自-厦门港集装箱码头装卸设备优化配置的初步研究

第一章绪论１.1 课题的背景和研究意义［3][６][１２］厦门港位于中国南海及台湾海峡西岸,是我国东南沿海主要对外贸易港之一,其优越的自然地理条件和重要的战略位置历来为世人所瞩目。

目前的厦门港，周边围绕着经济特区、沿海开放城市、经济开发区、台湾投资区和自由贸易区，北连长江三角洲，南接珠江三角洲经济带，是中国最发达的地区之一。

厦门港的通航与对外贸易可追溯到唐宋时期，发展到明朝已颇具规模。

鸦片战争后,丧权辱国的清王朝又将厦门港作为“五口通商口岸”之一,被迫“对外开放”,除了台湾、香港、东南亚、日本、朝鲜以外，还开通了英国、荷兰、非洲等航线。

新中国成立以后,随着国民经济的复苏，厦门港也引来了新生。

1976年1月厦门港东渡港区Ⅰ期工程正式开工，拉开了厦门港新一轮发展的序幕。

而在此之前的很长一段时间里,厦门港的年货物吞吐量一直在１0０万吨上下徘徊。

1９８3年2月23日，厦门港集装箱公司成立,3月28日香港“华胜”号集装箱轮首靠新建成的东渡港区１# 泊位作业,4月5日举行“厦门~香港”集装箱班轮通航典礼，又为厦门港的发展注入了新的推动力。

1984年１2月28日东渡港区Ⅰ期工程4个万吨级泊位通过国家验收,正式交付使用。

其中,1# 泊位为集装箱专用泊位,引进配备了具有八十年代先进水平的日本“ＨITＡCHI”集装箱岸桥（额定负荷30.5t,外伸距30m,轨上起升高度２2m,轨下12m)和ＴCM集装箱跨运车,成为全国唯一采用跨运车装卸工艺的集装箱码头。

厦门港东渡港区Ⅱ期工程中的海天集装箱码头6#~８# 泊位于１993年初步建成。

当时，厦门港泊位紧张,船舶压港现象较为严重。

为了缓解泊位不足，并让投资早日见到效益，海天码头于1993年４月２８日在岸桥、龙门吊等设备尚未到位的情况下，利用集装箱船上的吊机和驳吊配合几台跨运车进行集装箱装卸作业,开始了试投产，创下当年吞吐6千多ＴEU的佳绩，而当时的厦门港集装箱年吞吐量只有１5万ＴEＵ。

随着订购的集装箱专用设备陆续到货,海天码头于1994年1２月正式投产。

紧接着建设的厦门港东渡港区Ⅲ期工程海天码头5#、9#~１１# 泊位也于20０2年竣工投入使用。

至此，海天码头共拥有5#~11# 共7个泊位,１510m的岸线，33万m２的堆场，成为厦门港最大的集装箱专用码头。

与此同时，随着码头堆场的改造，跨运车的使用量也越来越少，仅局限于提箱查验等场合，码头的整体布局逐渐被龙门吊工艺所占据。

同中国许多沿海港口一样，厦门港口的发展十分迅速，这一点可以从以下全港19８3年～２004年货物吞吐量和集装箱吞吐量增长示意图中管中窥豹。

图1-1厦门港１983-２004年货物吞吐量增长示意图图1-2 厦门港19８3－2004年集装箱吞吐量增长示意图近年来,随着我国经济的高速发展,特别是在我国加入WTO和全球经济一体化的形势下,集装箱运输在我国以至全世界范围内均空前高速发展,第五、第六代集装箱大型船舶已成为世界远洋干线运输的主要船型,由此对深水集装箱码头的要求越来越迫切。

但厦门港现有的东渡及海沧港区的集装箱码头中，除了正在建设的海沧1#、4#、5# 泊位外,均不能适应这一战略发展要求。

为满足这一要求,必须规划建设能满足集装箱运输发展趋势和干线港要求的大型集装箱港区。

2００4年开始，厦门港与马士基APＭT合资建设厦门港嵩屿国际集装箱码头。

该项目Ⅰ期工程拥有三个泊位，岸线长1246m，码头面积７0公顷,码头前沿设计水深-17m，可靠泊10万吨级(第六代)集装箱船舶,年吞吐能力不小于２６0万TEU。

码头拟采用“堆五过六”的龙门吊操作模式,龙门吊堆场布局为背靠背布置,外加一条集卡超车道，堆存长度为３2TEU（约２１7m)。

在龙门吊跨距的选择上，马士基ＡPＭT建议采用跨7排集装箱的龙门吊(跨距为２6.40m),认为该布局会比跨6排箱的增加3％~17％堆存能力。

码头配套装卸设备的采购工作将在2005年下半年启动。

本文正是在这个背景下展开的，希望能解决以下问题：1. 海天码头，利用现有的统计数据，研究论证其在现阶段及未来发展过程中，集装箱装卸设备配备数量同码头通过能力以及运营成本的关系。

如何让设备发挥最佳的投资效益，使设备的配置与其它资源、生产量相适应?从而提高码头的竞争力。

２. 嵩屿港区,在投产初期如何借助其它码头的经验,结合吞吐量预测，合理科学地配置装卸设备,既充分发挥设备的效能，保证集装箱船舶装卸的高效率和及时性，为将来集装箱吞吐量的增长打下坚实基础，同时又可以控制先期投资,尽量减少由于设备空闲造成的浪费。

我国经济和贸易的高速发展，推动了我国集装箱运输市场的迅猛发展。

据统计资料显示:200４年我国集装箱总量达到6１80万TEU，继续保持世界第一,预计在20１0年前后中国将成为全球最大的集装箱航运中心。

[16]以上问题是集装箱码头在建设和发展中都必须面对和解决的,本文的研究工作可以为上述问题的解决起到一定的借鉴作用。

1．２目前的研究现状[1］现代工业大规模专业化生产，必然带来大量物资交流。

相比陆运和空运,水运是最省力、最经济、最方便的运输方式。

现代发达国家货物运输,集装箱方式占的比例很高。

标准化的集装箱运输大大提高了装卸速度，实现了门到门运输,减少了货损,大大改变了过去码头的杂乱局面。

世界上最早的海上集装箱运输出现在上世纪五十年代后半期,最初只限于美国和澳大利亚本国的国内沿海运输航线。

六十年代后半期逐步发展到欧洲、北美、日本等工业发达的国家。

七十年代后,逐渐形成了以海运为中心的两端向内地延伸的集装箱运输体系。

1978年，上海港开辟了军工路码头至澳大利亚的我国第一条集装箱班轮航线，拉开了我国集装箱运输的序幕。

表1-１200０年~20０4年全球集装箱吞吐量前十五名资料来源：《港口科技动态》和“中国港口集装箱网”从以上近几年全球集装箱吞吐量前1５名港口所完成的集装箱吞吐量可以看出,集装箱海上运输的发展十分迅速,可以说已经到了如火如荼的地步，尤其是中国大陆的集装箱码头都保持每年两位数的箱量增长。

然而多年来，在码头泊位的规划建设中，从工艺设备部分在设计院编制的工可、初设报告中所占的篇幅和内容,足可以说明目前的研究状况，大多还是凭以往的经验。

其中的经验公式和数据难免有些陈旧过时。

影响码头水工的潮汐可以通过做流体动力实验来验证其对建设模式的影响程度，而影响码头作业效率的工艺配套组合却没有通过实验手段来予验证。

在有关集装箱码头装卸工艺的教科书中,也大都只有码头通过能力和设备生产能力的计算公式，并没有给出如何对码头装卸设备进行优化配置，使其生产效率最高、综合成本最为合理的方法。

从参考文献资料来看,已经有许多科研部门或院校对码头装卸设备优化配置进行了积极的研究,并取得一定的成效。

只不过他们的研究针对性很强,同实际应用结合也不够紧密,特别是很少贯穿码头建设和管理全过程，所以结论偏于理想化,直接应用有一定的局限性。

但是，他们研究问题的思想和方法还是非常有价值，也是很值得借鉴的。

１.3 本文的组织结构本文共分六章，具体如下：第一章为绪论，主要介绍研究的背景、意义及研究现状；第二章首先系统详尽地介绍本文的研究对象——集装箱码头、集装箱装卸设备、以及各类装卸工艺及其比较，既进一步阐述研究对象的现状和问题的由来,又为下一步工作做好准备;第三章以厦门港为例,进一步了解集装箱码头装卸工艺应用情况以及各类装卸设备的使用状况，并通过统计数据对装卸设备生产能力和运行成本等方面做简单介绍，为后边的设备选型提供经验和依据;第四章结合设备选型研究，在介绍影响装卸设备优化配置的因素之后，引入综合成本模型。

第五章介绍为计算综合成本模型编写的Matlab开发的GUI程序，并利用该程序对厦门港海天码头的装卸设备优化配置进行分析研究，帮助管理者进一步认识设备配置与生产成本之间的关系;第六章为结论，给出通过以上分析研究后在实际工作中厦门港海天码头应采取的对策,以及本文的基本结论,并指出下一步的工作方向。

ﻬ第二章集装箱码头装卸设备与装卸工艺认识和研究本章首先对集装箱码头及其装卸设备与装卸工艺进行系统的论述和研究,为下一步工作做好准备。

集装箱码头是专业化生产的产物，码头采用专门的设备和特殊的工艺，实现机械化、标准化、自动化，提高生产技术水平和劳动熟练程度，大大增加产量,提高质量,降低成本。

2.1 集装箱码头概述港口码头是水路运输和陆路运输的连接点。

码头泊位的形式主要有顺岸式、凸堤式、栈桥式等几种。

厦门港的码头几乎全部是顺岸式重力码头。

码头泊位长度是根据泊位上所停靠的集装箱船的长度来确定的,而泊位的纵深则要考虑集装箱船的到港密度、载箱量、码头装卸工艺方式、以及泊位通过能力等因素。

为了使船舶进出港不受潮位制约,泊位还必须有足够的水深。

集装箱码头（Cｏnｔainer Tｅrｍｉnaｌ）的主要设施有：前沿、堆场、道路、货运站、检查口、维修车间、供电站、办公楼、调度楼等。

航道是船舶进入港口到达码头泊位的一条水道,它的宽度和深度决定了港口所能接纳的船舶的大小。

泊位前的航道较宽，便于船舶靠离泊和调头,成为“港池”,有的还专门辟出“调头区”来。

厦门港Ⅱ期航道疏浚工程完工后,10万吨船舶可以长驱直入了。

每个集装箱装载的货物都是不同的，可能有不同的货主、品种、重量、抵达港，所以每个集装箱有唯一的号码予以识别。

在集装箱船装卸作业前必须进行配载,以明确每个作业箱在船上的位置，便于顺序装船、保证船舶的平衡;在装卸作业时,必须记住每个箱子存放在堆场的位置，便于提取。

在吞吐量大的码头,以上这些都由计算机管理系统来处理。

而信息的传递,则从人工纸卡、语音通讯,发展到无线数据传输系统,使得能够实时地对码头作业进行管理、控制,效率高，不易出错。

总之,现代化的港口必须为大规模和高效率进行集装箱装卸、保管、加速车船周转提供必要的技术手段。

2．2 集装箱码头装卸设备分析［5]对于货运码头来说,货物装卸设备是至关重要的。

集装箱码头之所以快速发展,就是因为它使用了大量技术含量高的现代化装卸设备，大大提高了装卸效率。

码头装卸设备一般分为起重机械、运输机械和装卸搬运车辆等三类。

起重机械是一种循环、间歇运动的机械，用来垂直升降物品或兼作物品的水平移动，以满足物品的装卸、转载和安装等作业要求。

码头起重机械则是专门设计、制造,用在码头和货场，担负货物装卸、转载的起重机械，具有工作速度快、装卸效率高、起制动频繁等特点。

起重机械由金属结构、运行机构、电气系统等部分组成。

常见的码头起重机械有门座起重机、轮胎起重机、汽车起重机、装卸桥、门式起重机、浮式起重机等。

码头运输机械是指可以沿一定的输送路线从装料点到卸料点均匀连续输送物料的输送机械,有些输送机械还具有取料和堆料的功能。

运输机械一般都用于大宗散货如煤、矿石、散粮、化肥、水泥等的运输装卸,动作单一,结构简单,通用性差，每种机型只能适用于一定类型的货种。