集装箱码头堆场进13箱区轮胎吊
翻箱作业的 苎 豕 特卡罗仿真
上港集团物流有限公司 丁嵩冰；上海沪东集装箱码头有限公司 吴纯锴
0 引 言
集装箱码头堆场又称前方堆场，分为进口箱区、
出 口箱区、中转箱 区、查验箱 区和空箱箱 区等。绝大部
分集装箱在装船前和卸船后 ，都需要在 集装箱码头堆
场内堆存一段时间。由于客户提箱时间的未知性，在
集 装箱卸船 时不能确定其 出场顺序 ，而码头既要提 高
堆场利用率，又要保证一定的效率，往往需大量翻箱。
国内集装箱码头大多配置集装箱轮胎吊从事码头
堆场翻箱作业 ，但它不是增值服 务 ，应尽量避免。 当
然，为了提高装卸效率、保证服务质量，一定程度的翻
箱作业是不可避免的。
本文对进 口箱 区在不同的堆存原则和翻箱原则下
轮胎吊翻箱作业进行蒙特卡罗仿真，根据仿真结果分
析不同堆存原则和翻箱原则对翻箱作业量和翻箱率的
影 响，并提 出一些进 口计划和堆场控制 的优化措施。
1 进口箱区翻箱作业仿真
蒙特卡罗法亦称 为随机仿 真法，它通过 多次仿真
试验并统计计算结果对一些随机性问题进行研究分
析 。
集 装箱 码头堆场 的进 口箱 区作业 包括 多 方面 内
容，其中最重要的操作是轮胎 吊的收发箱作业以及非
增值而又 无法避免的翻箱作业。总翻箱量及平均每 自
然箱翻箱次数是考量场业计划以及 收发箱、翻箱原则
合理性的重要因素，也是本文仿真分析的重点。
收发箱和翻箱仿真涉及 以下几个重要概念。
1．1 箱区划分
集装箱进口箱区划分为多个块(Block)，在每个块
内划分多个倍位
(Bay)、 多 个 列
(Slot)和 多个层
(Tier)。
进 口箱 卸船
后 堆存模 式主 要
有2种 ：全场混堆
和 按船名航 次堆
存。前者不分船
名 航 次 ，将进 口
箱随机 卸至码 头
的 进 口 箱 区 各
块，采用这种模式，在场地机械充分的情况下能提高卸
船作业的效率，但提箱时翻箱率较高；后者为提高机械
利用率，降低集卡等待时间，将同一船名航次下进口的
集装箱都按照自然箱箱型堆存于多个块中，采用这种
模式，箱区利用率略低但可降低提箱翻箱率。
由于不同船名、航次或卸船 日期进口的集装箱出
场 日期集 中性较 差，因此在 同一倍位中尽量集中堆放
出场 日期相近的集装箱以降低轮胎 吊大车移动频率，
在同一倍位中，一般不堆放不同船名航次下的集装箱。
多块和多倍位的收发箱和翻箱仿真可细化为单一倍位
仿真，其仿真结果可推广到多倍位及多块仿真。
1．2 进口箱区利用率
箱区利用率一般是指进口箱总数占进口箱区总堆
存能力的比例，因本文着重于对单倍位的仿真分析，故
采用狭义的箱区利用率，即单一倍位内所收自然箱总
数 占该倍位堆存能力的比例。
2007．02集装箱化 9
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本文仿真采用的是 6列 4层的 1个倍，总堆存能
力是 24自然箱。考虑到翻箱操作需要(同一倍位内集
装箱不翻往其他倍 )，实际最大堆存能力为2l自然箱，
实 际 堆 存 l2～21 自 然 箱，即 箱 区 利 用 率 为
50．0％～87．5％。对比进行仿真分析的实际价值在于结
合进口箱量预测，合理安排箱区利用率，并对总翻箱量
进行合理预期，优化轮胎 吊资源配置。
1．3一一 收箱堆存原则
进口箱区在收箱时都有一定的收箱堆存原则，常
见的堆存 原 则有 以下几种。
(1)列优先原则 即优先安排列堆放，先堆满远离
车道的列，然后堆满相对靠近车道的列 (见图 1)。
4 8 l2 l6
3 7 l1 l5
2 6 10 14 l8
l 5 9 l3 l7
图 1 列优先堆存
(2)层优先原则 即优先安排层堆放 ，从底 向上一
层一层堆放(见图 2)。
l3 14 l5 l6 l7 l8
7 8 9 10 l1 l2
l 2 3 4 5 6
图 2 层优先堆存
(3)随机堆放原则 随机堆放的随意性较强，轮胎
吊司机可根据作 业路繁忙程度随时调整箱位 ，收箱作
业速度较快，但计划性差，应用较少(见图3)。
l8
9 l3 lO 14 l5
6 7 8 l2 l7 l1
1 5 4 3 16 2
图 3 随机堆存
本文在不同箱区利用率下对以上3种不同收箱堆
存原则对翻箱率的影响进行仿真并比较它们对翻箱率
的影 响程度。
1．4 翻箱原则
进口箱区在发箱时往往不得不进行翻箱，常见的
翻箱原 则有以下几种。
(1)倍内翻箱原则 即同一倍位的集装箱不翻往
其它倍位，以减少轮胎吊大车移动距离，提高发箱和翻
箱作业速度。
l0 集装箱化 2007．02
(2)就近翻箱原则 即在翻箱时，将集装箱翻往最
近可用列中较矮的列，以减少轮胎吊小车移动距离，加
快发箱速度 ，降低集卡等待时间(见图4)。
4 8 l6
3 7 l5
2 6 14 18
l 5 9 l3 l7
图4 翻箱原则
图 4中 ，若集卡提 l5号箱 ，按照就近翻箱原则 ，l6
号箱将翻往 9号箱上方。
(3)最矮原则 即在翻箱时，将集装箱翻往同一个
倍内最矮 的一列 ，以尽量拉平倍 内平均 堆存高度。图
4中，若集卡提 l5号箱 ，按照最矮原则 ，l6号箱将翻往
空列。
翻箱作业的适用原则还有远离车道原则和随机原
则，本文对就近翻箱原则和最矮列原则进行仿真 ，结合
不同的收箱堆存原则对比分析两种翻箱原则下翻箱率
的差别。
2 仿真结果及应用分析
2．1 仿真结果
本文对提空一个倍内所有自然箱所需的轮胎吊翻
箱作业量进行仿真 ，具体步骤如下 ：
(1)确定进箱数，得到相应的初始倍位利用率；(2)
根据一定的收箱堆存原则收箱，得到倍位堆存图；(3)
模拟客户提箱的随机性，产生随机提箱序列；(4)根据
随机提箱序列发箱；(5)若随机序列中应发箱不在箱区
项层 ，则根据一定 的翻箱原则进行翻箱 ；(6)以进 口堆
场轮胎吊收发 1个重箱作为 1个增值操作，以翻 1个
重箱作为 1个非增值操作 ；(7)提空整个倍位 ，完成 1
次仿真。
2．1．1 倍内总翻箱量
本文在 50．0％～87．5％的倍位利用率之间，针对不
同的收箱堆存原则和翻箱原则，对进箱和提空一个倍
分别进行 10000次仿真 ，得到平均提空一个倍所需的
总翻箱次数和每自然箱翻箱次数 ，结果见表 l。
表l的仿真结果直观地反映出箱区(倍位 )利用率
和收箱、翻箱原则对进口箱区总翻箱作业次数有如下
影响：(1)倍位利用率越低 ，倍内翻箱操作次数越少。
(2)与就近翻箱原则相 比，采用最矮原则进行翻箱可有
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表 1 倍内总翻箱量仿真结果
效降低翻箱作业次数。(3)在最高倍位利用率情形下
(2l箱，利用率87．5％)，采用层忧先原则收箱，略次于
列优先．约多翻 1．64％，合0 24箱。经检验，这一差异
在置信度 95％q~显著。(4)随着倍
位利用率下降，层优先收箱原则
相 对于随机 原则和列优 先原 则的
优 势逐渐显 现。例如在 堆 I6箱、
倍位 利用率 66．67％的情形下 ，与
采用层优先相比，列优先平均多
翻 l449％，台 I．18箱。(5】同一倍
位利用率下．收、翻箱原则对平均
翻箱次数影响显著。倍位利用率
为87．5％时，最高翻箱次数比最低
翻箱次数多20．39％．合2 94箱 倍
位利用率66 7％时 最高翻箱次数
比最 低 翻 箱 次 数多 44．87％ ，台
3．65箱．倍位利用率降至 5O％时，
倍位利用率下，倍内总翻箱量
在不同堆存和翻箱原则下具有
较好的横向可比性，但是，在倍
位利用率不同的情况下，倍内
总翻箱量的纵向可比性较差。
因此，本文进一步研究更
具可比性的平均每自然箱翻箱
次数指标 ，以考量在特定的堆
存或翻箱原则下，倍位利用率
不同时平均每 自然箱翻箱次数
的纵向差异，计算公式为：
平 均每 自然葙翻 箱次教=倍 内
总 翻葙，倍 内堆存 自然 葙量
对不同倍位利用率下平均每自然箱翻箱次数分析
的结果见 表 2。
表2的仿真结果直观地反映出箱区(倍位 )利用率
表2 平均每自嚣箱翻箱次数
最高翻箱次数比最低翻箱次数多l22．88％，合4．67箱。
以上 结果表 明，堆场利 用率 、堆存原 则和翻 箱原
则对进口堆场翻箱作业量的影响是显著的。在倍位达
到满负荷运作的情形下f 24个箱位堆 2l箱)，按照列
优先进箱和最矮原则翻箱略优于其他方案：在其他倍
位利用率下，按照层优先进箱和最近原则翻箱相对其
他方案更忧，且这一优势随着倍位利用率的下降逐渐
变得 明显。
2．1．2 平均每 自然箱翻葙次数
上文分析的倍内总翻箱量所考量的是一定倍位利
用率下提空 1个倍所需的全部翻箱操作次数。在同一
和收箱、翻箱原则对进口箱区平均每自然箱翻箱作业
次数的影响：(【)在倍位利用率较高时，堆存原则对平
均每 自然箱翻箱次数的影响高于翻箱原则对它的影
响。【2】同一翻箱原则下．在倍位利用率较高时，平均
每 自然箱翻箱次数的差异较小。(3)层优先进箱、最矮
原则翻箱是减少平均翻箱次数的最佳方案。当倍位利
用率为87．5％时，平均每个自然箱需要 l 7个轮胎 吊操
作才能被提出场外：倍位利用率为66．7％时，平均每个
自然箱需要 1 51个轮胎吊操作才能被提出场外：而当
倍位利用率下降到 5O％时．每个自然箱只需要 1_32个
轮胎 吊操作 就 能被提 出场外。
2007 02 集装 葙他 11
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2．2 仿真应用
集装箱进口堆场翻箱作业的仿真结果显示不同的
箱区(倍位 )利用率下，进口堆场翻箱作业量的差异显
著。因此，可根据码头实际情况优选进箱堆存和翻箱
原 则，通过合理优化码头堆场作业机械、人 员配置、考
核和生产调度安排 ，减 少进 口堆场翻箱作业量 ，降低 总
能耗，提高生产效率。
例如 ，某码头年进 口50万 自然箱，若进 口堆场(倍
位设计为6~4)平均利用率在65％～70％，则进口堆场全
年翻箱作业量约为26万～27万次：若堆场利用率提高
到83．3％(每倍位堆 20自然箱 )，则全年翻箱作业量约
为 33万～34万次。轮胎 吊的全年工作 时间和工作效
率是基本固定的，因此可根据预期的进口箱量和进口
箱区利用率估算轮胎吊配置需求，预计轮胎吊能源消
耗情况。
对于每日生产调度，本文仿真结果也有较强的应
用价值。假设某 日预计出场重箱2 000自然箱，若进
口堆场平均利用率在65％～70％，则进口堆场全天翻箱
作业量约为 l 000～ll00次：若堆场利用率提高到
83．3％，则全天翻箱作业量约为 l 300～l 400次。堆场
计划可根据对总操作量的预测安排场地机械，技术部
门也可据此安排维修维护。
在堆场控制计划方面，堆场控制人员还可根据不
同的堆场利用率灵活调整堆存和翻箱原则，以达到降
低总翻箱量的目的。例如，某船卸船进口480自然箱，
若箱区利用率高，可安排 24个倍位，每倍位堆存20自
然箱，也可安排3O个倍位，每倍位堆存 16自然箱。采
用前 1种方案，提空这些集装箱需要总翻箱量约
320次 ：采用后 1种方案，提空这些集装箱需要的
总翻箱量约243次：若采用第3种方案，安排30个
倍位 ，其中 l5个每倍位堆 l7个 自然箱 ，剩下的 l5
个倍位每倍位堆 l5个 自然箱 ，提空该倍需要的总
翻箱量还可略微降低一些。 因此，需要权衡堆存
效率和翻箱量，做出堆存和翻箱决策。在这方面，
考虑到轮胎吊运行大车的效率和成本，还可对箱
区设置与堆场操作总成本的关系作进一步研究。
在堆存原则的选用上，在堆场达到极限使用
率(6~4倍位 ，2l箱 )时，列优先略优于层优先，但
随着倍位利用率下降，层优先的优势凸现。因此，
除非倍位达到满负荷堆存 ，否则宜采用层优 先。
在翻箱原则的选用上，在不同的倍位利用率
】2 集装箱化 2007．02
下 ，最矮原 则普遍优于最近原则 ，因此 ，为降低总翻箱
量，应尽量采用最矮原则。在箱区利用率为65％～70％
时 ，与采用最近原则相 比，采用最矮原则每 自然箱可少
做 0．07～0．11次操作。
3 研究前景
本文仅对单倍 6~4型进口堆场箱区管理进行仿
真，其结果与实际运作数据吻合，说明在堆场仿真方
面，蒙特卡罗仿真分析具有较强的理论和实际应用价
值。出于不同的资源约束，各码头还有一些不同倍位
划分和利用情况的箱区，针对不同大小的倍位，可采用
与本文类似 的分析 步骤进行分析 。
总翻箱次数的降低，不仅可以提高生产效率，还
可以降低机械损耗和能源消耗。然而由于客户行为的
未知性，翻箱操作不可避免，因此对大客户的提箱行为
进行研究将有助于优化堆存和翻箱原则。
4 结束语
本文从集装箱进口堆场最基本的收发箱操作 出
发，对不同堆存和翻箱原则下进口堆场的翻箱效率进
行仿真，还基于实际操作中遇到的箱区和箱位管理问
题，分析堆场利用率在 50％～87．5％之间时进口箱区翻
箱效率，并提出机械配置的若干原则，为进一步完善进
口堆场操作管理办法，提高设备使用效率和进口堆场
管理水平提供理论依据。
(编辑：吴磊明 收稿日期：2006．09．23)
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