū)實際運營情況，取350 d；E為集卡空駛率(%)，根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)查結(jié)果，取10%；M為集卡折算標(biāo)準(zhǔn)小汽車(pcu)系數(shù)，根據(jù)相關(guān)規(guī)范[8]取4；N為吞吐量折算集卡車次系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗，取1.8。

5.4 節(jié)流改善方案

在東海大橋的陸端臨港地區(qū)規(guī)劃一個港外集裝箱中轉(zhuǎn)堆場，通過東海大橋與洋山深水港區(qū)連通，集卡只須將貨物送到臨港的中轉(zhuǎn)堆場即可。從臨港中轉(zhuǎn)堆場到洋山深水港區(qū)的運輸將依據(jù)每日、每小時東海大橋流量調(diào)整從堆場至港區(qū)的發(fā)車數(shù)量，做到日變化系數(shù)(Cd)降至1左右，降低高峰小時流量比(HTF)至0.045(即全天24 h內(nèi)集卡每小時通過東海大橋量基本均衡)，并基本消除集卡空駛現(xiàn)象(圖4)?；诖?，根據(jù)公式(1)可計算得出：在吞吐量高峰月，2035年東海大橋集疏運交通出港方向每小時出港交通量2 075 pcu，進(jìn)港交通量1 840 pcu，疊加其他功能交通量，東海大橋飽和度可達(dá)到0.5以下，符合高速公路二級服務(wù)水平。

圖4 臨港地區(qū)堆場運營模式

從規(guī)模上看，考慮土地集約利用，臨港堆場以滿足集卡調(diào)度需求為主，應(yīng)盡量縮短集裝箱在其堆存的時間。在作業(yè)量波谷日到達(dá)的集裝箱，可在24 h內(nèi)送往洋山，即堆存期為1 d；在作業(yè)量波峰日到達(dá)的集裝箱，大部分也可于當(dāng)天送往洋山(圖5)，但高于平均作業(yè)量的部分需要調(diào)整至波谷日再運往洋山深水港區(qū)，其在臨港中轉(zhuǎn)堆場的堆存期可能為1～4 d。綜合考慮削峰填谷量的需求，臨港中轉(zhuǎn)堆場的平均堆存期約為2 d。

圖5 2017年9月日平均作業(yè)量

依據(jù)規(guī)范[9]，堆場容量(Ey)和堆場所需地面箱位數(shù)(Ns)均可通過以下公式計算得出：

(2)

(3)

式中：Ey為集裝箱堆場容量(TEU);Qh為年吞吐量(TEU)；tdc為到港集裝箱平均堆存期(d);KBK為堆場集裝箱不平衡系數(shù),取1.2;Tyk為集裝箱堆場年工作天數(shù)(d)，取365 d;Ns為集裝箱碼頭堆場所需地面箱位數(shù)(TEU)；Nt為堆場設(shè)備堆箱層數(shù)；As為堆場容量利用率(%)。

其中，空重箱堆場由于堆高層數(shù)不同，面積應(yīng)分開測算，以2035年預(yù)測陸路集疏運量1 200萬TEU、空重箱比例參考現(xiàn)狀約為1:3進(jìn)行箱位數(shù)測算。此外，由于臨港中轉(zhuǎn)堆場平均堆存期較短，存取箱較為頻繁，為降低翻箱率，重箱堆高采用堆四過五。單位集裝箱工藝面積采用現(xiàn)狀洋山深水港區(qū)數(shù)據(jù)(表1)，計算得出臨港中轉(zhuǎn)堆場用地面積需求為99.1萬m2。

表1 臨港中轉(zhuǎn)堆場箱位數(shù)及用地需求測算

從選址上看，可選在現(xiàn)狀蘆潮港集裝箱中心站處(圖6)。該站建成于2005年，與洋山深水港區(qū)同步開始運營，可與現(xiàn)狀滬乍杭鐵路(浦東鐵路南段)及規(guī)劃滬通鐵路相連，但由于其無法直接聯(lián)系洋山深水港區(qū)，其年吞吐量僅約2.3萬TEU。利用該處作為臨港中轉(zhuǎn)堆場，既可以提高東海大橋的通行能力，又可以解決鐵路集疏運“最后一公里”問題，提高洋山深水港區(qū)鐵路集疏運占比，降低集卡運輸對公路的影響。該中心站及其東側(cè)配套物流用地總用地面積約為93.8萬m2，可基本滿足中轉(zhuǎn)堆場的用地需求。

圖6 中轉(zhuǎn)堆場建議選址方案

從作業(yè)流程上看，堆存在臨港堆場的集裝箱裝卸船有2種可能的流程:1)卸船-岸邊-港內(nèi)堆場-港外堆場-出港(進(jìn)港-港外堆場-港內(nèi)堆場-岸邊-裝船)；2)卸船-岸邊-港外堆場-出港(進(jìn)港-港外堆場-岸邊-裝船)。兩者的區(qū)別是：在第1種流程下，集裝箱須先后在港外堆場和港內(nèi)堆場堆存，導(dǎo)致與現(xiàn)有裝卸船流程相比，將增加1次裝卸的過程；在第2種流程下，集裝箱僅在港內(nèi)堆場或港外堆場堆存，即集裝箱裝卸船流程與現(xiàn)狀相同。顯然，第2種流程效率更高，能耗和成本更低，但對港口作業(yè)計劃的要求較高。因此，需要港口生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)(TOS)與集卡調(diào)度系統(tǒng)的高度配合，使盡可能多的集裝箱通過第2種流程裝卸船，以減少港外堆場對港口能耗、成本等方面的影響。

5.5 開源改善方案

如上文所述，東海大橋是上海地區(qū)通往洋山的唯一通道，如果通過工程設(shè)施提高大橋通行能力，則其施工期對港區(qū)運營的影響巨大。因此，在不做大規(guī)模工程改造的基礎(chǔ)上，采用編組行駛的無人駕駛集卡來降低集卡間的車頭時距(圖7)，達(dá)到提高東海大橋通行能力的目的。

圖7 現(xiàn)狀與無人集卡編組運營對比

考慮到無人集卡技術(shù)尚未成熟，可采用近遠(yuǎn)期結(jié)合的方式：近期在小洋山北側(cè)尚未建成時，可在現(xiàn)狀單向3車道中選擇2條車道作為無人集卡專用車道，剩余1條車道作為社會車輛和特種集卡(如危險品集卡)專用車道，并在這2種功能間設(shè)置物理隔離，見圖8；遠(yuǎn)期隨著吞吐量的上升，2條專用車道已無法滿足需求，若無人駕駛方案已趨成熟，可滿足有人車與無人車共同行駛條件，則可拆除物理隔離，以提升東海大橋的通行能力。

圖8 東海大橋斷面(單位：m)

同時，如節(jié)流方案所述，為了減少作業(yè)流程中裝卸的次數(shù)，洋山深水港區(qū)內(nèi)部運輸與港區(qū)至外部堆場間的運輸宜使用無人的內(nèi)集卡，這樣可以滿足內(nèi)集卡從臨港中轉(zhuǎn)堆場直達(dá)碼頭前沿。

6 結(jié)論與展望

1)公路集疏運是港口發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施條件，并且在未來一段時間內(nèi)仍將在大型港口集疏運中占有較大比例。

2)近港集疏運道路因集卡占比高、替代通道少、高峰較為集中等問題時發(fā)擁堵。在新增交通設(shè)施條件受限的情況下，可通過設(shè)置港外堆場平衡近港道路小時流量的“開源”策略解決高峰較為集中的問題，利用無人集卡編組運營技術(shù)提高道路通行能力的“節(jié)流”策略解決集卡占比高、替代通道少的問題。

3)針對本文所述的“開源”和“節(jié)流”改善方案，仍有需要深入研究的部分。如在“節(jié)流”方案中提及的碼頭操作系統(tǒng)與集卡調(diào)度系統(tǒng)的銜接，以及在“開源”方案中，無人集卡編組運營對道路通行能力的提升量和在此運營模式下節(jié)約能耗的定量分析等。