海上過駁卸載系統(tǒng)駁運(yùn)任務(wù)規(guī)劃問題研究

劉寶新， 王宇哲

(陸軍軍事交通學(xué)院，天津 300161)

在戰(zhàn)爭(zhēng)及自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，海上運(yùn)輸有時(shí)會(huì)面臨港口碼頭被破壞的情況，為解決深吃水運(yùn)輸船無法抵岸卸載的問題，可采用海上過駁卸載將裝備物資轉(zhuǎn)移上岸。海上過駁卸載是通過在具備一定水深的水域搭建過駁平臺(tái)，將運(yùn)輸船上的裝備物資倒載至淺吃水的駁運(yùn)船艇，再由駁運(yùn)船艇將裝備物資轉(zhuǎn)移至岸灘的方式。海上過駁卸載環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，但作業(yè)環(huán)節(jié)多，作業(yè)節(jié)點(diǎn)之間相互影響。卸載系統(tǒng)類似于一個(gè)物資轉(zhuǎn)運(yùn)中轉(zhuǎn)站，裝備物資的中轉(zhuǎn)依靠駁運(yùn)船艇的往來駁運(yùn)，由于倒載的裝備物資類型不同，駁運(yùn)船艇裝載能力不同，駁運(yùn)任務(wù)規(guī)劃是否科學(xué)合理，對(duì)于海上過駁系統(tǒng)整體運(yùn)行效率高低有著重要影響。本文充分分析海上過駁卸載作業(yè)流程，以整體作業(yè)時(shí)間最短為目標(biāo)，提出規(guī)劃駁運(yùn)任務(wù)方法，為部隊(duì)實(shí)踐提供參考。

1 海上過駁卸載系統(tǒng)作業(yè)過程

海上過駁卸載大體可分為3個(gè)環(huán)節(jié)：海上過駁、近岸駁運(yùn)和岸邊卸載。海上過駁是通過特定的過駁平臺(tái)，為深吃水運(yùn)輸船提供臨時(shí)靠泊的泊位，以滾裝或吊裝的方式，將裝備由運(yùn)輸船上卸下，并裝載至淺吃水的駁運(yùn)船艇上；近岸駁運(yùn)是駁運(yùn)船艇在裝載裝備物資后，利用駁運(yùn)船艇可直接抵灘的能力，在過駁平臺(tái)和岸邊來回往復(fù)倒載物資的過程；岸邊卸載是在海灘等自然環(huán)境地形下將裝備物資由駁運(yùn)船艇上卸下的過程，3個(gè)環(huán)節(jié)相互銜接，相互影響。

2 海上過駁卸載系統(tǒng)駁運(yùn)任務(wù)規(guī)劃

2.1 海上過駁卸載系統(tǒng)優(yōu)化目的

海上過駁卸載系統(tǒng)的優(yōu)化目的，根據(jù)任務(wù)性質(zhì)、任務(wù)目標(biāo)有所不同。美軍在聯(lián)合海岸后勤行動(dòng)中常使用的JOTE模型，是探究多個(gè)卸載子系統(tǒng)下的駁運(yùn)船艇資源分配問題，該模型的優(yōu)化目標(biāo)是使得整個(gè)系統(tǒng)中待轉(zhuǎn)運(yùn)物資總量最少，即所有卸載通道中裝備物資總量與駁運(yùn)船艇駁運(yùn)裝備物資總量之差最少[1]，是追求卸載需求與卸載能力之差最小化的模型，可使各卸載子通道的卸載能力相對(duì)均衡，有利于提升海上過駁卸載的持續(xù)性和經(jīng)濟(jì)性。在實(shí)踐中，對(duì)于具體某一過駁卸載，各級(jí)指揮員常常關(guān)注的問題是，如何利用現(xiàn)有駁運(yùn)船艇資源，在最短時(shí)間內(nèi)完成卸載，研究該問題對(duì)于指導(dǎo)實(shí)踐有著重要意義。

2.2 以最短用時(shí)為目標(biāo)的駁運(yùn)任務(wù)規(guī)劃

海上過駁卸載系統(tǒng)作業(yè)環(huán)節(jié)多且相互銜接，要求各作業(yè)環(huán)節(jié)效率相互匹配，影響卸載能力的因素較多，其中近岸駁運(yùn)次數(shù)多，涉及不同類型的裝備物資和駁運(yùn)船艇，任務(wù)需求和保障能力不能統(tǒng)一衡量計(jì)算，是運(yùn)籌學(xué)中多任務(wù)指派、資源配置的問題。

海上過駁任務(wù)完成的標(biāo)志是最后1臺(tái)裝備上岸，假定某海上過駁系統(tǒng)運(yùn)行順暢、各作業(yè)環(huán)節(jié)的銜接不會(huì)出現(xiàn)等待擁堵等情況，則卸載任務(wù)完成時(shí)間是最后一艘次駁運(yùn)船艇完成最后一次駁運(yùn)任務(wù)的時(shí)刻。

對(duì)于駁運(yùn)船艇，每一次駁運(yùn)任務(wù)及其所用時(shí)間主要有：靠泊平臺(tái)，時(shí)間T1;裝載裝備，時(shí)間TL;離開平臺(tái)，時(shí)間T2;近岸駁運(yùn)，時(shí)間T3；抵灘，時(shí)間T4；卸載裝備，時(shí)間TU；退灘，時(shí)間T5；返回平臺(tái)，時(shí)間T6。

八項(xiàng)作業(yè)中，T1、T2主要與駁運(yùn)船艇類型、過駁平臺(tái)類型有關(guān)，T3、T6與駁運(yùn)船艇類型和駁運(yùn)距離有關(guān)，T4、T5與駁運(yùn)船艇類型有關(guān)，故當(dāng)過駁平臺(tái)類型、離岸距離確定時(shí)，在卸載系統(tǒng)資源配置協(xié)調(diào)情況下，各類型駁運(yùn)船艇每次駁運(yùn)任務(wù)的T1～T6時(shí)間也相對(duì)固定，將T1～T6共6項(xiàng)相對(duì)固定時(shí)間之和稱為航行時(shí)間TH。

對(duì)于裝備裝載時(shí)間TL和卸載時(shí)間TU，則與裝備類型、駁運(yùn)船艇類型、裝備數(shù)量、裝卸載方式等有關(guān)。駁運(yùn)船艇的裝載能力主要受空間大小、載重的限制，不同類型的裝備裝載數(shù)量也不同，應(yīng)當(dāng)有所區(qū)分。以裝備的尺寸、重量為依據(jù)，結(jié)合駁運(yùn)船艇的裝載能力，假設(shè)將裝備類型劃分為4類。各類型駁運(yùn)船艇裝載不同類型裝備的最大裝載數(shù)量如表1所示，考慮到為了增加駁運(yùn)船艇駁運(yùn)效率，一次駁運(yùn)任務(wù)可裝載多種類型的裝備，若窮舉出所有可能的組合，則會(huì)消耗大量計(jì)算時(shí)間。為簡(jiǎn)化運(yùn)算，本文提出裝備裝載系數(shù)的概念，即同類型裝備最大裝載數(shù)量的倒數(shù)，當(dāng)每次駁運(yùn)搭載裝備的裝載系數(shù)之和不大于1，即認(rèn)為能夠裝載。例：對(duì)于A型駁運(yùn)船艇，1臺(tái)類型1裝備的裝載系數(shù)是0.5、1臺(tái)類型3裝備的裝載系數(shù)是0.25，1臺(tái)類型4裝備的裝載系數(shù)是0.25,三者裝備系數(shù)之和等于1，即可同時(shí)裝載于A型駁運(yùn)船艇上。

海上過駁作業(yè)，通常是通過搭接跳板連接過駁平臺(tái)與駁運(yùn)船艇，裝備滾裝通行上艇，速度較快；但由于不同類型的駁運(yùn)船艇，其結(jié)構(gòu)型式、艙門大小、空間大小等有所不同，裝備裝卸載的時(shí)間不可同一而論，應(yīng)當(dāng)區(qū)別計(jì)算。在裝載時(shí)，裝備駛?cè)腭g運(yùn)船艇指定位置后，捆綁加固工作隨即展開，在最后一臺(tái)裝備駛?cè)氪r(shí)，前序裝備的捆綁加固通常也已完成，模型不再單獨(dú)考慮裝備的捆綁加固時(shí)間。根據(jù)相關(guān)實(shí)踐數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，不同駁運(yùn)船艇裝卸載單臺(tái)不同類型裝備的時(shí)間如表2所示。

表1 各類型駁運(yùn)船艇裝載不同裝備能力

表2 各類型駁運(yùn)船艇裝載單臺(tái)不同裝備時(shí)間 min

結(jié)合表2內(nèi)容，TL、TU可用駁運(yùn)船艇所運(yùn)載的裝備數(shù)量表示。TH則是各型駁運(yùn)船艇單次駁運(yùn)時(shí)間與駁運(yùn)次數(shù)之積，駁運(yùn)次數(shù)可用所運(yùn)裝備的裝載系數(shù)之和表示(向上取整)。單艘駁運(yùn)船艇總作業(yè)時(shí)長(zhǎng)，即是所有駁運(yùn)次數(shù)中TH、TL、TU之和。海上過駁系統(tǒng)駁運(yùn)的最短時(shí)間，即是所有駁運(yùn)船艇的最大單艘作業(yè)時(shí)間，故系統(tǒng)最短作業(yè)時(shí)間的目標(biāo)函數(shù)可以表示為：

?i

式中：i為駁運(yùn)船艇類型；j為裝備物資類型;Ni為i型的駁運(yùn)船艇的數(shù)量；Nj為需要駁運(yùn)的j型裝備數(shù)量；Nij為i型的駁運(yùn)船艇倒運(yùn)裝備j的總數(shù)量；TLij為單個(gè)j型裝備裝載到i型船艇的時(shí)間；TUij為單個(gè)j型裝備從i型船艇卸載的時(shí)間；Pij為單個(gè)j型裝備裝載對(duì)應(yīng)i型船艇的裝載系數(shù)。

3 模型應(yīng)用

3.1 任務(wù)背景

以某海上過駁卸載系統(tǒng)做模型應(yīng)用研究，相關(guān)數(shù)據(jù)已做模糊處理。已知海上過駁平臺(tái)搭設(shè)在離岸3海里處，有A、B、C、D共4種類型的駁運(yùn)船艇可供使用，其數(shù)量分別為3、3、2、1艘。四種類型駁運(yùn)船艇的航行時(shí)間TH如表3所示。

表3 各類型駁運(yùn)船艇航行時(shí)間min

所需駁運(yùn)的各類裝備數(shù)量如表4所示，由4艘滾裝運(yùn)輸船搭載，不考慮運(yùn)輸船停泊、靠泊之間的空檔期。

表4 卸載任務(wù)需求 臺(tái)

3.2 模型求解

將相關(guān)任務(wù)參數(shù)代入到模型之中，該模型為混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題，可利用LINGO軟件求解，程序代碼為：

model:

sets:

boat/1,2,3,4/:travel,num,time;

cargo/1,2,3,4/:task;

link(cargo,boat):x,per,load,unload;

endsets

data:

num=3,3,2,1;

travel=63,58,71,72;

task=100,100,200,300;

load=2.5,4.5,3,4,2,4,3,4,1.8,3,2,3,1.2,2.5,2,3;

unload=2,4,2.5,2.5,1.8,3.5,2.5,3,1.5,3,1,2,1,2,1,2;

per=0.5,0.5,0.25,0.25,0.5,0.25,0.25,0.25,0.25,0.166,0.167,0.125,0.25,

0.125,0.166,0.125;

enddata

@for(boat(j):time(j)=(@sum(cargo(i):x(i,j)*per(i,j)*travel(j))+

@sum(cargo(i):x(i,j)*load(i,j))+@sum(cargo(i):x(i,j)*unload(i,j)))

/num(j));

[obj]min=@smax(time(1),time(2),time(3),time(4));

@for(cargo(i):@sum(boat(j):x(i,j))=task(i););

@for(link:@gin(x));

end

3.3 求解結(jié)果

求解得駁運(yùn)任務(wù)最短耗時(shí)為1 393.5 min，任務(wù)分配結(jié)果如表5，各型駁運(yùn)船艇的具體作業(yè)參數(shù)如表6所示，作業(yè)時(shí)間較為均衡。在戰(zhàn)時(shí)海上運(yùn)輸投送中，裝載通常在我方港口進(jìn)行，準(zhǔn)備時(shí)間相對(duì)充分，作業(yè)環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定。而卸載在對(duì)方海域展開，海上過駁卸載面臨復(fù)雜自然環(huán)境、敵情威脅等諸多不利因素干擾，但作戰(zhàn)行動(dòng)又要求裝備物資能快速上陸，迅速、持續(xù)形成戰(zhàn)斗力。因此，卸載往往比裝載難度大，也要求具有更高的時(shí)效性，在制定裝載方案時(shí)就應(yīng)當(dāng)考慮如何“卸得快”，即“裝載服務(wù)于卸載”。模型求得的駁運(yùn)任務(wù)，也可以給制定裝載方案提供參考。

表5 各型駁運(yùn)船艇駁運(yùn)不同裝備物資數(shù)量 臺(tái)

表6 各型駁運(yùn)船艇駁運(yùn)參數(shù)

4 結(jié)束語

在分析海上過駁卸載作業(yè)流程的基礎(chǔ)上，提出不同類型駁運(yùn)船艇應(yīng)當(dāng)區(qū)別考慮作業(yè)時(shí)間，提出利用裝載系數(shù)以簡(jiǎn)化計(jì)算的方法，通過LINGO求解如何利用現(xiàn)有駁運(yùn)船艇資源，實(shí)現(xiàn)最快速的卸載，一定程度上減少海上過駁卸載中駁運(yùn)的盲目性，為科學(xué)高效規(guī)劃駁運(yùn)任務(wù)提供一種方法，可幫助指揮機(jī)構(gòu)估算駁運(yùn)時(shí)間和制定卸載方案，為部隊(duì)實(shí)踐提供參考。但本文只考慮了海上過駁卸載系統(tǒng)運(yùn)行流暢、各作業(yè)環(huán)節(jié)之間銜接不需要等待的情況，而在實(shí)踐過程中，常常會(huì)在駁運(yùn)船艇靠泊過駁平臺(tái)、抵灘作業(yè)時(shí)產(chǎn)生排隊(duì)作業(yè)情況，今后的研究中還需綜合考慮等待時(shí)長(zhǎng)等因素的影響，使計(jì)算結(jié)果更好的服務(wù)于應(yīng)用。