长江中游港口泊位规划与建设的研究—以荆州港为例

艾鑫宇 丰 燕

长江大学城市建设学院 湖北 荆州 434000

港口是交通运输枢纽同时也是水上交通工具停泊场所，在港口规划设计阶段，不仅需要从静态面积和运输覆盖范围上规划港口的运输能力和泊位，更需要根据港口的动态吞吐量和运动船只数量来完成规划，以确保港口内的泊位满足港口正常运行需求，避免造成港口拥堵，提升港口运行效率。而实际上，动态型的规划并非易事，需要考核综合因素，尤其是在内河港口的泊位规划中，动态变化程度较大，更需要站在动态变化的基础上实施泊位规划，以提升泊位规划的科学性，确保港口服务能力和水平进一步提升，港口航运企业不断发展壮大，以港口为枢纽的综合运输体系日趋完善，使内河长江中游港口有序运行，适应长江经济带高质量发展的新形势和新要求。

1 港口泊位规划研究的重要意义

港口是国家经济发展和对外贸易的重要节点，而泊位作为港口运输的基本设施之一，其规划研究具有重要的意义。泊位规划研究可以为港口的运作和发展提供科学依据和战略指导，对于优化资源配置、提高运输效率、促进港口发展和保障港口安全具有重要意义。

泊位是港口宝贵的资源之一，在有限的泊位空间内，合理规划和利用泊位，能够实现资源的最优配置。通过泊位规划研究，可以确定最佳的布局方式和停靠顺序，使不同类型的船舶能够高效、有序地进出港口，从而最大限度地提高泊位的利用率和运输效率。合理配置资源，能够降低运输成本，提高物流效益，为港口的可持续发展奠定基础。合理的泊位规划能够缩短船舶在港口的停泊时间，减少船舶等待和排队的情况，有效提高港口的吞吐量和运输效率。通过科学规划和管理，可以降低装卸货物的时间成本，加快货物周转速度，提高港口的服务水平和竞争力。同时，合理规划泊位布局还能够优化港口内部的交通流动，减少拥堵现象，提升港口的整体运营效能。随着市场需求的不断变化，合理规划和持续优化泊位布局可以确保港口具备良好的发展前景和竞争力。通过科学规划，可以预测并解决港口发展中的瓶颈和问题，推动港口的升级改造和现代化建设。合理的泊位规划还能够吸引更多的投资和资源，促进港口经济的繁荣和可持续发展。合理的泊位规划还能够提升港口的安全管理水平，加强对船舶和货物的监控和管控，保障港口的安全性和可靠性。港口作为国家经济的重要组成部分，其安全运营对于国家的稳定和发展至关重要。

综上所述，港口泊位规划研究对于优化资源配置、提高运输效率、促进港口发展和保障港口安全具有重要意义。科学的规划和管理能够充分发挥港口的功能和潜力，推动区域经济的繁荣和可持续发展。因此，加强对港口泊位规划研究的重视，不断完善和优化泊位布局，将为港口行业的发展注入新的动力，为国家经济的增长做出积极贡献。

2 港口规划的相关研究分析

关于港口及其泊位规划的研究我国一直都处于探索阶段，因为近些年我国的发展对港口的依赖程度非常大，传统的港口规划不尽合理，需要尽快解决。因此，针对此种情况，有关专家和学者正对港口规划进行全面地探索，包括从总体理论和规划要素方面。

港口规划理论方面：当前，国内外有关港口规划的理论较多，主要包括动态规划理论、协同发展理论、统筹发展理论等，皆可以用于港口规划之中。其中，动态规划理论，则是根据港口所处区域的动态发展需求进行规划，保证港口满足发展所需。在这一过程中，还需体现前瞻性特点，即基于现有情况实施预测分析，作为港口规划依据。协同发展理论，是指在港口规划中，需要分析其与当地环境保护、城市建设、经济发展等方面工作的关系，保持彼此之间的协同性，避免产生“内部矛盾”。统筹化发展理论，则是指港口发展规划，需要体现统筹化意识，保证其在建设成本、建设进度、建设质量等各方面均能做到相互统一，实现综合价值最大化。

港口规划要素方面：殷颍川认为港口创建应当保证货物的流畅性，所以应当积极分析港口创建当中的环境影响因素和经济影响因素，这对于港口创建来说有着至关重要的意义[1]；武焱明认为港口的建设与货物的运输存在直接的关系。因此，只有保证港口建设的科学合理性，才能确保在后期使用过程中的安全性[2]；黄启翔等全面解读全球海洋中心城市内涵，以大湾区航运发展阶段判断，深圳港口发展资源禀赋等为基础，提出深圳港口转型发展新思路.具体而言，以全球海洋服务功能提升为主线，探索深港共建国际航运中心，指出深圳港应以建设具有全球影响力的国际航运创新中心作为主攻方向，实现由“运输大港”向“服务强港”转变；发挥区域中心城市功能，创新深圳港运输与功能组织模式，争取于临近城市建设承载港后产业与疏港铁路运输功能的近距离内陆港体系，通过铁路连通内陆港与深圳各港区，破解深圳港城空间矛盾，发挥港口产业对于区域发展的带动作用；依托深圳既有产业科技创新条件，推动航运大数据标准与应用研究，形成与城市特性相协调的港口发展优势领域；把握海洋城市发展方向，合理配置生产，生活岸线资源，打造绿色，生态，文明的可持续港口发展范式[3]。

另外，关于内河港口及其泊位的规划研究也已经成为我国港口规划建设的重点研究对象。杨凯等在《内河中小型港口“智慧港口”发展需求及建设方案研究》中从数字化业务应用系统，智慧化辅助决策平台两个层级,给出智慧港口规划和建设的方案和建议[4]；李小波在研究的过程中，提出“加强港口建设理论，针对与港口共建城市,共同繁荣港口城市”的倡议进行分析，最后提出港口规划与城市建设之间的关系，进一步优化了我国港口布局规划建设思路[5]。

综上所述，关于港口规划的理论直接影响了港口泊位规划，泊位规划作为港口规划的重要组成部分，在其规划的过程中，也需要综合考虑多项理论。

3 动态规划理念

动态规划（Dynamicprogramming）是一种跨学科的算法框架，广泛应用于数学、计算机科学、管理科学、经济学，以及生物信息学等领域。该方法主要是通过将一个复杂问题分解为更简单、易于管理的子问题来解决问题。这种分解特别适用于具有重叠子问题和最优子结构特性的问题，这样可以避免重复计算，并且可以从子问题的最优解推导出整体问题的最优解。

动态规划在发展的过程中已经形成了较为成熟的计算体系，而从简要含义分析而言，就是以动态计算的角度分析问题，防止在解决的问题时不考虑引资动态变化因素，从而造成计算误差的问题。

动态规划理念适用于港口泊位规划，港口泊位是船舶停靠的空间规划，受到多种因素影响，如船只数量、港口面积，以及各种自然和社会因素。这些因素都是动态变化的。因此，传统的静态规划方法，如仅仅基于当前的数量和面积进行规划，很难满足实际需求。

在这种背景下，动态规划提供了一个更全面和灵活的规划框架。它能够更精准地捕捉各种动态变化因素，并将这些因素整合进一个优化模型中，从而实现更合理和高效的港口泊位规划，进一步提升港口的运营效率。

4 动态规划理念及其在港口泊位规划中的应用研究

港口泊位规划是一个长期并且随社会需求变化的过程，上一阶段的港口泊位规划会对当前港口泊位产生影响。因此，此种情况下港口泊位规划已经形成链状结构泊位数规划问题，根据动态规划原理，从总体规划入手对泊位规划进行阶段分析，确定港口规划中的状态变量、决策选择，根据变化情况制定模型，最终利用模型完成港口泊位的动态优化。模型的建立是港口泊位动态规划过程中最重要的一环，以下动态规划在港口泊位规划中的具体步骤。

4.1 动态规划在港口泊位规划中的基本步骤

在动态规划的框架下，港口泊位规划设计应当进行分阶段的详细规划，并根据实际需求做出综合考虑。

首先，设置各阶段的规划变量，采用p来表示。在港口泊位规划中，以年为单位不断增加港口设施。动态规划以自然年限区分时间，同时每阶段的规划均应了解港口规划的特点，简化港口模型，同时在港口规划的过程中，依然需要明确港口特点。

第二，确定状态变量。阶段状态具体是指某一阶段初期开始阶段的变量状况。而在该阶段内，用于描述阶段状态变化的变量被称作为阶段变量。阶段变量可以是单一数字，也可以是一组数字或者多维向量。目前在动态规划计算模型中，一般将状态变量用Tp表示，而p则代表阶段。以港口泊位规划为例，港口初期阶段预测变化的吞吐量就可以记为tp，而在实际的计算过程中，也需要考虑到港口功能，港口泊位吨级，港口状态变量等多种情况，在了解多种情况后再对变量Tp进行取值。

第三，决策选择。所谓决策是指当一个阶段状态取定以后，从该状态演变到下一阶段的某一状态的一种选择。用来描述这种选择的变量称为决策变量，用dp表示第p阶段处于Tp状态下的决策变量[6]。在泊位规划研究中，由于存在对不同功能泊位、不同吨级泊位的规划，因此决策变量就是确定每一阶段新增港口不同功能泊位、不同吨级泊位的数量，用dip表示第p阶段第i类泊位当状态处于Tp时的决策变量。例如，在荆州港动态规划设计过程中，泊位规划设计为2022-2035年，时间变量为13年，而规划港口主要包括500万吨级和1000万吨级，所以i为500-100。

第四，确定指标函数和目标函数。在利用动态规划方法进行泊位规划的过程中，建立指标函数以及目标函数是非常重要的过程。该过程是为了区分泊位设计方案优劣而建立的数量函数。在动态规划理论下，指标函数为，在该函数中ki代表p阶段中，i类泊位的装卸能力，tp则代表等到p阶段时港口需要增加吞吐量。

格努上述公式设置各阶段的目标函数，该函数以目标能力为主。函数损失量的最小值达到。

4.2 建立港口泊位规划模型

建立港口泊位规划模型也是动态规划理论下港口泊位规划的重要组成部分，港口规划建设本身就是一项基础设施的投资行为，设施投资建设应保持一段时间的间隔[6]。此种情况下，需要完成问题简化，需要实施建模管理，在建模的过程中假设从投资开始阶段就增加港口设施的能力，投资决策和设施能力增加需要保证一定的时间间隔。另外，根据港口投资建设的具体情况，应在模型中考虑吞吐量差值最大以及作业能力小于预测吞吐量差值最小两种情况。根据上述的基本要求最终结果推导模型为

在模型中p的时期可以为1,2,3...N时期，而f0(T0)=0；fN+1且为正整数，在模型具体应用的过程中，根据实际情况进行具体分析[7]。

4.3 利用模型完成港口泊位规划建设

在荆州港口进行港口泊位规划建设的过程中，应积极落实好港口的综合泊位规划设计，实施多样化泊位规划的过程中，根据投资规划和港口吞吐量预测，将港口规划分为3个阶段，按照预测分析，泊位的类型i分为500吨级和1000吨级的散货泊位，因此在进行泊位规划的过程中，将p=1,2,3...N以及i的数值导入到公式，最终对模型进行求解，获取港口规划方案[7]。

5 荆州港的基本情况及其港口泊位动态规划案例研究

5.1 荆州港的基本情况分析

荆州港坐落在长江中游的黄金水道和湖北省江汉平原的核心地带，是沪汉蓉铁路、二广高速和沪渝高速公路的交汇处，不仅东西贯通，还南北相连，利用长江黄金水道以及焦柳铁路和浩吉铁路的优越位置，构建了一个“双十字”水路和铁路交通网络，赋予了该港独特的多式联运优势。荆州港在历史上享有盛名，早在明清时期就已是长江中游繁荣的贸易港口。1992年，国务院批准荆州港为国家二类对外开放口岸。2004年10月，荆州港被确立为全国主要港口之一。2006年7月，国家海关总署将荆州港纳入国家“十一五”口岸发展规划，同意由原二类水运口岸升格为国家一类水运口岸。在国家政策的有利支持下，荆州港近年来快速发展，港口吞吐量和规模水平都得以显著提升。

全港目前已建在建生产性码头泊位133个，年通过能力约1.14亿吨，其中规划实施近5年来，新建成和在建生产性码头泊位共60个，新增年通过能力约8000万吨（含集装箱45万TEU）。2022年荆州港吞吐量达到6656万吨，其中集装箱17.7万TEU，2018年以来年均吞吐量增速达到15%，荆州港专业化运输功能逐步改善，带动煤炭、矿石、矿建等货种呈现较快发展态势，煤炭由2018年390万吨增长至1800万吨，年均吞吐量增速达到47%，在大宗散货运输中的作用日益增强。预测2035年荆州港吞吐总量1.4亿吨、集装箱吞吐量100万TEU。2022-2035年期间荆州港总吞吐量年均增速5.9%，集装箱吞吐量年均增速14.2%。荆州港为引导能源化工、装备制造、新材料等重大生产力和支柱产业布局，打造荆州国家级承接产业转移示范区提供了有力支撑。港口铁水联运运输规模、辐射范围和服务水平快速提升，荆州港作为长江中游多式联运综合枢纽的功能初步显现，有力促进了长江中游综合交通运输体系的完善[8]。

考虑到影响港口泊位的因素相对较多，对于优化港口资源配置，促进港产城融合发展，更好地服务支撑长江经济带及湖北省高质量发展，就必须要求荆州港口泊位的规划应该采用动态规划理论，以确保港口泊位规划达到最佳效果。

5.2 荆州港的港口泊位动态规划设计研究

荆州港在港口泊位动态规划设计的过程中，预测2035年荆州港吞吐总量1.4亿吨、集装箱吞吐量100万TEU。2022-2035年期间荆州港总吞吐量年均增速5.9%，集装箱吞吐量年均增速14.2%，在实施吞吐量规划的过程中，将数据分别带入到公式之中[9]。

泊位吞吐量需求预测在1.4亿吨，将数据带入公式内利用计算程序进行计算、此时i为500-1000、p为阶段时长13年，此时经过计算，在13年内所需。而目前为止，2022年荆州港吞吐量达到6656万吨。因此，将吞吐量预测减去现有吞吐量后，计算在13年间荆州港的吞吐量将增加7344万吨，按照此吞吐量需求进行港口规划设计计算，预测需要7个1000万吨级别和1个500万吨级别的港口（方案1）。

另外，也可以提出其他方案，按照此数据也可以获得6个1000万吨级别和3个500万吨的规划方案（方案B）；5个1000万吨级别和5个500万吨的规划方案（方案C），确认方案，本次研究也对方案进行了综合比选。比选过程中利用决策树进行总额和对比。

因此按照决策树选择A方案为最佳泊位规划方案[10]。

目前，荆州港泊位规划工作已经初步开启，为荆州港发展带来诸多利好。荆州港泊位规划部分建成之后，为荆州港水路联运打好基础。数据显示，2022年完成铁水联运量100余万吨；荆门等周边地区化肥经荆沙地方铁路至荆州转水运至海外地区，2022年完成铁水联运量10余万吨。按照上述数据，在未来荆州港将继续为荆州地区水路交通发展以及运输业发展提供动力，促进地区经济长远发展。

6 结语

本研究表明，采用动态规划理论进行港口泊位规划是一种更科学和高效的方法。在规划流程中，不仅要深入研究各种影响因素，还需细致地划分规划的各个阶段和识别关键的规划变量。通过运用动态规划模型，能够实现更专业和精细化的港口泊位规划。