Simulation of a multiterminal system for container handling

Ottjes, J.A., Veeke, H.P.M., Duinkerken, M.B., Rijsenbrij, J.C., Lodewijks, G.

Abstract

本研究提出了一种用于集装箱装卸多码头系统设计和评估的通用仿真模型结构。一个模型是通过结合三个基本功能来构建的：运输、转移和堆叠。它可用于进一步细化码头综合体中的子系统，同时保留系统中的集装箱流动模式。该建模方法已应用于鹿特丹港区现有和未来的整套码头，使用集装箱流量预测、现有码头的统计数据、专家意见以及称为“第二个马斯平原”的新港区的概念设计。显示了实验结果，包括对深海码头长度、存储容量和码头间运输设备的要求。确定码头基础设施上的进一步交通流量，并评估应用集装箱安全扫描的后果。

关键词：

Container terminal
Simulation
Process interaction method
Strategic
Conceptual design

1 引言

集装箱码头作为许多供应链中的一个节点，发挥着重要作用。集装箱码头有各种运输方式转运集装箱。主要的运输方式包括深海（deep-sea），近海（short-sea）、内陆航运、公路和铁路。全球范围内集装箱流量增速迅猛，且预计这一势头在未来几十年将持续下去。新一代深水集装箱船舶可装载8000至10000个20英尺集装箱。并且更大型的集装箱船舶正在研发中。这些因素迫使港口重新思考其设备和物流体系，甚至是港口扩建。

近期，荷兰政府将从北海开始扩建鹿特丹港，是为"马斯莱可迪第二"（second Maasvlakte，MV2）。这一新扩建的区域将主要被用于集装箱作业，且预期该区域将建设若干集装箱码头。我们称其为“多码头”（multiterminal）。这里我们需要回答的一个问题是如何安排这这码头。理论上一种选择是建设若干深水码头（deep sea terminal），由不同方拥有，每个都为所有必要的模式提供便利。这些被称为“紧凑型”码头。另一种可能性是针对每个模态的功能专业化。这将意味着用于深海、铁路、驳船和卡车装卸的独立码头。这些被称为“专用”码头。在这两个极端之间，有许多可能的混合多码头配置。每个多码头都需要各个码头之间的运输设施，即所谓的码头间运输 (ITT)。

已开展研究评估马斯莱可迪第二的多码头的设计概念，包括码头间运输系统，与马斯莱可迪第一现有的码头保持一直。且假设无论码头内运输或是码头间运输都可以使用AGV。AGV可自动行驶到目的地，但需要外部设备装卸集装箱。

2 集装箱码头

在本节中，将分析一些典型的集装箱码头相关问题，并制定研究问题。

2.1 压栈和弹栈

在主要港口集装箱码头，所有活动都集中在服务深海船舶上。这些船舶被高度优先卸载和装载。卸载的集装箱（“进口”集装箱）被发往腹地，从腹地收集的待装载的集装箱（“出口”集装箱）被装载至船上。因此装卸操作为是码头其他物流活动的基础。物流上讲，船舶将其进口货物“压”入码头，并从码头“弹出”出口货物。这种“压-弹”机制将成为该模型的基础。我们称深海集装箱流为“始发”流。进出码头的所有其他流都与该始发流相关，将被称为“派生”流。短海支线服务和自主短海航运之间存在区别。来自支线的集装箱被视为派生的，自主短海船舶的集装箱被认为是起源的。

主要港口集装箱码头的处理能力主要取决于可用的深海码头起重机的数量和能力。一般来说，码头长度不应限制深海船舶的及时服务。码头存储（堆垛）能力、码头间运输能力和陆侧装卸能力应来源于深海能力，不应延误深海装卸过程。

2.2 停留时间

进出口集装箱通常临时存放在靠近深海码头区的“海上堆垛”中。在陆侧，出于类似的原因，例如在铁路服务中心 (RSC) 和驳船服务中心 (BSC) 中使用较小的解耦堆栈。因此，集装箱在其停留在集装箱码头期间可能位于一个或多个连续的堆垛中。

我们定义“停留时间”为集装箱在一个或多个码头堆存中花费的总时间。有几个因素可能会影响集装箱停留时间，例如时间表和腹地连接的可用性、海关法规的影响以及典型的供应链相关影响，例如集装箱所有者决定提取其进口集装箱或供应其集装箱的时间用于出口。在目前的实践中，停留时间以天为单位。所需的平均堆叠空间与平均容器停留时间成线性比例 [12]。然而，所需的堆栈容量可能暂时远高于平均值。主要原因之一是处理的深海船舶偶然重叠（所谓的“碰撞”）。一艘船给出了如图 1 所示的堆栈内容的峰值。

在传统的设计实践中，所需的堆栈容量是通过计算平均容量并将其乘以峰值系数来确定的。所用峰值因子的经验法则值从 1.2 到 1.3 不等。新一代集装箱船和密集的码头间运输对高峰因素的影响尚不清楚。

2.3 方式拆分（modal split）和码头间运输

进口集装箱通过路侧运输方式发往腹地，或者甚至返回深海船舶。出口集装箱从腹地收集并以各种运输方式到达。这种现象被称为方式拆分。方式拆分需求指集装箱在多码头间在不同的方式和堆区间运输。这导致 AGV 进行码头间运输。出于设计目的，正在使用的 AGV 的峰值数量和由此产生的交通流量尤为重要。

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