集装箱后方堆场管理现状分析与前景展望

集装箱后方堆场管理现状分析与前景展望随着经济全球化和区域经济一体化进程的加快，全球集装箱运输快速发展, 我国大陆由于经济高速增长，集装箱吞吐量也在逐年增加，随着集装箱运输的迅速发展, 集装箱港口的建设也有了极大的发展。

由于海陆运输工具之间在衔接上的需要、托运人和出口商在备货上的需要，以及集装箱码头出于管理上的需要等多种原因，绝大部分集装箱在装船前或卸船后，均需要在码头堆存一段时间，集装箱堆场的作用就是暂时存放这些集装箱。

集装箱堆场又可以分为前方堆场和后方堆场。

前方堆场(Marshaling Yard)又称为“集装箱编组场”、“调度场”、“调配场”,位于码头前沿和后方堆场之间，是为加快船舶装卸效率，用以堆放集装箱的场地。

它的主要作用是:船舶到港前，预先堆放要装船出口的集装箱;卸船时，临时堆存卸船进口的集装箱。

其面积占码头总面积的比例较大，其大小根据集装箱码头所采用的装卸工艺系统的不同而设定。

后方堆场(Back-up Yard)又称为集装箱堆场(Container Yard)，是指储存和保管空、重箱的场地，包括中转箱堆场、进口重箱堆场、空箱堆场等。

事实上，后方堆场同前方堆场并没有严格的分界线，仅仅是地理位置上的相对概念。

在实际业务中，人们通常将出口箱放在码头的前方堆场，而将进口箱、危险品箱、空箱放在码头的后方堆场。

目前国内外对集装箱港口物流系统的研究比较多，对集装箱堆场的研究大多局限于前方堆场，而许多前方集装箱堆场的研究成果，又无法完全适用于后方集装箱场站。

过去堆场管理有许多不规范的做法，是堆场管理实现现代化的障碍。

因此，只有有效地改进和完善堆场管理，实现堆场管理规范化、自动化，才能全面提高集装箱堆场管理水平。

本文对后方集装箱场站的现行业务及其管理规则进行了分析。

1 集装箱后方堆场业务介绍1.1 集装箱管理对集装箱后方堆场的管理主要涉及集装箱的进、出场箱位规划，翻捣箱原则和场内集装箱移位作业等等。

(1)进场箱位规划由图1可见，进场集装箱的箱位计划在集装箱进场流程中占有非常重要的地位。

进场箱的到达一般具有随机性，根据船公司委托的箱类型，系统自动判断箱存放在下面的哪个区(空箱堆存区、拆装箱区、制冷区、残箱区、修箱区、重箱堆存区、暂存区)，由于是后方堆场，大部分存储的都是空箱，没有特殊要求的箱子(不进入其它区域的)都进入堆存区，可以采用手工方式、半自动方式、全自动方式对箱位进行选择。

图1 集装箱进场流程图空箱进了后方堆场后，通常船公司要求堆场按照“先进先出”的原则发放空箱，堆场必须严格按照该原则执行，否则先进堆场的空箱被长时间积压必将导致集装箱超期，管理先进的堆场会合理安排集装箱在堆场的堆存，按时间先后发放，这样就会很好地促进集装箱的流转;反之管理落后的堆场，空箱堆存混乱，放箱无序必将会严重影响部分集装箱的流转。

(2)出场箱位规划出场不用预测，船公司的选择是根据平均堆存时间或是最早进场时间来计划出场箱的出场时间。

根据规划条件去找出箱贝，若堆存区没有可用箱，则要去找装箱区的可用箱。

场站规划列表要列出场内所有区的可用箱。

图2 集装箱出场流程图(3)移箱和捣箱原则在集装箱进、出场作业中，移箱即对某一集装箱进行作业，而将影响其作业的另一集装箱搬移到其它贝的作业，是移位的一种。

捣箱即对某一集装箱进行作业，而将影响其作业的另一集装箱暂时搬移，待该作业完成后，将另一集装箱再回归原贝的作业，也是移位的一种。

在确定是移箱或是捣箱的过程中，可以根据堆场的实际情况确定某一个固定值，再算出需移位的箱的数量，如果移位的箱数小于某设定值，则捣箱;如果移位的箱数大于某设定值，则判断是否可以移箱，若移箱，首先要寻找是否存在合理的目标移箱位;否则，如果移箱条件不满足，则捣箱。

1.2 作业机械堆场装卸机械主要用于集装箱装卸和堆高等作业。

按照堆场作业的种类，其装卸机械可分为:空箱堆场作业机械、重箱堆场作业机械两种类型。

此外还有用于水平运输的集装箱半挂式拖挂车等。

(1)空箱作业机械一般采用空箱集装箱叉车和空箱正面吊运机。

空箱集装箱叉车:许多厂家是在传统叉车底盘基础上改装的，是专门用来堆码和搬运集装箱空箱的叉车。

它可采用货叉、顶部起吊或侧面起吊属具方式吊取，以采用侧面起吊属具为最多。

为了提高后方堆场的场地利用率，其集装箱堆码高度通常为3层至6层，最大可达7至9层，一直为国内港口集装箱码头或堆场普遍应用。

空箱正面吊运机:对集装箱空箱进行作业，堆高能力更强，一般可以堆码7层至8层，最高到10层，且可跨箱作业，增加堆场利用率，灵活方便。

随着专业化水平的不断提高，近几年来在国内港口应用量明显增大。

(2)重箱作业机械堆场所用的重箱装卸机械设备种类也很多，当前国际上普遍采用的是轮胎式集装箱龙门起重机(简称龙门吊)，它是主要用于重箱堆码作业的专用机械。

此外还有轨道式集装箱龙门起重机和集装箱跨运车。

而集装箱叉车和集装箱正面吊运车多用于配合以上主要作业机械，进行倒箱、拆装箱或装卸车等辅助作业。

2 集装箱后方堆场管理现状集装箱前、后方堆场的业务大体上是相同的，但侧重点不同。

前方堆场主要存放的是即将出口的箱，大部分为重箱; 而后方堆场则以空箱为主。

由于前方堆场资源有限，对集装箱的存放时间要求较严,超过一定时限,则会强行将集装箱拉到后方堆场。

因此如果能够充分利用后方堆场资源便能大大提高集装箱整体运输效率。

当前对前方堆场的研究比较多，尽管前方堆场的研究成果不能直接用于后方堆场，但可以参考前方堆场的一些先进的管理经验。

2.1 集装箱进、出场管理及堆场空间安排的研究全场智能堆放系统也运用了智能模糊控制理论，就是按具备操作、管理能力的工作人员的经验和智慧等规则，根据堆场上各机械的位置，出口箱“ 重压轻”的原则等一系列情况，作出拟人化的判断，从而提高集装箱堆场集装箱的堆放效率[1]。

集装箱进入后方堆场后，为到达的集装箱找到合适的存储位置是非常重要的。

)在满足不同箱属性是否混放的集装箱在后方堆场的存放应满足以下原则:(1 原则的条件下，满足箱堆存量最大。

(2)如何在现有的条件下，达到进出场箱量最大。

(3)采用何种存放规则，能实现翻捣箱量最小。

汪锋[,]在其硕士论文中对于集装箱在堆场内的堆放策略问题进行模拟研究，对于集装箱在堆场内的堆存问题进行模拟分析，讨论了如何减少翻箱率和提高堆场空间的有效利用率等。

Kim K.H. [3](1997) 研究了当集装箱以随机方式到达时对翻箱率的估计问题。

I.Watanebe[4](1991) 在重箱先于轻箱进行堆放的原则下，采用动态规划模型，以翻箱作业量最小化为目标，为出口集装箱确定堆场存放位置。

为了较好地实现堆场的效益优化，需要对集装箱情况进行估计并将其作为堆场层高相对布局的策略函数并最终在层高、堆场的利用率以及堆场操作效率间达成妥协[5]。

目前，前方堆场的发展很快，Altenwerder集装箱码头于2004年中期全部建成并投入使用，码头堆场采用当前较先进的自动化集装箱装卸作业设备，堆场设置11个堆垛，堆存能力为1.1万TEU，岸线长800m，设计年通过能力110万TEU[6]。

对集装箱在堆场的存储位置的研究中，大多数学者研究的也是前方堆场，K.H.Kim [7](2000)考虑了具有权重的出港集装箱的堆放配位问题，以及最小化翻箱作业量问题。

K.H.Kim等[8](1994)在预计堆场设备的操作能力的基础上，为动态到达的出口集装箱分配堆场位置，该方法也可用于为到港的集装箱上卸载的集装箱分配堆场位置。

总之，类似的研究成果无论是在国际还是国内都非常多，这些成果无疑对后方堆场的研究具有启发作用，有很高的参考价值。

2.2 机械调度管理由图1、2可见，在堆场调度优化决策中，无论是集装箱的进场与出场还是集装箱在场内的移位作业，所需考虑的另一类调度问题就是堆场机械的作业调度问题。

机械作业效率是堆场作业能力的综合反映，单个机械的高效率并不能有效提高整个堆场作业效率，但单个机械的低效率又会将低整个堆场的作业效率。

因此，如何协调堆场内各机械作业能力，如何使各机械作业量最大、平均作业时间最短是堆场机械调度问题的核心。

当前绝大部分相关文献都集中于跨车或是龙门吊的作业调度研究。

除了全自动轨道式龙门起重机(RMG)的应用渐渐增多外，随着控制技术的发展，借助全球定位系统(GPS)技术实现的轮胎式龙门起重机(RTG) 自动操作和集装箱定位系统得以实际应用[1]。

Kim K.Y.和Kim K.H. [9](1997)采用整数规划，以集装箱总操作时间最小化为目标，研究集装箱装载过程中的龙门吊的路线问题. Zhang C.Q. [10]等(2002)采用混合整数规则模型，以最小化作业总延迟时间为目标研究堆场龙门吊的配置问题，并用拉格朗日松弛方法进行求解[5]。

不过目前为止，尚未见在集装箱动态到达情况下对堆场的机械调度问题进行研究的文献。

3 研究前景3.1 现有研究存在的问题(1) 目前，学术界对后方集装箱堆场管理的研究未给予足够的重视，研究不够深入，不够全面。

(2) 现在，大部分堆场集装箱的作业都是随机的、动态的，而目前的文献资料主要的研究都是以静态方式进行考虑的。

例如，集装箱在堆场的配位问题，以及由此考虑如何在最小化翻箱作业量与最大化堆场利用率之间达成妥协等。

(3) 对于堆场内部的交通流情况和各种机械的调度情况都作了简化，而对于他们的进一步研究，可以找出堆场内部交通流的“瓶颈”和合理的机械的调度方案。

(4) 管理方法落后。

目前大多数集装箱堆场的管理都没有实现现代化。

3.2 研究前景综上所述，集装箱堆场是一个复杂的随机动态系统，提高其作业效率的根本途径是实现其作业的完全自动化。

堆场集装箱位置分配问题和堆场机械作业序列的调度优化问题是堆场集装箱管理的一个重要组成部分，也是一个难点问题。

当前虽然已有不少学者对该问题进行了研究，但绝大部分研究都是经过相当程度的简化，且研究的问题仍局限于某几个环节，很少从整体来考虑，况且即使是对局部环节的研究也远未完善。

目前，在我国的大部分堆场中都还处于凭着人工经验来作业的状态，堆场集装箱的运作与管理仍处于较低水平。

因此，对堆场集装箱管理的研究，无论从理论还是实际意义上考虑都是必要和迫切的，尤其在以下几个方面:(1) 集装箱到达的随机性、复杂性和动态性，为随机到达集装箱安排合理的进箱位、出场的集装箱安排合理的出箱位及做合理的移位(翻倒、移动)集装箱的计划建模与求解均有难度。

因此，该领域仍有较大的研究空间。

(2) 场站堆位优化问题，即在满足不同箱属性是否混放的原则下，满足箱堆存量最大;如何在堆场现有的条件下，达到进出场箱量最大;翻捣箱量最小。

(3) 堆场装卸机械的作业调度问题，即如何在满足客户时间要求的情况下安排运输计划，以协调各机械运输能力，达到运输成本最低。