港口碼頭連續(xù)泊位-岸橋-集卡調(diào)度建模研究

黃愷

摘 要：本文基于港口碼頭連續(xù)泊位-岸橋-集卡調(diào)度構(gòu)建研究模型，目標(biāo)為降低物流作業(yè)總成本，以某碼頭實際運行情況為例進(jìn)行分析，構(gòu)建整數(shù)線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型，運用ILOG CPLEX對碼頭實際運行數(shù)據(jù)進(jìn)行求解，得出三者綜合作用下最優(yōu)解，并將其與實際運行情況對比，證明了該模型運行的準(zhǔn)確性、有效性。

關(guān)鍵詞：集裝箱碼頭;連續(xù)泊位;岸橋;集卡;ILOG CPLEX

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

集裝箱碼頭是當(dāng)前海上運輸?shù)闹匾劳泄ぞ?，碼頭運行的基礎(chǔ)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(yōu)化泊位、岸橋和集卡，實現(xiàn)三個作業(yè)環(huán)節(jié)中的有效調(diào)度，促進(jìn)三項資源的協(xié)同調(diào)度，提升港口的綜合運行效率。

1集裝箱碼頭連續(xù)泊位-岸橋-集卡調(diào)度建模研究

研究中將時間類優(yōu)化目標(biāo)轉(zhuǎn)化為以作業(yè)形式呈現(xiàn)的目標(biāo)，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，目的在于實現(xiàn)作業(yè)成本最優(yōu)化。模型構(gòu)建中運用碼頭運行周期、碼頭可用集卡總數(shù)、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(yè)時間成本、集卡單位作業(yè)時間成本等。本次研究選取我國某碼頭為例進(jìn)行分析，以48h為一個周期進(jìn)行研究[1]。

目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建中要求考慮船舶在港時間成本、單位岸橋單位作業(yè)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(yè)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(wù)時間、集卡為船舶服務(wù)時間、服務(wù)于船舶岸橋等待集卡時間、船舶待卸集裝箱數(shù)量、船舶待裝集裝箱數(shù)量等[2]。

結(jié)合集裝箱船舶長度以及集裝箱裝載量設(shè)置相應(yīng)的安全距離。為了達(dá)到最佳的物流運行效果，在規(guī)定的時間內(nèi)設(shè)置集裝箱裝卸量、集裝箱船舶的在港時間、集卡作業(yè)效率、岸橋作業(yè)效率等參數(shù)，使得不同的參數(shù)能夠達(dá)到最佳配比[3]。集裝箱碼頭運行中的原始數(shù)據(jù)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(xù)型碼頭設(shè)計形式，一個周期內(nèi)有2880min，計48h，有15搜船開展碼頭作業(yè)。

該碼頭具有1-9共計9個編號的9個岸橋，每分鐘作業(yè)0.5箱，共計44輛開展集裝箱運輸作業(yè)的集卡，岸橋配備4輛集卡。施工作業(yè)中，船舶在港作業(yè)時每分鐘200元，每臺岸橋作業(yè)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(yè)時每分鐘成本250元[4]，集卡等待岸橋時作業(yè)成本每分鐘10元，每臺岸橋作業(yè)時間每分鐘40元。作業(yè)過程中，將作業(yè)周期標(biāo)準(zhǔn)為1-15，作業(yè)過程中的相關(guān)參數(shù)表示如下表2。

針對以上數(shù)值，利用ILOG CPLEX進(jìn)行相應(yīng)運算，得出最優(yōu)解，表現(xiàn)為該算法時間內(nèi)，具有最佳的開始作業(yè)時間、分配的集卡數(shù)量、到港船舶的泊位位置、實際離港時間等相關(guān)參數(shù)。見表3。

結(jié)合上文中運用 ILOG CPLEX求解出的分析結(jié)果可知，分配結(jié)果達(dá)到最優(yōu)解，通過優(yōu)化之后可將整體碼頭物流作業(yè)成本降低至1845930元[5]。

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

3結(jié)果

結(jié)合表中已有數(shù)據(jù)可見，在實際操作過程中，整體作業(yè)過程中的物流成本2845400元，該數(shù)值比模型中數(shù)值高。據(jù)此可見，本次研究中運用的ILOG CPLEX求解最優(yōu)數(shù)值，實現(xiàn)了在最短時間內(nèi)達(dá)到最優(yōu)解的目標(biāo)，驗證了整數(shù)線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型的必要性?？梢?，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(xié)同調(diào)度方面運用優(yōu)勢明顯。

本文研究中通過數(shù)學(xué)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(yè)成本，提升碼頭作業(yè)效率，在碼頭實際作業(yè)中具有重要的指導(dǎo)意義[6]。

集裝箱碼頭作業(yè)過程中，為了達(dá)到最佳的運行效益，促進(jìn)物流作業(yè)達(dá)到最佳的運行效益，要求優(yōu)化泊位、岸橋、集卡資源，達(dá)到三種資源的協(xié)同調(diào)度優(yōu)化，提升碼頭整體的運行效率。為此，本文構(gòu)建整數(shù)線性規(guī)劃數(shù)學(xué)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(nèi)達(dá)到了最佳運行效率。將研究結(jié)果與碼頭實際運行情況進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)運行效果良好，證明該工程在實際運行中具有較高的準(zhǔn)確性與有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐皖東，劉桂云，王慈云，駱璐瑤.基于復(fù)合成本的集裝箱碼頭泊位-岸橋聯(lián)合調(diào)度優(yōu)化方法[J].寧波大學(xué)學(xué)報（理工版），2019，32（06）：87-91.

[2]王智靈，劉桂云，劉明濤.基于服務(wù)損失函數(shù)的集裝箱碼頭泊位—岸橋聯(lián)合調(diào)度優(yōu)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(yè)性能及集卡調(diào)度問題的仿真優(yōu)化研究[A]. 中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會.2017世界交通運輸大會論文集（下冊）[C].中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會：中國公路學(xué)會，2017：11.

[4]蔣美仙. 集裝箱碼頭連續(xù)泊位—岸橋—集卡—堆場—閘口的動態(tài)調(diào)度研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)，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(lián)合調(diào)度優(yōu)化[J].大連海事大學(xué)學(xué)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(diào)度計劃建模與優(yōu)化[D].上海交通大學(xué)，2013.