(完整版)第4章码头及码头平面设计

Hmax ——月最大货物堆存吨天（td）
H ——月平均货物堆存吨天（td）
4.1 港口规模确定
✓ 集装箱
Ns

Ey Nl As
式中：Ns——堆场箱位数(TEU)； Nl——集装箱堆放层数； As——堆场容量利用率(%)； Ey——堆场所需容量(TEU)，按下式计算：
Ey

Qh KBK Tyk
• 增建泊位： = 0.35，S = 4， Tb = 4， ρS = /μS=0.35， TW =0.092 → T在港 =4.092天
• 提高效率： = 0.35，S= 2， Tb =2， ρS = /μS=0.35， TW =0.28 → T在港 =2.28天
4.2 减少船舶在港时间的措施
td c
4.1 港口规模确定
✓ 油库/罐容量E0
E0

Qh Tyk
KBK
y
tdc
式中： ——所储油品密度(t/m3)； y——容积利用系数，取0.85～0.95。
✓ 其它设施
根据有关参数和相关标准计算
4.2 减少船舶在港时间的措施
4.2 减少船舶在港时间的措施
▲ 增加港口设施

cb cs
ns
ns1
方法：调整 S 值使上式得到满足——试算 关键：给定 S 后如何计算平均在港船舶数 ✓ 有关泊位参数的概率表达
设：S ——港口泊位数 Pn——有 n 艘船在港的概率 Fn——N 天内有 n 艘船在港的天数，Fn=NPn
泊位利用率ρs
4.1 港口规模确定
ρs就是泊位利用的天数与泊位总天数的比值。
现行规范泊位通过能力计算公式
4.1 港口规模确定
4.1 港口规模确定
▲ 泊位数优化 S 太多→港口设施经常出现闲置，造成投资浪费 S 太少→许多船舶、旅客排长队等待，给船、客带来损失
港口泊位数优化：考虑港、船、客货各方面的因素，使 得客货在港口转运的总费用最省。
✓ S优应满足的条件(只考虑港、船因素) 以cb表示每泊位每天的营运费用（元/泊·日） cs 表示每船在港一天所需费用（元/艘·日） 在时段N天内船舶总费用为（港口有S个泊位）
▲ 港口泊位数估算
4.1 港口规模确定
粗略估算港口的泊位数 S ：
Q ——码头年作业量
SQ P
P ——单个泊位设计通过能力；可按下式估计
P N t
P 1 N t
——泊位系数1.2～1.5；
t ——船舶平均占泊时间（日/艘）； N ——考虑时段的天数；
——船舶平均装卸量（吨/艘）。
取N=365天，试：
1.写出货物换装总费用表达式；
2.导出最优泊位数应满足的条件；
34..计按n算合w,s合理1 理泊 n泊位w位数,s 数建c设(s按时Mi船/Mcc舶Gb/S的/平/模N均型等)；n待w时,s 间n。w,s1
0.65＞0.28＞0.21
S=8
4.1 港口规模确定
Cs cb N S cs N ns
ns ——港口有 S 个泊位时平均在港口的船舶数
4.1 港口规模确定
泊位数 S 不同就导致 Cs 的变化，泊位数优化就是取 S 值使
得 Cs 最小，即 Cs1 Cs
Cs1 Cs
将 Cs 的表达式代入整理得 S优应满足的条件为：
ns1 ns
n s 1
s)
an s!sns
P0,s
设 n=i+s 有:
nw,s

i 1
i
ais s!si
P0,s

as s!
P0,s
i 1
i
ai si

a s1 s!s
P0,s

i(
a s
)i
1
i 1

(s
a s1 1)!(s
a)2
P0,s
ns nb nw a nw
——船舶到港为泊松分布 占泊时间为二阶爱尔兰分布
4.1 港口规模确定
E2/E2/S/ 排队模型
——船舶到港和占泊时间为二阶爱尔兰分布
注意：各排队模型的差别很大， 选取的模型必须符合港口实际。
4.1 港口规模确定
例题
4.1 港口规模确定
某港口件杂货作业区2020年的预测吞吐量为Q=1500万吨，
增建码头泊位、提高泊位装卸效率
例：设某港口原有泊位S=2， =0.35艘/天， Tb =1/μ= 4天，根
据计算： TW =3.844天，与Tb 接近，很不合理。为改善这种状态， 提出以下两方案比选：
①增建2个泊位，装卸能力不变（泊位数增加一倍）
②改进装卸工艺，装卸能力提高一倍， Tb =2天 用M/M/S模型计算：
作业2(可以习题4.3代替)
某港口件杂货作业区2020年的预测吞吐量为Q=430万吨，设 计装卸能力R=4500吨/泊位-日，设泊位营运费cb=45000元/泊 位-日，船舶艘天费cs=82000元/船舶-日，船舶平均载货量
ξ=12000吨，货物平均价格cG=4000元/吨，现金贴现率i=8%，
取N=365天，试： 1.按M/M/S/模型计算合理泊位数； 2.按合理泊位数建设时船舶的平均等待时间。
•两区合并： =1.4，S=8， Tb =4， ρS = /μS=0.7， TW / Tb =0.113 → TW =0.452天
4.2 减少船舶在港时间的措施
▲管理措施---速遣 速遣是将几个泊位的设备集中使用，使某些船只迅速离港
的调度方式，例如：港口有两个泊位，刚巧两艘船同时到达
两艘船同时作业(Tb=4天)
4.1 港口规模确定
✓ 船舶占泊时间分布
船舶占泊时间——从靠泊到离开的总时间 T ，一般服从指 数分布或者2阶爱尔兰分布。
k 阶爱尔兰分布:
f
(t
)


(k )k
t (k 1)!
wenku.baidu.com
k
1
ek
t
t 0
0
t0
F
(t
)

1
e

k

t
k1

n 0
(
k
t n!
)
n
0
P0,s

s 1
P0,s (
n0
an n!

1 s! ns
an sns
)
1

P0,s

s1 n 0
an n!

(s
as 1)!(s
1
a)
4.1 港口规模确定
有了Pn,s 就很容易求得有关参数
nw,s


(n
n s 1
s)Pn,s


(n
码头是港口营运的中心，港口其它设施必须与码头相适应， 也就是说，港口规模取决于码头规模即各类泊位数的多少。
▲ 影响泊位数 S 的主要因素
✓ 港口吞吐量Q ， 旅客、货物； ✓ 船型及其周转量； ✓ 装卸效率的高低。
4.1 港口规模确定
确定港口规模主要解决两方面的问题： 泊位的大小——来港船型 泊位的多少——吞吐量、船舶数量、装卸效率等
▲仓库堆场面积
4.1 港口规模确定
计算方法——根据货种、堆高、库场地面强度等确定
件杂货、散货库场总面积 A E q Kk
式中： A —— 库场总面积（m2） q —— 单位有效面积的货物堆存量（t/m2） Kk —— 库场总面积利用率（堆场70～80%，仓库50～
75%，取决于仓库结构） E —— 库场所需容量（t）
t 0 t0
μ ——平均装卸船率
k 阶爱尔兰分布
4.1 港口规模确定
P72图4-3有误
4.1 港口规模确定
✓ 排队理论的应用(只介绍M/M/S/ 排队模型的结果) M/M/S/ 排队条件：
第一，船舶按泊松流到达港口； 第二，船在港装卸占泊时间服从指数分布； 第三，船一到港，只要有空闲泊位就必须停靠，不得 等待特定泊位，并按先到先靠的原则进行排队，不得插 队； 第四，当船舶足够多时，不论排队多长，船舶不得中 途离港。
平均等待船数

(n s)Fn
nw ns1 N
(n s)Pn n s 1
4.1 港口规模确定
港口吞吐量 Q
设：平均一个泊位的日装卸量为 R (t/泊·日)
则：
Q = R ·泊位被利用的天数
s

RNS s RN ( nPn sPn )
n0

nw, s 1
nw,s

cb cs

nw, s
nw,s1
4.1 港口规模确定
船舶的平均等待时间是人们极为关注的港口参数， 可根据平均等待的船舶数求得。
nw,s Tw,s
Tw,s

1


(s
a s1 1)!(s a)2
P0,s
▲ 其它排队模型
M/E2/S/ 排队模型
设计装卸能力R=8000吨/泊位-日，设泊位营运费cb=16000元/
泊ξ=位1-6n日0Cw0,s，0s吨1船，舶nc货wb艘,Ns物天S平c费均scs价c=i4s格5Ncc0Gbc0nG0=s元3/5/N0船N0元舶3/n-6i吨w5日,sc，，G现船nw金n舶,ss贴平1 现均率载i货=8量%，
▲ 管理措施---泊位组 把可以统一进行装卸的一些泊位组织在一起统一调度管理，
称为泊位组。
例： 设某港有相同的两个区，A、B，各有4个泊位，装卸能力为
μ=0.25艘/泊-天（Tb=4天），每区的船舶平均到港率 =0.7艘/日，
按M/M/S模型计算时有：
•两区独立： =0.7，S=4， Tb =4， ρS = /μS=0.7， TW / Tb =0.357 → TW =1.428天
船舶1
船舶2
两艘船都在4天后离港
两艘船分别作业，装卸设备集中使用(Tb=2天)
船舶1
船舶2
有一艘船在2天后离港，并且未增加另一艘船的在港时间
4.3 码头布置型式
概率密度：
et
t 0
f (t)
0
t0
在 t 时段内到达港口 n 艘船舶的概率：
e ( t)n
Pn n!
t
——船舶的平均到达率
n 0,1,2,
4.1 港口规模确定
大量统计资料表明，多数港口的船舶到达服从泊松分布，如 图是我国某港口1996年2301艘到港船舶的统计资料，从图中可 看出该港的船舶到达基本上服从泊松分布，在港口系统规划中， 船舶的到达通常按泊松流考虑。
n s 1
不难看出以上各量有如下关系：
nb

s

s

Q RN

a,
a称为船流密度
注意到ρs≤1恒成立，得港口最少泊位数为:
S m in

Q RN

nb
✓ 船舶到达分布 船舶到达港口是随机的
4.1 港口规模确定
但有规律——按某种概率分布到达港口
泊松流——相继到达的两艘船舶的间隔时间 T服从指数分布
第四章 码头及码头平面设计
4.1 港口规模确定 4.2 减少船舶在港时间 4.3 码头布置型式 4.4 港口陆域尺度 4.5 海港码头平面布置 4.6 河港码头布置特点 4.7 港口竖向尺度
4.1 港口规模确定
4.1 港口规模确定
港口规模一般包括： ➢ 码头建筑物长度(各类泊位的数量)； ➢ 水域面积(调头水域、航道、港池、锚地等)； ➢ 防波堤长度； ➢ 仓库、堆场、停车场等面积； ➢ 办公楼、机修间、机械库等生产辅助建筑物规模； ➢ 铁路、道路的数量和等级； ➢ 港区供水、供电、供油等 ➢ 生活辅助设施规模； ➢ …….
设有n艘船在港则：
n≤S 时，泊位利用的天数即为船天数 nFn,有空泊位,无船待泊 n＞S 时，泊位全部被占用，泊位利用天数为SFn，有船待泊
s

泊位被利用的天数之和 nFn sFn
s 泊位的全部天数之和 n0
n s 1
sFn
n0
s


N nPn Ns Pn
4.1 港口规模确定
E

Qh K BK K r
Ty k k
td c
K BK

Hmax H
其中： Qh—— 年货运量（t） Kr ——货物最大入库场百分比（%） Tyk ——库场年营运天数（d） αk ——堆场容积利用系数，件杂货1.0，散货0.6～0.9 tdc ——货物平均堆存期（d） （可取7～15天，前方库场不宜超过10天）
4.1 港口规模确定
据排队论可得到有 n 艘船舶在港的概率为
Pn,s


an n!
P0,s
,

an
s!sns
P0,s ,
0ns ns
P0,s——有S个泊位时，无船在港（n=0）的概率。

n0
Pn,s

s 1 n0
an n!
P0,s

ns
ss an s!s n
n0
n s 1

Ns Pn

1 s
s
(
n0
nPn

s Pn )
n s 1
n0
4.1 港口规模确定
平均装卸船数
所考虑时段内装卸船舶 的总船天数
nb
时段的总天数
s

nFn sFn
n0
n s 1
N
s

nPn s Pn S s
n0
n s 1