摘 要

近年来，随着世界贸易的增长，货物运输量大大提高，船舶在港口及坝区的积压问题尤为严重。本文通过借助数学上的约束条件对船舶积压的坝区以及港口建立数学模型，对船舶进行合理疏散。船舶的疏散可大大降低承运人及货主所承担的成本，提高枢纽地段的通过效率。

同时，论文主要研究了坝区以及港口地段船舶积压的原因分析并分别按照坝区和港口提出了疏散的方式，在模型建立中，根据承运人，货主等个人意愿选择对运输成本最省的疏散路径，并在模型中反映固定区域内所有积压船舶的疏散成本。

研究结果表明：港口地段的船舶积压原因因素较多，且多为多种原因所造成的结果，而坝区地段的船舶积压原因相对单一。对于坝区采用公路，铁路进行翻坝的方式较多，但对于港口地段，变更卸货港及装货港可以缓解船舶的积压问题。

本文的特色：本文在进行船舶积压的原因分析时，按照港口积压和坝区积压分别进行了考虑。同时，在进行船舶疏散时主要按照承运人的意愿进行疏散，而不是单单按照使枢纽地段疏散成本最少的方式进行疏散。

关键词：船舶积压；路径优化模型；货物疏散；翻坝运输

Abstract

In recent years, with the growth of world trade, the volume of cargo transportation has been greatly increased, and the backlog of ships in ports and dam areas has been particularly serious. In this paper, a mathematical model is established for dams and harbors overboarded by means of mathematical constraints, and reasonable evacuation of ships is carried out. The evacuation of ships can greatly reduce the costs borne by carriers and shippers and improve the efficiency of the passage of hubs.

At the same time, the paper mainly studies the causes of ship backlog in the dam area and the port area, and proposes the evacuation methods according to the dam area and the port respectively. In the model establishment, according to the wishes of the carrier, the owner, etc., they choose the evacuation with the lowest cost of transportation. Paths, and reflect the evacuation costs of all backlogs of ships within a fixed area in the model.

The research results show that there are many reasons for the ship backlog in the port area and there are many results caused by multiple reasons. The reason for the ship backlog in the dam area is relatively single. For the dam area using highways, there are many methods for dam overturning, but for port areas, changing the port of discharge and loading port can relieve the backlog problem of the ship.

The characteristics of this article: In the analysis of the cause of the ship backlog, this article considered the port backlog and the backlog in the dam area. At the same time, when evacuating ships, they are mainly evacuated in accordance with the wishes of the carrier, instead of being evacuated only in such a way that the evacuation cost at the hub site is at a minimum.

Key Words：ship backlog; path optimization model; Evacuation of goods；overturning dams

目录

第1章 绪论 1

1.1研究目的与意义 1

1.2国内外研究综述 2

1.2.1船舶积压研究综述 2

1.2.2模型算法研究综述 2

1.2.3小结 3

1.3研究内容与技术路线 3

1.3.1研究内容 3

1.3.2技术路线 4

第2章 船舶积压成因分析 4

2.1船舶积压的界定 4

2.2船舶积压成因 6

2.2.1港口积压成因 6

2.2.2坝区船闸地段积压成因 8

2.3船舶积压疏散关键性指标提取 10

第3章 疏散路径选择模型 11

3.1船舶疏散路径优化的必要性 11

3.2建立疏散路径优化模型步骤 11

3.3疏散方式与路径的提出 12

3.4模型算法 12

第4章 实例分析 14

4.1三峡路段概述 15

4.2路径优化模型在三峡船舶积压中运用 15

第5章 总结与展望 17

5.1论文研究工作总结 17

5.2展望 18

参考文献 19

致谢 21

第1章 绪论

1.1研究目的与意义

近年来，随着世界贸易的增长和全球化水平的日渐增强，海港的船舶积压现象日渐凸显。而我国作为全球第二大经济体，在全球港口排名前10的港口中占据7席，2017年上海港以4023万个标准箱占据榜首，而我国的宁波舟山港在2017年的吞吐量高达10.1亿吨。随着贸易的增加，港口船舶积压问题日渐凸显，2017年4月，上海港爆发轰动全球的港口拥堵问题，船舶靠港平均要花费53小时，一艘船为排队进港已等待2天以上。全球来看，包含中国上海港，美国洛杉矶港在内的全球多个大型港口均出现过轰动全球的大型船舶拥堵事件。由此，港口拥堵问题再次引起了业界的关注。港口拥堵必会导致船期延长，运输成本增加。船公司在考虑运费成本时，不得不把由港口拥堵造成的损失转嫁给货主，例如收取各种附加费等，最终还是由消费者为其买单。

除大型国际码头外，内河航道上的船舶积压问题也是业界关注的重要问题。我国内河水资源丰富，以自然水道和历史上的人工水道为基础奠定了我国基本的内河运输。其中最为主要的是船舶运输水道为长江水系，珠江水系以及京杭运河。近年来，港口以及船闸地段船舶积压问题日渐凸显，港口地段的船舶积压造成了大量货物无法正常卸船装船，这不仅损害了货主的利益，更是阻碍了港口的正常运营。对于闸口的船舶积压，长江三峡和葛洲坝地段船舶积压最为严重，以三峡为例，在三峡枢纽船舶组织调度优化研究^[1]中，为缓解长江船舶的积压问题，一方面可提高三峡的通过能力，另一方面可通过货物的公路铁路分流。但根据三峡集团发布的最新数据显示，三峡船闸累计运行12.87万闸次，通过船舶73.3万艘，货运量达10.01亿吨，2011年首次突破亿吨，提前19年达到设计能力^[2]，三峡船闸的利用率高达100%。由此来看，三峡已经无法满足船舶的正常通行，大量船舶在三峡的锚地积压。因此，在港口及拥堵路段处及时进行货物运输的分流，采用多种运输方式尤为重要。论文的研究有如下意义。

（1）节约时间成本，减少货损货差。

通过货物疏散的路径优化可以减少船舶在港口及闸口处的等待时间，提高船舶到达的准点率，节约时间成本，减少货损货差。长时间的船舶积压势必会影响船舶的正常航期，影响货物的正常到达。而通过船舶疏散，虽然在一定程度上增加了船舶运输的直接成本，但却减少时间损耗，降低时间成本等无形成本。同时由于积压时间过长，一些货物的货损货差会随着积压时间的增长而增长，因此，进行合理的疏散，可以减少运输货物的货损货差。

（2）缓解港口及船闸的通行压力，提高港口及坝区的通过效率。

当船舶的积压数量过高时，由于受限水域内航行区域压缩，会大大影响船舶在枢纽内的正常航行，进而影响枢纽内的周转效率。而当船舶进行合理疏散后，降低枢纽内船舶的密度，提高港口，船闸的通过能力。

1. 保障船舶行驶安全。

大量的船舶在受限区域内积压，区域内船舶密度大，船与船之间间距小，致使船舶碰撞的机率大大增加。通过船舶疏散路径优化，合理疏散了船舶，减少船舶在航行以及停泊时发生碰撞的风险。

1.2国内外研究综述

1.2.1船舶积压研究综述

我国的船舶积压的研究集中于港口船舶的拥堵和三峡-葛洲坝地段船舶的积压，在文献^[3]中，刘清教授通过问卷调查，实地访谈，确定了坝前积压指数构成指标，并在此基础上，界定坝前积压指数阈值以及对应的预警区间，并且根据不同的积压条件提出了不同的疏散组织方案。在文献^[4]中，王光平和南航教授将船舶的积压划分为受通航条件、通航环境变化影响的非正常积压和不受通航条件、通航环境变化影响的正常积压。三峡船舶积压方面主要源于5方面的基本原因，第一客货量的明显增加，长江开放30年来，货量增长了17倍^[5]，第二恶劣天气的影响，根据交通运输部颁布的《长江干线恶劣天气等条件下船舶禁限航管理规定》^[6]中的规定，在能见度低，水文条件不良，风力变化的恶劣条件下，船舶均应采取必要的安全防护措施，禁止航行。第三汛期大流量。第四船闸的维修和第五反恐安全的检查。而对于港口船舶积压问题，影响因素有很多。文献^[7]中指出船舶装载计划及效率，港口的设施水平不完善等均是造成港口船舶大量拥堵的原因。

对于船舶的疏散，我国在三峡完建时期就已经提出了三峡地段货物分流的解决方案，在文献^[8]中，对于货运来说，货物分流运输主要是抓好大宗、重点、外贸、农用等物资的铁路分流运输和重滚翻坝运输分流，建立在市场主体自愿的基础上。在文献^[9]中，除了对船舶过闸应急调度和应急管控外，应急条件下的分流运输组织尤为重要，这包括源头分流运输组织和水陆联运的坝前分流运输组织，但坝前分流的主要对象是短途旅客、 普通货船和滚装船。除了软性船舶疏散外，在文献^[10]中，美国SeaHorse Shipping机构直接推出深海半潜式船舶方案以解决港口拥堵问题。