随着海上集装箱运输规模的快速增长,集装箱码头需要更科学、更经济的管理和运营方式。桥机调度问题（Quay Crane Scheduling Problem,QCSP）是指在保证桥机安全距离和桥机互不跨越的约束下,为每一部桥机指派作业任务,使得总完工时间最小。桥机调度是影响桥机作业效率和船舶在港时间的重要一环,而桥机作业效率和船舶在港时间是集装箱码头整体服务质量和竞争力的重要指标。集装箱船舶上存在将40尺集装箱和20尺集装箱混合堆叠的情况。因设备检修、班次交替、船舶间优先级等原因,桥机往往带有可用时间窗口的约束。本文研究仅考虑桥机安全距离约束和桥机互不跨越约束的一般场景、混合堆叠场景和考虑桥机可用时间窗场景下的桥机调度问题,更符合现代码头的实际背景。本文第一章给出了桥机调度的基本概念和研究现状。第二章研究一般场景下的桥机调度问题,给出了以最小化完工时间为目标的整数规划模型,并基于重点贝位和完工时间下界设计了一种快速的启发式算法。第三章研究混合堆叠场景和考虑桥机工作时间窗场景下的桥机调度问题。对混合堆叠场景,更精细地刻画了考虑20尺集装箱时的装卸任务配置和桥机安全距离,建立了考虑40尺与20尺装卸任务优先关系约束的规划模型,设计了一个两阶段的启发式算法求解;对考虑桥机工作时间窗场景,在第二章的模型和算法的基础上做了延拓。第四章给出了上述三种场景下的数值实验结果。结果表明,本文设计的启发式算法能以毫秒级的求解时间得到三种场景下多种规模的桥机调度问题的较优的可行解。平均而言,启发式算法的完工时间约为用商业规划求解器Gurobi求得的最优解的110%。此外,将启发式算法得到的调度作为初始可行解可使规划模型的求解速度提高至少5倍。