【正文】 箱混裝時(shí)，一個(gè)基本原則是，40英尺箱上面不可配裝20英尺箱，而20英尺箱上能否配裝40英尺箱則視箱位的具體結(jié)構(gòu)而定。 滿足集裝箱船舶箱位配置及其堆裝要求集裝箱船舶的配載既要滿足特殊箱（如危險(xiǎn)貨集裝箱、冷藏集裝箱、平臺(tái)集裝箱等）的裝載要求，也要滿足普通箱的裝載要求。在保證船舶扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和橫向強(qiáng)度方面，應(yīng)做到各排集裝箱橫向上箱重均勻分布，各壓載艙及其他艙室載荷重量也應(yīng)左右對(duì)稱分布。 滿足集裝箱船舶強(qiáng)度和吃水差的要求對(duì)于船舶的縱向強(qiáng)度和吃水差，由于兩者都是船上重量的縱向分布情況決定的，所以在配載時(shí)應(yīng)統(tǒng)籌兼顧。 滿足集裝箱船舶穩(wěn)性要求集裝箱船舶的穩(wěn)性既要足夠，又能保證船舶具有適當(dāng)?shù)臋M搖周期。同時(shí)，還應(yīng)合理確定航次油水補(bǔ)給方案。為此，要求我們?cè)诒ＷC人員、船舶和貨物安全的條件下，尋求最優(yōu)的船舶配載方案，盡量減少壓載量，提高船舶的集裝箱載重量和減少船舶航行阻力。另外在裝貨港箱源充足的條件下，選配超限集裝箱或其他特殊集裝箱箱位時(shí)，應(yīng)盡量減小承運(yùn)此類集裝箱所引起的箱位損失數(shù)量。弄清楚本船的裝箱容量，對(duì)于能否承運(yùn)更多的集裝箱非常重要，否則就會(huì)出現(xiàn)箱位不夠而必須退箱或浪費(fèi)箱位的現(xiàn)象。表征集裝箱船裝箱容量的大小，通?？蓮囊韵聨讉€(gè)方面來(lái)衡量：①標(biāo)準(zhǔn)箱容量(TEU)；②20英尺集裝箱容量；③40英尺集裝箱容量。2）普通箱的裝載問(wèn)題普通箱在船上配置問(wèn)題可以看作是箱子的三維位置優(yōu)化問(wèn)題，其主要考慮點(diǎn)可用圖11表示。平臺(tái)集裝箱只能配置于艙內(nèi)或甲板上最高一層，它的上面不能再堆積任何集裝箱。 冷藏集裝箱裝船后多數(shù)需要船舶電站連續(xù)提供電源。因此，在為集裝箱船舶選配大量?jī)H限于艙內(nèi)配載的危險(xiǎn)貨集裝箱時(shí)，必須考慮船舶的這一限制條件。危險(xiǎn)貨集裝箱應(yīng)配置在遠(yuǎn)離機(jī)艙、熱源及船員生活、工作區(qū)，且便于監(jiān)視和拋棄，又有良好的通風(fēng)的安全處所?？梢钥闯觯瑢?duì)集裝箱船舶提出的穩(wěn)性上限要求具有其特別的實(shí)際意義。而《IMO穩(wěn)性規(guī)則》則對(duì)于船長(zhǎng)大于100M的集裝箱船舶和其他具有可觀外漂或大的水線面面積的貨船，建議采用6項(xiàng)完整穩(wěn)性的衡準(zhǔn)要求，以代替《IMO穩(wěn)性規(guī)則》對(duì)各種類型船舶完整穩(wěn)性基本衡準(zhǔn)要求中除天氣衡準(zhǔn)以外的前6項(xiàng)要求。所以，對(duì)集裝箱船舶提出的穩(wěn)性衡準(zhǔn)要求，較一般雜貨船更加嚴(yán)格，這在我國(guó)《海船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（以下簡(jiǎn)稱《法定規(guī)則》）和《IMO穩(wěn)性規(guī)則》即“IMO關(guān)于適合各種類型船舶的完整穩(wěn)性規(guī)則（（18）”中均有具體規(guī)定。另外，在裝卸時(shí)由于左右重量的不均衡將使船舶產(chǎn)生較大的橫傾，這為集裝箱船舶的橫傾限制所不允許?？傊?，對(duì)于集裝箱船舶而言，要充分利用它的箱位容量和凈載重量是一對(duì)相互制約的矛盾的統(tǒng)一。因此，為了獲得合適的穩(wěn)性，不得不以大量的壓載水來(lái)改善船舶的穩(wěn)性。與普通雜貨船不同的是：集裝箱船舶所能裝載的最大箱位容量與船舶凈載重量是相互制約的。同時(shí)，從集裝箱船舶的載貨重量能力來(lái)看，它也要受到船舶凈載重量的限制，即所裝運(yùn)的集裝箱重量不能超過(guò)船舶在具體航次中能夠裝運(yùn)貨物重量的最大限量。因此，集裝箱船上配載是一項(xiàng)多目標(biāo)優(yōu)化的系統(tǒng)工作，與一般船舶比較，由于集裝箱和集裝箱船舶在結(jié)構(gòu)、運(yùn)輸形式等方面有著自身的特點(diǎn), 使得其配載與一般船舶具有不同的特點(diǎn)。三、本研究的主要工作本研究的主要工作包括：1）分析目前集裝箱船舶配載的特點(diǎn)、要求以及存在的主要問(wèn)題；2）提出集裝箱船舶配載方案的優(yōu)化模型及其求解方法、自動(dòng)配積載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路；3）提出在現(xiàn)代物流管理中如何發(fā)揮集裝箱配載作為供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)的作用；4）在配載系統(tǒng)和集裝箱用戶之間建立電子數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，以滿足運(yùn)輸企業(yè)、集裝箱用戶和相關(guān)部門的數(shù)據(jù)交換與信息整合的自動(dòng)化處理的需要。研究?jī)?yōu)化集裝箱配載的理論方法是本課題的重點(diǎn)之一，同時(shí)也為自動(dòng)配載、智能配載系統(tǒng)的建立提供一種算法模型。2）優(yōu)化集裝箱船舶的配載方案集裝箱船舶的航行性能、結(jié)構(gòu)、貨物單元形態(tài)和配載方式均與其他船舶不同，盡管在傳統(tǒng)的集裝箱配載有一些理論方法和配載手段，其中也包括在實(shí)踐中積累的可貴的經(jīng)驗(yàn)，但許多已不能滿足物流的發(fā)展需要。本研究正是基于集裝箱船配載系統(tǒng)如何來(lái)滿足這兩方面功能的需要而展開(kāi)的。而且，系統(tǒng)本身應(yīng)體現(xiàn)適當(dāng)?shù)南冗M(jìn)性，同時(shí)兼顧滿足可能發(fā)生的手工和應(yīng)急處理的需要，并具有流程合理、功能完善、使用方便、運(yùn)行可靠等功能；另一方面，從供應(yīng)鏈管理來(lái)看，基于現(xiàn)代數(shù)據(jù)交換平臺(tái)和定位、信息系統(tǒng)上的配載系統(tǒng)管理在現(xiàn)代物流中需發(fā)揮主動(dòng)性和柔性化服務(wù)，在物流發(fā)展的信息化、自動(dòng)化、智能化等方面發(fā)揮其應(yīng)有的作用。為適應(yīng)現(xiàn)代物流發(fā)展的需要，處于物流節(jié)點(diǎn)上的集裝箱配載應(yīng)具備以下兩方面的功能。同時(shí)，本課題從現(xiàn)代物流的觀點(diǎn)來(lái)分析現(xiàn)代物流管理理論對(duì)集裝箱配載系統(tǒng)提出的新要求，從而得到結(jié)論，作為現(xiàn)代物流與供應(yīng)鏈中一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)的集裝箱船上配載，它更是兼?zhèn)湮锪鞯倪\(yùn)輸、儲(chǔ)存、配送之功能。二、課題研究的目的與意義課題研究的目的通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)集裝箱配載系統(tǒng)特點(diǎn)的分析，我們可以知道，在集裝箱船舶運(yùn)輸中，船舶配載系統(tǒng)的完善與否是能否充分發(fā)揮集裝箱運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它對(duì)保證船舶、貨物安全以及保證船期有著重要的作用。傳統(tǒng)集裝箱船上配載已不再適應(yīng)這種形勢(shì)的發(fā)展，而依靠數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、電子訂貨系統(tǒng)（EOS）、電子數(shù)據(jù)交換（EDI）、快速反應(yīng)（QR）、自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、貨物自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、專家系統(tǒng)、彈性制造系統(tǒng)（FMS）等技術(shù)支撐下的新型配積載系統(tǒng)才能滿足現(xiàn)代物流發(fā)展的需要。隨著單一運(yùn)輸向現(xiàn)代物流的不斷發(fā)展，對(duì)集裝箱船上配積載系統(tǒng)的研究已不再是個(gè)單純的貨物運(yùn)輸技術(shù)問(wèn)題，而有必要上升到運(yùn)用現(xiàn)代物流管理理念對(duì)它進(jìn)行研究與探討的新高度。集裝箱船舶配載研究的發(fā)展趨勢(shì)盡管集裝箱船舶配積載問(wèn)題的研究已經(jīng)有30多年的歷史，但由于問(wèn)題的復(fù)雜性，配積載問(wèn)題的許多方面仍沒(méi)有得到很好的解決，可以說(shuō)集裝箱船配積載還停留在半自動(dòng)化階段。當(dāng)然，也有部分系統(tǒng)還基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)提供一系列的配載建議，它需要建立知識(shí)庫(kù)，并建立規(guī)則，研究的目的主要是尋求一種滿足既定約束條件下，倒箱最少、作業(yè)高效的裝載方案。在配載過(guò)程中，一般先自動(dòng)配載，再進(jìn)行人工干預(yù)配載，這樣交互進(jìn)行。其基本程序是根據(jù)船舶靜力學(xué)的基本原理，按相關(guān)集裝箱船舶運(yùn)輸規(guī)則的要求，對(duì)船舶的裝載情況進(jìn)行校核計(jì)算并顯示結(jié)果。從90年代開(kāi)始，隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，集裝箱船舶配積載系統(tǒng)技術(shù)和應(yīng)用也得到了新的進(jìn)展。80年代后期和90年代先后開(kāi)發(fā)了通用計(jì)算機(jī)運(yùn)行于DOS環(huán)境和WINDOWS環(huán)境下的集裝箱配載計(jì)劃輔助系統(tǒng)。引 言一、 選題背景集裝箱船舶配載研究的現(xiàn)狀70年代以前的第一、二代集裝箱船的箱位容量均在2000TEU以下，當(dāng)時(shí)船舶的穩(wěn)性、吃水差和強(qiáng)度的計(jì)算一般由人工完成，集裝箱配載圖也由人工填制，工作效率很低。80年代初出現(xiàn)了2000TEU以上的第三代集裝箱船舶，在運(yùn)用傳統(tǒng)的手工方法已難以勝任編制集裝箱配載要求的情況下，不少計(jì)算機(jī)廠商推出了集裝箱船專用計(jì)算機(jī)。這些計(jì)算機(jī)配載系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)為船舶的穩(wěn)性、吃水差、彎矩、扭矩和局部強(qiáng)度等性能的全面校核奠定了良好的基礎(chǔ)?？v觀世界船舶配積載系統(tǒng)情況，集裝箱船舶配積載系統(tǒng)正處于自動(dòng)與手動(dòng)交替使用的交互式配積載方式階段。校核流程一般為：積載—計(jì)算浮態(tài)—計(jì)算穩(wěn)性—計(jì)算強(qiáng)度，逐步校核并判斷。這主要是因?yàn)榇芭浞e載十分復(fù)雜，要考慮貨物裝卸的先后，到什么港裝什么貨，大件不壓小件等等因素，這些都需要經(jīng)過(guò)人工配積載才能達(dá)到要求。在軟件實(shí)現(xiàn)方面，以智能決策支持系統(tǒng)作為系統(tǒng)框架，利用面向?qū)ο蟮腤indows編程技術(shù)，綜合利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新成果，從而使系統(tǒng)具有操作直觀方便、數(shù)據(jù)查詢快捷、智能化程度高等特點(diǎn)。目前，利用人工智能領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的最新成果，建立智能積載系統(tǒng)，有望使該問(wèn)題的研究跨上一個(gè)新的臺(tái)階。現(xiàn)代物流的發(fā)展趨勢(shì)是信息化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、柔性化。置于現(xiàn)代物流管理理念下集裝箱船上配載，在供應(yīng)鏈管理的應(yīng)用方面，現(xiàn)在正處于一種從原來(lái)單純的配載技術(shù)向物流節(jié)點(diǎn)管理的過(guò)渡轉(zhuǎn)型階段。同時(shí)配載結(jié)果的表現(xiàn)形式—配載圖也是裝卸公司裝船、卸船以及發(fā)生貨損貨差時(shí)要求索賠、劃分責(zé)任的重要依據(jù)。因此，把集裝箱配載系統(tǒng)的研究上升為對(duì)實(shí)用物流技術(shù)研究是一項(xiàng)具有重要現(xiàn)實(shí)意義的工作。一方面，從配載的內(nèi)部要求而言，一套先進(jìn)實(shí)用的操作管理軟件應(yīng)該是基于豐富的操作管理經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)的IT技術(shù)推出的，通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)平臺(tái)和各種優(yōu)化算法，它能夠確保船舶安全、經(jīng)濟(jì)，貨物質(zhì)量完好，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)、自動(dòng)計(jì)劃和檢測(cè)、智能回放和預(yù)演、用戶報(bào)表自定義等目標(biāo)。因此，從內(nèi)、外部整體上看，符合現(xiàn)代物流發(fā)展需要的集裝箱船配載系統(tǒng)是物流方改善自身管理水平、提高客戶滿意度、增強(qiáng)時(shí)常競(jìng)爭(zhēng)力的可靠保障。課題的研究意義1）有利于提高集裝箱船舶技術(shù)管理水平現(xiàn)代集裝箱船舶的大型化和高效化給提高船舶運(yùn)輸生產(chǎn)效率提供了可能，但船、岸工作人員能否適應(yīng)現(xiàn)代大型集裝箱船舶的運(yùn)輸管理要求則成為船舶的效益優(yōu)勢(shì)能否得到充分發(fā)揮的關(guān)鍵，解決人—機(jī)之間不相適應(yīng)的矛盾在于提高船岸集裝箱配載人員的技術(shù)管理手段和技術(shù)管理水平，提高人員的工作效率和工作質(zhì)量。解決這些問(wèn)題的根本出路還在于從理論上解決配載方案的優(yōu)化和智能化。3）充分發(fā)揮集裝箱船舶配載在物流管理中的作用柔性化、信息化、自動(dòng)化、智能化已成為21世紀(jì)現(xiàn)代物流的發(fā)展趨勢(shì)，作為現(xiàn)代物流與供應(yīng)鏈中一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)的集裝箱船上配載，它在現(xiàn)代物流的作用已漸趨明顯，特別是在減少集裝箱貨運(yùn)事故提高集裝箱的安全性、加強(qiáng)與客戶的合作程度、提供客戶的柔性化服務(wù)等方面均大有用武之地。第一章 集裝箱船舶配載的特點(diǎn)與要求 集裝箱船舶配載的特點(diǎn)集裝箱船上配載必須根據(jù)船舶的具體要求，結(jié)合船舶、貨物、航線、港口的實(shí)際情況，把一定數(shù)量的具體集裝箱安排在船舶的具體箱位中，并滿足保證船舶性能、貨物質(zhì)量、航線制約、港口作業(yè)等多方面的要求。 集裝箱船舶裝載的箱容量與船舶凈載重量的相互制約集裝箱的箱位容量，通常是指船舶的標(biāo)準(zhǔn)箱（TEU，Twenty Equivalent Unit）容量，即集裝箱船舶所能承載的最大標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的數(shù)量，箱位容量是表示集裝箱船舶大小的重要標(biāo)志。集裝箱船舶的最大箱容量是在特定的條件下設(shè)計(jì)的，并不是在任何情況下均能承載它的最大箱容量及充分利用它的凈載重量。一方面，集裝箱的數(shù)量多少和裝載重量，受船舶箱位容量及凈載重量的限制；另一方面，由于集裝箱船舶的1/3~1/2箱位是配置在甲板上的，在利用船舶箱容量，特別是利用甲板上的箱位時(shí)，會(huì)導(dǎo)致船舶重心提高，影響船舶的穩(wěn)性，有時(shí)甚至形成負(fù)的初穩(wěn)性高度。在雜貨船和散貨船上，為了提高船舶的凈載重量，必須排空壓載水；而在集裝箱船上，為了要裝載更多的貨運(yùn)量，需要充分利用集裝箱的箱位容量，又必須在壓載水艙內(nèi)大量灌注壓載水，這又使集裝箱船舶不能充分利用它的凈載重量。 集裝箱船舶對(duì)穩(wěn)性的要求較一般雜貨船舶更加嚴(yán)格由于集裝箱船舶經(jīng)常在甲板上裝載數(shù)量較多的集裝箱，故其重心高度比一般貨船高，且水線以上受風(fēng)面積大，對(duì)船舶穩(wěn)性更為不利。為了保證船舶的安全，必須使其具有足夠的穩(wěn)性。在我國(guó)《法定規(guī)則》中，對(duì)裝載集裝箱的專用和非專用船舶，除要求其滿足對(duì)普通船舶穩(wěn)性的各項(xiàng)基本衡準(zhǔn)指標(biāo)要求外，還提出了兩項(xiàng)穩(wěn)性的特殊衡準(zhǔn)要求。但是，集裝箱船舶的穩(wěn)性又不能過(guò)大，如GM過(guò)大，船舶橫搖周期過(guò)短，又會(huì)使甲板上的集裝箱具有較大的加速度，從而對(duì)集裝箱本身的強(qiáng)度及堅(jiān)固設(shè)備和綁扎索具的受力帶來(lái)嚴(yán)重不利的影響，甚至使集裝箱移動(dòng)、倒塌。 集裝箱船舶配載應(yīng)綜合考慮箱位要求，保證貨、箱質(zhì)量，船舶安全1）特殊箱裝載問(wèn)題在各種集裝箱的配載要求上，危險(xiǎn)品箱、冷藏箱、平臺(tái)箱等的特殊裝載要求必須予以特別考慮。同一船舶常常有些貨艙的設(shè)計(jì)決定了不容許裝載任何危險(xiǎn)貨箱，另一些貨艙的設(shè)計(jì)僅限于配載《國(guó)際危規(guī)》定義的幾類危險(xiǎn)貨箱。同時(shí)，應(yīng)按箱子內(nèi)的危險(xiǎn)貨物的正確學(xué)名或聯(lián)合國(guó)編號(hào)，查閱《國(guó)際危規(guī)》，確定不同危險(xiǎn)品集裝箱之間的具體隔離要求，嚴(yán)格配裝。受船舶電站容量和電源插座位置的限制，每一集裝箱船所能承運(yùn)的冷藏集裝箱最大數(shù)量和裝箱位置通常是確定的，不能任意配置。此型集裝箱由于經(jīng)常裝大件設(shè)備，所以配載時(shí)還應(yīng)按超長(zhǎng)、超寬或超高箱進(jìn)行配位。船舶穩(wěn)性問(wèn)題 減少壓載水，充分利用船舶裝載能力垂向位置卸貨港順序，避免搗箱事故局部強(qiáng)度、允許堆積負(fù)荷保證問(wèn)題40英尺箱、20英尺箱的混載問(wèn)題普通箱在船上三維位置輕、重箱裝載問(wèn)題吃水差問(wèn)題縱向位置船舶縱向強(qiáng)度問(wèn)題港口作業(yè)，加快裝卸作業(yè)同一個(gè)卸貨港箱子的左右平衡橫向強(qiáng)度問(wèn)題橫向位置扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度問(wèn)題圖11 普通箱三維箱位選擇考慮要素 集裝箱船舶配載應(yīng)滿足的要求 充分利用船舶集裝箱箱位容量和船舶凈載重量為了能提高集裝箱船的營(yíng)運(yùn)經(jīng)濟(jì)效益，和普通貨船不同的是，集裝箱船存在一個(gè)如何充分利用船舶裝箱容量的問(wèn)題。此外還有承運(yùn)特殊集裝箱的容量，集裝箱船要承運(yùn)特殊性質(zhì)的集裝箱往往要受到許多條件的限制，如承運(yùn)冷藏箱時(shí)，其數(shù)量要受到船舶供電電源的限制；承運(yùn)超限集裝箱可能需要占用兩個(gè)或更多的箱位，因此這時(shí)的裝箱數(shù)就達(dá)不到集裝箱船裝箱容量的指標(biāo)。當(dāng)航次40英尺集裝箱的數(shù)量超過(guò)船舶40英尺集裝箱容量，而此時(shí)20英尺集裝箱箱位有富裕時(shí)，可以及時(shí)通知船公司或代理，要求將多出的40英尺集裝箱貨物改換成20英尺集裝箱裝載；當(dāng)航次冷藏箱數(shù)量超過(guò)船舶冷藏箱容量時(shí)，可以依據(jù)裝貨港條件，超容量冷藏箱數(shù)量，冷藏箱運(yùn)費(fèi)和箱位富裕情況等資料進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，研究是否能承租于甲板上的流動(dòng)電站集裝箱，用以向超容量的冷藏箱提供電源，以增加船舶承載冷藏箱的能力。集裝箱的穩(wěn)性特點(diǎn)決定了其壓載水使用的必要性，這使得集裝箱船在完成集裝箱運(yùn)輸任務(wù)的同時(shí)，必須將不能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的壓載水從一港運(yùn)往另一港，造成運(yùn)力和能源的浪費(fèi)。因此，努力提高集裝箱船舶配載計(jì)劃的編制水平，合理確定不同卸貨港輕重集裝箱在艙內(nèi)和艙面的分配比例，減少用于降低船舶重心高度所需打入的壓載水，是充分利用集裝箱船載重能力的主要措施。集裝箱船由于航速快，每日消耗的油水重量大，中途掛靠港口又較多，因此在航線箱源充足的情況下應(yīng)重視航次油水補(bǔ)給方案的經(jīng)濟(jì)論證，當(dāng)船