毕业设计(论文)-件杂货码头平面布局优化方法研究.doc
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1、件杂货码头平面布局优化方法研究专业班级:交通运输(港口)三班姓 名: 指导老师: 交通运输管理学院摘要件杂货码头是港口的重要组成部分,件杂货码头的通过能力、作业效率、作业成本的高低对整个港口的发展至关重要。由于件杂货货种及数量变化大、装卸搬运工艺复杂多变的原因,件杂货码头往往存在专业化、标准化程度不高、功能区布局不合理等现象,因此本文从件杂货码头布局优化的方面入手,探究更加合理的杂货码头布局方案,以期提高件杂货码头的作业效率。本文尝试将SLP(Systematic Layout Planning)系统布置设计的方法运用于码头的总部平面布局中。首先按功能将码头平面分为几个独立的功能区,如仓库堆场
2、、前方作业区等,而后按SLP法的基本步骤来评定个功能区的综合密切程度,再根据综合密切程度的高低,来确定各功能区之间距离的远近,由此可得出码头各功能区的位置相关图,结合各功能区的设计面积及几何形状,便可绘出码头大致的平面布局图。最后,本文以天津港北港池某件杂货码头为例,对SLP的具体实施做了简要介绍。关键字:件杂货码头;平面布局;SLP法AbstractCargo wharf is an important part of the port, its through capacity, efficiency, operation cost is very important for the de
3、velopment of the port. Because break-bulk cargo and quantity change, the cause of the handling process is complicated, a cargo wharf is often not high degree of specialization, standardization, the function layout is unreasonable wait for a phenomenon, therefore this article from the aspects of a ca
4、rgo wharf layout optimization, explore more reasonable cargo wharf layout scheme, in order to enhance the efficiency of a cargo wharf.This article attempts to use SLP (Systematic Layout Planning) into the headquarters of the terminal Layout. First ,according to the function of the terminal ,it is di
5、vided into several independent functional areas, such as working in the front yard, warehouse, etc., and then according to the basic steps of SLP method to assess the function of comprehensive close degree, according to integrated closely degree of discretion, to determine the distance between each
6、function, which can be concluded that the dock position of each function correlation diagram, combined with the design of each function area and geometry, can draw general plane layout diagram. Finally, the general cargo wharf of TIANJIN was seen as an example, to make brief introduction for the spe
7、cific implementation of SLP.Keyword: general cargo wharf, plane layout, Systematic Layout Planning.目录第1章 绪论11.1码头平面布局的背景及意义11.1.1件杂货码头发展现状11.1.2国内外研究现状分析21.1.3平面布局的主要方法2第2章 码头平面的主要功能区介绍42.1 生产作业区42.2 辅助作业区4第3章码头平面布局SLP方法的应用63.1基于SLP法的码头平面布局的步骤63.2 SLP的基本要素分析73.2.1作业对象P73.2.2 物流量Q73.2.3 物流作业路线R73.2.4
8、 生产辅助服务部门S83.2.5 装卸搬运技术水平T8本章小结8第4章SLP法的实施94.1各功能区物流关系分析94.2各功能区非物流关系分析114.3各功能区综合相互关系分析134.4功能区位置的确定134.5各功能区占地面积和空间几何形状的确定144.6生产辅助服务部门的设计15第5章 方案评价175.1技术指标评价175.2综合指标评价法加权因素比较法19第6章 案例分析21案例背景216.1 SLP的实施216.1.1 SLP基本要素分析216.1.2物流分析266.1.3功能区物流相关分析276.1.4各功能区非物流相互关系分析276.1.5功能区综合关系分析286.1.6功能区位置
9、相关图30结论与展望31(1)主要结论31(2) 存在的问题与不足31参考文献32III件杂货码头平面布局优化方法研究件杂货码头平面布局优化方法研究第1章 绪论1.1码头平面布局的背景及意义码头平面包括供船边作业的前方作业区,存储货物的仓库堆场其他辅助服务区以及港内道路和绿化设施。码头平面布局属于港口总体规划中港口陆域规划的一部分,它与港口地理位置、自然条件、吞吐量、装卸工艺设计港区面积等因素息息相关,因此进行码头平面布局时应充分考虑这些因素。随着中国经济社会及对外贸易的发展,我国港口也经历了一段快速发展的时期。截至2002年底,我国已有两个港口跻身世界十大港口之列1。然而,件杂货码头作为港口
10、的重要组成部份,其发展速度却远远落后与集装箱等专业化码头。同时,在适应新的装卸工艺、提高装卸效率、综合利用土地资源等方面件杂货码头现有平面布置格局也难以适应更高的要求。目前,传统的杂货泊位在许多港口仍占相当的比重,杂货码头货种多、批量小、变化大,平面布局需考虑的问题也相对集中。1.1.1件杂货码头发展现状1件杂货码头平面布局优化方法研究随着我国经济的高速发展,港口货物吞吐量一直呈稳步发展的态势。其中件杂货所占比重较为稳定,因此其货物量随总的货物吞吐量逐年上升。而与之相对应的是,港口件杂货泊位的数量却鲜有上升,泊位等级也较小,加之设备老化、专业化标准化不足,功能区布置不合理等问题。此消彼长下,许
11、多码头便面临设计通过能力与实际货运量严重不符的尴尬局面2。以天津港北疆港区为例,其杂货吞吐量自1990年以来的平均增速达到15.6%,而在北疆港区的23杂货泊位中,10万吨级泊位仅有一个。实际的杂货吞吐量大大超出现有杂货码头的设计通过能力3。解决上诉问题的主要途径可以从提高装卸船效率和泊位利用率或改善码头的作业流程两方面入手,目前许多文献也打都从这两方面入手。而本文尝试从码头平面布局的优化方面入手,原因是原有杂货码头的布局规划常常是在港口规划设计人员以及施工方根据往常经验及建筑物特性来进行的,这样往往会造成港口内的水平运输距离过长、往返作业次数过多、货流冲突和管理混乱等问题,因此对原有码头进行
12、优化布局改造,使码头各功能区34相互配合更加协调合理,最大限度地发挥各功能区的应有作用和降低作业成本,具有重要的意义。1.1.2国内外研究现状分析码头的布局是否合理,直接影响着码头的货物装卸搬运作业及其他各项业务的展开。目前研究码头平面布置的文献多关注于单个或几个功能区的位置研究或功能区内部相互协作的机械位置布置或装卸工艺的优化研究。在国内,李庆和在码头平面布局探讨中主要研究件杂货码头前方作业区和铁路线的位置布置问题,提出了在不同情况下杂货码头前方作业区的宽度和铁路线位置的选择。李冠声在上海港码头吞吐能力与设备配置优化中,在杂货量高速增长而码头吞吐能力不足的背景下,研究如何优化港口机械设备的配
13、置,运用了计算机仿真技术建立模拟程序来解决这一系统的动态的问题。何小林,马辉在液体化工品码头平面布置中则关注于码头前沿平面布置,讨论了用“一大兼二小”的大平台来替代传统的“蝶式”布置形式。王素明在基于蚁群算法的港口调度问题研究中将问题着眼于优化港口装卸作业资源的配置优化方面。其在论文中首先假设了两种不同的船只卸货时的机械调度问题模型,然后再基于蚁群算法对模型进行求解和仿真。薄万明在港口件杂货码头生产作业线优化配置研究中围绕装卸工艺的确定、装卸机械的匹配两个主要问题,建立了基于系统效率匹配的生产装卸工艺和机械相互协作辅助决策系统,从而开发出了一套用于解决此类问题的较为完整和系统的方法和模型。董明
14、望在件杂货码头装卸作业后方机械配置模型的研究在调查了件杂货码头的机械设备配置现状后,又分析了装卸效率的主要影响因素,从而提出了一种较为通用的、对后方机械作业效率的优化能发挥作用的整数规划模型,最后采用动态规划的求解方法法对模型进行求解。在国外,由于杂货码头大多建成较早且专业化不足,故专门研究件杂货码头的布置优化的文献较少。而多是集中在机械设备配置优化、装卸工艺优化、泊位优化以及对货物作业的日常运营管理等方面。如Kim K H和Moon K C.在Berth scheduling by simulated annealing里主要研究泊位调度的优化问题,通过建立计算机仿真模型来模拟实际的船舶靠离
15、泊问题,从而找到最佳的泊位分配模型;Andrew Lim, Zhou Xu在A Critical-Sharking Neighborhood Search for the Yard Allocation Problem中,着眼于杂货码头的堆场机械配置问题,堆场是码头存储货物的重要场所,堆场机械配置的合理化将极大减少堆场的作业时间,从而也减少了货物在港时间,防止船舶应等待而浪费船期时间,一定程度上也提高了港口整体的作业效率。Andrew他们在文章里致力于利用一种启发式的动态模型来优化堆场的机械配置问题。1.1.3平面布局的主要方法平面布局主要是指在确定范围内对各功能区的位置设定,相互间距进行合理
16、规划布局,从而达到提高作业效率和降低作业成本的目标4。目前在平面布局的研究方法有许多,其中大致可分三种,即纯数学解析法、计算机模拟仿真和系统布置设计法(SLP)。系统布置设计法(SLP)最初是有美国人理查德缪尔在1961年提出,他主要着眼于分析各作业单元或功能区的物流及非物流关系,并由此得出综合相互关系,以减少作业成本为目标,确定各个作业单元的相对位置。SLP法最初被应用于工厂平面布置领域,由于其条理性适用性强,因此在平面布局设计领域应用非常广泛5。码头平面布局属于平面布置领域的一部分,这是一个多因素、综合的、系统性的难题,目前将SLP方法运用于码头的平面布局的研究还较少,但由于其便捷性及实用
17、性的特点,本文将选择SLP法作为研究码头平面布局的主要方法。第2章 码头平面的主要功能区介绍件杂货码头功能区依照用途可分为生产作业区和辅助作业区两大类,生产作业区主要是参与码头主要生产业务的区域,如装卸船作业、仓储、加工、理货等;辅助作业主要就是对码头生产作业的支持,如机械设备维修保养、供应水、电和燃料、单证处理、设备人员的管理和调度等。2.1 生产作业区第一,前方作业区,码头边缘和前方一线库场之间的场地称之为前方作业区。它主要由岸壁机械作业区、货物区和其他设备作业区等组成,是供货物船边作业及临时堆放的主要场所。前方作业区是整个码头货物流量最大的区域,几乎所有进出港口的货物都要经过前方作业区,
18、虽然其本身位置较为固定,但其对其他功能区的位置布置具有重要的影响;第二,仓库和堆场,是作为船运货物和路上运输货物不能完全衔接的缓冲。件杂货码头货物种类繁多,批量小,变化大,因此码头仓库也起到对货物的临时保管,防止货物灭失、损坏的作用。根据货类的不同,仓库还可分为常温库、阴凉库和冷藏库,这在具体码头平面布局时应加以区分。此外,部分件杂货码头还可能配备专门的危险品运输泊位,与之相对应的是存储场所中也应该有专门的危险品存储区域,并且在装卸流程以及存储管理等都要严格要求;第三,增值加工区,随着我国港口的发展,多大数港口建设成为第三代港口并逐渐向第四代港口发展。港口的主要功能早已不再局限于货物装卸和仓储
19、,同时也具备了加工增殖等功能,因此件杂货码头的功能区分类中,加工增值区是必不可少的一部分。港口相对于铁路、机场等运输节点相比,在增值服务上具有更加明显的优势,其中港口的增值服务可以分为以下几类:1)货物承运型的,主要范围包括车辆的出租、代理揽货等;2)货代型的服务。包括代理租船订舱、办理相关单证、保险的办理、报关等一系列服务;3)货物加工型服务,这是本文主要讨论的增值服务。第三代港口在港区内一般都设有专门的增值加工区域,对进出口的货物进行简单的再加工,如组装、重新包装、贴商标等作业。这是港口发挥物流链重要节点所应有的功能,因此增值加工区作为码头区域必不可少的一部分,在布局规划时也应重点考虑14
20、;2.2 辅助作业区第一,废弃物和垃圾集中区,是码头生产作业过程产生的废弃物及生活垃圾集中堆放的区域。第二,码头生产辅助服务区,这一区域主要提供货物配载、机械修理厂、餐饮、流动机械库、候工室及燃料供应站、行政办公大楼等服务。第三,理货区,理货区主要是应船方或货主的需要,对进出码头港区的货物进行数量清点、包装检验、质量检验、张贴标签等工作。第四,停车场。主要是进入码头的货运车辆及其他车辆停放区域2。第3章码头平面布局SLP方法的应用3.1基于SLP法的码头平面布局的步骤码头平面布局是港口总体规划的重要内容和初始阶段,包括明确各作业单位、辅助服务部门、行政管理部门的功能,明确个功能区之间的相互关系
21、和运作流程,把杂货码头的货物流动模式和区域划分结合起来进行布局。 根据SLP理论,码头平面布局可分为以下步骤:首先,对基本要素进行分析,查阅需要运用的资料。在利用SLP法之前,必须从P(作业对象)、Q(物流量)、R(物流作业路线)、S(生产辅助服务部门)、T(装卸搬运技术水平)这几个因素出发。其中P、Q、R是影响杂货码头平面布局的极其重要的因素。其次,借助图表确定各单元间的相互关系。主要有各个功能区之间的物流、非物流相互关系图和综合相互关系图,这些图都是通过图表的形式表示的。SLP法将各功能区间的物流强度划分为5个等级,并分别用5个字母表示。具体划分如表3-1。依据各功能区块间承担的物流量占总
22、的物流量比例,确定各功能区块间物流关系的等级。表3-1 物流强度等级划分表物流强度等级符号承担的物流量比例超高物流强度A40较高物流强度E30一般物流强度I20较低物流强度O10可忽略物流强度U0第三,绘制码头各功能区的综合关系图。综合相互关系图是在物流与非物流关系图的基础上来确定的,这是在充分考虑实际需求的前提下,借助于定量研究的方法,确保方案的严谨性与科学性。综合相互关系图的确立步奏如下:1,划分物流关系与非物流关系的加权值,依据的是物流关系与非物流关系对码头日常作业的重要程度;2,分别将确定后的物流关系等级和非物流关系的等级进行量化。根据SLP理论,将功能区相互关系的六个等级按以下定义量
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