氣象條件對(duì)沿海散貨港口服務(wù)水平的影響

楊 斌，高樹(shù)奇，張保華，李冰緋

（中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100007）

引 言

隨著全球經(jīng)濟(jì)和貿(mào)易的迅速發(fā)展，港口之間的競(jìng)爭(zhēng)日趨白熱化。港口服務(wù)水平，作為在港船舶所受服務(wù)質(zhì)量的客觀(guān)評(píng)價(jià)，其高與低能側(cè)面反映港口競(jìng)爭(zhēng)力的強(qiáng)弱。例如，無(wú)論船舶是處于裝卸作業(yè)還是等待進(jìn)港的狀態(tài)，其營(yíng)運(yùn)成本相對(duì)較固定，如果某港口船舶在港等待時(shí)間普遍過(guò)長(zhǎng)，船舶的等待將會(huì)給船舶經(jīng)營(yíng)者帶來(lái)很大損失，長(zhǎng)此以往，船公司可能會(huì)放棄該港口而選擇其他港口掛靠營(yíng)運(yùn)，從而引起貨源流失，降低港口競(jìng)爭(zhēng)力。因此，港口服務(wù)水平的研究，對(duì)提高港口競(jìng)爭(zhēng)力，使其在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究重點(diǎn)主要集中在裝卸設(shè)施、港口管理等領(lǐng)域，而在港口服務(wù)水平方面，鮮有研究。郭子堅(jiān)等[1]以港口服務(wù)水平為基準(zhǔn)，研究了沿海港口航道通過(guò)能力的定義和指標(biāo)；陳琦等[2]通過(guò)控制同向進(jìn)出港船舶尾隨時(shí)間研究了船舶進(jìn)出港安全時(shí)距對(duì)沿海港口服務(wù)水平的影響。以上研究均未考慮作業(yè)天數(shù)這一重要因素對(duì)港口服務(wù)水平的影響。

較其他貨種而言，散貨貨種相對(duì)特殊，其裝卸作業(yè)易受作業(yè)天數(shù)的影響，例如部分散貨港區(qū)降水停工、天晴突擊裝卸等，加重了港口生產(chǎn)和船舶運(yùn)行的不均衡性，進(jìn)而引起港口服務(wù)水平的變化。因此，本文選擇散貨港口作為研究對(duì)象，從主要由作業(yè)天數(shù)控制的作業(yè)天數(shù)出發(fā)，運(yùn)用Arena仿真軟件，建立不同作業(yè)天數(shù)下沿海散貨港口船舶進(jìn)出港作業(yè)系統(tǒng)仿真模型，動(dòng)態(tài)模擬船舶進(jìn)出港及裝卸作業(yè)全過(guò)程。通過(guò)運(yùn)行仿真模型和采集數(shù)據(jù)，得到不同作業(yè)天數(shù)下的作業(yè)天數(shù)對(duì)港口服務(wù)水平的影響關(guān)系，可為提高港口競(jìng)爭(zhēng)力及在港口規(guī)劃與決策等方面提供理論依據(jù)。

1 港口散貨生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)仿真模型

1.1 港口服務(wù)水平

港口服務(wù)水平[2]評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取借鑒于公路、船閘和內(nèi)河航道，其取值采用船舶在港平均等待時(shí)間與平均在泊作業(yè)時(shí)間的比值（S=AWT/AST）。港口服務(wù)水平是在港船舶所受服務(wù)質(zhì)量的度量，同時(shí)也是港口交通狀態(tài)的客觀(guān)評(píng)價(jià)。港口服務(wù)水平的值越小，說(shuō)明港口服務(wù)水平越好，在港船舶等待時(shí)間相對(duì)較短，港區(qū)生產(chǎn)狀況良好，反之，說(shuō)明港口服務(wù)水平差，在港船舶等待數(shù)量較多，港口堵塞情形較嚴(yán)重。一般認(rèn)為S值控制在0.1～1.5[1]之間比較合適。

1.2 作業(yè)天數(shù)影響因素

散貨港區(qū)港口作業(yè)天數(shù)主要受氣象、海象和腹地經(jīng)濟(jì)條件的影響，其中，作業(yè)天數(shù)為主導(dǎo)因素。散貨港區(qū)易受風(fēng)、降水、霧等相關(guān)氣象因素影響，主要體現(xiàn)在當(dāng)風(fēng)力大于六級(jí)船舶需立即停止裝卸作業(yè)；風(fēng)力小于七級(jí)時(shí)允許引航船靠近船舶及拖船強(qiáng)制引水；對(duì)糧食、水泥、棉花等，只要有雨即應(yīng)停止裝卸作業(yè)；能見(jiàn)度低于3級(jí)，船舶不宜在港區(qū)和航道上航行等方面。

在統(tǒng)計(jì)港口作業(yè)天數(shù)時(shí)，大風(fēng)持續(xù)時(shí)間不足24 h，但大于12 h視為一天，不足12 h，但大于6 h計(jì)為半天；日降水量大于0.1 mm（含0.1 mm）可稱(chēng)為一個(gè)雨日；霧持續(xù)時(shí)間不足24 h但超過(guò)12 h即算一天，超過(guò)4 h計(jì)為半天[3]。

1.3 仿真模型

本文根據(jù)船舶到達(dá)港口后的作業(yè)歷程細(xì)化為錨地待泊、船舶進(jìn)港、裝卸作業(yè)和船舶出港共四個(gè)子模塊，如圖1所示。綜合考慮沿海散貨港區(qū)的實(shí)際情況與服務(wù)規(guī)則，并細(xì)化氣象模塊對(duì)船舶進(jìn)出港作業(yè)流程的影響，建立沿海散貨港口作業(yè)系統(tǒng)仿真模型。

圖1 沿海散貨港口船舶進(jìn)出港作業(yè)流程

其中，受作業(yè)天數(shù)控制的作業(yè)天數(shù)所在的是錨地待泊子模塊，該模塊構(gòu)建過(guò)程為：由Create模塊產(chǎn)生船舶實(shí)體，隨后經(jīng)Assign模塊對(duì)船舶噸級(jí)、裝卸量、船舶吃水等參數(shù)進(jìn)行賦值，之后由天氣模塊確定當(dāng)前風(fēng)、霧等氣象因素，扣除不可作業(yè)天數(shù)，最后由VB程序模塊判斷船舶實(shí)體是否允許進(jìn)入航道，完成指泊流程。

2 仿真試驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 仿真參數(shù)

本仿真模型參數(shù)設(shè)置為：散貨船舶到港服從泊松分布，到港時(shí)間間隔服從負(fù)指數(shù)分布[4]；航道為單線(xiàn)航道，通航歷時(shí)取 1～3 h，進(jìn)出港安全時(shí)距為15 min；各噸級(jí)泊位比例、各噸級(jí)到港船舶比例與當(dāng)前現(xiàn)行規(guī)范及世界上現(xiàn)投入運(yùn)營(yíng)的散貨船隊(duì)構(gòu)成比例一致，并將其定義為標(biāo)準(zhǔn)散貨港區(qū)規(guī)模；不同通航歷時(shí)下的散貨港口其港區(qū)內(nèi)各噸級(jí)泊位數(shù)量及比例均相同；潮汐為正規(guī)半日潮，潮差2 m。仿真運(yùn)行時(shí)間1 a，仿真重復(fù)次數(shù)20次。

2.2 仿真結(jié)果分析

1）港口服務(wù)水平擬合分析

本文通過(guò)對(duì)沿海進(jìn)口散貨港區(qū)單線(xiàn)航道進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得出了我國(guó)沿海進(jìn)口散貨港區(qū)單線(xiàn)航道在達(dá)到相同航道通過(guò)能力[5]時(shí)，不同通航歷時(shí)、作業(yè)天數(shù)與港口服務(wù)水平的關(guān)系如圖2所示。

圖2 港口服務(wù)水平與作業(yè)天數(shù)、通航歷時(shí)的關(guān)系

由圖2中擬合曲線(xiàn)可以得出港口服務(wù)水平的擬合方程為：

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

不同通航歷時(shí)下擬合參數(shù)值及擬合優(yōu)度見(jiàn)表1。

表1 港口服務(wù)水平公式擬合參數(shù)及擬合優(yōu)度

由表1可以看出，判定系數(shù)R2均大于0.9，說(shuō)明公式的擬合效果較好。

2）作業(yè)天數(shù)影響分析

假設(shè)τ表示和基準(zhǔn)值下的服務(wù)水平相比較，增加或減少相應(yīng)參數(shù)時(shí)對(duì)港口服務(wù)水平的影響幅度，由式(2)確定：

當(dāng)τ的數(shù)值為正數(shù)時(shí)，說(shuō)明所選參數(shù)值下的港口服務(wù)水平比基準(zhǔn)值下的港口服務(wù)水平差，數(shù)值越大，港口內(nèi)船舶等待時(shí)間越長(zhǎng)，港口堵塞越嚴(yán)重；當(dāng)τ的數(shù)值為負(fù)數(shù)，說(shuō)明所選參數(shù)值下的港口服務(wù)水平比基準(zhǔn)值下的港口服務(wù)水平好，數(shù)值越小，港口內(nèi)船舶等待時(shí)間越短，港內(nèi)生產(chǎn)狀況越好。

以通航歷時(shí)2 h為基準(zhǔn)，各作業(yè)天數(shù)（t）下通航歷時(shí)變化引起服務(wù)水平變動(dòng)幅度（τ）如圖3，通航歷時(shí)為2 h時(shí)作業(yè)天數(shù)變化（Δt）引起的服務(wù)水平變動(dòng)幅度（τ）如圖4。

圖3 通航歷時(shí)變化引起服務(wù)水平變動(dòng)關(guān)系

圖4 作業(yè)天數(shù)變化引起的服務(wù)水平變動(dòng)

由上述兩圖分析可知：

1）當(dāng)通航歷時(shí)增加時(shí)，服務(wù)水平的變動(dòng)幅度（τ）的值為正數(shù)，且不斷隨著作業(yè)天數(shù)的提高而變大，說(shuō)明通航歷時(shí)的增加會(huì)引起港口服務(wù)水平的下降；反之，當(dāng)通航歷時(shí)的減小時(shí)，服務(wù)水平的變動(dòng)幅度（τ）的值為負(fù)數(shù)，且不斷隨著作業(yè)天數(shù)的提高而變小，說(shuō)明通航歷時(shí)的減小會(huì)引起港口服務(wù)水平的上升，詳見(jiàn)圖3。

2）當(dāng)通航歷時(shí)一定時(shí)，作業(yè)天數(shù)的增加，服務(wù)水平的變動(dòng)幅度（τ）的值為負(fù)數(shù)，且越來(lái)越小，說(shuō)明作業(yè)天數(shù)的增加會(huì)引起港口服務(wù)水平的提升；反之，作業(yè)天數(shù)的減小，服務(wù)水平的變動(dòng)幅度（τ）的值為正數(shù)，且越來(lái)越大，說(shuō)明作業(yè)天數(shù)的減小會(huì)引起港口服務(wù)水平的降低，詳見(jiàn)圖4。

3 算例分析

以沿海某散貨港區(qū)為例，港區(qū)含1萬(wàn)、3.5萬(wàn)、10萬(wàn)t級(jí)泊位各1個(gè)，5萬(wàn)t級(jí)泊位4個(gè)，潮汐為正規(guī)半日潮，潮差 2.3 m，單向航道，通航歷時(shí)為1 h，船舶進(jìn)出港安全時(shí)距為20 min，仿真運(yùn)行時(shí)間1 a，仿真重復(fù)次數(shù)20次。仿真得到在達(dá)到一定航道通過(guò)能力下，作業(yè)天數(shù)與港口服務(wù)水平的影響關(guān)系，如圖5所示。

圖5 某港區(qū)作業(yè)天數(shù)與港口服務(wù)水平的關(guān)系曲線(xiàn)

由圖5可看出，隨著作業(yè)天數(shù)的增加，港口服務(wù)水平得到提升。由曲線(xiàn)的斜率隨作業(yè)天數(shù)的增加而不斷減小可知，作業(yè)天數(shù)的增加，港口服務(wù)水平的提升幅度不斷減小，即航道在達(dá)到某一固定的通過(guò)能力的條件下，作業(yè)天數(shù)相對(duì)較小時(shí)，船舶等待時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，提高作業(yè)天數(shù)可大幅減小船舶等待時(shí)間而提升港口服務(wù)水平，但作業(yè)天數(shù)達(dá)到相對(duì)較高數(shù)值時(shí)，港口服務(wù)水平此時(shí)相對(duì)處于一個(gè)比較良好的狀態(tài)，作業(yè)天數(shù)的增加對(duì)港口服務(wù)水平的提升幅度影響不大。

4 結(jié) 語(yǔ)

作業(yè)天數(shù)是影響港口作業(yè)天數(shù)的決定性因素，因而也是影響港口服務(wù)水平的重要因素之一。利用仿真軟件對(duì)沿海散貨港區(qū)船舶作業(yè)流程進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，研究不同通航歷時(shí)條件下受作業(yè)天數(shù)控制的作業(yè)天數(shù)對(duì)沿海散貨港口服務(wù)水平的影響，主要得出以下結(jié)論：

1）沿海散貨港口服務(wù)水平與作業(yè)天數(shù)、通航歷時(shí)的擬合方程見(jiàn)公式(1)；

2）在作業(yè)天數(shù)一定時(shí)，通航歷時(shí)的增加會(huì)引起港口服務(wù)水平的下降，在港口航道規(guī)劃選線(xiàn)時(shí)，選擇通航歷時(shí)相對(duì)較短的線(xiàn)路可顯著提升港口的服務(wù)水平；

3）通航歷時(shí)一定時(shí)，港口服務(wù)水平隨著作業(yè)天數(shù)的增加而提高。其中，作業(yè)天數(shù)相對(duì)較小的散貨港口，采取如增設(shè)雨棚等可增加作業(yè)天數(shù)的措施，可有效提升港口服務(wù)水平；但對(duì)于作業(yè)天數(shù)相對(duì)較高的散貨港口，作業(yè)天數(shù)的增加對(duì)港口服務(wù)水平的提升意義不大。