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上海海事大学硕士学位论文上海港港作拖轮船队发展规划研究摘要港口是我国进出口贸易的门户和枢纽，担负着国民经济物资疏通的任务，其周 转速度的快慢直接影响到国民经济的整体利益。而港作拖轮船队作为港口辅助作业 船舶的主力军，在港口生产中起着相当重要的作用，其船队规模必须符合港口发展 的要求，否则势必成为港口通过能力的瓶颈，直接影响到港口的竞争力和社会经济 效益。近年来随着长江口航道的疏浚和洋山深水港的建设，上海港的货物吞吐量和进 出港船舶艘次飞速增长，到港船舶也日趋大型化，对港作拖轮的需求与日俱增，港 作拖轮船队从而迎来了良好的发展契机。作为上海港专业从事船舶拖带作业服务的 企业，复兴船务公司和深水港船务公司应该认识到合理进行港作拖轮船队规划、提 高船队综合实力、保障港口生产经营顺利进行的重要性，因而有必要对船队的合理 规模和结构、如何发展港作拖轮船队等问题进行研究和探讨。本文的主要目的是通 过理论研究为上述轮驳企业船队的发展规划提供一定的参考依据。本文首先回顾国内外在船队规划方面的理论和研究成果，在对此总结分析的基 础上提出本文的研究对象，即处于规模扩张时期的上海港港作拖轮船队。本文第二章对港作拖轮船队的特点和作业过程进行分析，并介绍了当前到港船 舶拖轮配置的原则以及船队发展规划的评价指标；第三章在介绍上海港港作拖轮船 队现状的基础上，对港作拖轮的船型进行优选分析，得出结论为应该重点发展 5000-6000马力和4000马力这两种功率的拖轮；然后根据对未来港口吞吐量的预测 初步确定上海港所需港作拖轮船队的规模和结构。本文核心内容是建立数学模型来研究上海港港作拖轮船队逐年发展策略问题。该部分以第三章结论为前提，假定其采用购置和租用这两种方式来扩大港作拖轮船 队规模，以规划期内总成本最小为优化目标建立动态规划模型，通过模型的求解得 出最优的发展策略，即每年购置拖轮、租用拖轮的具体策略。关键词：港作拖轮，船队规划，动态规划 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved上海海界大学硕士学位论文上海港港作拖轮船队发展规划研究ABSTRACTAs the most important transport hub for modern international export-import trade,port assumes the great responsibility of assisting the circulation of the national materialso Therefore,the turnover velocity of port has a direct impact on national economy.As the main force of the port-based workboat,Tugboat fleet has played a critical role in the operation of the port.The fleet scale must meet the need of development of the port;otherwise,the port throughput capacity will be endangered and the port competitiveness and the social-economic benefits will consequently be influenced.Along with the development of ChangJiangKou sea-route dredging project and Yang Shan Deep-Water Harbor putting into production,there is flying growth of the cargo throughput and the inward-and-outward vessels at Shanghai Port as well as the rapid development of large-scale vessels,the demand for the tugboats is increasing in highly speed.Therefore,the tugboat fleet has acquired a good chance to develop.As the professional enterprises which undertaking the vessel pulling and towing services in Shanghai Port,Shanghai Harbor FuXing Shipping Service Company and Deep-Water Harbor Shipping Service Company must be cognizant of the importance of rationally tugboat fleet planning,improving the comprehensive strength and ensuring port normally running.Therefore,its necessarily to research the rational fleet scale and how to develop the tugboat fleet.The main purpose of this thesis is to provide some references for above-mentioned tugboat enterprise by academic research.First,this thesis has a look back at the theoretical and practical outcomes in terms of researches on fleet planning.On the basis of this,the author will put forward researching object of the thesis,that isthe Shanghai Port tugboat fleet in the period of rapidly expansion.Chapter two analyzes the characteristics and operation process of tugboat 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved,J上海海事大学硕士学位论文上海港港作拖轮船队发展规划研究fleet,as well as discusses the principles of tugboat deployment for arrival vessels and the evaluation criteria of tugboat fleet planning;On the basis of introducing the present situation of tugboat fleet at Shanghai port,chapter three analyzes the optimal type of tugboat and then the thesis points out that priority should be given to developing tug with power of 5000-6000PS and 4000PS.Finally,according to the forecast of the future port throughput,the scale and structure of the tugboat-fleet needed at Shanghai port have been determined.The core of the thesis is to establish a mathematical modal in order to make researches on the strategy of the tugboat fleet development year by year.As the conclusion of chapter three being the prerequisite and assume enlarging fleet scale by purchasing and renting,the thesis will set up a dynamic planning modal so as to achieve the purpose of minimizing the cost within the period of planning.By working out a solution to the modal,a best development strategy,or a detailed strategy for annual ship purchasing and renting,will be put forward.Wang Huan(Transportation Planning&.Management)Directed by Professor Zhao GangKEYWORDS：tugboat,fleet planning,dynamic planning 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved,上海海事大学硕士学位论文上海港港作拖轮船队发展规划研究目录摘要.IABSTRCT.II第一章绪论.11.1 研究背景及目的.11.1.1 港口在国民经济中的地位.11.1.2 拖轮在港口生产中的作用.21.2 船队发展规划的研究现状.31.2.1 船队规划的方法.31.2.2 文献回顾.51.3 本文的主要工作.8第二章港作拖轮船队的特点及作业分析.112.1 港作拖轮船队区别于普通船队的特点.112.2 港作拖轮船队作业方式及过程.:.132.3 到港船舶所需拖轮的配置原则.13231一般船舶所需拖轮配置.13232大型吨位船舶所需拖轮配置.152.4 港作拖轮船队发展规划的评价指标.16第三章上海港港作拖轮船队发展分析.183.1上海港及下属港作拖轮船队介绍.183.L1上海港发展概况.183.1.2上海港拖轮配置现状.203.1.3上海港拖轮船队配置存在的问题.233.2港作拖轮船型方案的优选论证.24 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved,上海海事大学硕士学位论文上海港港作推轮船队发展规划研究3.2.1洋山深水港对大功率拖轮的需求.24322三种中型拖轮的多目标模糊优选.2533上海港港作拖轮船队发展规模分析.313.3.1 上海港吞吐量预测.323.3.2 上海港到港船舶吨位类型预测.33333港作拖轮船队规模和结构确定.34第四章港作拖轮船队的动态规划模型研究.364.1 动态规划方法介绍.364.1.1 动态规划的基本概念.364.1.2 动态规划的基本思想及其逆序解法.384.2 港作拖轮船队的动态规划模型.404.2.1 模型的假设.404.2.2 数学模型及算法.41第五章上海港港作拖轮船队发展规划.465.1 港作拖轮船队现状.465.2 参数的确定.4753船队发展策略与结果分析.52结论与展望.53致谢.54参考文献.55附录.58 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved,上海海事大学硕士学位论文上海港港作拖轮船队发展规划研究第一章绪论1.1 研究背景及目的1.1.1 港口在国民经济中的地位港口行业在国民经济中属于重要的基础设施行业。随着我国经济近20年来的 高速发展，港口业呈现出蓬勃发展的良好局面，其作用和战略地位也不断提高，港 口发展与国民经济的联系日益紧密。通过对20世纪90年代以来的数据进行分析，港口吞吐量与GDP的相关系数高达0.92囚。因此当前我国国民经济的快速增长是带 动港口吞吐量增长的直接动因：反过来，港口行业的迅猛发展又为国民经济的发展 提供了更大的推动力。自1989年以来，中国已连续17年外贸进出口总额平均增长速度（13.6%）远 远超过世界平均水平（6.1%）,并大大超过中国GDP的年均增长速度（9.3%）o国 际化程度的日益提高和对外贸易的不断增长，将会促使我国海运业实现大发展。由 于90%以上的外贸运输量是由海运完成的，因此对外贸易量的持续增长，必将给作 为海运起点和终点的港口带来难得的发展机遇。截至2006年底，我国内河主要港口码头泊位数为30944个，其中万吨级泊位 187个；沿海主要港口码头的泊位数为4298个，其中万吨级泊位847个。各港口为 适应船舶日趋大型化的要求，纷纷努力增强港口竞争能力、加快港口规划与建设速 度。深水泊位等众多基础设施的不断完善，必将为我国港口的发展构建稳固的设施 平台。另一方面，随着我国加入WTO时的承诺逐步兑现，港口市场不断开放，航运 市场竞争会更加激烈。对我国各大港口来说，随着港口条件的逐步改善，将面临到 港船舶的大型化和数量的不断增加所带来的挑战，港口是否具有接卸能力、是否能 保证进出港船舶的安全，直接影响到港口的竞争力及其经济效益和社会效益，因此，港口相关配套基础设施的扩建也成为了一个重要的议题。1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved,上海海事大学硕士学位论文上海港港作拖轮船队发展规划研究1.1.2 拖轮在港口生产中的作用港口市场不断开放的同时，对港口的要求也更高，港口间的竞争更加激烈。由 于运输船只及港口相关设备价格昂贵，以及运输船舶在港口停泊时间的长短直接影 响到港口的经济效益和社会效益，因此如何对港口物流系统进行更加合理有效的规 划，以提高港口的营运效率，降低费用和价格，从而吸引较多船舶挂靠，产生良好 的经济效益，是口前急需解决的问题。航运市场的剧烈竞争和占船舶营运成本很大部分的燃油价格的高企，促使单位 货物燃油消耗量较少的大型化船舶大行其道，一方面，许多港口，特别是如上海港、广州港等地处河口的沿海港口，风流情况复杂，需要拖轮协助进出港大船靠离泊、港内调头、过急弯、在慢航时提高大船舵效及拖带无动力大船，没有拖轮的协助，大型船舶无法进行靠离泊作业。另一方面，船期成本占船舶营运成本比重很大，缩 短船舶在港时间是船公司降低营运成本的有效措施，也是评价港口经营者服务水平 的重要指标，是船港双方共同的利益所在。在港口生产过程中，影响船舶在港停泊 时间的因素比较多，而船舶特别是较大吨位船舶要进入港口泊位进行货物的装卸首 先需要的是拖轮及时协助靠离泊作业。为保证船舶进出港能到位、及时得到拖轮提供的服务，港口必须配备足够数量 和功率的拖轮，并应根据港口具体情况设置拖轮停靠基地使拖轮能花最少时间到 达作业泊位。一方面，如果拖轮数量配置较少，进港船舶就不能及时拖入泊位进行 货物的装卸，船舶等待时间和排队队长过长，使船舶在港费用增加，长此以往就不 能吸引更多的船舶挂靠，直接影响着港口的生产和经济效益；另一方面，由于建造 与管理和使用拖轮费用巨大，如一艘3600马力拖轮每年营运支出约需431万元（计 有船员费用15人X7万元=105万元，折旧13万元X 12个月=156万元，维修费用 40万元，燃料费用130万元）。拖轮过多将使拖轮利用率低甚至出现拖轮闲置，则 浪费港口资源和增加管理费用。另外，如果拖轮的马力配置不当，可能造成一些大 吨位的船舶不能及时安全靠、离码头，也将不适应港口未来的发展。如何合理配置 拖轮才能使港口在满足现在需要的同时适应港口未来发展之需，这对每一个港口经 营者来说显得很重要。1瓦特（符号：W）是国际单位制中的功率单.位，但是在港作拖轮的实际运营中习惯于采用马力（符号：PS）作为功率单位，因此，本文涉及到港作拖轮功率的地方都是采用马力（PS）,换算关系为1PS-735W.1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved,上海海事大学硕士学位论文上海港港作拖轮船队发展规划研究上海港港口建设目前正在发生深刻的变化，在挖深航道后，长江口航道的水深 将增加到12.5米，可满足第四代集装箱船和5万吨级船舶全潮双向通航，并兼顾 10万吨级满载散货船和20万吨减载散货船乘潮通航的需要。洋山深水港则可靠泊 15万吨级船舶和第六代集装箱船舶。大型船舶的靠离，需要配置大马力拖轮，到港 船舶数量的不断增加需要增加拖轮数量。在港口，拖轮不同于其它码头设备仅仅为 某一码头专门配置使用，它可以集中调度为全港服务，如何根据到港各类船舶的数 量和大小和对拖轮的需求合理配置拖轮船队，使上海港拖轮数量适当，总体布局合 理，减少拖轮购置和营运成本，节省拖轮作业前无效航行时间，直接关系到船舶靠 离泊安全、港口生产效率及经济效益。1.2 船队发展规划的研究现状1.2.1 船队规划的方法船队在营运与发展过程中，随着时间的推移，必然会有旧船由于船舶技术状态 或者营运条件的改变而逐步被淘汰、报废、退出服役，也必然会有新的船舶、新的 船型补充进船队，以保持船队运输生产的稳定发展。由于现代船舶的造价高、投资 使用期长，船舶的投资与更新自然成为公司的一项重大经济技术决策，因此必须根 据可靠的市场需求预测进行论证分析。船队的构成是否合理、规模是否恰当，是决 定航运公司能否进入市场、能否创利、甚至能否继续生存的一个关键因素。然而由 于船舶的运行环境是复杂多变的，影响航运市场状况的因素众多，在这种情况下，单凭经验很难准确无误地求出实际问题的最优解，即使在计算机应用技术高度发展 和普及的今天，科学地解决这一问题也并非易事，尽管如此，许多航运专家、学者 仍不气馁地做各种尝试，对船队规划理论、实践都进行了大量的研究，也获得许多 成果。目前，国内外的航运企业经常采用的船队规划方法主要有传统方案法、船舶运 行图法和数学规划法。传统方案法简便、易行，长期以来被航运企业广泛采用，但这种方法受计算工 作量的限制，当用于多航线多型船时，难以求得真实最优解，其计算工作量的大小 和结果的优劣与计划人员的经验密切相关，大连海事大学的谢新连在教材中详细介 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved,上海海事大学硕士学位论文上海港港作拖轮船队发展规划研究绍了这种方法；船舶运行图法是以列表计算的方式进行船队规划，即通过一系列 的表格计算，逐步得到一个航线配船的方案，使某个营运指标达到最优，如船舶空 驶里程最短。由于整个计算过程都是由手工完成，当变量较多如：多条航线、多种 船型的时候，难以求得最优解，因此这种方法所能解决的问题规模仍然有限。以上 介绍的两种方法都是依靠管理者的个人经验和主观判断力完成的，发展中国家包括 中国在内的航运企业较多采用。数学规划方法是把所要解决的问题简化为数学模型，按照特定的运算程序求出 最优解，在求解的过程中利用计算机的辅助，提高计算速度，具有较高的可行性。它涉及到的一项主要工作是船舶投资营运的技术经济效果分析【叫利用经济指标来 确定船队更新的恰当时间并不容易，因为这一问题涉及到一些难以预测的因素，如 船队建造费、营运费、运费率等等。在上个世纪60年代，航运界就开始以较为系 统的方法来分析船舶更新问题，经过多年来众多学者的不断努力，已经开发针对各 种特定问题的不同方法来满足航运公司进行投资决策的需要。特别是近年来，应用 于船舶更新或船队规划研究的数学方法发展较快，例如线性规划、动态规划、仿真 技术等，都有研究或应用的例子。随着计算机应用的普及，我国也越来越多地采用 数学规划的方法来解决船队规划问题。线性规划作为运筹学的重要分支，随着单纯形法出现后，其在理论上已趋于成 熟，由于它简单易懂，模型容易建立，在实用中日益广泛与深入，特别是在计算机 能处理成千上万个约束条件和决策变量的线性规划问题之后，线性规划的适用领域 更为广泛但是线性规划模型存在一个缺陷，就是算出的每年添置船舶的数量一 般不为整数值。这种现象与工程实际要求存在差距，尽管可以人工处理将小数圆整 为整数值，但这就会令人怀疑原来的最优船队规划方案是否仍然保持最优。即使建 立使用混合整数线性规划模型，也只能得到一个较为满意的局部最优解。而使用动 态规划方法可以较好的解决这个问题。因此许多学者也在这方面的进行了研究。动态规划是解决多阶段决策过程最优化的一种数学方法。与其他方法相比，它 的优点是：第一，当应用动态规划时，可以把一个n维最佳化问题，变换为n个一 维最佳化问题，然后再对之一一求解，这是经典的极值方法所做不到的；第二，它 能确定出绝对（全局）极大或极小，而不是相对（局部）的极值；第三，对问题变 量加上只能取整数的限制，就难以用经典方法来解决，而在动态规划中要求某些或 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved,上海海事大学硕士学位论文上海港港作拖轮船队发展规划研究全部变量是整数，却可以大大简化计算过程，即变量的某些类型的约束，帮助了动 态规划，但却破坏了其他计算方法应用的可能性。由于这些优点，动态规划在船队 规划中得到了广泛的应用。使用最优化方法，如线性规划、整数规划等，其研究问题的关键在于如何建立 系统的数学模型并用解析法求解。然而对于复杂的特别是随机因素的系统，很难用 数学模型来描述，或者虽然建立了相应的数学模型也难于求解，特别是对于某些复 杂的大型船队系统，其活动具有随机性、离散性的特征，影响因素也很多，目前随 机系统优化的理论和方法尚未成熟，此时仿真技术，特别是离散系统仿真技术便是 非常有效的工具。此种方法主要是根据船队运行的特点，运用离散事件系统仿真 技术，建立船队运行系统的逻辑模型和仿真模型，通过仿真运行，评价船队配置方 案的优劣并修改方案，为正确决策提供依据，从而提高其经济效益和社会效益。1.2.2 文献回顾线性规划方法在船队规划研究中运用的比较普遍。美国John L.Everett等人在 1969年针对承运大宗散货运输的船队在未来10年后的最佳构成做了系统的研究。当时美国政府准备对油船、干散货船的建造和营运予以补贴，并准备拨出专项基金 对具有较大批量的船舶建造进行支持，要求在十年内建造的船舶数量能在以后各年 至少承运美国15%的大宗散货对外贸易量。学者们从系统论的观点出发，构建了一 个能满足未来货物运输需求，并追求船舶营运成本最小的船队规划模型。模型中比 较全面地考虑了影响船舶营运的一些主要因素，如货流、航次数、航行时间、船型 参数、港口约束、投资回收率等，为大型船队的投资决策提供了科学的指导。但此 模型仅适用于新组建船队的构成研究，而不能用于研究一个已经存在的船队在未来 一步步地发展规划问题。T.A.J.Nicholson和R.D.Pullen在1972年用动态规划方法来解决一个逐步缩小 规模的船队在10年内的规划问题，确定出售船舶的最佳方案，使公司长期累积的 资产现值最大。他们建立的模型首先确定出售船舶的优先顺序，再使用动态规划 来确定各年出售船舶的船型、数量及租入船舶的数量。这一模型主要用来确定出售 船舶的最佳方案、评估船舶出售方案，为管理者出售船舶时是否接受买主的投标提 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved,上海海事大学硕士学位论文上海港港作拖轮船队发展规划研究供决策依据。但该模型只考虑了计划期内船队在各年的船舶退役情况，而没有考虑 可以购置新船来扩大船队规模的情况，因此只适用于准备退出航运业的船公司或尽 量减少自有船舶的大型生产公司。荷兰Ir.M.A.Wijsmuller等人上世纪70年代末研究开发了一个针对一个现有船 队根据未来市场预测结果做船舶更新与贷款决策优化的模型。这个模型中公司追 求的目标是在研究期内，各年营运利润现值加上来自财务贷款决策的收入现值再减 去各年营运所得税现值，这三项的代数和总净现值最大。这个模型较好地处理了船 舶更新与投资在时间上的动态关系，较全面地考虑了影响船队发展规划的一些主要 因素，如贷款问题、船舶租入、租出问题等，建立了较完善的航运公司船队投资史 新分析的资金流动数学模型。但该模型形式复杂，且没有考虑分航线的货流预测和 船舶配置问题。A.N.Perakis和D.I.Jaramillo指出了在提供可靠的货物预测的情况下，已知的数 学优化方法如非线性、线性或整数规划等是可以用来解决船队规划问题的，并尝试 将这些方法用于美国一家大型班轮航运公司的船队配置上“叽山。Krishan Rana和R.GVickson针对多船舶、多港口的航线配船，运用拉格朗H松 弛及分析法来优化航线，建立了混合整数非线性规划模型皿。这模型理论上是成功 的，但模型过于复杂，解法繁琐，非专业人士不易掌握。S.C.Cho和A.N.Perakis在1994年合作设计了船队航线配船的线性和整数规划 模型，目标是在设置航线的时候，充分考虑在各航线上配置的船舶是否获得最佳的 运输经济效益”叫在1997年，这两位作者再度合作，在文献中，陈述了进行船队 规划的一种比较理想的方法，并且列出特例，但没有给出求解过程【叫。B.J.Powell和A.N.Perakis总结以前的船队规划研究，直接提出了一种新的见 解，认为要综合考虑各方面的因素，线性规划和整数规划的混合模型适合船队规划 的研究，并且建立了新的模型口叫可惜这模型只停留在理论上的研究，只有理论模 型，没有解法和实际的算例，还有待于进一步研究。我国在船队规划方面做研究的学者也在不断地努力，谢新连教授在上世纪80 年代末也对船队规划建立了线性模型【的。这个模型是在航线及其运量确定为前提 下，以船队的营运和造船（包括购船）总费用最小为目标函数，全面考虑了现有船 舶运输能力及其营运经济状况、船舶闲置、旧船报废计划和新船添置等多方面因素，1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved,上海海事大学硕士学位论文上海港港作拖轮船队发展规划研究将船队每年的调度计划和建设计划统一起来。后来上海交通大学的张鲁峰也做过类 似的研究刀，文章首先确定适合我国国情的最佳油轮船型及影响最佳船型的主要因 素，在此基础上，利用单航线营运模型，将船队规划问题转化为线性规划问题，并 对船队规划建立了线性模型。1992年谢新连教授提出了用线性规划与动态规划相结合的算法来求解连续若 干年间船队最佳发展策略和最优航线配船问题呵。文章将问题分解成两个优化子问 题，一是对给定船队和运输任务求解年度最优航线配船计划，这可以用线性规划方 法求解；二是求解各年度船队发展的最优策略这可以用动态规划方法求解。该模 型不仅能求得研究期内船队发展的最佳策略，即每年每种船型的添置数量，而且能 同时得到船队在各航线上的最佳配船方案。但这一模型是通过购置新船来保持船队 的可持续发展，而没有考虑通过租船、购买二手船等多种方式来扩大船队规模。从线性规划到动态规划，这些对船队规划的研究工作的发展趋势可以看出两种 变化：一是使用的数学方法逐步系统化、实用化。开始阶段研究的对象是单船和单种 船型船队在单一航线上的运输优化问题，侧重点是船型优化，采用的数学方法也比 较简单。而后来研究的对象转向具有多种类型船舶的船队，侧重点是船队的最优结 构和规模，主要使用线性规划方法进行分析计算。而到了近十几年，研究的侧重点 是将研究推向实用，改进模型和求解的有效性，因此在线性规划的基础上展开了动 态规划的研究，目的是得到更全面、更客观、更可靠的优化结果。二是研究的内容逐渐扩大，研究的难度逐渐增加。由对大宗单一物资运输的研 究逐渐向较为复杂的班轮运输问题的研究，相对来说难度增加了许多。杨帆在2001年研究了港作拖轮规模的合理配置问题通过搜集大量的统计 资料，在对青岛港生产全面分析的基础上，对影响港作拖轮规模配置的港口生产各 要素进行科学的归纳、整理、计算，特别是在对到港船舶的大量统计分析的前提下，通过对目前港作拖轮的配置规模与港口生产经营情况的分析，探索港作拖轮的配置 与港口生产的吞吐量、到港船舶艘次数等港口生产要素间内在的规律，并根据港口 发展规划的总体目标预测未来港口生产各要素的变化情况，从而为各港口科学合理 地配置港作拖轮、减少港作拖轮船队规划中的盲目性提出了较为科学的计算方法。熊军魁在对天津港拖轮配置及作业状况分析的基础上，提出了目前港口拖轮配 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved,上海海事大学硕士学位论文上海港港作拖轮船队发展规划研究置所存在的问题；应用统计资料及计算机仿真手段，对拖轮工作过程进行仿真；通 过不同配置方案的运行结果，为决策提供参考依据3文章的新意在于根据港作拖 轮作业的特点，把拖轮作业过程看成是一个由船舶和拖轮组成的离散事件系统，从 而运用离散事件系统仿真技术，建立港作拖轮运行系统的逻辑模型和仿真模型，通 过仿真运行来评价拖轮配置方案的优劣并做出改进。吴旭填结合广州港实际情况运用概率论对港口拖轮配置优化进行全面分析。文 章通过对广州港拖轮作业进行统计，发现该港拖轮作业近似于正态分布，从而定量 分析港口拖轮总需求量2此外还通过对进出港船舶各吨位分布的分析，定性地确 定拖轮在功率上的分配，最终得到了港作拖轮船队的最优配置结构。在上述这些文献中，关于船队规划研究工作的特点就是较多地应用数学方法和 现代化技术，针对不同的情况，建立了各种各样的数学模型，如线性规划模型、整 数规划模型等，采用了不同的算法对船队规划进行分析研究；较为显著的就是计算 机的使用，一些研究工作者利用了计算机软件对船队规划进行辅助研究，从而简化 了求解的过程，节省了计算时间。总的来说，这些作者研究的模型和尝试开发的软 件，都为以后进行船队规划与管理工作提供了一个新的方向。1.3 本文的主要工作本论文是在前人的研究工作的基础上，针对目前国内外船队规划方法的应用状 况，应用数学方法对上海港港作拖轮船队的发展策略问题进行研究。轮驳公司作为港口的附属企业，其经营港作拖轮船队一般考虑两个方面的问 题：一是长期战略问题，即根据港口的发展前景和到港船舶的需求，考虑未来若干 年内公司拥有的港作拖轮船队规模、数量以及添置新拖轮的策略；二是短期营运问 题，即在既定的拖轮结构条件下，如何充分利用现有的港作拖轮，实现收益最大或 成本最小。本文所研究的内容主要侧重于第一方面，即港作拖轮船队的长期发展问 题。在确定扩大船队规模的发展战略之后，在规划期内如何发展船队、采用何种策 略或方法都将影响到船队和整个公司的效益，因此研究港作拖轮船队规划方法就有 了一定的积极意义。本文共分五章，主要遵循从理论到实际的原则，就上海港轮驳企业扩大港作拖 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved,上海海事大学硕士学位论文上海港港作拖轮船队发展规划研究轮船队规模问题进行研究。第一章，前言与综述。主要在论述研究背景和意义的基础上，回顾国内外在船 队规划方面的理论和研究成果，并提出本文的研究对象，即处于规模扩张时期的上 海港港作拖轮船队。第二章，港作拖轮船队的特点及作业分析。对港作拖轮船队的特点和作业过程 进行分析，并介绍了到港船舶拖轮配置的原则以及船队发展的评价指标。第三章，上海港港作拖轮船队发展分析。首先在介绍船队现状的基础上，对港 作拖轮船型进行优选分析，得出重点发展的拖轮船型；然后根据未来港口吞吐量的 增长初步确定上海港所需港作拖轮船队的规模和结构。第四章，港作拖轮船队的动态规划模型。介绍动态规划方法及本文拟建立的港 作拖轮船队动态规划模型。第五章，上海港港作拖轮船队实例。以第三章的结论为前提，使用动态规划模 型计算出上海港港作拖轮船队未来五年的最优发展策略。第六章，结论与展望，得出本文最终结论。9 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved,上海海事大学硕士学位论文上海港港作拖轮船队发展规划研究技术路线图图1.1技术路线图 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved,上海海事大学硕士学位论文上海港港作拖轮船队发展规划研究第二章港作拖轮船队的特点及作业分析2.1港作拖轮船队区别于普通船队的特点本文所论述的对象港作拖轮船队所指的是为进出港船舶靠离公共泊位提 供辅助作业的港作拖轮所构成的船队，不包括为新建船舶提供进出坞、移泊系解缆 等辅助作业的拖轮，也不包括提供海上救难服务的各类拖轮。其区别于普通船队的 特点如下：1）社会服务性港口是国内外进出口贸易的门户和枢纽，担负着国民经济物资疏通的任务，其 周转节奏、速度的快慢直接影响到国民经济的整体利益，是国民经济发展链上不可 缺少的重耍环节。而港作拖轮船队的规模与结构配置是否合理，直接影响着到港船 舶的周转节奏、速度、到港物资的疏通、影响到港口能否维护正常的生产秩序。因 此，社会服务性或者称之为公益性便成为港作拖轮船队不同于其他船队的一个显著 特征。港口建设投入巨大，为使有限的资金最大限度地发挥作用，应在港口建设的过 程中合理配置港口设施，使港口在营运过程中船舶与港口的费用最少。港作拖轮是 最昂贵的港口配套设施之一，不仅在于其购置费用而且其日常营运维护费用巨大，如上海港使用较多的4000马力拖轮当前建造费用2550万元/艘，而每艘拖轮日常 养护费用更是高达395万元/年，尽管如此，与船舶租金相比，拖轮的养护费用显 得微不足道，如一艘35000载重吨的油轮租金一度达每天2.4万美元，大船到港时 能及时派出拖轮协助靠离泊作业在减少港口及船公司总体营运费用中的作用显而 易见。鉴于港作拖轮船队的社会服务性质，我们在对其进行发展规划研究时一个很重 要的参考指标便是其经营总成本的最小化，很显然，只有降低了经营总成本，才能 带来更合理的收费，从而给港口带来更多的经济效益和社会效益。2）需求的相关性港作拖轮所提供的船舶拖带服务属于港口服务业的一个重要组成部分，因此，从整体上来说，港作拖轮船队的发展与一个港口的发展情况有密切的相关性。当国11 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing