洋山港集疏运方式研究硕士学位

洋山港集疏运方式研究硕士学位
学校代码：10254
密级：
论文编号：
上海海事大学SHANGHAI MARITIME UNIVERSITY 硕士学位论文
MASTER DISSERTATION
论文题目：洋山港集疏运方式研究
学科专业：交通运输规划与管理
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摘要
国际航运中心的建设是上海“四个中心”建设的关键环节，同时，洋山港的建港、开港是上海国际航运中心建设的重要一步。

随着海运业务的不断发展，港口的集疏运系统越来越受到关注，洋山港的集疏运系统建设问题同样引人注目。

集疏运路径的畅通是港口生产作业正常进行的重要保障之一，在一定程度上可以扩展港口的经济腹地，带动港口业务的发展，是国际航运中心建设的重要组成部分。

洋山港现有公路、铁路和水路三种集疏运方式，而其中公路集疏运比例过大，这一方面影响了港口集疏运系统的稳定性，另一方面也严重影响了城市道路的畅通，带来了巨大的环境问题。

这些都给洋山港的下一步规划建设提出了严格要求。

本文以此为研究出发点，运用交通规划的相关理论和最优化理论，以洋山港的集疏运方式为研究对象进行理论研究。

论文的研究根据交通规划理论的“四阶段法”依次展开。

论文在搜集了洋山港腹地1999-2009年经济数据的前提下首先运用线性回归法和动态多因素相关系数法对洋山港经济腹地的外贸集装箱生成量进行预测。

货物分布的地域不平衡造成了货物运输的方向不均匀性，因此论文分别预测了洋山港腹地的集装箱进口量、出口量。

历史数据及预测数据均表明洋山港腹地的外贸集装箱出口量要大于进口量，且在集装箱运输的实际操作中OD间运输费用因空箱调运问题而存在较大差别，因此，论文选择腹地到洋山港的集装箱出口量为流量分配的依据，在此基础上确定了腹地与洋山港之间的O-D集疏运量。

其次，在通过调研搜集相关资料的基础上定义了由时间和运费组成的广义成本函数，并构建在公路集疏运能力约束条件下的最优化模型，运用库恩—卡特条件求解得特征年洋山港与其经济腹地间O-D集疏运方式的集疏运量。

鉴于目前港口集疏运路径大多不只一种运输方式，论文所构建的优化模型将“四阶段”法中交通方式的划分和交通量的分配合并为同一个阶段。

论文在定量分析的基础上提出了洋山港集疏运系统发展的途径，并对该领域的进一步研究进行展望。

关键词：洋山港，集疏运系统，方向不均匀性，最优化模型
ABSTRACT
To be the international shipping center is the key to make Shanghai into the "four centers", and the construction of Yangshan port is an important step for the building of international shipping center. With the continuous development of maritime operations, people pay more and more attention to port collection and distribution system and so as Yangshan port. Only has a flow Collecting and distributing path can the port make the production operation normally to promote the port develop into the international shipping center and also can expanse the port's economic hinterland.
Now there are three kinds of collection and distribution systems at Yangshan - road, rail and waterways in which disproportionately has a large share of highway transportation. This will affect the stability of the system of port transport and also has a serious impact on urban roads as well as enormous environmental problems. This paper will study on this problem using the theory of transport planning and optimization theory.
This study will develop follows the "four step procedure " of the transport planning theory, firstly it will use linear regression and dynamic multi-factor correlation coefficients of the Yangshan port's economic hinterland to predict the formation of foreign trade containers on the basis of the research on the foreign economy of the hinterlands of Yangshan port from 1999 to 2009.Geographical imbalance in the distribution of goods caused the uneven nature of the direction of the carriage of goods, the paper predicts the Yangshan port hinterland's both imports and exports container. Both historical data and projections show that the hinterland of Yangshan container export volume of foreign trade is greater than imports, and in container transport between the actual cost of transportation operations OD, there is a big difference because of the empty container problem, so the volume of flow distribution based on Yangshan port's container exports and
then established OD collecting and distributing content between the hinterland and the Yangshan port.Secondly, the generalized cost function based on time and shipping costs are defined after gathering relevant information through research and this paper also construct constrained optimization model which was solved by Kuhn - Carter Solution condition. It is all know that the current path of port transport is composed by more than one mode of transport so the optimization model in this paper will build the traffic division and distribution of traffic which belong to the "four step procedure” of the transport planning theory into a single stage.
This paper gives optimization proposal for the collection and distribution of the Yangshan port though the quantitative analysis and prospects further research in that field.
Cao Huifang(Transportation Planning & Management)
Direeted by Sha Mei(Associate Professor)
KEYWORDS: Yangshan port, collecting and distributing system,the direction inhomogeneity, optimization model
目录
第1章绪论 (1)
1.1 研究背景 (1)
1.2 研究的主要内容与技术路线 (1)
1.3 港口集疏运系统研究方法综述 (1)
港口集疏运系统研究综述 (1)
交通分配理论研究综述 (5)
第2章洋山港集疏运系统现状分析 (7)
2.1 洋山港功能定位 (7)
2.2 洋山港发展现状 (7)
洋山港基础设施建设现状 (7)
洋山港腹地介绍 (8)
2.3 洋山港集疏运系统介绍 (10)
公路集疏运系统 (10)
铁路集疏运系统 (13)
水路集疏运系统 (14)
第3章洋山港及其经济腹地外贸集装箱生成量预测 (16)
3.1 预测方法的选择 (16)
3.2 交通小区的划分和特征年选取 (18)
3.3 小区特征年外贸进出口额的预测 (18)
预测方法介绍 (18)
数据分析 (19)
预测结果生成 (21)
3.4 小区特征年集装箱生成量预测 (23)
预测方法的选择 (23)
数据分析 (24)
预测结果生成 (28)
3.5 小区与洋山港之间集疏运量预测 (28)
第4章洋山港集疏运方式流量分配 (32)
4.1 分配方法选择 (32)
4.2 分配模型构建 (33)
模型的物理描述 (33)
模型构建和说明 (34)
4.3 数据分析 (36)
可行路径描述 (36)
广义成本函数的确定 (39)
4.4 模型求解 (41)
4.5 结论 (44)
模型解的分析 (44)
发展途径 (45)
第5章结论与展望 (47)
5.1 结论 (47)
5.2 展望 (47)
致谢 (49)
参考文献 (50)
附录 (53)
附录A 洋山港经济腹地进出口商品分类总额 (53)
附录B 洋山港经济腹地分国别地区进出口商品额 (60)
攻读硕士学位期间公开发表的论文........................ 错误!未定义书签。

第1章绪论
1.1 研究背景
“十一五”期间，上海明确提出要建成“四个中心”的基本框架，并提出重点要以国际航运中心建设为突破口，而将上海港建成为国际集装箱枢纽港则是其中重要方面之一，这必然会使上海港面临港口拥堵问题的挑战。

2009年4月上海金融航运中心建设相关细则公布，航运中心配套细则主要集中在集疏运一体化、综合试验区、航运金融等多方面建设。

由此上海港集疏运系统的优化问题被提上了日程。

洋山深水港的开港结束了上海没有深水港的历史，同时使上海港集装箱集疏运格局发生了新的变化。

2009年上海港货物吞吐量位列世界第一，集装箱吞吐量位列全球第二。

但上海港集疏运体系建设不够均衡，目前公路、水路和铁路运输集疏运方式按吞吐量计算的比例为62.5∶37.1∶0.4。

显然上海港的公路集疏运比例相对过高，这一方面与上海港的箱源腹地主要在长三角地区有一定关系，另一方面更与铁路、水路存在的各种制约因素有关。

铁路集疏运设施运能不足、与港口没有紧密衔接。

而水路方面由于长江和沿海的适航条件不同，内河船舶不能直达洋山，需通过“穿梭巴士”倒驳至外高桥，影响了洋山港集疏运的时效性和经济性[1]。

洋山港被誉为推动上海经济发展的新引擎，然而港口集疏运体系有失均衡制约了其港航业的发展。

论文以上海国际航运中心的建设和洋山深水港的运作为背景，以用户的广义成本最优为目标，通过构建约束条件下的网络平衡优化模型，选择洋山港到各经济腹地的最佳集疏运方式。

通过预测规划年的集疏运需求量与洋山港集疏运系统现有的集疏运能力定量比较，提出进一步拓展洋山港集装箱集疏运能力的建议。

1.2 研究的主要内容与技术路线
论文以洋山港的集疏运方式为研究对象，通过构建基于用户最优的网络平衡优化模型对洋山港与其经济腹地间各集疏运方式的集疏运量进行分配，为洋山港集疏运系统的建设提供参考依据。

论文的主要内容如下：
第一章绪论。

介绍论文的选题背景和主要研究内容；对集疏运系统的概念、集疏运系统的构成进行概述；对国内外港口集疏运系统的研究和发展现状进行综述；对交通规划理论和最优化理论研究进行了综述；最后介绍了文章的技术路线。

第二章洋山港集疏运现状分析。

以洋山港功能定位为基础，对洋山港现存的公路、水路、铁路集疏运系统进行介绍。

第三章洋山港及其经济腹地集装箱生成预测。

运用回归分析和动态多因素相关系数分析法预测洋山港经济腹地的集装箱生成量，即交通发生量预测；通过调研分析得出洋山港区与各经济腹地之间的集装箱集疏运分布量。

第四章洋山港及其经济腹地间集疏运流量分配。

提出了研究的理论假设，构建广义运输成本最优的网络平衡分配模型，并用库恩-卡特条件求解；在相关约束条件下将特征年集疏运量预测值分担在现有的集疏运网络中。

第五章结论与展望。

在定量分析的基础之上，对照现有的集疏运路径，提出洋山港集疏运路径的规划建议和该领域今后的研究方向。

论文的技术路线如图1-1所示。

图1-1 文章的技术路线
1.3 港口集疏运系统研究方法综述
港口集疏运系统规划，属于交通规划的范畴。

对港口集疏运方式进行研究必须理解港口集疏运系统的概念和构成，正确运用交通规划的理论和方法。

为此，论文首先对港口集疏运系统的研究、交通分配理论的研究进行综述。

港口集疏运系统研究综述
.1 港口集疏运系统概念
港口集疏运系统是与港口相互衔接、主要为集中与疏散港口吞吐货物服务的交通运输系统。

由铁路、公路、水路及相应的交接站场组成。

是港口与广大腹地相互联系的通道，为港口赖以存在与发展的主要外部条件。

任何现代化港口都必须具有完善与畅通的集疏运系统，才能成为综合交通运输网中重要的水陆交通枢纽。

港口集疏运系统包括集疏运设施、集疏运方式及集疏运管理。

港口集疏运设施通常指码头、航道、堆场、物流园区、停车场、道路等硬件设施；港口集疏运方式主要包括：水路运输、铁路运输、公路运输、皮带运输、管道运输以及多式联运等；港口集疏运管理指：港口规划、政策、通关、组织、协调等。

集疏运体系是连接多种运输方式的平台和纽带，是进行一体化运输组织的关键。

集疏运体系的快速和高效，能有效缓和由于船舶随时到港、货流不均衡而引起的压船压货现象，也可以减轻货物集散对码头及仓库容量的要求。

集疏运体系的不断完善也会在一定程度上弥补港口其他系统的不足乃至扩大港口腹地半径，从而促进港口发挥最大的潜力。

.2 国内港口集疏运发展现状
香港港集疏运方式中海运所占的比重约为60%，内河运输联运的比例约为25%，公路、铁路、空运集疏运分别占13.4%、0.1%、1.3%。

水路集疏运因“中流作业”节省船舶进港费用和等候时间、简化内河船入港程序、推出多次入港许可证、简化内河船申请进入香港水域的程序等而得到鼓励，所占比重也最高。

宁波-舟山港2006年以来港口货物吞吐量均位居中国港口排名前两名。

目前宁波港口集疏运交通的方式主要有公路、水路、铁路、管道和其他等。

其中水运运输是宁波-舟山港最主要的集疏运方式；公路主要承担直接腹地的集装箱和部分散杂货的运输；铁路主要承担浙赣、宣杭铁路沿线的金属、化肥、粮食、矿山等货物运输；管道主要为镇海、南京的原油及成品油和液化气提供运输服务；其他如皮带机等主要承担电厂、钢厂、粮食等临港工业企业的货物运输等。

总体来看宁波港现有的港口集疏运网络不适应港口快速发展的要求。

多数集疏运道路都趋于饱和，多种因素导致拥堵现象日趋严重。

铁路和内河水运没有得到充分的发挥[2]。

深圳港位居中国沿海货物吞吐量第八位。

2009年货物吞吐量中，外贸货物吞吐量1.43亿吨，同比下降11.52%。

进出港旅客288.29万人次，下降19.65%。

2008年广州、深圳等沿海主要港口通过珠江内河航运集疏运量超过２亿吨。

深圳港港口设施和集疏运条件的较为完善，码头操作效率屡创新高。

深圳港在积极实施“珠江战略”，完善珠江水系驳船集装箱运输网络，增强深圳港对支线港货源的吸纳能力；大力发展海铁联运、江海联运，不断扩大深圳港经济腹地，以确保港口集装箱吞吐量持续稳定增长[3]。

天津港是我国华北、西北和京津地区的重要水路交通枢纽，对外交通十分发达，已形成了颇具规模的立体交通集疏运体系，主要有公路、铁路、水运及管道等运输方式。

在集疏运设施方面，拥有各种运输车辆、装卸机械272台，库场面积77万平方米，内有6条铁路专用线，其中集装箱货场26.23万平方米，拆装箱库9396平方米，是天津港集疏运系统的重要组成部分。

公路集疏运方面而天津港目前只有京津塘高速公路以及唐津高速公路两条但其公路集装箱集疏运比例达到94%。

天津港的铁路运输主要是由天津港—天津铁路枢纽—腹地三个部分组成。

且天津铁路枢纽与天津港之间线路运输能力不足[4]。

大连港中国东北最重要的集装箱枢纽港，海铁联运量位居国内沿海港口之首。

中国东北90%以上的外贸集装箱通过大连港中转，大连港成为全国第二大海上集装箱中转港。

大连港港口集疏运体系比较完善，主要有水运、空运、铁路、公路、管道等五大集疏运方式。

大连港的功能逐步辐射到东北腹地、环渤海地区等。

2008年初大连港开行了至俄罗斯的过境班列，成为亚欧陆桥运输的新起点。

大连港至哈尔滨、长春、延吉、沈阳、通辽和满洲里的铁路集装箱直达班列，与沈阳、哈尔滨、满洲里等内陆集装箱中心站组成了方便、高效的集疏运网络，将港口的功能延伸到内陆。

以大连港为中心的环渤海公共内支线，连接了丹东、营口、锦州、烟台等港口，大连港也成为全国第二大海上集装箱中转港。

我国沿海港口公路、铁路、水路（内河和沿海）集疏运方式三者所占比例分别为80%、10%和2%-3%，发展水平极不平衡。

公路集疏运量比例过重，而铁路集疏运虽然得到了长足发展但比例仍过小，水路和铁路集疏运亟待发展。

.3 国外港口集疏运发展现状
汉堡港汉堡既是德国最大的枢纽港，也是最主要的贸易中心之一。

汉堡港的船舶转运、公路、铁路集疏运、内河集疏运量比例为3：3：3：1。

港口30%的货物由铁路集疏运，150公里以上运距的货物70%由铁路集疏运。

汉堡港各主要集装箱码头后方都有疏港快速路，可直接与五条通往欧洲内陆的高速公路干线相连，通往德国本土和欧洲各地的交通四通八达[3]。

新加坡港2005至2009连续五年位居世界集装箱港口吞吐量第一位。

目前已成为亚太地区最大的转口港和世界最重要的航运中心之一。

新加坡港的集装箱吞吐量中，80%属于中转货物。

港口的泊位设计科学，可以方便、流畅在船只和码头之间装卸集装箱和货物，或者在船只之间转运。

早在1997年，新加坡便将港口建设资金增加到 11.2亿新元，其中大部分用于建设新的集装箱集散中心。

新加坡港港区附近的大型仓储设施Keppel Distripark大厦通过高架桥、高速公路与港区和空港等区域紧密相连，把货物从港口转运到新加坡空港或裕廊化工园区的核心地带只需10-20分钟的车程。

新加坡港的集疏运系统非常科学合理[5]。

鹿特丹港的集装箱集疏运方式中，海运达到51.33%，驳运比例为24.46%，铁路运集疏运占1.75%，公路集疏运占14.73%，其他占7.73%。

与当地政府减少环境污染的政策相一致，驳船集疏运得到鼓励，集疏运量大于公路集疏运[6]。

鹿特丹港所建的Betuwe铁路线于2007年投入运营，该线从港口延伸到德国边境。

该线建成后明显改善了鹿特丹与内陆腹地的联系。

此外，连接港口的A15高速公路也得到了扩建，进一步完善了公路集疏运设施。

纽约港是美国主要海港，曾经拥有全国外贸海运量的40%。

直接腹地为纽约州和新泽西州，工业产值占全国10%；间接腹地主要为美国东北部和五大湖地区。

1983年货物吞吐量和集装箱吞吐量分别位居世界第三、第二位。

此后便逐步趋向停滞衰
落。

但纽约港仍然是世界级的国际航运中心，其中固然有强大的国际贸易、金融中心的支撑因素，但也在于港口与腹地间集疏运网络的完善。

纽约港口岸已形成海、陆(铁路、高速公路)、空联网的综合运输系统：从纽约向全国辐射了14条铁路，日均发出85列货车、15列多式联运列车；4条州际高速公路与全国十万千米的高速公路联网，可直接载货从东海岸到西海岸；纽约国际机场的货运量占全美1/3。

三者组成了立体交叉、功能强大的综合集疏运网络[7]。

总结国外港口集疏运发展不难看出，国际航运中心的成立与港口集疏运的发展息息相关。

一方面集疏运方式受港口本身地理位置、当地政府的政策等影响，另一方面规模较大的港口往往其各种集疏运方式发展水平也相对较为平衡。

.4 国内外港口集疏运研究现状
目前国内外关于港口集疏运系统的理论研究主要集中在集疏运网络的枢纽选址、交通分配模型的设计等问题上也即针对集疏运设施和集疏运方式规划两大方面。

文献[8]将港口集疏运问题分为三类：出海通道优化问题、路径流量优化问题和网络综合优化问题。

并详细介绍了这三类优化问题的建模方法。

第一次提出各种交通方式之间的交通分配问题，介绍了网络综合优化问题的建模方法；文献[9]对我国集装箱干线港集疏运系统进行分析，一方面阐明我国沿海8个主要集装箱港口的集疏运系统的构成，另一方面从集装箱一体化运输角度，分析了公路、铁路、内河和沿海集疏运系统的运营状况。

文献[10]对各种运输方式间的技术性和经济性的比较，提出通过充分发挥港口作为货物集散枢纽的作用来提高港口的盈利。

说明了集疏运系统对港口的重要程度；文献[11]采用最大熵原理模型作为运量分流方法，研究上海港集装箱集疏运系统现状及其发展，对即将出现的集疏运瓶颈进行定量分析，然后提出进一步拓展上海港集装箱集疏运能力的建议。

文献[12]提出将企业经济一体化管理模式移植到集疏运管理运作中；文献[13]讨论了洋山港至长江沿江港口的集疏运方式，通过构建测算模型得出各沿江港至洋山航线的集疏运模式；文献[14]对天津港集疏运系统的发展提出很多建设性构想；文献[15] 采用专家调查法，确定集疏运系统评价的指标体系，并利用AHP法确定各指标的权重用模糊综合评判法进行集疏运系统评价。

预测了天津港未来吞吐量，公、铁路集装箱集疏运量。

在评判和预测结果的基础上对天津港集疏运系统中各子系统的规划提出了合理建议；文献[16]
用Winters法进行港口吞吐量预测；辨证地设计了港口未来集疏运量的确定方法，据此设计港口集疏运能力；按照港口集疏运系统的特点进行路网设计。

得出港口集疏运道路的集疏运能力不能完全按照吞吐量的大小来设计，而是或大或小于吞吐量集散需求的结论；文献[17] 将集疏运系统分为外部、内部和衔接三个子系统。

采用最优加权组合预测法对龙口港吞吐量进行预测，在预测的基础上运用类比法对龙口港各种集疏运方式的运量进行最优化分配，并以龙口港集疏运的功能定位和集疏运运量需求为依据，对龙口港集疏运系统的三个子系统进行了全面的优化设计；文献[18]建立了适用于港口吞吐量中、长期预测的定量预测模型（多项式-负指数生长性模型）及定性预测模型（运输强度法），采用定量与定性相结合的方法，对青岛市港口吞吐量及各个货种运量进行了预测。

对青岛港集疏运各子系统未来的规划建设进行了初步的探讨。

综上，目前关于港口集疏运系统的研究主要集中于港区内部集疏运系统和港区外部集疏运系统两大方面。

港区的内部集疏运系统研究主要侧重于码头的布局、装卸配置和装卸效率研究。

目前港口集疏运系统的研究较多的采用概率分配模型对集疏运量的进行分配，该模型不能反映港口集疏运路径的复杂情况，且在研究中都没有考虑货物运输的方向不均匀性。

交通分配理论研究综述
国际上通常把交通分配方法分为平衡模型与非平衡模型两大类,并以Wardrop第一、第二原理为划分依据。

Wardrop第一原理就是网络上的交通分布方式使所有使用的路线都比没有使用的路线费用小。

Wardrop第二原理就是要车辆在网络上的分布使得网络上所有车辆的总出行时间最小。

若分配模型满足Wardrop第一、二原理，则该模型就为平衡模型：满足Wardrop第一原理的平衡状态为用户最优平衡，简称UE(User Equilibrium)；满足Wardrop第二原理的平衡状态为系统最优，简称SO(System Optimization)。

对于交通分配，国内外均进行过较多的研究，如数学规划方法、图论方法、神经网络方法及计算机技术的发展，均为合理的交通分配模型的研制及应用提供了坚实的理论基础[11]。

文献[19]、[20]提出了用户平衡(UE)原则和系统最优(SO)原则促进了网络配流的建模和方法研究进程，被称为Wardrop原则/条件；文献[21]发表了关于凸二次优。