第四章----码头及码头平面设计
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例1.港口有两个作业区，各有集装箱2个泊 位，分别完成年吞吐量50万TEU，平均单 船装卸量G=1000TEU/艘，装卸船时间均
为1/ 0.8日/ 艘。应用M/E2/S模型。
该例中现有泊位3个，现有的1.5万吨多用途泊 位通过能力为40～50万t/泊位， 则 3 40 ~ 50 120 ~ 15（0 万吨），在能力上可 以完成吞吐量任务。但规划上从营运竞争力 考虑，泊位数不仅要够用，而且要有利于吸 引船公司来港，同时使本港有合理的投资效 益。
估算最优泊位数：
第一节 码头分类
一.按码头功能分类 二.按码头平面布置型式分类
一.按码头功能分类
1.从货物种类和包装型式上分类：
杂货码头、集装箱码头、多用途码头、 专用码头。
2.从贸易或商务上分类：
外贸码头 内贸码头。
3.从隶属关系上分类：货主码头 公用码头
通 用码头
4.从客货上分类：货运码头 客运码头
二.按码头平面布置型式分类
1.顺岸式布置（如图） 小洋山港
适用条件：
2.突堤式布置（如图）
适用条件：
3.挖入式布置（如图）图4－5，图 4－6 适用条件：
4.沿防波堤内侧布置
5.岛式布置（如图）
6.栈桥布置（如图）
第二节 码头规模的确定
1.码头规模的两个指标：
泊位停船吨级 泊位数量
例4-3：与例题4-1相同条件，利用M/E2/S模型 计算最优泊位数。
计算利用表4-8的数据，结果列于下表中。
表4 9
S
3
Tw
nws
ns ns ns1
3
0.67 0.825 0.66 2.66 0.54
4
0.50 0.150 0.12 2.12
0.08
5
0.40 0.050 0.04 2.04
（S个泊位，N期间）
1.M/M/S模型 2.M/Ek/S模型 3.E2/E2/S模型
1.M/M/S模型
当船舶随机到港的规律（指每天到港船 数分布）符合伯松分布，船舶靠泊作业 占用泊位时间符合负指数分布时，泊位 数为S，该模型记为M/M/S模型。
按此模型可推倒如下结论
n艘船在港的概率 PnS ：
s — 泊位数为 S时的泊位利用率；
— 码头平均到船率（艘/日），即1天内平均到船数； —一个泊位平均装卸船率（艘/日），即1天内装卸的船数；
G — 船舶在本港的平均装卸量（t / 艘）； Tw — 船舶平均待泊时间（日 ）； Tb — 船舶平均靠泊时间（日 ）；
cb — 泊位日平均营运费（元/日.泊位），可认为与S无关,见表4－4； cs — 船舶在港日均费用（元/日.艘），见表2－10； M船数：每年到港船数M船数＝Q / G；
则平均每天到港船数（即码头平均每天到船率）＝M船数 / N Q /(GN)
二.排队论模型的应用
排队过程：如图4-9
平均到船率： Q / N
(1)
G
平均每艘船的装卸时间是平均装卸率μ的倒数：
1 G
(2)
R
由（1）*（2）得：
1 Q G Q
an
PnS
n! PoS
an
S!S nS
PoS
(0 n S) （8）
(n S)
S 1 an
aS
1
P0S
n0
n!
(S
1) !( S
a)
（9）
P0S ——无船在港时的概率
平均待泊船数 nwS：
nwS
2.经济营运船型（表4-1）
3.在规划阶段泊位数
码头年作业量
Pt参考取值 S 一个泊位年通过能力
Q Pt
Pt较精确的计算
泊位年通过能力 Pt：
Pt
Ty G
tz
tf
24 t 24
G tz P
Ty：泊位年营运天数；
t
：装卸一艘设计船型所
z
需时间（ h）；
p：设计的船时效率（ t / h）；
第四章 码头及码头平面设计
(如图4-1）
第一节 码头分类 第二节 码头规模的确定 第三节 码头最优泊位数 第四节 泊位组、提高装卸效率、新增
能力时机选择 第五节 码头泊位尺度的确定 第六节 多用途杂货码头、件杂货码头
第七节 集装箱码头 第八节 滚装码头 第九节 油码头 第十节 液化石油气（LPG）专用码头 第十一节 港池、突堤式码头平面尺度 第十二节 码头前沿高程
平均到船率： Q / N 1460000/ 365 0.8艘 /日
G
5000
平均每艘船装卸时间：1
Tb
G R
5000 2000
2.5日/ 艘
船流密度（日平均靠泊船数
nbs
）：a
0.8 2.5 2
假定S=3，由式（14）得：
3
a S
2 3
0.67 ，由表4-5得：
G：设计船型在本港的装卸量； t f：船舶进出港、辅助作业等非装卸作业时间之和；
t：昼夜非生产时间之和（h），根据本港情况而定；
：泊位利用率，按规范或表4 -12选取。
第三节 码头最优泊位数
一.最优泊位数的表达式 二.排队论模型的应用 三.模型选择 四.总结
一.最优泊位数的表达式
1.符号意义 2.N期间发生的泊位总费用：
Cb cb NS
3.N期间船舶在港发生的总费用：
Cs cs NnS
4.港口和船舶发生的总费用：
CST Cb Cs cb NS cs NnS
5.确定最优泊位数的公式推倒：
若最优泊位数为S，即：
CCSSTT
CST1 CST1
(a) (b)
(a) cb NS cs Nns cb N (S 1) cs Nns1
cb NS cs Nns cb NS cb N cs Nns1
cs ns cb cs ns1
ns
cb cs
ns1
cb cs
然后进一步可得： nS nwS nbS nwS a
(15) (16)
例4-1：某港口预测2002年货物吞吐量为Q 146 10 4 t / 年
。船舶到达符合柏松分布、占用泊位时间基本符合负指 数分布。确定2002的合理泊位数。有关参数如下： 现有泊位3个
R 2000t/日 泊位 G 5000t / 艘 cb 2.92万元/日 泊位 cs 8.00万元/日 艘
（b）条件的泊位数为S=4。
S
3
表4 6
Tw
nws
ns
ns ns1
3
0.67
1.138 0.91
2.91 0.74
4
0.50 0.218 0.174 2.17
0.13
5
0.40 0.050 0.040 2.04
n3 n4
cb cs
n4 n5
0.74 0.366 0.13
Tw Tb
0.455
Tw 0.455 2.5 1.138(日)
利用式（15）：nw3 Tw 1.138 0.8 0.91
n3 nw3 a 0.91 2 2.91
同理可得S＝4、5时的 n4、n5 ，计算结果列与下
表中。从表中的数据可以看出，满足不等式（a）
(3)
G N R RN
在排队模型中，将船流密度a定义为：
a Q
(4)
RN
N期间，S个泊位的港口吞吐量Q：
Q R S Ns
(5)
则
Q RN
S
s
nbs
(6)
根据式（4）和（6） a nbs
(7)
说明船流密度a在数值上等于日平均在泊位装卸船数 nbs
例4-2：试估算前例S=4和S=3、S=5时，船舶 待泊损失费和泊位闲置损失费的大致数值。
先计算S=4：
泊位闲置损失费 Cb ：
Cb cb1 4 NS 2.921 0.54 365 2131 .6万元
船舶待泊损失费用 Cs ： Cs csnw4 N 8 0.174 365 508万元
可计算出相应的 Tw Tb 值，从而可制成表4-5。
注意到式（10）和式（11）都有 由式（10）有
aS (S 1)!(S a)
P0S
nwS
(S
a S 1 1)!(S
a)
P0S
(S
aS 1)!(S
a)
1
P0S
a
Tw
a
Tw
ห้องสมุดไป่ตู้
Tw
三.模型选择
从理论上讲，模型的选择应根据船舶进 港时间和占用泊位时间的统计规律而
定，而统计规律如何呢？ 对于件杂货船，船舶随即到港的模式比
较接近于伯松分布，船舶占用泊位时间 分布接近爱尔兰二阶分布的港口较多， 也有一些港口符合负指数分布。
一般讲来，用爱尔兰二阶分布描述船
舶到港时间 和占用泊位时间是比较符合 实际的。 三种模型的比较
ns
ns1
(c)
(b) cb N (S 1) cs Nns1 cb NS cs Nns
cb NS cb N cs Nns1 cb NS cs Nns
cb csns1 csns
cb cs (ns1 ns )
cb cs
Tw
Q/N G
ns nws nbs 利用最优泊位数表达式判断：
nS 1 nS
cb cs
nS
nS 1
第四节 泊位组、提高装卸效率、 新增能力时机选择
一.泊位组 二.提高装卸效率 三.新增港口能力时机选择
一.泊位组
若干个泊位，可放在一个作业区，也可分 散在两个作业区，下面我们将讨论两种情 况下对待泊时间的影响。
ns1 ns
(d )
(c)、(d )可综合为：
nS 1 nS
cb cs
nS
nS 1
(e)
1.符号意义
S — 码头泊位数； N — 港口营运期，通常N 365天； Q — N期间港口吞吐量（ t）； R — 一个泊位的日平均装卸效率（t /日.泊位），即船天量； nbs — 泊位数为 S时，N期间内在泊位装卸的平 均船数（艘 /日）； nws — 泊位数为 S时，N期间内等待泊位的平均 船数（艘 /日）； ns — 泊位数为 S时，N期间内平均在港的船数 （艘 /日）；
(S
a S 1 1)!(S
a) P0S
平均待泊时间 Tw ：
Tw
(S
aS 1)!(S
a)2
1
P0S
（10）
（11）
平均在港船数 nS ： aS1
nS nwS nbS (S 1)!(S a)2 PoS a
（12）
这样利用式（12）和最优泊位表达式（e）即可确定
同理可算出S为3和5时的结果，均列 于下表中
S
C（b 万元） C（s 万元）
C
T S
3 1055.2 2657.2 3712.4
4 2131.6 508.1 2639.7
表4 7
5 3191.4 116.8 3308.2
2.M/Ek/S模型
模型说明：当船舶随机到港的规律符合伯松分 布，船舶靠泊作业占用泊位时间符合爱尔兰K阶 分布，泊位数为S时，排队论模型记为M/Ek/S模型。
最优泊位数。
为了应用上方便，将上述各式制成表格。
先计算Tw Tb ，注意 1 即是平均靠泊时间 Tb ：
Tw Tb
aS (S 1)!(S a)2
1
P0S
1
(S
aS 1)!(S
a)2
P0S
（13）
另外：
s
nbS S
a S
(14)
给定一系列S和 s数值；计算出a值后,利用式（13）
四、总结
无论是哪一种模型，关键是要知道 Tw / Tb，有
了此值其它各项计算如下（Q,
N
,
G,
R,
cb
,
c
均已知）
s
Q / N QN GG
1
Tb
G R
a nbs
s
nbs S
(S, ) （查表）Tw C Tb
Tw Tb C
nws
Tw
最优泊位数仍为S=4，船舶平均待泊时间、平均待泊 艘数均较M/M/S模型小。
3.E2/E2/S模型
当船舶到港时间和船舶靠泊作业占用泊 位时间均符合爱尔兰二阶分布时，这时的
计算模型称E2/E2/S模型。 用此模型时，Tw Tb与泊位数的关系见表4-10。 有了Tw Tb ，其它就容易确定了。
为1/ 0.8日/ 艘。应用M/E2/S模型。
该例中现有泊位3个，现有的1.5万吨多用途泊 位通过能力为40～50万t/泊位， 则 3 40 ~ 50 120 ~ 15（0 万吨），在能力上可 以完成吞吐量任务。但规划上从营运竞争力 考虑，泊位数不仅要够用，而且要有利于吸 引船公司来港，同时使本港有合理的投资效 益。
估算最优泊位数：
第一节 码头分类
一.按码头功能分类 二.按码头平面布置型式分类
一.按码头功能分类
1.从货物种类和包装型式上分类：
杂货码头、集装箱码头、多用途码头、 专用码头。
2.从贸易或商务上分类：
外贸码头 内贸码头。
3.从隶属关系上分类：货主码头 公用码头
通 用码头
4.从客货上分类：货运码头 客运码头
二.按码头平面布置型式分类
1.顺岸式布置（如图） 小洋山港
适用条件：
2.突堤式布置（如图）
适用条件：
3.挖入式布置（如图）图4－5，图 4－6 适用条件：
4.沿防波堤内侧布置
5.岛式布置（如图）
6.栈桥布置（如图）
第二节 码头规模的确定
1.码头规模的两个指标：
泊位停船吨级 泊位数量
例4-3：与例题4-1相同条件，利用M/E2/S模型 计算最优泊位数。
计算利用表4-8的数据，结果列于下表中。
表4 9
S
3
Tw
nws
ns ns ns1
3
0.67 0.825 0.66 2.66 0.54
4
0.50 0.150 0.12 2.12
0.08
5
0.40 0.050 0.04 2.04
（S个泊位，N期间）
1.M/M/S模型 2.M/Ek/S模型 3.E2/E2/S模型
1.M/M/S模型
当船舶随机到港的规律（指每天到港船 数分布）符合伯松分布，船舶靠泊作业 占用泊位时间符合负指数分布时，泊位 数为S，该模型记为M/M/S模型。
按此模型可推倒如下结论
n艘船在港的概率 PnS ：
s — 泊位数为 S时的泊位利用率；
— 码头平均到船率（艘/日），即1天内平均到船数； —一个泊位平均装卸船率（艘/日），即1天内装卸的船数；
G — 船舶在本港的平均装卸量（t / 艘）； Tw — 船舶平均待泊时间（日 ）； Tb — 船舶平均靠泊时间（日 ）；
cb — 泊位日平均营运费（元/日.泊位），可认为与S无关,见表4－4； cs — 船舶在港日均费用（元/日.艘），见表2－10； M船数：每年到港船数M船数＝Q / G；
则平均每天到港船数（即码头平均每天到船率）＝M船数 / N Q /(GN)
二.排队论模型的应用
排队过程：如图4-9
平均到船率： Q / N
(1)
G
平均每艘船的装卸时间是平均装卸率μ的倒数：
1 G
(2)
R
由（1）*（2）得：
1 Q G Q
an
PnS
n! PoS
an
S!S nS
PoS
(0 n S) （8）
(n S)
S 1 an
aS
1
P0S
n0
n!
(S
1) !( S
a)
（9）
P0S ——无船在港时的概率
平均待泊船数 nwS：
nwS
2.经济营运船型（表4-1）
3.在规划阶段泊位数
码头年作业量
Pt参考取值 S 一个泊位年通过能力
Q Pt
Pt较精确的计算
泊位年通过能力 Pt：
Pt
Ty G
tz
tf
24 t 24
G tz P
Ty：泊位年营运天数；
t
：装卸一艘设计船型所
z
需时间（ h）；
p：设计的船时效率（ t / h）；
第四章 码头及码头平面设计
(如图4-1）
第一节 码头分类 第二节 码头规模的确定 第三节 码头最优泊位数 第四节 泊位组、提高装卸效率、新增
能力时机选择 第五节 码头泊位尺度的确定 第六节 多用途杂货码头、件杂货码头
第七节 集装箱码头 第八节 滚装码头 第九节 油码头 第十节 液化石油气（LPG）专用码头 第十一节 港池、突堤式码头平面尺度 第十二节 码头前沿高程
平均到船率： Q / N 1460000/ 365 0.8艘 /日
G
5000
平均每艘船装卸时间：1
Tb
G R
5000 2000
2.5日/ 艘
船流密度（日平均靠泊船数
nbs
）：a
0.8 2.5 2
假定S=3，由式（14）得：
3
a S
2 3
0.67 ，由表4-5得：
G：设计船型在本港的装卸量； t f：船舶进出港、辅助作业等非装卸作业时间之和；
t：昼夜非生产时间之和（h），根据本港情况而定；
：泊位利用率，按规范或表4 -12选取。
第三节 码头最优泊位数
一.最优泊位数的表达式 二.排队论模型的应用 三.模型选择 四.总结
一.最优泊位数的表达式
1.符号意义 2.N期间发生的泊位总费用：
Cb cb NS
3.N期间船舶在港发生的总费用：
Cs cs NnS
4.港口和船舶发生的总费用：
CST Cb Cs cb NS cs NnS
5.确定最优泊位数的公式推倒：
若最优泊位数为S，即：
CCSSTT
CST1 CST1
(a) (b)
(a) cb NS cs Nns cb N (S 1) cs Nns1
cb NS cs Nns cb NS cb N cs Nns1
cs ns cb cs ns1
ns
cb cs
ns1
cb cs
然后进一步可得： nS nwS nbS nwS a
(15) (16)
例4-1：某港口预测2002年货物吞吐量为Q 146 10 4 t / 年
。船舶到达符合柏松分布、占用泊位时间基本符合负指 数分布。确定2002的合理泊位数。有关参数如下： 现有泊位3个
R 2000t/日 泊位 G 5000t / 艘 cb 2.92万元/日 泊位 cs 8.00万元/日 艘
（b）条件的泊位数为S=4。
S
3
表4 6
Tw
nws
ns
ns ns1
3
0.67
1.138 0.91
2.91 0.74
4
0.50 0.218 0.174 2.17
0.13
5
0.40 0.050 0.040 2.04
n3 n4
cb cs
n4 n5
0.74 0.366 0.13
Tw Tb
0.455
Tw 0.455 2.5 1.138(日)
利用式（15）：nw3 Tw 1.138 0.8 0.91
n3 nw3 a 0.91 2 2.91
同理可得S＝4、5时的 n4、n5 ，计算结果列与下
表中。从表中的数据可以看出，满足不等式（a）
(3)
G N R RN
在排队模型中，将船流密度a定义为：
a Q
(4)
RN
N期间，S个泊位的港口吞吐量Q：
Q R S Ns
(5)
则
Q RN
S
s
nbs
(6)
根据式（4）和（6） a nbs
(7)
说明船流密度a在数值上等于日平均在泊位装卸船数 nbs
例4-2：试估算前例S=4和S=3、S=5时，船舶 待泊损失费和泊位闲置损失费的大致数值。
先计算S=4：
泊位闲置损失费 Cb ：
Cb cb1 4 NS 2.921 0.54 365 2131 .6万元
船舶待泊损失费用 Cs ： Cs csnw4 N 8 0.174 365 508万元
可计算出相应的 Tw Tb 值，从而可制成表4-5。
注意到式（10）和式（11）都有 由式（10）有
aS (S 1)!(S a)
P0S
nwS
(S
a S 1 1)!(S
a)
P0S
(S
aS 1)!(S
a)
1
P0S
a
Tw
a
Tw
ห้องสมุดไป่ตู้
Tw
三.模型选择
从理论上讲，模型的选择应根据船舶进 港时间和占用泊位时间的统计规律而
定，而统计规律如何呢？ 对于件杂货船，船舶随即到港的模式比
较接近于伯松分布，船舶占用泊位时间 分布接近爱尔兰二阶分布的港口较多， 也有一些港口符合负指数分布。
一般讲来，用爱尔兰二阶分布描述船
舶到港时间 和占用泊位时间是比较符合 实际的。 三种模型的比较
ns
ns1
(c)
(b) cb N (S 1) cs Nns1 cb NS cs Nns
cb NS cb N cs Nns1 cb NS cs Nns
cb csns1 csns
cb cs (ns1 ns )
cb cs
Tw
Q/N G
ns nws nbs 利用最优泊位数表达式判断：
nS 1 nS
cb cs
nS
nS 1
第四节 泊位组、提高装卸效率、 新增能力时机选择
一.泊位组 二.提高装卸效率 三.新增港口能力时机选择
一.泊位组
若干个泊位，可放在一个作业区，也可分 散在两个作业区，下面我们将讨论两种情 况下对待泊时间的影响。
ns1 ns
(d )
(c)、(d )可综合为：
nS 1 nS
cb cs
nS
nS 1
(e)
1.符号意义
S — 码头泊位数； N — 港口营运期，通常N 365天； Q — N期间港口吞吐量（ t）； R — 一个泊位的日平均装卸效率（t /日.泊位），即船天量； nbs — 泊位数为 S时，N期间内在泊位装卸的平 均船数（艘 /日）； nws — 泊位数为 S时，N期间内等待泊位的平均 船数（艘 /日）； ns — 泊位数为 S时，N期间内平均在港的船数 （艘 /日）；
(S
a S 1 1)!(S
a) P0S
平均待泊时间 Tw ：
Tw
(S
aS 1)!(S
a)2
1
P0S
（10）
（11）
平均在港船数 nS ： aS1
nS nwS nbS (S 1)!(S a)2 PoS a
（12）
这样利用式（12）和最优泊位表达式（e）即可确定
同理可算出S为3和5时的结果，均列 于下表中
S
C（b 万元） C（s 万元）
C
T S
3 1055.2 2657.2 3712.4
4 2131.6 508.1 2639.7
表4 7
5 3191.4 116.8 3308.2
2.M/Ek/S模型
模型说明：当船舶随机到港的规律符合伯松分 布，船舶靠泊作业占用泊位时间符合爱尔兰K阶 分布，泊位数为S时，排队论模型记为M/Ek/S模型。
最优泊位数。
为了应用上方便，将上述各式制成表格。
先计算Tw Tb ，注意 1 即是平均靠泊时间 Tb ：
Tw Tb
aS (S 1)!(S a)2
1
P0S
1
(S
aS 1)!(S
a)2
P0S
（13）
另外：
s
nbS S
a S
(14)
给定一系列S和 s数值；计算出a值后,利用式（13）
四、总结
无论是哪一种模型，关键是要知道 Tw / Tb，有
了此值其它各项计算如下（Q,
N
,
G,
R,
cb
,
c
均已知）
s
Q / N QN GG
1
Tb
G R
a nbs
s
nbs S
(S, ) （查表）Tw C Tb
Tw Tb C
nws
Tw
最优泊位数仍为S=4，船舶平均待泊时间、平均待泊 艘数均较M/M/S模型小。
3.E2/E2/S模型
当船舶到港时间和船舶靠泊作业占用泊 位时间均符合爱尔兰二阶分布时，这时的
计算模型称E2/E2/S模型。 用此模型时，Tw Tb与泊位数的关系见表4-10。 有了Tw Tb ，其它就容易确定了。