大型集装箱港口近港集疏运道路服务水平提升

张婧卿

(上海国际港务(集团)股份有限公司，上海 200136)

1 研究背景

沿海港口是我国对外开放的门户和综合交通运输的重要枢纽，在我国经济发展、对外开放、经济安全等方面发挥着重要作用。而集装箱运输作为现今世界水运的主要发展方向之一，在我国沿海港口中发展迅速，中国的集装箱运输及集装箱港口发展也日趋成熟。但港口集疏运问题仍是大型港口面临的共性问题，我国集装箱港口陆路集疏运仍以公路为主，据统计，在沿海主要港口集装箱集疏运中，公路占比超过 80%[1]。而大型集装箱港口由于吞吐量较大，临近港口地区的集疏运道路常有拥堵的情况，制约了港口未来的发展，因此缓解近港集疏运通道拥堵、提高其服务水平的研究具有十分重要的战略意义。

2 既有大型集装箱港口改善集疏运措施

缓解集疏运通道的拥堵情况，可以从“节流”和“开源”两个方面来考虑。比较常用的“节流”方法就是提高非公路集疏运的比例来降低公路集疏运量，如提高水水中转比例、铁路集疏运比例等；比较常用的“开源”方法就是增加货运通道。这两种常用的方法，目前已在全国各大港口广泛应用。如上海港水水中转比例持续提升，至2018年全港水水中转比例达到46.8%，洋山深水港水水中转比例达50.9%[2]；宁波舟山港积极发展海铁联运业务，2018 年初又正式开通了渝甬沿江海铁联运国际班列，海铁联运班列增至12条[3]；天津港通过建设津汉高速、滨海西外环高速、津港高速二期、蓟汕联络线等形成滨海新区绕城货运环线，减轻穿城疏港通道的交通压力[4]。但是随着各大港口集装箱吞吐量的不断上升，即使通过水路、铁路进行一定的分流，公路集疏运量仍居高不下，导致直接连接港区的近港公路拥堵情况较为严重、服务水平较低。

3 集疏运通道的交通特性

近港集疏运道路主要指直接连接港区的道路，或临近港区的集卡必经之路。改善近港集疏运通道交通状况，首先应先分析其交通的特性。相比于一般的高速公路或城市道路，连接港区的集疏运道路有着不同的交通特性，主要表现在：

1)在出行结构上：近港道路的交通量主要来自港区，因而集装箱卡车占比高，行人、非机动车需求几乎没有或较少。

2)在通道选择上：主要集疏运通道以高速公路为主，往往集中在某一条或几条公路上，如天津东疆港区主要通过海滨高速集散，宁波北仑港主要通过穿山港高速连接外部高速公路系统，洋山深水港区则通过东海大桥连接S2高速，道路交叉口少，过境交通占绝大多数。

3)在流量时间分布上：集卡运输受船舶靠港及港区作业影响较大，集疏运道路交通量呈现较为明显的波峰波谷现象[5]。尤其在我国，受相关政策影响(我国港口周末照常运营，国际上其他国家港口部分周末休息暂停运营，部分提高装卸费用)，在一周内港口吞吐量、集疏运量也存在较为明显的高峰与低谷。

集卡占比高、替代通道少、高峰较为集中，这3大特征正是造成集疏运通道拥堵的主要原因，即集卡交通集中在有限的通道上，在集卡到离港高峰时段产生的交通量较大。

4 总体策略

4.1 节流

既有“节流”方案大多从降低总体公路运输量的角度考虑，此处说的“节流”是指在总体公路集疏运量不改变的情况下，基于集疏运交通存在波峰波谷、拥堵常发生在交通量波峰时段这一现象，考虑通过“削峰填谷”的方式，降低高峰日以及高峰小时交通量，达到缓解高峰时段拥堵的效果。

这种“削峰填谷”可通过在外部公路系统与近港公路交接处建设无水港性质的物流堆场实现。集装箱到达该物流堆场即视为已送达港区，在堆场至港区近港公路段由专用集卡车队完成，根据近港公路实时交通流量调整集卡发车量，以达到均衡每天、每小时近港公路上交通量的效果。此外，这样的堆场实际是港区堆场的远程外延，可以与港区内堆场形成联动，内外堆场间集卡发车除了考虑近港公路实时流量，还应综合考虑船舶到港时间、港区内外堆场利用率等信息。

4.2 开源

既有“开源”方式需要通过大量的公路、铁路等基础设施建设来满足，此处提出的“开源”是指在既有公路资源的基础上，通过采用无人驾驶、编组运营的方式，降低车头时距，从而提高道路的通行能力。

在高速公路环境下，我国道路交通安全法实施条例明确规定车辆在不同车速范围内行驶时应保持不同的安全车距。但无人驾驶车辆系统在遭遇紧急情况时做出的反应时间与有人驾驶车辆不同。大量试验与有关文献显示：通常有人驾驶车辆在遭遇紧急情况时驾驶员从看到紧急情况到让刹车发挥作用的总反应时间大约为1.2 s，而无人驾驶车辆的整个反应过程只需要0.1～0.6 s。显然，无人驾驶车辆所需应急反应时间明显少于有人驾驶车辆。相应行驶状态下所需的安全车距理论上也将少于有人驾驶车辆[6]。

因此，在无人驾驶环境下，集卡车辆可进行编队行驶，编队内部前后两辆车的间距小于人工驾驶集卡，如果近港公路全程均采用无人驾驶编队运营，则集卡整体平均车头时距将远小于采用人工驾驶集卡，从而提高道路通行能力。

5 案例分析

5.1 洋山深水港区集疏运模式

洋山深水港区是上海国际航运中心的重要组成部分，从2005年12月10日洋山深水港区一期工程顺利开港，至2018年年底洋山四期试运营满1年，洋山深水港区吞吐量逐年上升，2018年全年吞吐量达1 842.5万TEU，占全港集装箱吞吐量的43.9%，其中水水中转比例为50.9%，如图1所示为2010—2018年洋山深水港吞吐量及水水中转比例变化情况，其余均通过陆路集疏运。由于其位于小洋山岛上，陆路集疏运均必须经东海大桥与上海市连接(图2)。

未来小洋山北侧地区还将规划建设支线泊位，功能上以承担长江支线集装箱吞吐量及穿梭巴士运量为主，并考虑部分沿海支线及近洋航线集装箱吞吐量的转移。在北侧支线泊位建成后，洋山一至三期支线吞吐量将转移至北侧，南侧将全部服务于远洋航线的大吨位船舶，未来吞吐量仍存在一定的上升空间。综合考虑腹地及全球经济形势，预测洋山深水港区2025年吞吐量为2 400万TEU，水水中转比例为54.17%；2035年吞吐量为3 000万TEU，水水中转比例为60%[7]。换言之，至2035年，通过东海大桥集疏运的集装箱将达到1 200万TEU。

图1 洋山深水港区吞吐量及集疏运情况

图2 洋山深水港与东海大桥区位

5.2 东海大桥的交通特性

东海大桥具有典型的近港公路特点，在交通结构上，集疏港交通占总交通量的85%以上；在时间分布上，受船舶到港时间等因素影响，东海大桥交通量分布较为不均衡，且情况复杂，存在1年内各月、1月内各天、1天内24 h以及双向交通4个方面的不均衡(图3)。此外，部分集卡作业为仅提箱或仅送箱，使得其集卡往返东海大桥中有单程为空载行驶。

图3 洋山深水港区现状作业情况

5.3 东海大桥交通问题

根据洋山深水港规划预测，2035年东海大桥须承担1 200万TEU集装箱的集疏运交通。综合考虑其交通量分布的不均衡性，采用公式(1)，结合现状调查数据，预测2035年东海大桥高峰日高峰小时(7:00—8:00)集卡进港方向交通量为3 465 pcu(标准车流量)，出港方向交通量为3 907 pcu。叠加小洋山岛上其他功能在早高峰产生的通勤、商务、旅游等交通量(以进港方向居多)，东海大桥进出港方向最高峰交通量均为4 000 pcu左右，道路饱和度为0.88，服务水平为四级，拥堵情况较为严重。

(1)

式中：P为洋山深水港区全年吞吐量(TEU)；w为水水中转比例(%)；Cm为月不均匀系数，月度最大吞吐量与全年月均吞吐量之比；Cd为日变化系数，1个月内日最大吞吐量与全月日均吞吐量之比；HTF为高峰小时流量比，东海大桥全天最高峰小时的集卡交通量与全天集卡交通量之比；Cu为方向不均衡系数，高峰小时单向流量较高的方向流量与总流量之比；D为作业天数(d)，根据洋山深水港区实际运营情况，取350 d；E为集卡空驶率(%)，根据现场实际调查结果，取10%；M为集卡折算标准小汽车(pcu)系数，根据相关规范[8]取4；N为吞吐量折算集卡车次系数，根据经验，取1.8。

5.4 节流改善方案

在东海大桥的陆端临港地区规划一个港外集装箱中转堆场，通过东海大桥与洋山深水港区连通，集卡只须将货物送到临港的中转堆场即可。从临港中转堆场到洋山深水港区的运输将依据每日、每小时东海大桥流量调整从堆场至港区的发车数量，做到日变化系数(Cd)降至1左右，降低高峰小时流量比(HTF)至0.045(即全天24 h内集卡每小时通过东海大桥量基本均衡)，并基本消除集卡空驶现象(图4)。基于此，根据公式(1)可计算得出：在吞吐量高峰月，2035年东海大桥集疏运交通出港方向每小时出港交通量2 075 pcu，进港交通量1 840 pcu，叠加其他功能交通量，东海大桥饱和度可达到0.5以下，符合高速公路二级服务水平。

图4 临港地区堆场运营模式

从规模上看，考虑土地集约利用，临港堆场以满足集卡调度需求为主，应尽量缩短集装箱在其堆存的时间。在作业量波谷日到达的集装箱，可在24 h内送往洋山，即堆存期为1 d；在作业量波峰日到达的集装箱，大部分也可于当天送往洋山(图5)，但高于平均作业量的部分需要调整至波谷日再运往洋山深水港区，其在临港中转堆场的堆存期可能为1～4 d。综合考虑削峰填谷量的需求，临港中转堆场的平均堆存期约为2 d。

图5 2017年9月日平均作业量

依据规范[9]，堆场容量(Ey)和堆场所需地面箱位数(Ns)均可通过以下公式计算得出：

(2)

(3)

式中：Ey为集装箱堆场容量(TEU);Qh为年吞吐量(TEU)；tdc为到港集装箱平均堆存期(d);KBK为堆场集装箱不平衡系数,取1.2;Tyk为集装箱堆场年工作天数(d)，取365 d;Ns为集装箱码头堆场所需地面箱位数(TEU)；Nt为堆场设备堆箱层数；As为堆场容量利用率(%)。

其中，空重箱堆场由于堆高层数不同，面积应分开测算，以2035年预测陆路集疏运量1 200万TEU、空重箱比例参考现状约为1:3进行箱位数测算。此外，由于临港中转堆场平均堆存期较短，存取箱较为频繁，为降低翻箱率，重箱堆高采用堆四过五。单位集装箱工艺面积采用现状洋山深水港区数据(表1)，计算得出临港中转堆场用地面积需求为99.1万m2。

表1 临港中转堆场箱位数及用地需求测算

从选址上看，可选在现状芦潮港集装箱中心站处(图6)。该站建成于2005年，与洋山深水港区同步开始运营，可与现状沪乍杭铁路(浦东铁路南段)及规划沪通铁路相连，但由于其无法直接联系洋山深水港区，其年吞吐量仅约2.3万TEU。利用该处作为临港中转堆场，既可以提高东海大桥的通行能力，又可以解决铁路集疏运“最后一公里”问题，提高洋山深水港区铁路集疏运占比，降低集卡运输对公路的影响。该中心站及其东侧配套物流用地总用地面积约为93.8万m2，可基本满足中转堆场的用地需求。

图6 中转堆场建议选址方案

从作业流程上看，堆存在临港堆场的集装箱装卸船有2种可能的流程:1)卸船-岸边-港内堆场-港外堆场-出港(进港-港外堆场-港内堆场-岸边-装船)；2)卸船-岸边-港外堆场-出港(进港-港外堆场-岸边-装船)。两者的区别是：在第1种流程下，集装箱须先后在港外堆场和港内堆场堆存，导致与现有装卸船流程相比，将增加1次装卸的过程；在第2种流程下，集装箱仅在港内堆场或港外堆场堆存，即集装箱装卸船流程与现状相同。显然，第2种流程效率更高，能耗和成本更低，但对港口作业计划的要求较高。因此，需要港口生产作业系统(TOS)与集卡调度系统的高度配合，使尽可能多的集装箱通过第2种流程装卸船，以减少港外堆场对港口能耗、成本等方面的影响。

5.5 开源改善方案

如上文所述，东海大桥是上海地区通往洋山的唯一通道，如果通过工程设施提高大桥通行能力，则其施工期对港区运营的影响巨大。因此，在不做大规模工程改造的基础上，采用编组行驶的无人驾驶集卡来降低集卡间的车头时距(图7)，达到提高东海大桥通行能力的目的。

图7 现状与无人集卡编组运营对比

考虑到无人集卡技术尚未成熟，可采用近远期结合的方式：近期在小洋山北侧尚未建成时，可在现状单向3车道中选择2条车道作为无人集卡专用车道，剩余1条车道作为社会车辆和特种集卡(如危险品集卡)专用车道，并在这2种功能间设置物理隔离，见图8；远期随着吞吐量的上升，2条专用车道已无法满足需求，若无人驾驶方案已趋成熟，可满足有人车与无人车共同行驶条件，则可拆除物理隔离，以提升东海大桥的通行能力。

图8 东海大桥断面(单位：m)

同时，如节流方案所述，为了减少作业流程中装卸的次数，洋山深水港区内部运输与港区至外部堆场间的运输宜使用无人的内集卡，这样可以满足内集卡从临港中转堆场直达码头前沿。

6 结论与展望

1)公路集疏运是港口发展的重要基础设施条件，并且在未来一段时间内仍将在大型港口集疏运中占有较大比例。

2)近港集疏运道路因集卡占比高、替代通道少、高峰较为集中等问题时发拥堵。在新增交通设施条件受限的情况下，可通过设置港外堆场平衡近港道路小时流量的“开源”策略解决高峰较为集中的问题，利用无人集卡编组运营技术提高道路通行能力的“节流”策略解决集卡占比高、替代通道少的问题。

3)针对本文所述的“开源”和“节流”改善方案，仍有需要深入研究的部分。如在“节流”方案中提及的码头操作系统与集卡调度系统的衔接，以及在“开源”方案中，无人集卡编组运营对道路通行能力的提升量和在此运营模式下节约能耗的定量分析等。