港口管理与运营的理论与方法

The current trend of port development mainly includes port decentralization/regionalization, integration of access network, coexistence of multi-ports in the hinterland, diversification of shipping lines, real-time and intelligent operation scheduling at terminals. In the circumstance, for developing the port logistics in China, it is significant to establish a new theoretical system of port planning & management based on demand-supply-equilibrium, and to propose a new method for the flexible allocation of port resources as well as an integrated and real-time dynamic scheduling method for the multi-link operation at terminals. From a macro perspective, this project regards the port as a node in the regional logistics network, considers the non-cooperative game among the port cities, aims to put forward a method to forecast the port demand in equilibrium based on the proposed bi-level model and create the port-planning-method focusing on the determination of the port-group scale and the functional arrangement of each port. From a micro perspective, this project regards the port as a complex system and aims to achieve the following goals: 1) investigate the periodicity of port demand and the uncertainty of outbound containers’ arrival in the multimodal transport system, propose the multi-criteria & multi-attribute principle for decision making and a robust optimization model for the flexible and online allocation of port operation resources; 2) based on the fluctuation of short-term demand and the technology of Internet of Things (IOT), propose an intelligent scheduling method for the double cycle operation (such as the integration of loading and unloading in the same ship-bay, lift of two containers each time etc.), an integrated scheduling model for the multi-phase/multi-link operation at terminals, and a method for the collaborative management and scheduling of internal and external logistics at terminals; 3) develop a platform for simulation and optimization as the basis of empirical research, demonstration and application.

在港口分散化/区域化、集疏运网络综合化、腹地多港口化、航线多样化、码头作业调度实时智能化的趋势下，以需求/供给均衡为导向构建新的港口规划与管理理论体系，提出港口资源柔性配置、码头作业多环节集成调度与实时动态调度的新方法对我国港口物流的发展意义重大。本课题在宏观层面上将港口看作区域内的物流节点，考虑港口城市间的非合作博弈行为，基于双层模型提出预测均衡状态下港口需求的方法，创立以确定港口群规模和港口功能布局为核心的港口规划方法；在微观层面上把港口看作复杂系统，研究多式联运下港口需求的周期性和出口箱到达码头的不确定性，提出港口运营资源的柔性配置和在线配置多目标/多属性决策原则与鲁棒优化方法；基于短期需求波动规律和物联网技术，提出同贝同步装卸/一吊双箱等双循环作业的智能调度方法、码头作业多阶段/多环节集成调度模型以及码头内外部物流协同管理与调度方法；开发仿真优化平台作为实证研究和示范应用的基础。

在港口规划与管理方面：提出预测海运需求新方法，为港口规划与码头作业调度提供先决条件；分析港口体制改革对港口发展的影响，指出在新形式下应促进港口整合，以社会福利最大为目标开展港口投资和生产活动；研究港口企业投资临界点与政府投资港口临界点的差异，分别建立港口企业以利润最大和城市以经济发展为目标的港口投资行为模型。证明港口企业竞争投资时有唯一纯Nash均衡解，港口城市竞争投资时Nash均衡解位于投资集合的边界上；针对多港口地区构建港口群规模和布局优化模型，提出集权模式下港口多期投资、资产闲置与产业升级的整合方法，为构建港口群体系奠定理论基础。.在港口航线设计方面：提出表现诸多实际海运网络特征的数学模型，构建可以发现潜在的枢纽港区位的选址方法，提出了具有社区结构的轴-辐式海运网络的数学表达式，构建了两阶段优化模型并设计了社区探索算法。基于鲁棒优化确定长江港口到海港的班轮航线、船舶大小与发班频率；提出由海-陆-水运和换装点构成的超级网络的表达式，考虑航道通航能力、沿线港口规模与洋山港能力，构建运输组织优化模型为长江沿线出口东亚国家的集装箱指派路径。.在码头生产与运作管理方面：针对码头内部多环节作业提出混合堆存新工艺，从集卡行驶距离、堆场作业成本、码头资源配置三方面评价混合堆存策略；提出多阶段协同调度模型，在同位同贝同步装卸时以场桥装卸移动及翻箱时间最小为目标，建立出口箱装船顺序优化模型，优化配载以增加场桥双循环次数，为提场桥卸效率提供技术方法；考虑同贝同步装卸过程的无等待、批处理、阻塞、优先权等，建立出口箱配载与装卸桥装卸序列优化模型，同时优化装卸桥作业列顺序和进口箱的堆场落箱位；针对码头内-外部作业协同，提出干支线直接中转的调度方法，建立泊位分配与堆场优化模型，协同优化泊位分配—船舶配载—堆场堆存；提出基于预约集卡到达不稳定性的闸口管理方法，建立基于非稳态排队论的集卡预约份额模型，建立内-外集卡协同的预约份额模型，通过集卡预约有效地减少集卡的等待时间；以码头作业成本和外集卡延误成本最小为目标，建立堆场翻箱与外集卡提箱顺序同步优化模型，针对集装箱随机到达，优化出口箱的装船序列。