長江中游港口泊位規劃與建設的研究—以荊州港為例

艾鑫宇 豐 燕

長江大學城市建設學院 湖北 荊州 434000

港口是交通運輸樞紐同時也是水上交通工具停泊場所，在港口規劃設計階段，不僅需要從靜態面積和運輸覆蓋范圍上規劃港口的運輸能力和泊位，更需要根據港口的動態吞吐量和運動船只數量來完成規劃，以確保港口內的泊位滿足港口正常運行需求，避免造成港口擁堵，提升港口運行效率。而實際上，動態型的規劃并非易事，需要考核綜合因素，尤其是在內河港口的泊位規劃中，動態變化程度較大，更需要站在動態變化的基礎上實施泊位規劃，以提升泊位規劃的科學性，確保港口服務能力和水平進一步提升，港口航運企業不斷發展壯大，以港口為樞紐的綜合運輸體系日趨完善，使內河長江中游港口有序運行，適應長江經濟帶高質量發展的新形勢和新要求。

1 港口泊位規劃研究的重要意義

港口是國家經濟發展和對外貿易的重要節點，而泊位作為港口運輸的基本設施之一，其規劃研究具有重要的意義。泊位規劃研究可以為港口的運作和發展提供科學依據和戰略指導，對于優化資源配置、提高運輸效率、促進港口發展和保障港口安全具有重要意義。

泊位是港口寶貴的資源之一，在有限的泊位空間內，合理規劃和利用泊位，能夠實現資源的最優配置。通過泊位規劃研究，可以確定最佳的布局方式和?？宽樞?，使不同類型的船舶能夠高效、有序地進出港口，從而最大限度地提高泊位的利用率和運輸效率。合理配置資源，能夠降低運輸成本，提高物流效益，為港口的可持續發展奠定基礎。合理的泊位規劃能夠縮短船舶在港口的停泊時間，減少船舶等待和排隊的情況，有效提高港口的吞吐量和運輸效率。通過科學規劃和管理，可以降低裝卸貨物的時間成本，加快貨物周轉速度，提高港口的服務水平和競爭力。同時，合理規劃泊位布局還能夠優化港口內部的交通流動，減少擁堵現象，提升港口的整體運營效能。隨著市場需求的不斷變化，合理規劃和持續優化泊位布局可以確保港口具備良好的發展前景和競爭力。通過科學規劃，可以預測并解決港口發展中的瓶頸和問題，推動港口的升級改造和現代化建設。合理的泊位規劃還能夠吸引更多的投資和資源，促進港口經濟的繁榮和可持續發展。合理的泊位規劃還能夠提升港口的安全管理水平，加強對船舶和貨物的監控和管控，保障港口的安全性和可靠性。港口作為國家經濟的重要組成部分，其安全運營對于國家的穩定和發展至關重要。

綜上所述，港口泊位規劃研究對于優化資源配置、提高運輸效率、促進港口發展和保障港口安全具有重要意義?？茖W的規劃和管理能夠充分發揮港口的功能和潛力，推動區域經濟的繁榮和可持續發展。因此，加強對港口泊位規劃研究的重視，不斷完善和優化泊位布局，將為港口行業的發展注入新的動力，為國家經濟的增長做出積極貢獻。

2 港口規劃的相關研究分析

關于港口及其泊位規劃的研究我國一直都處于探索階段，因為近些年我國的發展對港口的依賴程度非常大，傳統的港口規劃不盡合理，需要盡快解決。因此，針對此種情況，有關專家和學者正對港口規劃進行全面地探索，包括從總體理論和規劃要素方面。

港口規劃理論方面：當前，國內外有關港口規劃的理論較多，主要包括動態規劃理論、協同發展理論、統籌發展理論等，皆可以用于港口規劃之中。其中，動態規劃理論，則是根據港口所處區域的動態發展需求進行規劃，保證港口滿足發展所需。在這一過程中，還需體現前瞻性特點，即基于現有情況實施預測分析，作為港口規劃依據。協同發展理論，是指在港口規劃中，需要分析其與當地環境保護、城市建設、經濟發展等方面工作的關系，保持彼此之間的協同性，避免產生“內部矛盾”。統籌化發展理論，則是指港口發展規劃，需要體現統籌化意識，保證其在建設成本、建設進度、建設質量等各方面均能做到相互統一，實現綜合價值最大化。

港口規劃要素方面：殷潁川認為港口創建應當保證貨物的流暢性，所以應當積極分析港口創建當中的環境影響因素和經濟影響因素，這對于港口創建來說有著至關重要的意義[1]；武焱明認為港口的建設與貨物的運輸存在直接的關系。因此，只有保證港口建設的科學合理性，才能確保在后期使用過程中的安全性[2]；黃啟翔等全面解讀全球海洋中心城市內涵，以大灣區航運發展階段判斷，深圳港口發展資源稟賦等為基礎，提出深圳港口轉型發展新思路.具體而言，以全球海洋服務功能提升為主線，探索深港共建國際航運中心，指出深圳港應以建設具有全球影響力的國際航運創新中心作為主攻方向，實現由“運輸大港”向“服務強港”轉變；發揮區域中心城市功能，創新深圳港運輸與功能組織模式，爭取于臨近城市建設承載港后產業與疏港鐵路運輸功能的近距離內陸港體系，通過鐵路連通內陸港與深圳各港區，破解深圳港城空間矛盾，發揮港口產業對于區域發展的帶動作用；依托深圳既有產業科技創新條件，推動航運大數據標準與應用研究，形成與城市特性相協調的港口發展優勢領域；把握海洋城市發展方向，合理配置生產，生活岸線資源，打造綠色，生態，文明的可持續港口發展范式[3]。

另外，關于內河港口及其泊位的規劃研究也已經成為我國港口規劃建設的重點研究對象。楊凱等在《內河中小型港口“智慧港口”發展需求及建設方案研究》中從數字化業務應用系統，智慧化輔助決策平臺兩個層級,給出智慧港口規劃和建設的方案和建議[4]；李小波在研究的過程中，提出“加強港口建設理論，針對與港口共建城市,共同繁榮港口城市”的倡議進行分析，最后提出港口規劃與城市建設之間的關系，進一步優化了我國港口布局規劃建設思路[5]。

綜上所述，關于港口規劃的理論直接影響了港口泊位規劃，泊位規劃作為港口規劃的重要組成部分，在其規劃的過程中，也需要綜合考慮多項理論。

3 動態規劃理念

動態規劃（Dynamicprogramming）是一種跨學科的算法框架，廣泛應用于數學、計算機科學、管理科學、經濟學，以及生物信息學等領域。該方法主要是通過將一個復雜問題分解為更簡單、易于管理的子問題來解決問題。這種分解特別適用于具有重疊子問題和最優子結構特性的問題，這樣可以避免重復計算，并且可以從子問題的最優解推導出整體問題的最優解。

動態規劃在發展的過程中已經形成了較為成熟的計算體系，而從簡要含義分析而言，就是以動態計算的角度分析問題，防止在解決的問題時不考慮引資動態變化因素，從而造成計算誤差的問題。

動態規劃理念適用于港口泊位規劃，港口泊位是船舶?？康目臻g規劃，受到多種因素影響，如船只數量、港口面積，以及各種自然和社會因素。這些因素都是動態變化的。因此，傳統的靜態規劃方法，如僅僅基于當前的數量和面積進行規劃，很難滿足實際需求。

在這種背景下，動態規劃提供了一個更全面和靈活的規劃框架。它能夠更精準地捕捉各種動態變化因素，并將這些因素整合進一個優化模型中，從而實現更合理和高效的港口泊位規劃，進一步提升港口的運營效率。

4 動態規劃理念及其在港口泊位規劃中的應用研究

港口泊位規劃是一個長期并且隨社會需求變化的過程，上一階段的港口泊位規劃會對當前港口泊位產生影響。因此，此種情況下港口泊位規劃已經形成鏈狀結構泊位數規劃問題，根據動態規劃原理，從總體規劃入手對泊位規劃進行階段分析，確定港口規劃中的狀態變量、決策選擇，根據變化情況制定模型，最終利用模型完成港口泊位的動態優化。模型的建立是港口泊位動態規劃過程中最重要的一環，以下動態規劃在港口泊位規劃中的具體步驟。

4.1 動態規劃在港口泊位規劃中的基本步驟

在動態規劃的框架下，港口泊位規劃設計應當進行分階段的詳細規劃，并根據實際需求做出綜合考慮。

首先，設置各階段的規劃變量，采用p來表示。在港口泊位規劃中，以年為單位不斷增加港口設施。動態規劃以自然年限區分時間，同時每階段的規劃均應了解港口規劃的特點，簡化港口模型，同時在港口規劃的過程中，依然需要明確港口特點。

第二，確定狀態變量。階段狀態具體是指某一階段初期開始階段的變量狀況。而在該階段內，用于描述階段狀態變化的變量被稱作為階段變量。階段變量可以是單一數字，也可以是一組數字或者多維向量。目前在動態規劃計算模型中，一般將狀態變量用Tp表示，而p則代表階段。以港口泊位規劃為例，港口初期階段預測變化的吞吐量就可以記為tp，而在實際的計算過程中，也需要考慮到港口功能，港口泊位噸級，港口狀態變量等多種情況，在了解多種情況后再對變量Tp進行取值。

第三，決策選擇。所謂決策是指當一個階段狀態取定以后，從該狀態演變到下一階段的某一狀態的一種選擇。用來描述這種選擇的變量稱為決策變量，用dp表示第p階段處于Tp狀態下的決策變量[6]。在泊位規劃研究中，由于存在對不同功能泊位、不同噸級泊位的規劃，因此決策變量就是確定每一階段新增港口不同功能泊位、不同噸級泊位的數量，用dip表示第p階段第i類泊位當狀態處于Tp時的決策變量。例如，在荊州港動態規劃設計過程中，泊位規劃設計為2022-2035年，時間變量為13年，而規劃港口主要包括500萬噸級和1000萬噸級，所以i為500-100。

第四，確定指標函數和目標函數。在利用動態規劃方法進行泊位規劃的過程中，建立指標函數以及目標函數是非常重要的過程。該過程是為了區分泊位設計方案優劣而建立的數量函數。在動態規劃理論下，指標函數為，在該函數中ki代表p階段中，i類泊位的裝卸能力，tp則代表等到p階段時港口需要增加吞吐量。

格努上述公式設置各階段的目標函數，該函數以目標能力為主。函數損失量的最小值達到。

4.2 建立港口泊位規劃模型

建立港口泊位規劃模型也是動態規劃理論下港口泊位規劃的重要組成部分，港口規劃建設本身就是一項基礎設施的投資行為，設施投資建設應保持一段時間的間隔[6]。此種情況下，需要完成問題簡化，需要實施建模管理，在建模的過程中假設從投資開始階段就增加港口設施的能力，投資決策和設施能力增加需要保證一定的時間間隔。另外，根據港口投資建設的具體情況，應在模型中考慮吞吐量差值最大以及作業能力小于預測吞吐量差值最小兩種情況。根據上述的基本要求最終結果推導模型為

在模型中p的時期可以為1,2,3...N時期，而f0(T0)=0；fN+1且為正整數，在模型具體應用的過程中，根據實際情況進行具體分析[7]。

4.3 利用模型完成港口泊位規劃建設

在荊州港口進行港口泊位規劃建設的過程中，應積極落實好港口的綜合泊位規劃設計，實施多樣化泊位規劃的過程中，根據投資規劃和港口吞吐量預測，將港口規劃分為3個階段，按照預測分析，泊位的類型i分為500噸級和1000噸級的散貨泊位，因此在進行泊位規劃的過程中，將p=1,2,3...N以及i的數值導入到公式，最終對模型進行求解，獲取港口規劃方案[7]。

5 荊州港的基本情況及其港口泊位動態規劃案例研究

5.1 荊州港的基本情況分析

荊州港坐落在長江中游的黃金水道和湖北省江漢平原的核心地帶，是滬漢蓉鐵路、二廣高速和滬渝高速公路的交匯處，不僅東西貫通，還南北相連，利用長江黃金水道以及焦柳鐵路和浩吉鐵路的優越位置，構建了一個“雙十字”水路和鐵路交通網絡，賦予了該港獨特的多式聯運優勢。荊州港在歷史上享有盛名，早在明清時期就已是長江中游繁榮的貿易港口。1992年，國務院批準荊州港為國家二類對外開放口岸。2004年10月，荊州港被確立為全國主要港口之一。2006年7月，國家海關總署將荊州港納入國家“十一五”口岸發展規劃，同意由原二類水運口岸升格為國家一類水運口岸。在國家政策的有利支持下，荊州港近年來快速發展，港口吞吐量和規模水平都得以顯著提升。

全港目前已建在建生產性碼頭泊位133個，年通過能力約1.14億噸，其中規劃實施近5年來，新建成和在建生產性碼頭泊位共60個，新增年通過能力約8000萬噸（含集裝箱45萬TEU）。2022年荊州港吞吐量達到6656萬噸，其中集裝箱17.7萬TEU，2018年以來年均吞吐量增速達到15%，荊州港專業化運輸功能逐步改善，帶動煤炭、礦石、礦建等貨種呈現較快發展態勢，煤炭由2018年390萬噸增長至1800萬噸，年均吞吐量增速達到47%，在大宗散貨運輸中的作用日益增強。預測2035年荊州港吞吐總量1.4億噸、集裝箱吞吐量100萬TEU。2022-2035年期間荊州港總吞吐量年均增速5.9%，集裝箱吞吐量年均增速14.2%。荊州港為引導能源化工、裝備制造、新材料等重大生產力和支柱產業布局，打造荊州國家級承接產業轉移示范區提供了有力支撐。港口鐵水聯運運輸規模、輻射范圍和服務水平快速提升，荊州港作為長江中游多式聯運綜合樞紐的功能初步顯現，有力促進了長江中游綜合交通運輸體系的完善[8]。

考慮到影響港口泊位的因素相對較多，對于優化港口資源配置，促進港產城融合發展，更好地服務支撐長江經濟帶及湖北省高質量發展，就必須要求荊州港口泊位的規劃應該采用動態規劃理論，以確保港口泊位規劃達到最佳效果。

5.2 荊州港的港口泊位動態規劃設計研究

荊州港在港口泊位動態規劃設計的過程中，預測2035年荊州港吞吐總量1.4億噸、集裝箱吞吐量100萬TEU。2022-2035年期間荊州港總吞吐量年均增速5.9%，集裝箱吞吐量年均增速14.2%，在實施吞吐量規劃的過程中，將數據分別帶入到公式之中[9]。

泊位吞吐量需求預測在1.4億噸，將數據帶入公式內利用計算程序進行計算、此時i為500-1000、p為階段時長13年，此時經過計算，在13年內所需。而目前為止，2022年荊州港吞吐量達到6656萬噸。因此，將吞吐量預測減去現有吞吐量后，計算在13年間荊州港的吞吐量將增加7344萬噸，按照此吞吐量需求進行港口規劃設計計算，預測需要7個1000萬噸級別和1個500萬噸級別的港口（方案1）。

另外，也可以提出其他方案，按照此數據也可以獲得6個1000萬噸級別和3個500萬噸的規劃方案（方案B）；5個1000萬噸級別和5個500萬噸的規劃方案（方案C），確認方案，本次研究也對方案進行了綜合比選。比選過程中利用決策樹進行總額和對比。

因此按照決策樹選擇A方案為最佳泊位規劃方案[10]。

目前，荊州港泊位規劃工作已經初步開啟，為荊州港發展帶來諸多利好。荊州港泊位規劃部分建成之后，為荊州港水路聯運打好基礎。數據顯示，2022年完成鐵水聯運量100余萬噸；荊門等周邊地區化肥經荊沙地方鐵路至荊州轉水運至海外地區，2022年完成鐵水聯運量10余萬噸。按照上述數據，在未來荊州港將繼續為荊州地區水路交通發展以及運輸業發展提供動力，促進地區經濟長遠發展。

6 結語

本研究表明，采用動態規劃理論進行港口泊位規劃是一種更科學和高效的方法。在規劃流程中，不僅要深入研究各種影響因素，還需細致地劃分規劃的各個階段和識別關鍵的規劃變量。通過運用動態規劃模型，能夠實現更專業和精細化的港口泊位規劃。