長江中游港口泊位規(guī)劃與建設(shè)的研究—以荊州港為例

艾鑫宇 豐 燕

長江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院 湖北 荊州 434000

港口是交通運輸樞紐同時也是水上交通工具停泊場所，在港口規(guī)劃設(shè)計階段，不僅需要從靜態(tài)面積和運輸覆蓋范圍上規(guī)劃港口的運輸能力和泊位，更需要根據(jù)港口的動態(tài)吞吐量和運動船只數(shù)量來完成規(guī)劃，以確保港口內(nèi)的泊位滿足港口正常運行需求，避免造成港口擁堵，提升港口運行效率。而實際上，動態(tài)型的規(guī)劃并非易事，需要考核綜合因素，尤其是在內(nèi)河港口的泊位規(guī)劃中，動態(tài)變化程度較大，更需要站在動態(tài)變化的基礎(chǔ)上實施泊位規(guī)劃，以提升泊位規(guī)劃的科學(xué)性，確保港口服務(wù)能力和水平進(jìn)一步提升，港口航運企業(yè)不斷發(fā)展壯大，以港口為樞紐的綜合運輸體系日趨完善，使內(nèi)河長江中游港口有序運行，適應(yīng)長江經(jīng)濟(jì)帶高質(zhì)量發(fā)展的新形勢和新要求。

1 港口泊位規(guī)劃研究的重要意義

港口是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和對外貿(mào)易的重要節(jié)點，而泊位作為港口運輸?shù)幕驹O(shè)施之一，其規(guī)劃研究具有重要的意義。泊位規(guī)劃研究可以為港口的運作和發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和戰(zhàn)略指導(dǎo)，對于優(yōu)化資源配置、提高運輸效率、促進(jìn)港口發(fā)展和保障港口安全具有重要意義。

泊位是港口寶貴的資源之一，在有限的泊位空間內(nèi)，合理規(guī)劃和利用泊位，能夠?qū)崿F(xiàn)資源的最優(yōu)配置。通過泊位規(guī)劃研究，可以確定最佳的布局方式和?？宽樞?，使不同類型的船舶能夠高效、有序地進(jìn)出港口，從而最大限度地提高泊位的利用率和運輸效率。合理配置資源，能夠降低運輸成本，提高物流效益，為港口的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。合理的泊位規(guī)劃能夠縮短船舶在港口的停泊時間，減少船舶等待和排隊的情況，有效提高港口的吞吐量和運輸效率。通過科學(xué)規(guī)劃和管理，可以降低裝卸貨物的時間成本，加快貨物周轉(zhuǎn)速度，提高港口的服務(wù)水平和競爭力。同時，合理規(guī)劃泊位布局還能夠優(yōu)化港口內(nèi)部的交通流動，減少擁堵現(xiàn)象，提升港口的整體運營效能。隨著市場需求的不斷變化，合理規(guī)劃和持續(xù)優(yōu)化泊位布局可以確保港口具備良好的發(fā)展前景和競爭力。通過科學(xué)規(guī)劃，可以預(yù)測并解決港口發(fā)展中的瓶頸和問題，推動港口的升級改造和現(xiàn)代化建設(shè)。合理的泊位規(guī)劃還能夠吸引更多的投資和資源，促進(jìn)港口經(jīng)濟(jì)的繁榮和可持續(xù)發(fā)展。合理的泊位規(guī)劃還能夠提升港口的安全管理水平，加強(qiáng)對船舶和貨物的監(jiān)控和管控，保障港口的安全性和可靠性。港口作為國家經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，其安全運營對于國家的穩(wěn)定和發(fā)展至關(guān)重要。

綜上所述，港口泊位規(guī)劃研究對于優(yōu)化資源配置、提高運輸效率、促進(jìn)港口發(fā)展和保障港口安全具有重要意義?？茖W(xué)的規(guī)劃和管理能夠充分發(fā)揮港口的功能和潛力，推動區(qū)域經(jīng)濟(jì)的繁榮和可持續(xù)發(fā)展。因此，加強(qiáng)對港口泊位規(guī)劃研究的重視，不斷完善和優(yōu)化泊位布局，將為港口行業(yè)的發(fā)展注入新的動力，為國家經(jīng)濟(jì)的增長做出積極貢獻(xiàn)。

2 港口規(guī)劃的相關(guān)研究分析

關(guān)于港口及其泊位規(guī)劃的研究我國一直都處于探索階段，因為近些年我國的發(fā)展對港口的依賴程度非常大，傳統(tǒng)的港口規(guī)劃不盡合理，需要盡快解決。因此，針對此種情況，有關(guān)專家和學(xué)者正對港口規(guī)劃進(jìn)行全面地探索，包括從總體理論和規(guī)劃要素方面。

港口規(guī)劃理論方面：當(dāng)前，國內(nèi)外有關(guān)港口規(guī)劃的理論較多，主要包括動態(tài)規(guī)劃理論、協(xié)同發(fā)展理論、統(tǒng)籌發(fā)展理論等，皆可以用于港口規(guī)劃之中。其中，動態(tài)規(guī)劃理論，則是根據(jù)港口所處區(qū)域的動態(tài)發(fā)展需求進(jìn)行規(guī)劃，保證港口滿足發(fā)展所需。在這一過程中，還需體現(xiàn)前瞻性特點，即基于現(xiàn)有情況實施預(yù)測分析，作為港口規(guī)劃依據(jù)。協(xié)同發(fā)展理論，是指在港口規(guī)劃中，需要分析其與當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)、城市建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面工作的關(guān)系，保持彼此之間的協(xié)同性，避免產(chǎn)生“內(nèi)部矛盾”。統(tǒng)籌化發(fā)展理論，則是指港口發(fā)展規(guī)劃，需要體現(xiàn)統(tǒng)籌化意識，保證其在建設(shè)成本、建設(shè)進(jìn)度、建設(shè)質(zhì)量等各方面均能做到相互統(tǒng)一，實現(xiàn)綜合價值最大化。

港口規(guī)劃要素方面：殷潁川認(rèn)為港口創(chuàng)建應(yīng)當(dāng)保證貨物的流暢性，所以應(yīng)當(dāng)積極分析港口創(chuàng)建當(dāng)中的環(huán)境影響因素和經(jīng)濟(jì)影響因素，這對于港口創(chuàng)建來說有著至關(guān)重要的意義[1]；武焱明認(rèn)為港口的建設(shè)與貨物的運輸存在直接的關(guān)系。因此，只有保證港口建設(shè)的科學(xué)合理性，才能確保在后期使用過程中的安全性[2]；黃啟翔等全面解讀全球海洋中心城市內(nèi)涵，以大灣區(qū)航運發(fā)展階段判斷，深圳港口發(fā)展資源稟賦等為基礎(chǔ)，提出深圳港口轉(zhuǎn)型發(fā)展新思路.具體而言，以全球海洋服務(wù)功能提升為主線，探索深港共建國際航運中心，指出深圳港應(yīng)以建設(shè)具有全球影響力的國際航運創(chuàng)新中心作為主攻方向，實現(xiàn)由“運輸大港”向“服務(wù)強(qiáng)港”轉(zhuǎn)變；發(fā)揮區(qū)域中心城市功能，創(chuàng)新深圳港運輸與功能組織模式，爭取于臨近城市建設(shè)承載港后產(chǎn)業(yè)與疏港鐵路運輸功能的近距離內(nèi)陸港體系，通過鐵路連通內(nèi)陸港與深圳各港區(qū)，破解深圳港城空間矛盾，發(fā)揮港口產(chǎn)業(yè)對于區(qū)域發(fā)展的帶動作用；依托深圳既有產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新條件，推動航運大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用研究，形成與城市特性相協(xié)調(diào)的港口發(fā)展優(yōu)勢領(lǐng)域；把握海洋城市發(fā)展方向，合理配置生產(chǎn)，生活岸線資源，打造綠色，生態(tài)，文明的可持續(xù)港口發(fā)展范式[3]。

另外，關(guān)于內(nèi)河港口及其泊位的規(guī)劃研究也已經(jīng)成為我國港口規(guī)劃建設(shè)的重點研究對象。楊凱等在《內(nèi)河中小型港口“智慧港口”發(fā)展需求及建設(shè)方案研究》中從數(shù)字化業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，智慧化輔助決策平臺兩個層級,給出智慧港口規(guī)劃和建設(shè)的方案和建議[4]；李小波在研究的過程中，提出“加強(qiáng)港口建設(shè)理論，針對與港口共建城市,共同繁榮港口城市”的倡議進(jìn)行分析，最后提出港口規(guī)劃與城市建設(shè)之間的關(guān)系，進(jìn)一步優(yōu)化了我國港口布局規(guī)劃建設(shè)思路[5]。

綜上所述，關(guān)于港口規(guī)劃的理論直接影響了港口泊位規(guī)劃，泊位規(guī)劃作為港口規(guī)劃的重要組成部分，在其規(guī)劃的過程中，也需要綜合考慮多項理論。

3 動態(tài)規(guī)劃理念

動態(tài)規(guī)劃（Dynamicprogramming）是一種跨學(xué)科的算法框架，廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、管理科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)，以及生物信息學(xué)等領(lǐng)域。該方法主要是通過將一個復(fù)雜問題分解為更簡單、易于管理的子問題來解決問題。這種分解特別適用于具有重疊子問題和最優(yōu)子結(jié)構(gòu)特性的問題，這樣可以避免重復(fù)計算，并且可以從子問題的最優(yōu)解推導(dǎo)出整體問題的最優(yōu)解。

動態(tài)規(guī)劃在發(fā)展的過程中已經(jīng)形成了較為成熟的計算體系，而從簡要含義分析而言，就是以動態(tài)計算的角度分析問題，防止在解決的問題時不考慮引資動態(tài)變化因素，從而造成計算誤差的問題。

動態(tài)規(guī)劃理念適用于港口泊位規(guī)劃，港口泊位是船舶停靠的空間規(guī)劃，受到多種因素影響，如船只數(shù)量、港口面積，以及各種自然和社會因素。這些因素都是動態(tài)變化的。因此，傳統(tǒng)的靜態(tài)規(guī)劃方法，如僅僅基于當(dāng)前的數(shù)量和面積進(jìn)行規(guī)劃，很難滿足實際需求。

在這種背景下，動態(tài)規(guī)劃提供了一個更全面和靈活的規(guī)劃框架。它能夠更精準(zhǔn)地捕捉各種動態(tài)變化因素，并將這些因素整合進(jìn)一個優(yōu)化模型中，從而實現(xiàn)更合理和高效的港口泊位規(guī)劃，進(jìn)一步提升港口的運營效率。

4 動態(tài)規(guī)劃理念及其在港口泊位規(guī)劃中的應(yīng)用研究

港口泊位規(guī)劃是一個長期并且隨社會需求變化的過程，上一階段的港口泊位規(guī)劃會對當(dāng)前港口泊位產(chǎn)生影響。因此，此種情況下港口泊位規(guī)劃已經(jīng)形成鏈狀結(jié)構(gòu)泊位數(shù)規(guī)劃問題，根據(jù)動態(tài)規(guī)劃原理，從總體規(guī)劃入手對泊位規(guī)劃進(jìn)行階段分析，確定港口規(guī)劃中的狀態(tài)變量、決策選擇，根據(jù)變化情況制定模型，最終利用模型完成港口泊位的動態(tài)優(yōu)化。模型的建立是港口泊位動態(tài)規(guī)劃過程中最重要的一環(huán)，以下動態(tài)規(guī)劃在港口泊位規(guī)劃中的具體步驟。

4.1 動態(tài)規(guī)劃在港口泊位規(guī)劃中的基本步驟

在動態(tài)規(guī)劃的框架下，港口泊位規(guī)劃設(shè)計應(yīng)當(dāng)進(jìn)行分階段的詳細(xì)規(guī)劃，并根據(jù)實際需求做出綜合考慮。

首先，設(shè)置各階段的規(guī)劃變量，采用p來表示。在港口泊位規(guī)劃中，以年為單位不斷增加港口設(shè)施。動態(tài)規(guī)劃以自然年限區(qū)分時間，同時每階段的規(guī)劃均應(yīng)了解港口規(guī)劃的特點，簡化港口模型，同時在港口規(guī)劃的過程中，依然需要明確港口特點。

第二，確定狀態(tài)變量。階段狀態(tài)具體是指某一階段初期開始階段的變量狀況。而在該階段內(nèi)，用于描述階段狀態(tài)變化的變量被稱作為階段變量。階段變量可以是單一數(shù)字，也可以是一組數(shù)字或者多維向量。目前在動態(tài)規(guī)劃計算模型中，一般將狀態(tài)變量用Tp表示，而p則代表階段。以港口泊位規(guī)劃為例，港口初期階段預(yù)測變化的吞吐量就可以記為tp，而在實際的計算過程中，也需要考慮到港口功能，港口泊位噸級，港口狀態(tài)變量等多種情況，在了解多種情況后再對變量Tp進(jìn)行取值。

第三，決策選擇。所謂決策是指當(dāng)一個階段狀態(tài)取定以后，從該狀態(tài)演變到下一階段的某一狀態(tài)的一種選擇。用來描述這種選擇的變量稱為決策變量，用dp表示第p階段處于Tp狀態(tài)下的決策變量[6]。在泊位規(guī)劃研究中，由于存在對不同功能泊位、不同噸級泊位的規(guī)劃，因此決策變量就是確定每一階段新增港口不同功能泊位、不同噸級泊位的數(shù)量，用dip表示第p階段第i類泊位當(dāng)狀態(tài)處于Tp時的決策變量。例如，在荊州港動態(tài)規(guī)劃設(shè)計過程中，泊位規(guī)劃設(shè)計為2022-2035年，時間變量為13年，而規(guī)劃港口主要包括500萬噸級和1000萬噸級，所以i為500-100。

第四，確定指標(biāo)函數(shù)和目標(biāo)函數(shù)。在利用動態(tài)規(guī)劃方法進(jìn)行泊位規(guī)劃的過程中，建立指標(biāo)函數(shù)以及目標(biāo)函數(shù)是非常重要的過程。該過程是為了區(qū)分泊位設(shè)計方案優(yōu)劣而建立的數(shù)量函數(shù)。在動態(tài)規(guī)劃理論下，指標(biāo)函數(shù)為，在該函數(shù)中ki代表p階段中，i類泊位的裝卸能力，tp則代表等到p階段時港口需要增加吞吐量。

格努上述公式設(shè)置各階段的目標(biāo)函數(shù)，該函數(shù)以目標(biāo)能力為主。函數(shù)損失量的最小值達(dá)到。

4.2 建立港口泊位規(guī)劃模型

建立港口泊位規(guī)劃模型也是動態(tài)規(guī)劃理論下港口泊位規(guī)劃的重要組成部分，港口規(guī)劃建設(shè)本身就是一項基礎(chǔ)設(shè)施的投資行為，設(shè)施投資建設(shè)應(yīng)保持一段時間的間隔[6]。此種情況下，需要完成問題簡化，需要實施建模管理，在建模的過程中假設(shè)從投資開始階段就增加港口設(shè)施的能力，投資決策和設(shè)施能力增加需要保證一定的時間間隔。另外，根據(jù)港口投資建設(shè)的具體情況，應(yīng)在模型中考慮吞吐量差值最大以及作業(yè)能力小于預(yù)測吞吐量差值最小兩種情況。根據(jù)上述的基本要求最終結(jié)果推導(dǎo)模型為

在模型中p的時期可以為1,2,3...N時期，而f0(T0)=0；fN+1且為正整數(shù)，在模型具體應(yīng)用的過程中，根據(jù)實際情況進(jìn)行具體分析[7]。

4.3 利用模型完成港口泊位規(guī)劃建設(shè)

在荊州港口進(jìn)行港口泊位規(guī)劃建設(shè)的過程中，應(yīng)積極落實好港口的綜合泊位規(guī)劃設(shè)計，實施多樣化泊位規(guī)劃的過程中，根據(jù)投資規(guī)劃和港口吞吐量預(yù)測，將港口規(guī)劃分為3個階段，按照預(yù)測分析，泊位的類型i分為500噸級和1000噸級的散貨泊位，因此在進(jìn)行泊位規(guī)劃的過程中，將p=1,2,3...N以及i的數(shù)值導(dǎo)入到公式，最終對模型進(jìn)行求解，獲取港口規(guī)劃方案[7]。

5 荊州港的基本情況及其港口泊位動態(tài)規(guī)劃案例研究

5.1 荊州港的基本情況分析

荊州港坐落在長江中游的黃金水道和湖北省江漢平原的核心地帶，是滬漢蓉鐵路、二廣高速和滬渝高速公路的交匯處，不僅東西貫通，還南北相連，利用長江黃金水道以及焦柳鐵路和浩吉鐵路的優(yōu)越位置，構(gòu)建了一個“雙十字”水路和鐵路交通網(wǎng)絡(luò)，賦予了該港獨特的多式聯(lián)運優(yōu)勢。荊州港在歷史上享有盛名，早在明清時期就已是長江中游繁榮的貿(mào)易港口。1992年，國務(wù)院批準(zhǔn)荊州港為國家二類對外開放口岸。2004年10月，荊州港被確立為全國主要港口之一。2006年7月，國家海關(guān)總署將荊州港納入國家“十一五”口岸發(fā)展規(guī)劃，同意由原二類水運口岸升格為國家一類水運口岸。在國家政策的有利支持下，荊州港近年來快速發(fā)展，港口吞吐量和規(guī)模水平都得以顯著提升。

全港目前已建在建生產(chǎn)性碼頭泊位133個，年通過能力約1.14億噸，其中規(guī)劃實施近5年來，新建成和在建生產(chǎn)性碼頭泊位共60個，新增年通過能力約8000萬噸（含集裝箱45萬TEU）。2022年荊州港吞吐量達(dá)到6656萬噸，其中集裝箱17.7萬TEU，2018年以來年均吞吐量增速達(dá)到15%，荊州港專業(yè)化運輸功能逐步改善，帶動煤炭、礦石、礦建等貨種呈現(xiàn)較快發(fā)展態(tài)勢，煤炭由2018年390萬噸增長至1800萬噸，年均吞吐量增速達(dá)到47%，在大宗散貨運輸中的作用日益增強(qiáng)。預(yù)測2035年荊州港吞吐總量1.4億噸、集裝箱吞吐量100萬TEU。2022-2035年期間荊州港總吞吐量年均增速5.9%，集裝箱吞吐量年均增速14.2%。荊州港為引導(dǎo)能源化工、裝備制造、新材料等重大生產(chǎn)力和支柱產(chǎn)業(yè)布局，打造荊州國家級承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)提供了有力支撐。港口鐵水聯(lián)運運輸規(guī)模、輻射范圍和服務(wù)水平快速提升，荊州港作為長江中游多式聯(lián)運綜合樞紐的功能初步顯現(xiàn)，有力促進(jìn)了長江中游綜合交通運輸體系的完善[8]。

考慮到影響港口泊位的因素相對較多，對于優(yōu)化港口資源配置，促進(jìn)港產(chǎn)城融合發(fā)展，更好地服務(wù)支撐長江經(jīng)濟(jì)帶及湖北省高質(zhì)量發(fā)展，就必須要求荊州港口泊位的規(guī)劃應(yīng)該采用動態(tài)規(guī)劃理論，以確保港口泊位規(guī)劃達(dá)到最佳效果。

5.2 荊州港的港口泊位動態(tài)規(guī)劃設(shè)計研究

荊州港在港口泊位動態(tài)規(guī)劃設(shè)計的過程中，預(yù)測2035年荊州港吞吐總量1.4億噸、集裝箱吞吐量100萬TEU。2022-2035年期間荊州港總吞吐量年均增速5.9%，集裝箱吞吐量年均增速14.2%，在實施吞吐量規(guī)劃的過程中，將數(shù)據(jù)分別帶入到公式之中[9]。

泊位吞吐量需求預(yù)測在1.4億噸，將數(shù)據(jù)帶入公式內(nèi)利用計算程序進(jìn)行計算、此時i為500-1000、p為階段時長13年，此時經(jīng)過計算，在13年內(nèi)所需。而目前為止，2022年荊州港吞吐量達(dá)到6656萬噸。因此，將吞吐量預(yù)測減去現(xiàn)有吞吐量后，計算在13年間荊州港的吞吐量將增加7344萬噸，按照此吞吐量需求進(jìn)行港口規(guī)劃設(shè)計計算，預(yù)測需要7個1000萬噸級別和1個500萬噸級別的港口（方案1）。

另外，也可以提出其他方案，按照此數(shù)據(jù)也可以獲得6個1000萬噸級別和3個500萬噸的規(guī)劃方案（方案B）；5個1000萬噸級別和5個500萬噸的規(guī)劃方案（方案C），確認(rèn)方案，本次研究也對方案進(jìn)行了綜合比選。比選過程中利用決策樹進(jìn)行總額和對比。

因此按照決策樹選擇A方案為最佳泊位規(guī)劃方案[10]。

目前，荊州港泊位規(guī)劃工作已經(jīng)初步開啟，為荊州港發(fā)展帶來諸多利好。荊州港泊位規(guī)劃部分建成之后，為荊州港水路聯(lián)運打好基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)顯示，2022年完成鐵水聯(lián)運量100余萬噸；荊門等周邊地區(qū)化肥經(jīng)荊沙地方鐵路至荊州轉(zhuǎn)水運至海外地區(qū)，2022年完成鐵水聯(lián)運量10余萬噸。按照上述數(shù)據(jù)，在未來荊州港將繼續(xù)為荊州地區(qū)水路交通發(fā)展以及運輸業(yè)發(fā)展提供動力，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)長遠(yuǎn)發(fā)展。

6 結(jié)語

本研究表明，采用動態(tài)規(guī)劃理論進(jìn)行港口泊位規(guī)劃是一種更科學(xué)和高效的方法。在規(guī)劃流程中，不僅要深入研究各種影響因素，還需細(xì)致地劃分規(guī)劃的各個階段和識別關(guān)鍵的規(guī)劃變量。通過運用動態(tài)規(guī)劃模型，能夠?qū)崿F(xiàn)更專業(yè)和精細(xì)化的港口泊位規(guī)劃。