摘 要

港口装卸工艺是码头的核心环节，一个好的装卸工艺能够有效的降低装卸成本，为港方争取更高的经济效益。本文进行了码头平面布局的设计，计算除了港口陆域和水域的各个尺度。之后对装卸工艺流程进行设计，这个部分包括了设备选型和数量计算，并选取了四个方案。方案列明后，进行方案经济效益评价及比选，根据单位装卸成本确定好推荐方案。最后的一章是港口装卸工艺流程推荐方案的确定以及软件建模仿真，仿真使用的主要模块是调整器和相关模块的组合。搭建好模型后针对装船机设备利用率过高的问题进行优化。

设计的主要特色是通过Arena仿真软件对所选的推荐方案进行优化，以便找出所选方案在实际运行中的问题，而不是单纯依赖于经验公式。

关键词：散杂货；码头装卸；工艺流程；装卸工艺；机械设备；Arena仿真

Abstract

Port loading and unloading technology is the core link of the terminal. A good loading and unloading technology can effectively reduce the loading and unloading costs and strive for higher economic benefits for the port side.

In this paper, first of all, the layout of the wharf is designed, in addition to the calculation of various scales of the land and water area of the port. After that, the loading and unloading process is designed. This part includes equipment selection and quantity calculation, and four schemes are selected. After the scheme is listed, evaluate and compare the economic benefits of the scheme, and determine the recommended scheme according to the unit handling cost. The last chapter is to optimize the selected recommendation scheme through arena simulation software, so as to find out the problems in the actual operation of the selected scheme, rather than relying solely on empirical formula.

The main part of the design is to determine the recommended scheme of port handling process and software modeling and simulation. The main module of simulation is the combination of regulator and related modules. After the model is built, the problem of high utilization rate of shiploader equipment is optimized.

Key Words：general cargo; dock loading and unloading; process flow; loading and unloading process; mechanical equipment; arena simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 设计背景 1

1.2 设计内容与技术路线 1

1.3 国内外研究现状 2

1.3.1 散杂货码头装卸工艺流程设计 2

1.3.2 仿真技术在港口中的应用 3

第2章 设计基础资料 5

2.1 营运资料 5

2.1.1 一元线性回归 5

2.1.2 弹性预测法 5

2.1.3 时间序列预测 7

2.1.4 混合预测法 7

2.2 船型资料 7

2.3 货物资料 8

第3章 总平面布置 9

3.1 泊位通过能力核算 9

3.1.1 泊位通过能力核算 9

3.1.2 泊位数确定 10

3.2 码头平面布置 10

3.2.1 建设规模 10

3.2.2 设计船型尺度 11

3.2.3 水域 12

3.2.4 陆域 14

第4章 装卸工艺设计 17

4.1 装卸工艺流程确定的要求 17

4.2 码头装卸设备选型 17

4.2.1 码头装卸设备类型 17

4.2.2 设备选型比较指标 18

4.2.3 装卸工艺方案拟定 19

4.2.4 环保与除尘 23

第5章 方案经济效益评价及比选 23

5.1 技术经济指标计算 23

5.2 经济效益评价 27

5.2.1 营运收入估算 27

5.2.2 营运成本估算 28

5.2.3 利润总额计算 28

5.2.4 财务分析 28

5.3 方案比选 31

5.3.1 方案比选 31

5.3.2 技术经济指标论证 31

第6章 基于ARENA的推荐方案仿真与优化 33

6.1 仿真建模 33

6.1.1 仿真目标 33

6.1.2 模型构建 33

6.2 模型运行结果 39

6.2.1 堆场 39

6.2.2 设备利用率 39

6.3 方案优化 40

第7章 总结与展望 41

7.1 总结 41

7.2 展望 41

附录A 44

附录B 23

第1章 绪论

1.1 设计背景

港口的运行效率、和港口的收入很大程度上被其装卸环节装卸活动影响。正是由于装卸活动所占港口作业时间的比重很大，而且需要人力监控，所以装卸费用需要耗费大量的经费。在中国，铁路运输全程所发生的装卸作业费占总运输费用的两成，而船运更是高达四成。此外，装卸过程中的不确定性很多，较小的失误和扰动就会导致工属具与货物接触不当而造成货物的损失。

仿真技术在港口装卸工艺流程设计中有不可替代的关键性作用。仿真模型是一种随机模型，相比于其他的确定性模型，仿真模型更适应港口这种复杂的离散事件系统。仿真模型的实质是模拟系统的依次运行，并没有以最优解的查找为目的，但是这样来说使用者可以多次改变参数，在多次的仿真过程中找到最优解。这种方法比间接，恰恰更适合多因素、多目标、多层次的系统。仿真模型更具有适应性，一般来说仿真模型可以应用在多种不同种的系统上，而且相对于解析法，仿真模型更好理解，符合人的思考方式。

1.2 设计内容与技术路线

港口装卸工艺是港口经济效益的决定性因素之一，仿真辅助设计是工艺优化的一个重要手段。仿真辅助工艺设计的基本思路如下：

（1）拟定备选方案，通过仿真软件分别搭建模型，通过仿真结果来选择最优方案。

（2）拟定备选方案，通过财务分析、经济技术指标等手段进行方案比选，将所选出的最优方案进行仿真建模，根据仿真结果对所推荐的最优方案进行进一步的优化。

本设计采用了思路（2）,在方案拟定后，通过技术经济指标和财务评价的方式，进行备选方案比选，之后通过仿真建模的方式，对推荐方案进行建模仿真，找出最优方案实际运行中的待改进处，从而对方案进行优化。相比于思路（1），本设计采用的方法能够进行投资回收期、内部收益率的计算和进行投资敏感性分析，更能够实现本设计提高港口经济效益的设计目标。

本设计主要内容有：

（1）对烟台西港矿石码头进行平面布局规划和装卸工艺流程设计，根据所涉及的装卸工艺流程列出若干备选方案，最后对几个备选方案进行经济评价，选出最优推荐方案。

（2）对所选的最优推荐方案通过Arena仿真软件进行建模

（3）使用Arena仿真软件对所建模的最优方案进行优化，对烟台西港矿石码头装卸流程设计提出改进和优化方案。

本设计技术路线如图1.1、图1.2所示。

图1.1 装卸工艺流程设计及比选技术路线图

图1.2 仿真辅助优化技术路线图

1.3 国内外研究现状

1.3.1 散杂货码头装卸工艺流程设计

专业进行散杂货装卸的码头装卸工艺领域已经有了长足的进步，在各项变革中，最为明显的是港口装卸机械的选择。早期的散货卸船机械使用的是间歇式抓斗卸船机，之后出现了气力卸船机，随着科技的发展，连续卸船机在的性能不断改善，这体现在其装卸出错造成货损货差的概率不断降低和适应不同操作环境的能力显著提升，在关键性问题得到解决后，连续性卸船机获得了很大的发展空间。

在装卸工艺流程的设计包括平面规划——主要有陆域和水域的各个尺度计算——以及装卸机械的选型和数量、设计的主要参数（如泊位通过能力，港口年吞吐量）等工作的完成，此外，还有进行装卸工艺流程设计的经济评价，以实现装卸效率和装卸成本的平衡。

2014年发布的《海港总体设计规范》对散货码头的装卸工艺流程做出了具体规定，比如装卸机械的选择和装卸流程的设定^[1]。

吴燕子，朱云海对黄骅港煤炭码头的煤炭装卸艺工方案进行了设计，主要测算了码头的尺度和装卸机械选型和数量确定，通过经济性评价对拟定的装卸工艺方案进行比选^[2]

张文东，杨珩以港口、海运整个物流链为对象，通过对综合运输成本的分析研究，提出一种确定优化的装卸船效率的近似计算方法^[3]。

王中华提出，我国新建吞吐量较大的煤炭码头卸船流程中不注意环保要求，导致普遍存在的尤其是出现在煤炭码头的环保指标难以达到的问题。王中华对普遍使用的煤炭码头卸船设备进行整理、归类和研究，并充分联系了当下我国煤炭码头的实际情况，为大型煤炭码头卸船工艺设计提供借鉴^[4]。

钱国栋对曹妃甸港煤码头的堆场管理及优化设计问题展开研究，分析了曹妃甸港煤码头堆场作业管理现状及存在问题，建立堆场作业模型，在此基础上提出合理的堆场优化设计方案^[5]。

周向东通过预测六横煤炭码头的吞吐量，结合六横码头的相关特点，进行了装卸工艺流程方案的拟定，并且通过经济评价选优^[6]。

1.3.2 仿真技术在港口中的应用

以矿石码头为代表的散货码头若想实现自动化难度较高，系统十分复杂，张海红以了系统分析为切入角度，将所研究的煤炭码头系统划分成若干部分，并运用相应的仿真工具——WITNESS——建立了装卸系统作业仿真模型，使用的理论是排队理论，并对所搭建的仿真模型进行运行和验证，得出现有码头皮带与卸船设备的最佳配置方案^[7]。

杨理栋提出，由于码头的拨通船舶到港时间以及码头堆场作业过程均具有离散性的原因，因此如果利用Flexsim 仿真软件对散货码头工艺系统进行研究，并根据中外的各种实例，介绍散货码头工艺系统的仿真模型实现方法及结果分析^[8]。

杨兴晏，李双来系统的介绍了计算机在港口工程设计，且主要是港口装卸工艺方面的应用，以黄骅港煤炭码头三期工程为例，使用仿真的方法确定了筒仓数量和装船机的排布，两人指出，模拟技术在港口工程中有巨大前景，而且主要体现在大宗散货码头的工程设计中^[9]。

姚夏莉建立了矿石专用码头装卸工艺系统模型，并通过模型运行得出了一个相对较优方案，最后利用Arena仿真软件的仿真优化器Opt quest进行仿真优化，并对优化结果进行了分析^[10]。

徐天亮，余虹系统地解释了面向对象仿真技术方案评估的基本原理，提出了对象得描述、对象封装、对象调用和对象衍生等，并以湖北的某配送中心为例，进行了仿真建模^[11]。

高鹏进行了基于排队网络的港口物流网络系统运作过程的建模研究、采用基于HLA的分布式仿真方法对港口物流网络系统进行建模以及对港口物流网络节点堆场得提货优化研究^[12]。

刘园香基于堆场网格化理论，将连续空间的堆场进行网格化逼近，建立了煤炭码头堆场网格化仿真模型，在Witness平台上实现了系统仿真，并通过仿真试验数据对比分析，验证网格化堆场的可行性及合理性^[13]。

龚小红、熊玲燕对烟台西港的装卸工艺系统的设计工作进行整理回顾，以利后续类似工程的参考借鉴^[14]。