摘 要

上海洋山四期自动化集装箱码头于2017年12月11日开启试运行。作为我国乃至世界上一次性建成的最大、最先进的自动化集装箱码头，代表了未来港口转型升级为更智能化、更高效率的码头的发展趋势。集装箱码头的核心竞争力主要是码头的作业效率。国内除了厦门港、青岛港、上海洋山港的自动化集装箱码头投入了运营，同时还有一些新的自动化码头正在规划当中。评价自动化集装箱码头作业效率，对进一步改进和完善码头存在的问题具有十分重要的意义。

本文首先介绍洋山自动化码头概况，然后根据自动化集装箱码头的作业特点，从泊位、装卸、堆场和闸口的效率四个层面进行了分析，建立了四个一级指标和十三个二级指标对作业效率进行评价分析，通过实地调研和问卷调查相关的专家老师了解到相关指标的权重，然后运用AHP模糊综合评价法对洋山自动化集装箱码头的作业效率进行更加深入的评估，通过二层模糊评价计算获得洋山自动化集装箱码头作业效率评估结果，基于影响码头作业效率原因的分析，提出一些提高自动化集装箱码头作业效率的相关建议。

关键词：自动化集装箱码头；作业效率；AHP模糊综合评价

Abstract

Shanghai Yangshan IV Phase Automated Container Terminal opened its trial operation on December 11, 2017. As the largest and most advanced automated container terminal built in China and even in the world, it represents the development trend of future port transformation and upgrading to a more intelligent and efficient terminal. The core competitiveness of the container terminal is mainly the operational efficiency of the terminal. In addition to the automated container terminals of Xiamen Port, Qingdao Port and Shanghai Yangshan Port, there are also some new automated container terminals under planning. Evaluating the efficiency of automated container terminals is of great significance for further improving and improving the problems existing in the terminals.

This paper first introduces the general situation of Yangshan Automated Terminal, and then analyzes the efficiency of berth, loading and unloading, yard and gate according to the operation characteristics of automated container terminal, and establishes four first-level indicators and thirteen second-level indicators to evaluate and analyze the work efficiency, carrying out the field survey and questionnaire some related experts and professors to obtain the weight of the relevant indicators. Then the AHP fuzzy comprehensive evaluation method was used to conduct a more in-depth evaluation of the operation efficiency of Yangshan Automated Container Terminal, through the second layer of fuzzy The evaluation calculation obtained the evaluation result of Yangshan Automated Container Terminal operation efficiency, based on the analysis of the reasons affecting the efficiency of the terminal operation, and put forward some suggestions for improving the efficiency of automated container terminal operation.

Key Words: Automated container terminal; Operation efficiency; AHP-based fuzzy comprehensive evaluation

目录

目录 I

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 研究方法及技术路线 2

第2章 洋山自动化集装箱码头概况 4

2.1 码头概况 4

2.2 码头平面布局 5

2.2.1 码头前方作业带 5

2.2.2 自动化集装箱堆场 6

2.2.3 闸口布局及交通组织 8

2.2.4 AGV相关设施布置 9

第3章 洋山四期自动化码头作业效率评价指标体系构建 10

3.1 指标选取的原则 10

3.2 指标的确定 10

第4章 洋山四期自动化码头作业效率AHP模糊综合评价 12

4.1 基于AHP的指标权重计算方法 12

4.2 一级指标权重计算 13

4.3 二级指标的计算 15

4.3.1 泊位效率二级指标的计算 15

4.3.2 装卸效率二级指标的计算 15

4.3.3 堆场效率二级指标的计算 16

4.3.4 闸口效率二级指标的计算 16

4.4 多层次模糊综合评价方法与步骤 17

4.5 多层次模糊综合评价分析 18

4.5.1 建立因素集 18

4.5.2 建立评判集 18

4.5.3 建立权重集 18

4.5.4一层模糊综合评价 18

4.5.5二层综合评价 20

4.6 码头相关数据分析 21

4.6.1 泊位利用率 21

4.6.2 泊位作业效率 21

4.6.3 在泊时间 22

4.6.4 平均单机作业效率 22

4.6.5 单船装卸效率 22

4.6.6 堆场利用率 22

4.6.7 集装箱周转时间 22

4.6.8 闸口通道利用率 22

4.7 评价结果分析及提高作业效率的相关建议 23

第5章 结论与展望 24

5.1结论 24

5.2展望 24

参考文献 26

附录 27

致 谢 31

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

随着经济全球化和区域经济一体化进程的发展，全世界各国愈加重视发展集装箱运输能力，各个国家集装箱运输能力得到了提升，集装箱码头面临着不断增长吞吐量的巨大压力。港口间的竞争也因为现代集装箱船舶的大型化变得更加激烈。自动化和智能化，将是现代集装箱码头发展的大势所趋，评价集装箱码头核心竞争力的重要标准即是作业效率，本文将对洋山自动化集装箱码头作业效率进行合理的分析评估。

港口经济发展对促进我国经济发展十分的重要，我国对建设自动化集装箱码头也十分重视，在沿海逐步建设了一些自动化集装箱码头。从劳动力成本方面、全球供应链的可预见性、安全性的要求、昂贵的码头设备的利用率等方面考虑，码头自动化是必然的趋势。建设新型的集装箱自动化码头将会是大势所趋，集装箱码头自动化可以降低单位能耗，减少生产安全隐患，人力资源节省显著，环保效果良好，提高服务质量和管理水平，降低运营成本。

相比较传统的集装箱码头，建设自动化集装箱码头在很多方面都具有优势，比如明显的降低设备能耗、大幅降低了劳动力成本、明显提高了港口的服务水平。虽然我国的自动化集装箱码头的建设起步相比于国外较晚，但是随着我国的发展和科技的不断创新，未来发展的主流趋势将会是自动化集装箱码头。

现在，全世界已有50多个包括已建成的或者正在建设的自动化集装箱码头，重点分布在经济发达的地区，例如，欧洲、北美、日韩及东南亚等^[1]。相比较国外已建成的自动化码头，国内自动化集装箱码头的建设发展在最近几年才开始，2014年8月，厦门远海自动化集装箱码头，作为全世界第一个第四代的全自动化集装箱码头开启运行^[2]，在2016年7月，青岛港也建成了第四代全自动化码头装卸系统，成为厦门港之后全世界第二个第四代全自动化码头，成为全世界最先进的港口之一，对其他港口的自动化的发展之路具有重要的借鉴参考意义^[3]。2017年12月10日，上海洋山四期自动化码头建设完成竣工，洋山四期码头采用了我国研发的系统控制调度作业。洋山港四期自动化集装箱码头是目前全球规模最大、设备最先进的自动化码头，进一步巩固上海世界“第一大港”的地位^[4]。

本文通过分析上海洋山港自动化集装箱码头的平面布局、设备配置和作业流程，与传统的集装箱码头，从码头装卸作业、水平运输作业和堆场作业三部分着手对比分析评估自动化集装箱码头与传统的码头作业效率，分析存在的优势与不足，从而提出相应的发展策略及建议。

1.2 国内外研究现状

本文研究洋山自动化集装箱码头的作业效率。港口通过合理分配投入来获得最佳产出的能力，这是“效率”理论在港口作业效率的延伸。港口效率是实现投入最小化或产出最大化有效程度的度量。早在80年代开始，相关学者开始研究港口效率，他们早期的研究一般使用的一些单一的指标来研究评价港口的效率，例如Wayne K. Talley^[5]通过统计单位时间内的最优吞吐量水平，比较分析其实际水平与最优水平，来体现统计期内港口的综合效率；Stent和Bendall ^[6]、Tabernac^[7]通过统计单位时间内码头装卸货物的数量以及岸桥等设备的作业效率来衡量港口绩效水平。由于采用单一指标评价的方法都具有片面性，所以Heaver^[8]、庞瑞芝和李占平^[9]等国内外学者建立港口效率评价体系都采用的是平衡记分卡BSC的方法，研究港口效率的多指标评价方法。因为多个指标之间不可避免会有相互关联性，所以使用该方法评价过程中会有不同指标变化方向各异的情况出现，在此情况下动态变化下的港口效率很难准确被评价。现在不断有国内外学者深入研究港口效率相关的理论，效率研究大致可以分类五个层面，即技术、成本、规模、综合、以及X-效率等来研究^[10]。本文的作业效率分析研究的是技术效率。目前流行的关于港口的效率评估的方法有很多，可以分为两种即非参数分析法和参数分析法。参数分析法包括线性回归法和随机前沿法；非参数分析法包括平衡记分卡法和数据包络法，平衡记分卡法常用于港口企业绩效的评价。来自世界各地的许多专家学者都曾对港口效率运用不同方法从不同角度进行分析评价，参数分析法中的随机前沿分析法和非参数分析法中的数据包络分析法是运用的比较多的方法之一，比如Van Den Broeck^[11]对澳大利亚的港口进行效率评价时，采用的就是DEA模型。

1.3 研究方法及技术路线

本文主要对洋山自动化集装箱码头作业效率评价展开研究，构造洋山四期自动化集装箱码头评估体系评价作业效率，调查走访专家老师等得出指标体系的权重系数，最后采用模糊综合评价计算并检验得出对洋山港整体效率的评价，并提出提升洋山四期自动化码头的建议。见图1.1

图1.1 技术路线

第2章 洋山自动化集装箱码头概况

2.1 码头概况

2017年12月10日，全世界目前规模最大、自动化程度最高的码头，上海港洋山深水港区四期码头（以下简称洋山四期）开启运行。上海作为国际航运中心将会是绿色、智能、高效的港口，这将是崭新的里程碑。洋山四期码头的建设完工，意味着上海港区的发展超越了传统模式，向智能和绿色港口方向发展。洋山四期港区总面积达到了223万平方米，洋山四期自动集装箱码头建设计划体现了创新发展理念。在整个项目中，将在海岸线长为2800米建设5个5万吨和2个7万吨集装箱船的泊位，初步设计年通过能力为400万标准箱，未来可达630万标准箱。纵观世界，这样一个大型的、一次性建设完成的自动化集装箱码头，是史上前所未有的。

洋山自动化集装箱码头一共建设7个泊位，5个5万吨级和2个7万吨级集装箱泊位，设计年通过能力为630万TEU^[12]。26台双小车岸桥整齐排列在码头岸边，配备有130台AGV完成码头水平运输的任务，配备有120台自动化轨道吊完成堆场的堆垛任务。码头前方作业带布置、自动化堆场布置、堆存容量安排等相比其他的港口具有一些“先天不足”。平均陆域纵深仅为500m的洋山四期工程陆域，鸟瞰呈狭长条状地块，导致堆场容量较小，所以洋山四期工程具有以下特点：

多泊位连续布置，一次建成，工程规模大。7个大型集装箱泊位整齐的分布在岸线长为2350m的洋山四期工程集装箱码头^[12]。颗珠山汊道天然的分离了已建港区和四期工程，使之成为相对独立的港区，要求自动化集装箱码头内各功能区布局具有合理性、设备作业时具有保障性和安全性。自动化设备运行的区域的港区进行封闭式管理，而且码头是多泊位连续布置的，所以应该减少设备的检修及维护的次数，以减少对相邻自动化作业区域的干扰，同时也考虑到了装卸设备系统对船舶大型化趋势的适应性。

港区陆地面积小而窄，但要求很高的通过能力。洋山四期处在东海大桥的南边，鸟瞰地形呈狭长状，陆地纵深最窄处为202.5m，最宽处为638 m，码头的设定的年通过能力——630万TEU，相较于其他的年通过能力相同的集装箱干线泊位一般情况下具有800~1200m的陆地纵深，洋山四期的陆地面积较为狭小，但是泊位水深条件十分的优越，鉴于此堆场容量尽可能地最大化，以提高码头的货物吞吐的综合能力。码头前方作业带布置、自动化堆场布置、堆存容量由于陆地纵深的不足，进行因地制宜的建设布置。

水—水中转箱比例高。作为上海国际航运中心的最重要的港区之一，洋山四期的水—水的中转比例很高，高达50%。堆场设备的选型的时候常需要进行十分仔细的考虑，因为不同的集疏运方式对堆场设备的实际作业量、作业效率要求会有较大影响。洋山自动化集装箱码头堆场设备也根据实际情况选择了合适的设备。

自动化水平高。洋山四期自动化码头是全世界最大，自动化程度最高，智能化程度最高的码头，连续布置了7个大型深水泊位。在码头装卸环节要求能力应高效匹配、实现无人化操作，以提升码头的自动化作业水平、装卸的安全性和降低劳动力成本，降低能耗等。

2.2 码头平面布局

洋山四期自动化集装箱码头平面布局划分为几个区域，包括泊位、码头前沿作业区域、自动化集装箱堆场（包括特殊集装箱的堆场）、闸口区、生活管理区以及港区外部辅助区等区域。由于陆地面积狭小设计的港区总体布置^[13]详见图2.1。

图2.1 洋山四期平面布局

2.2.1 码头前方作业带

洋山四期自动化集装箱码头有一些类别的集装箱必须得人工进行装卸，例如超限箱等特种箱或者危险品箱，除此之外，其余的箱型均采用自动化设备装卸。为了避免自动化作业和人工作业相互干扰，码头前方作业带划分为自动化作业区和人工作业区。码头采用的是双小车岸桥，前小车采用人工确认方式装卸船，后小车自动化地完成将集装箱从平台上装到AGV小车上。所以，码头前方作业带的设计以岸桥陆侧轨道为界，自动化作业区布置在陆侧轨后方，装卸区、缓冲区和行驶区按顺序布置。

装卸区的车道布置每两条为一组，而且在相临组之间留有1条穿越车道。行驶区车道布置为双向间隔，预留有1条处在陆侧的车道，该车道的宽度足够AGV小车转向驶入堆场。AGV小车在驶入装卸区，岸桥将集装箱从AGV小车上取下后，小车驶出装卸区经过穿越车道后驶入缓冲区等候新的作业命令，AGV小车根据系统中心的发布的相应指令驶入对应的路线到达指定的作业箱区。人工作业区布置在岸桥的轨道内，舱盖板和人工车辆通道布置在这个区域，便于有特种箱时的装卸作业的进行，总宽度为120m的码头前沿作业地带包括行驶区、缓冲区、装卸区、人工作业区。码头前沿布置规划有条理，作业区域内交通组织畅通，确保了安全性。布置如图2.2所示。

图2.2 码头前方作业带

2.2.2 自动化集装箱堆场

洋山四期堆区的箱总量的95%以上的箱子为普通空箱、重箱、冷藏箱以及45ft箱。堆场垂直码头布置，每条箱区配置两台ARMG分为陆侧和海侧^[14]。海侧ARMG，即堆场靠近泊位的一侧，其职责是装船和卸船流程有关的作业。陆侧ARMG，即堆场离泊位较远的一侧，其职责是港口外面进港的集装箱卡车的提送箱有关的作业。综合考虑海侧设备能力和集装箱岸桥能力，提高自动化集装箱堆场区域范围、合理安排堆场箱位集装箱摆放规则，最终设置包含41个无悬臂箱区和20个悬臂箱区的堆场，并设置轨道间距为31m，其中每个轨道内安排10个集装箱，总共能够堆放28241个TEU。同时自动化堆场总箱位1/3是悬臂箱区箱位，使得堆场容量最大化的问题很好的解决了，也保证了海侧ARMG设备通过能力满足了年通过量的要求。

由于码头集装箱水—水的中转比例高的特性，堆场设备在陆侧和海侧的工作量不一样，码头的自动化堆场作业呈现出不均衡性。在布置自动化堆场时采用了混合布置的方式，即同时采用了无悬臂和单侧悬臂ARMG。无悬臂ARMG箱区仅需要完成海侧的作业需求即可。由于单侧悬臂ARMG箱区可以让AGV小车驶入，所以在单侧悬臂箱区海陆侧ARMG、均可实现海侧作业，解决了作业不均衡性的难题。自动化集装箱堆场平面布置见图2.3。