基于柔性靠泊系统的集装箱港口泊位优化运营与投资策略研究

Rapidly expanding form of container ship has made the ship types within the same route become more complex, which has increased the difficulty to reasonable berthing plan set and the investment planning of berth. Firstly, this research analysis the operation flow and influence factors of flexible berthing system, and builds and verifies the operating system simulation model of flexible berthing container port based on Discrete event simulation theory, to solve the problem that the flexible berthing system can not accurately measure the port berth capacity. Based on the minimization of the time and the minimum operating cost, this research builds Berth-Quay Crane allocation model with multi objective genetic algorithm, and by using of coupling optimization, this study clarify the key problem of the optimal allocation strategy of port berth and quay crane. After that, applying the DEA-MPI model and principal component analysis, this research analyzes the operation efficiency of container berth to verify the rationality of resource allocation, and then provide the reference for the investment decision of the berth. At last, taking the maximization of port operation efficiency and minimization of investment cost as the optimization target, this research builds and solves the port berth investment decision model based on stochastic programming theory, considering the constraints of port operation efficiency, port environment resources and the balance of supply and demand. This research results will provide the theoretical support for the sustainable development of green port industry.

集装箱船型的快速升级，使同一航线船型种类变得非常复杂，给港口泊位运营管理和投资规划增加了难度，已成为港口产业发展面临的焦点问题。因此，本课题首先综合分析船舶柔性靠泊作业流程与影响因素，基于离散事件仿真理论构建船舶柔性靠泊系统仿真计算模型并进行校验，解决柔性靠泊系统无法准确测算港口泊位通过能力的关键问题。然后，以船舶在港时间和泊位运营成本最小化为约束条件，构建基于多目标遗传算法的泊位—岸桥分配决策模型，并对泊位分配和岸桥分配子系统的耦合关系进行优化，解析泊位与岸桥的最优分配策略。接着，基于主成分分析与DEA-MPI动态绩效评估模型分析港口泊位运营效率，验证资源配置的合理性，并为泊位投资策略提供数据分析支持。最后，以泊位运营效率最大化和投资成本最小化为优化目标，考虑港口资源环境、港口供需平衡与港口效益等约束条件，基于随机规划理论构建泊位投资决策模型并求解，为绿色港口产业可持续发展提供理论支持。

本课题主要围绕基于柔性靠泊系统的集装箱港口泊位优化运营与投资策略进行研究，首先综合分析船舶柔性靠泊作业流程与影响因素，基于离散事件仿真理论构建船舶柔性靠泊系统仿真计算模型并进行校验，解决柔性靠泊系统无法准确测算港口泊位通过能力的关键问题。然后，以船舶在港时间和泊位运营成本最小化为约束条件，构建基于多目标遗传算法的泊位—岸桥分配决策模型，并对泊位分配和岸桥分配子系统进行耦合优化，解析泊位与岸桥的优化分配策略。接着，基于主成分分析与DEA-MPI动态绩效评估模型分析港口泊位运营效率，验证资源配置的合理性，并为泊位投资策略提供数据分析支持。最后，以港口泊位运营效率最大化和投资成本最小化为优化目标，设定港口资源环境、港口供需平衡与港口效益为约束条件，基于随机规划理论构建港口泊位投资决策模型并求解，为绿色港口产业可持续发展提供理支持。课题组最终主要形成了包括：港口生产与优化运营、港口与腹地协调发展，港口群协同发展研究，以及港口经济与航运金融等四方面研究成果。通过本课题的研究：在理论技术方面，本课题在综合分析柔性靠泊系统的作业流程与影响因素的基础上，基于离散事件仿真理论构建港口泊位柔性靠泊作业系统仿真技术模型并进行校验，在此基础上，以船舶在港时间最小化和运营成本最小化为约束条件，构建基于多目标遗传算法的集装箱港口泊位—岸桥优化分配模型，并对泊位分配和岸桥分配子系统的耦合关系进行优化，从而实现了港口泊位—岸桥优化分配研究的理论技术方面的研究目标。在社会效益方面，本课题以港口运营效率最大化和投资成本最小化为优化目标，考虑港口收入效益、港口资源环境，以及港口供需平衡等约束条件，基于随机规划理论构建港口泊位投资优化决策模型，解决实践中港口盲目投资追求规模、低水平重复建设，以及忽略港口收益的问题和弊端，从而有效地反映了集装箱港口的良性运营规律，从而实现了我国绿色港口产业可持续发展的社会效益方面的研究目标。