我国铁水联运港口作业区布局优化研究

      0 引言

      铁水联运是多式联运的重要组成部分，不仅可以提高运输效率、降低物流成本及运输能耗、改善环境质量，还是实现交通优势融合互补发展的必然选择。港口作业区是铁水联运的关键节点，港口作业区布局规划的合理性，不仅制约着铁水联运港口的建设及其后期的改扩建、相关设施的配置等问题，也直接影响着铁水联运港口的作业效率与运营成本。因此，应加强铁水联运港口作业区的布局方法研究。

      国内外学者围绕集装箱场布局[1-2]和铁路物流中心功能区布局[3]进行大量的研究。近年来，随着铁水联运的快速发展，韩晓龙等[4]运用仿真分析法对铁水联运港站集装箱装卸工艺进行研究；李羽逍等[5]提出铁水联运港站集装箱作业区布局优化模型及算法；钱继锋等[6]研究“岸桥—集卡—堆场”双向作业的协同优化模型；Héctor[7]对铁水联运港站集装箱作业区设施配置的优选理论进行分析；刘勇[8]对铁水联运条件下集装箱疏运的运输组织优化进行深入研究；温念慈等[9]通过引入系统布置法(Systematic Layout Planning，以下简称“SLP法”)对湛江港宝满港区集装箱作业区系统布局进行优化；郑斯斯等[10]提出铁水联运港口集装箱作业区装卸设备选型的多目标决策模型。

      既有研究大多仅运用SLP法对集装箱场及物流中心功能区的布局进行研究，当港口作业区数量较多或需要不断调整港口作业区布局方案时，工作量相对繁重；而运用SLP法和数学模型法研究仅考虑集装箱作业场作业区的布局优化，对港口作业区总体的布局优化缺乏考虑。因此，铁水联运港口作业区布局布局优化应通过融合两阶段耦合优化思想，运用SLP法分析铁水联运港口作业区的物流关系和非物流关系，得出铁水联运港口作业区的综合关系，进而构建港口作业区布局优化模型得出港口铁水联运作业区布局方案。

      1 我国铁水联运港口作业区布局综合分析

      1.1 铁水联运港口作业区组成

      铁水联运港口在传统集装箱港口的基础上引入铁路作业区，集物流基地、物流枢纽和物流节点于一身，是完成铁路系统和水运系统无缝衔接的集散地，也是整个多式联运网络上不可缺少的环节。根据港口的服务性质，铁水联运港口包含多种功能作业区，各功能作业区相互关联、协同运作，共同完成铁水联运的任务。受货物品类、作业量和地理位置等方面的影响，不同的铁水联运港口作业区的组成具有一定差异性，但基本布局主要由码头前沿岸桥作业区、集卡走行区、海运箱区堆场、铁水联运箱区堆场和铁路作业区等功能作业区组成。铁水联运港口作业区组成如图1所示。

      

      图1 铁水联运港口作业区组成

      Fig.1 Composition of operation area of railway-water intermodal transport port

      铁水联运港口作业区是一个非常大的系统，不仅包括码头前沿、堆场及铁路作业区等基本的运输作业区，还需要设置物流辅助增值服务区及相关设施的配套区。传统的水运港口引入铁路作业区，实现水铁联运无缝衔接、提高作业效率的同时，也增加了联运港口的功能作业区数量。各作业区在港口内空间资源上的合理位置布局关系，不仅影响铁水联运的运输效率、作业质量与作业成本，也将影响整个多式联运网络的服务水平，其布局必须考虑铁路、水运等运输方式之间的相互配合，还需要考虑不同功能作业区的作业特点，以及与港口内其他功能作业的密切配合。

      1.2 基于SLP法的铁水联运港口作业区综合关系分析

      SLP法是美国学者Richard Muther提出的一种以图表数据分析为工具，以各功能作业区之间的关联程度为分析基础的设施布局规划方法，具有条理性强、适用范围广等优势，现已广泛应用于工厂、机场、图书馆等具有多种作业区项目的规划设计布局优化及其改扩建的布局调整领域。根据一般铁水联运港口作业区的功能及其组成，运用SLP法进行铁水联运港口作业区布局优化时，事先不考虑各作业区的所需面积和几何形状，依据各作业区之间的综合关系，确定各作业区在平面空间内的相对位置，实现铁水联运港口作业区布局优化的第一阶段目标。根据铁水联运港口作业区的组成，将铁水联运港口作业区划分为基本功能区、辅助功能区、综合配套服务区和预留发展区4类。

      铁水联运港口作业区综合关系分析作为两阶段耦合优化的第一阶段，是铁水联运港口作业区布局的基础。考虑到铁水联运港口各作业区之间既存在物流关系，又存在非物流关系，在铁水联运港口作业区布局优化时，可以根据各作业区之间的物流关系和非物流关系，分析确定各作业区之间的综合关系。物流关系是指港口各功能作业区之间的物流强度(包括货物交换量及交换频度)，而非物流关系是指人员及设备之间的流程关系及考虑管理协调、操作环境和安全需要应保持的关系等。结合铁水联运港口各作业区的功能、各作业区之间的货物交换量、交换频度及其关联性，将其物流关系、非物流关系分别划分为A(极度相关)，E(特别相关)，I(强相关)，O(一般相关)，U(不相关)和X(特别不相关)共6个等级。铁水联运港口各作业区间物流关系如图2所示，铁水联运港口各作业区间非物流关系分别如图3所示。