基于 SLP 的湛江港宝满港区集装箱码头平面布置优化研究

温念慈，王文宪

（1.西南交通大学 全国铁路列车运行图编制研发培训中心，四川 成都 610031；2.西南交通大学 交通运输与物流学院，四川 成都 610031）

基于 SLP 的湛江港宝满港区集装箱码头平面布置优化研究

温念慈1，王文宪2

（1.西南交通大学 全国铁路列车运行图编制研发培训中心，四川 成都 610031；2.西南交通大学 交通运输与物流学院，四川 成都 610031）

在阐述湛江港概况的基础上，将系统布置设计理论 (SLP) 应用于湛江港宝满港区集装箱码头一期扩建工程的平面布置问题。根据集装箱作业流程及各物流作业系统的功能，将集装箱码头划分为码头前沿、重箱堆存区、空箱堆存区、冷藏箱区、危险品区、铁路站场区、预留发展区和生产辅建区 8 个区域，通过作业区之间的物流关系、非物流关系和综合关系分析，并结合码头实际作业流程和地理环境限制条件，提出 2 个平面布置优化方案，最后从作业安全性、流畅性、便捷性等方面对 2 个方案进行比较，提出推荐的湛江港宝满港区集装箱码头平面布置优化方案。

集装箱码头；SLP；湛江港；平面布置优化

1概述

集装箱码头是单独办理集装箱相关作业的场所，具有单位时间吞吐量大、生产作业流程简便快捷的优点[1]；集装箱码头的平面布置则是关系到码头作业流程和作业效率的关键因素。为满足集装箱船舶在码头快速作业的要求，提高码头生产企业的社会经济效益，合理的集装箱码头平面布置规划对于码头生产作业过程优化具有至关重要的作用。

湛江港位于中国大陆最南端的雷州半岛，是连接南北半球、沟通太平洋和大西洋的重要枢纽，由霞山港区、调顺岛港区、霞海港区、宝满港区和东海岛港区等组成。作为海上丝绸之路的重要节点，湛江港预计 2020 年吞吐量将突破 300 万 TEU，而宝满港区集装箱码头扩建工程是解决粤西地区集装箱码头吞吐能力限制的有效途径。宝满港区一期扩建工程拟建设 2 个 5 万吨级集装箱专用泊位及相应配套设施，年设计吞吐量 100 万 TEU，年设计通过能力 103.3 万 TEU，码头岸线长 646 m，水深约14 ～17 m，陆域纵深 1 006 m，港区总面积 113.1 hm2，陆域面积 56.3 hm2，该工程建成后将有效地缓解粤西地区集装箱码头吞吐能力不足的问题[2]。但是，如何优化集装箱码头的平面布置，实现铁水联运无缝衔接和港区高效作业，对于充分发挥集装箱码头的作用十分重要。

系统布置设计 (Systematic Layout Planning，SLP) 理论由于其条理性强、逻辑清晰、设计过程融入物流分析的特点，在布局规划领域得到了广泛的应用[3]。该理论从不同布局区域之间的相互关系、区域所占空间和区域综合调整这 3 个基本层面入手，将生产单位的产品、产量、生产路线、辅助部门和时间安排作为研究要点，结合作业区的位置相关图，得出合理的布局规划方案。在湛江港宝满港区集装箱码头一期扩建工程的平面布置中，以 SLP理论为基础，结合码头生产作业现状，综合考虑铁路货运支线建设，优化码头作业区之间的位置关系，有助于优化码头作业流程，提高其整体作业效率。

2基于SLP的平面布置优化设计

基于 SLP 的平面布置优化，不仅能定性地分析码头各功能区之间的作业流程，还可以定量地分析各作业区之间的物流与非物流关系，其优化设计流程如图1所示。

图1　基于SLP的码头平面布置优化设计流程图

2.1生产作业流程分析

码头生产作业流程分析是对码头作业区进行划分的前提。湛江港集装箱码头作业主要涉及集装箱的卸船作业、装船作业和中转作业[4]。以集装箱卸船作业为例，其主要流程如下。

（1）集装箱船舶按照船期停靠相应泊位。

（2）码头受理中心制订堆场计划并安排桥吊工作方案、制订卸船计划。

（3）岸边工作人员在控制中心的指挥下按照卸船计划安排装卸桥卸箱。

（4）卸下船舶的集装箱暂时堆放在码头前沿，或直接由码头内集装箱搬运设备将集装箱送至相应堆场。

（5）受理中心办理单证处理和信息录入。

（6）需要离港的集装箱由港外集装箱专用卡车在闸口办理提箱作业，码头按照堆场作业计划审查放箱。

2.2作业区划分

集装箱码头由泊位系统、堆场系统、运输系统和闸门系统等物流作业系统组成，其中泊位系统主要完成船舶的装卸作业，堆场系统实现集装箱在港内的存放，运输系统将集装箱分别运输至不同的目的地，闸门系统负责码头边界的管理；各物流作业系统之间的相互协同作用，将码头的生产作业联接成一个整体的有机的生产单位[5]。根据码头作业流程，充分考虑各物流作业系统的功能，将集装箱码头划分为 8 大区域：码头前沿、重箱堆存区、空箱堆存区、冷藏箱区、危险品区、铁路站场区、预留发展区和生产辅建区，各作业区面积如表1所示。

表1　作业区面积表

2.3作业区关联分析

（1）物流关系分析。物流关系分析从集装箱在码头各作业区之间的实际作业过程入手，分析集装箱在运输过程中所经过的作业区顺序和每个区域的物流作业量，它是进行码头平面布置的关键和前提，目的是使整个作业流程尽量避免迂回和交叉，实现物流路线最短、成本最小。将各作业区之间的相关物流关系强度分为 5 个等级，分别用大写的英文字符 A (超强物流强度)、E (特强物流强度)、I (较强物流强度)、O (一般物流强度)、U (无物流关系)表示[6]。随着关系强度等级递减，所承担的物流量比例依次递减，而占用的物流路线比例却递增，例如区域之间物流关系等级为 A，则说明区域间所承担的物流量最高，但占用的物流路线却较少。通过分析宝满港区集装箱码头各作业区之间的物流量和物流路线，得出各作业区间的物流相关性如图2所示，从图上可以看出，码头前沿与重箱堆存区之间属于超强物流关系，两者的物流关系等级为 A，而重箱堆存区与空箱堆存区无物流关系，用 U 标记。

图2　码头作业区物流关系相关图

（2）非物流关系分析。非物流关系是指除作业区物流关系之外的其他相关关系，其影响因素包括区域作业性质相关性、区域设备共用情况和作业时间先后顺序等。通过分析以上因素，将各作业区之间的非物流关系划分为 A (绝对重要)、E (特别重要)、I (比较重要)、O (一般重要)、U (不重要)、X (不希望接近) 6 个等级[7]。根据湛江港宝满港区集装箱码头实际作业流程，各作业区的非物流相关性如图3所示，如码头前沿与重箱堆存区的非物流关系为绝对重要，记为 A，重箱堆存区与空箱堆存区的非物流关系为非常重要，记为 E。

图3　码头作业区非物流关系相关图

（3）综合关系分析。集装箱码头各作业区间既存在物流关系又存在非物流关系，在进行区域相关性分析时，区域间的物流关系和非物流关系相辅相成，以这 2 种关系分析为基础的区域综合关系分析更能全面准确地反映区域相关关系，从而为区域间的位置分析奠定基础。

根据 SLP 理论，结合码头作业区之间的实际情况，各作业区之间综合关系分析步骤如下。①确定物流关系与非物流关系在综合关系分析中的权重，假定码头各作业区之间的物流关系与非物流关系在综合关系分析中的权重比为 3 ∶ 1[8]。②将区域关系定性化等级指标转化为定量化指标，即赋值，令A = 4，E = 3，I = 2，O = 1，U = 0，X = -1。③根据上述权重和等级赋值指标，计算出各作业区之间的综合相关关系定量指标，最后再转化为以大写英文字母 A (综合关系十分密切)、E (综合关系密切)、I (综合关系较强)、O (综合关系一般)、U (综合关系较弱)、X (无关联) 表示的 6 个等级。码头各作业区综合相关关系如图4所示，如码头前沿与重箱堆存区的综合关系为十分密切，记为 A，重箱堆存区与空箱堆存区的综合关系为一般，记为 O。

图4　码头作业区综合关系相关图

2.4作业区位置相关性分析

通过作业区之间的综合关系相关图分析区域间的位置相关性是 SLP 理论的核心工作，其前提条件是忽略区域本身的占地面积和几何形状，确定各区域在码头平面布置上的位置相关关系后再结合码头实际地理位置条件，将区域面积和几何形状按照比例在最后的码头平面布置图中体现[9]。如果在分析过程中出现多个同等级密切程度的区域，则需先计算各作业区的综合接近程度，再绘制码头作业区之间的位置相关图。用////表示关系强度 A，///表示 E，//表示 I，/表示 O，○ 表示具有装卸功能的区域，Δ表示具有堆存功能的区域，□ 表示具有管理功能的区域。绘制码头作业区位置相关图如图5所示。

2.5作业区位置方案分析

由码头作业区位置相关图所反映出的作业区位置相关关系，结合码头实际生产作业流程，通过排列组合，可以得出多个码头平面布置方案。但是，在 SLP 理论运用到实际生产作业的过程中，还需要考虑码头地形条件、现有机械设备情况、政府部门建设要求、环境安全评估和企业自身运营能力等综合因素的影响。在综合考虑以上因素的前提下，以土地资源利用效率最大化、码头作业流线通畅化、管理运营成本最小化为目标，将各作业区在平面上按照面积比例予以分配布置，得出 2 个码头平面布置优化可行方案，分别如图6和图7所示。

图5　码头作业区位置相关图

图6　码头作业区平面布置优化方案Ⅰ

（1）2 个方案的设置均本着作业流线不重复的原则，运输通道便捷通畅。

图7　码头作业区平面布置优化方案Ⅱ

（2）2 个方案的生产辅建区设置均靠近闸门，能减少办公人员的走行路径，降低码头堆场内的噪音和扬尘等因素对办公人员的影响。

（3）方案Ⅱ铁路站场区的设置充分结合码头地理条件特点，便于铁路线路的引入。

（4）方案Ⅱ危险品区远离重箱堆区和生产辅建区等核心工作区域，码头货物和工作人员的安全系数较方案Ⅰ更高。

（5）方案Ⅱ冷藏箱区与重箱区紧密布置，便于特殊货物的运输与存储，码头设施配置也更为集中。

综上，方案Ⅱ较方案Ⅰ具有更高的安全性和作业便捷性，故推荐方案Ⅱ。

3结束语

SLP 理论从作业区之间物流和非物流关系分析的角度入手，将系统规划布局问题从定性分析转化为定量分析，最终再回归到作业区的定性分析上，能科学有效地解决生产单位的规划布局问题，为码头的平面布置规划工作提供可靠的技术和理论支持。鉴于集装箱码头作业现场的复杂性，还存在很多未考虑周全的地方，如在确定码头平面布置方案时，未能将成本最小化和效率最大化转化成数学模型进行定量分析，在优化方案选取中还可引入计算机仿真使得结果更加精准化，这些也是今后继续研究的方向。

[1] 王 健，梁红艳. 中国集装箱港口发展研究[M]. 北京：科学出版社，2012.

[2] 湛江港 (集团) 股份有限公司. 湛江港宝满港区宝满集装箱码头一期扩建工程[EB/OL]. [2016-01-10]. http∶//www. doc88.com/p-1496573321162.html.

[3] 王家善，吴清一. 设施规划与设计[M]. 北京：机械工业出版社，1995.

[4] 张旭之. 基于改进 SLP 理论的集装箱堆场布局优化与仿真研究[D]. 广州：华南理工大学，2013.

[5] 党小红. 面向平面布置的集装箱码头物流系统复杂性研究[D]. 武汉：武汉理工大学，2012.

[6] 张玉敏. 基于攀钢炼钢厂车间布局视角的 SLP 优化设计研究[J]. 物流技术，2013，32(5)：418-421，442.

ZHANG Yu-min. An SLP Perspective on Layout Optimization for Steel-Making Workshops of Pangang[J]. Logistics Technology，2013，32(5)：418-421，442.

[7] Lee K Y，Roh M I，Jeong H S. An Improved Genetic Algorithm for Multi-Floor Facility Layout Problems Having Inner Structure Walls and Passages[J]. Computers & Industrial Engineering，2003，32(4)：879-899.

[8] Braglia M，Zanoni S，Zavanella L. Layout Design in Dynamic Environments：Strategies and Quantitative Indices[J]. International Journal of Production Research，2003，41(5)：995-1016.

[9] 王文宪. 基于 SLP 的铁水联运港站布局优化研究[J]. 铁道运输与经济，2014，36(9)：21-25.

WANG Wen-xian. Study on Optimizing the Port Station Distribution of Sea-Rail Intermodal Transportation based on SLP[J]. Railway Transport and Economy，2014，36(9)：21-25.

责任编辑：吕向茹

Study on Plane Layout Optimization of the Container Terminal in Baoman Port Area of Zhanjiang Port based on SLP

WEN Nian-ci1, WANG Wen-xian2

(1.National Railway Train Diagram Research and Training Center, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, Sichuan, China; 2.School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, Sichuan, China)

Based on expounding the general situation of Zhanjiang port, Systematic Layout Planning (SLP) is applied on the plane layout of first-phase expansion project of the container terminal in Baoman port area of Zhanjiang Port. According to the container operation flow and the function of each logistic operation system, the container terminal is divided into eight areas, including wharf apron, heavy container storage area, empty container storage area, refrigerator container area, dangerous cargo area, railway yard area, reserved development area and auxiliary production and construction area. Through analyzing the logistics relation, non-logistics relation and comprehensive relation among these work areas and combining with the actual work flow and geographical limitation of the terminal, this paper puts forward two programs of plane layout optimization, then makes comparison on the two programs from these aspects of operation safety, fluency and convenience, and points out the recommended program of plane layout optimization of the container terminal in Baoman port area of Zhanjiang port.

Container Terminal; SLP; Zhanjiang Port; Plane Layout Optimization

1003-1421(2016)09-0088-05+.4

A

U651

10.16668/j.cnki.issn.1003-1421.2016.09.17

2016-01-29

国家自然科学基金项目(61273242，61403317，71403225)；四川省科技厅软科学计划项目(2015ZR0141)