集装箱码头的经营和运营研究——一个分类和文献综述外文翻译资料

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集装箱码头的经营和运营研究——一个分类和文献综述

摘要：在过去四十年中，集装箱作为装载单位的一个重要组成部分，在国际海上货物运输方面有着毋庸置疑的重要性。随着集装箱化程度的不断提高，海港集装箱码头的数量和竞争力已经有了巨大提升。如果集装箱码头没有有效地利用信息技术以及适当的优化（运营研究）方法，现状将是不可想象的。在本文中，我们对集装箱码头的主要物流流程和运营进行了描述和分类，并对其优化方法进行了调查。

关键词：集装箱码头，物流，规划，优化，启发，模拟

1. 引言/历史概述

五十年前，集装箱进入国际海运市场。它们作为装载单元而被市场认可。集装箱就像一个方正的盒子，在运输过程中不必在每个中转地打开，集装箱因能快速、方便的处理货物而被市场认可。除了方便装卸货物，标准化集装箱为客户提供了许多方便，它们在恶劣的天气中保护货物；同时提高了货物的安全性，使货物免遭偷盗；简化了货物的调度和控制，对物流提供了极大的方便。对于操作，我们需要先区分一个集装箱（一个盒子的在此处的称呼）或者说我们指定的集装箱类型。最明显的区别是标准集装箱是较短的集装箱，其的长度是20英尺，其他集装箱的尺寸可以通过标准集装箱来表示。即以20英尺当量为单位（TEU），例如，40英尺和45英尺集装箱可用2TEU来表示。集装箱可以在有需求时（例如，容器的重量或重量等级，冷藏集装箱或超大容器的特殊处理的必要性）来规定集装箱的附加属性。

1961年，在美国东海岸到加勒比、中美洲和南美地区出现了第一条集装箱班轮航线。集装箱运输行业起步缓慢，但在对特定船舶、港口、专用设备、集装（购买或者租借）进行大量的投资后，这个行业开始有了明显起色。大量的集装箱运输提高了经济效益和市场份额。在这一方面，转运业务描述了在集装箱堆场里有储存限制的货物从一个运输工具转移到另一个运输工具上。

今天，世界上超过60%的深海货物都是用集装箱运输的，而在一些航线特别是经济强劲和稳定的国家之间，集装箱运输比例甚至达到100%。国际集装箱市场分析显示，1995年有920万TEU在市场上流通，集装箱船队在1985年的490万TEU规模下，十年来几乎翻了一番。由于集装箱货运的正面预测，预计今后将有类似的发展。

集装箱货运量的增长，对海港集装箱码头，集装箱物流和管理以及技术设备的要求也在提高。这种增长导致了海港之间的竞争日益加剧。海港主要同海运承运人、近海运营商及陆上货车铁路运营商进行竞争。集装箱港口的竞争力会被不同的成功因素影响，特别是船舶的靠港时间和低效率的装卸货。因此，关键的竞争优势是集装箱的快速周转，这相当于减少集装箱船的滞港时间及转运过程本身的费用。也就是说，作为一个经验法则，让船舶在泊位上的时间极小化，这是码头操作的总体目标。

本文的目的是提供集装箱码头作业的概况和分类。此外，基于这一分类，我们试图为这一重要的物流领域的运营研究模式和应用提供全面的文献综述。通常，集装箱码头的特点由其具体设备和堆放设施决定。因此在2.1节，我们描述了今天的集装箱码头处理设备使用的可能方式。根据这一方式，可把集装箱码头分为不同类型（见2.2）。另外，我们还提供了集装箱码头的功能概况，重点是实物集装箱的移动。在第3节，我们讨论终端物流和优化方法。在这里, 我们的目的是提供一个相当多的相关参考文献 (在许多情况下, 只是提供参考, 而不需要太多的细节) 描述不同的方法, 包括确切的方式, 启发式方法以及基于模拟的方法。最后在第4节中提出了一些结论。

1. 码头结构和装卸设备

一般来说, 集装箱码头可以被描述为具有两个外部接口的开放式的物流系统。这些接口是装载和卸载船舶的码头，以及集装箱装载和卸载卡车和火车的陆地。 集装箱堆放在一起，从而便于岸边和岸边操作的解耦。

到达港口后，集装箱船被分配到装有起重机的泊位，以装载和卸载集装箱。卸载的进口集装箱运往下一个转运场所附近的码头。在码头由公路或铁路抵达的集装箱卡车和列车运行区内进行处理。它们由内部设备拾起并且分布到各自的存货所在的围场，如果在围场内存在棚屋或者空仓库，再执行额外的操作，这些举措包括空库存，包装中心和进出口集装箱库存之间的运输。应该指出的是，码头运营或集装箱转运以及往返码头的集装箱运输有时也被称为水边转运程序，相应地，可以找到内陆转运程序和陆上转运程序。

码头区必须适应不同的船舶，最重要的是深水船舶，装载量可达到八千零三十个集装箱单位（TEU），服务于不同国家和大陆的主要港口。这样的船只长约320米，宽度为43米，吃水深度为13米; 在甲板上集装箱可以堆放8层高，17列宽，在内部可有9层高，15列宽。船只的数据对起重机的高度和臂长的尺寸有要求。在大港口，装载约2.000 箱是很常见的；这个数据同样适用于卸载。容量为100到1200 标准箱的支线船连接较小的区域港口与为深海船只运送集装箱的海外港口。内河驳船用于运送集装箱到内陆的河流和渠道。在功能上, 驳船是内陆运输的手段 (如卡车和火车), 业务上是由码头起重机服务的船只。

卡车的容量可达三标准箱。在集装箱码头，它们被引导到装载和卸载的转运点。为火车服务，有多条轨道的火车站可能是集装箱码头的一部分。 一列火车的容量约为120 TEU。穿梭列车与一个特定的内陆目的地的终端获得越来越重要。内陆运输的不同模式对于不同的港口是非常具体的, 它直接影响到码头的布局和设备类型。

集装箱存储区域通常被分成不同的堆栈（或块），它们被区分成行，列和层。集装箱存储区域通常被分成不同的堆栈（或块），它们被区分成行，列和层。 某些堆叠区域被预留用于需要电气连接，危险品或超高速/超宽不允许正常堆放的特殊集装箱。通常, 堆栈将被分隔为导出、导入、特殊和空集装箱的区域。

除了这些一般功能之外，一些集装箱的运作单位也不同。例如，如果火车站不在码头内，则集装箱必须通过卡车或其他陆上运输工具在外部站和码头之间运输。 这导致额外的后勤需求。

如果码头内有棚屋，则会有不同情况。在棚子内，存有货物的集装箱会塞满整个空间，连接围场栈与棚子必须执行额外的运动。这同样适用于空集装箱的仓库, 在那里根据航运线路的需要储存。

• 1. 装卸设备

通常，集装箱码头在其设备和堆放设施方面非常具体地被描述。 然而，从后勤角度看，码头只包括两个部分：库存和运输工具。

堆场，船舶，火车和卡车属于“库存”的范畴，库存是通过其存储集装箱的能力进行静态定义的，而从动态角度来看，存储（或加载）指令是必需的，可以定义集装箱必须存储的规则。这些不同类型的库存之间没有主要差别，只是在产能和复杂性上有差异。船舶，火车和卡车的布置和调度不属于集装箱码头作业。因此，它们可以被静态地视为存储实体，而在任何情况下，即使对于至少必须定义集装箱的位置的卡车也存在存储指令。对于特定的装载，船舶和火车需要指定每个集装箱的位置的说明。运输是指两个或三个维度的运输集装箱。水平运输的起重机和车辆属于这一类。他们的物流细节是必须将运输工作分配给运输工具，并且必须执行一系列工作。序列的计算是典型的运输手段，并定义与上述分类的库存的主要差异。不寻找这些身份，但是固定在集装箱码头上应用的每个组件和设备的具体细节，可以得出各种运营研究方法和解决方案。

• • 1. 起重机类型

集装箱码头上使用不同类型的起重机，起重船（或龙门式）起重机在船舶装卸上起主要作用。码头起重机可以区分两种类型：单小车起重机和双小车起重机。手推车沿着起重机的手臂行进，并配有吊具，这些吊具是用于抓取集装箱的具体装置。现代吊具允许同时移动两个20英尺集装箱（双电梯模式）。货运码头常用单小车起重机，他们将集装箱从船上移到岸边，将其放在码头或车辆上（反之亦然）。单小车起重机是人为驱动的。双小车起重机代表了仅在极少数终端应用的新开发。主推车将集装箱从船上移动到平台, 而第二台手推车从平台上拾起集装箱并将其移动到岸边。主推车是人力驱动的, 而第二个手推车是自动的。在现代起重机上, 起重机驱动程序由半自动转向系统支撑；这两种情况都是一辆和两台电车。码头起重机的最大性能取决于起重机的类型。起重机的技术性能范围在50-60箱/小时内，而在运行中，性能范围在22-30箱/小时内。

第二类起重机应用于堆垛。有三种类型的起重机，即轨道式龙门起重机（RMG）或橡胶轮胎式龙门架（RTG）和架空桥式起重机（OBC）。橡胶轮胎式龙门架在运行中更加灵活，而轨道式门架更稳定，架空桥式起重机安装在混凝土或钢柱上。通常龙门起重机跨越8-12行，允许堆放4-10层高的集装箱。为了避免在技术故障的情况下运行中断并提高生产力和可靠性，在一个堆栈区域（块）通常采用两个RMG。双RMG系统代表了一个新的发展。它们由两个不同高度和宽度的RMG组成，可以相互通过，从而避免相互交叉。这提高了系统工作效率，虽然大多数龙门起重机都是人工操作的, 但自动无人驾驶的龙门起重机的使用在某些码头 (如 泰晤士港, 鹿特丹, 汉堡)是一种趋势。龙门起重机的技术性能约为20次/ 时。

类似的起重机用于装卸火车。他们跨越几条轨道（约六条）。 要从/往火车转运的集装箱预先存放在轨道旁的缓冲区域。

叉车和铲车用于移动和堆放轻型集装箱——特别是空的。

• • 1. 水平运输手段

陆上运输和船对岸运输都采用各种车辆进行横向运输。运输车辆可分为两种不同类型。第一类车辆是“被动式”车辆，因为它们无法自行提升集装箱。这些车辆的装载和卸载由起重机，码头起重机或龙门起重机完成。具有拖车，多拖车和自动导向车辆（AGV，图5a）的卡车属于这一类。 AGV是能够在由地面上的电线或应答器组成的道路网上驾驶以控制AGV的位置的机器人。 AGV可以装载一个40/ 45集装箱或两个20集装箱 - 在后一种情况下可以进行多次加载操作。由于AGV系统需求高投资，只能在劳动力成本高的地方经营;他们现在在ECT /鹿特丹和HHLA /汉堡 - 与自动龙门起重机相结合。

第二类的运输车辆能够自行搬运集装箱。跨运车、叉车和达尔萨斯铲车属于这一类。跨运货车不仅运输集装箱，而且还能够堆放集装箱在院子里。因此，它们可以被认为是非固定位置的起重机，可自由靠近集装箱，而不考虑其在码头中的位置。跨运式吊架允许运输20英尺或40英尺集装箱；现在正在实现同时运输/堆叠两个20英尺集装箱的双模式。由于其性能，跨运系统非常灵活和动态。跨载体可变化多种形态。通常跨运体是人为驱动的，并且能够堆叠3或4个集装箱高，即它们能够分别移动一个集装箱放到2个或3个其他集装箱上。

在过去几年中，自动跨运车有了新发展。最近, 一个自动跨运体系统已经在澳大利亚帕特里克码头进入生产。跨运车高4层，上面有一个差分GPS的集成系统（见2.1.3节）和推算用于准确的定位和路由。除了这种正常的高度以外，正在开发较小高度（高度一到二）的自动跨运车。由于高度限制，它们不能用于堆垛，而是仅用于运输目的。由于他们能提升集装箱的堆积能力，自动化跨越式运输车辆通常被称为自动起重车辆（ALV）。

2．1．3 协助系统

除起重机和运输车辆外，辅助系统在组装和优化集装箱码头工作流程方面发挥了突出的作用，通信和定位系统在这一方面尤其有用。

集装箱码头运营商支持与航运公司，代理商，货运代理，卡车和铁路公司，海关，水路警察等政府机构等外部各方的密切沟通。电子通信基于国际标准（EDIFACT;电子数据交换管理，商业和运输）。每个集装箱的动态变化都在各方之间进行沟通。从终端运营商的观点来看，最重要的信息是：集装箱装卸清单，即指明每个从船上装载或卸载的具有特定数据的集装箱。其中包含船舶的所有集装箱的精确位置；描述出口集装箱位于船上的位置的“装载指示”，作为终端的装载计划的基础；火车和卡车交货的集装箱预先建议以及列车的时间表和装载指示——仅举几例。虽然这些信息中只有一些信息——特别是船舶和列车的装载指令会直接影响到终端的运行活动。但它们非常重要，因为它们用于完整性和正确的集装箱数据，这对于优化工作流程是必要的。

除了与外部合作伙伴的沟通外，内部通信系统在优化终端运营方面发挥重要作用。自20世纪80年代中期以来，在集装箱码头安装的无线电数据通信起着关键作用，因为它是将作业数据从计算机传输到起重机和运输车辆的主要媒介。无线电数据通信是实施操作研究方法以优化任务序列的技术基础。

自20世纪90年代中期以来，货柜码头已经安装了全球定位系统（GPS）。最初，它们被用于自动识别码头中的集装箱的位置，保证终端计算机系统中的集装箱堆场位置准确。由于集装箱的大小和堆场布局，使用差分GPS（DGPS）是很有必要的。DGPS组件不是安装在集装箱上，而是安装在运输和堆放设备之上。并在集装箱被吊起或放下时测量位置，翻译成位置坐标并传送到计算机。DGPS的替代方案是基于光学的系统，特别是激光雷达。 有时两个系统集成在一起，以确保更高的可靠性。集装箱定位系统，如DGPS，位置推算法或激光雷达构成了改善堆场和物流的技术基础。

转发器和电路用于对龙门起重机和自动车辆（如AGV）进行路线规划，而DGPS用于自动跨运车和其他设备的转向。

• 1. 集装箱码头系统

集装箱码头的种类主要取决于哪种类型的集装箱处理设备组合形成终端系统。所有码头都使用龙门式起重机，单车或双小车起重机。码头和堆场之间的运输可以通过拖车，多拖车，AGV或跨运车的卡车进行。这些车辆也可以服务陆上作业，除了现在专门从事码头区域的AGV。 集装箱堆放由龙门起重机或自动跨运车进行。

尽管设备组合多种多样，码头还是主要分为两个类型：纯粹的跨乘系统和使用龙门起重机进行集装箱存储的系统。

有龙门式起重机的集装箱码头可使用上述任何类型的运

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