桂勁松,溫志超,畢恩凱,陳國強,王剛

(1.大連海洋大學(xué)海洋與土木工程學(xué)院,遼寧大連116023;2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)工程研究所,北京100141)

漁港建設(shè)標準中碼頭岸線長度的確定

桂勁松1,溫志超1,畢恩凱1,陳國強2,王剛2

(1.大連海洋大學(xué)海洋與土木工程學(xué)院,遼寧大連116023;2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)工程研究所,北京100141)

為了確定符合漁港實際作業(yè)情況的碼頭合理岸線長度,分別采用統(tǒng)計分析和仿真模擬的方法進行研究,根據(jù)采集的1305組漁港實際數(shù)據(jù)資料,對各級別漁港的現(xiàn)有碼頭岸線長度進行統(tǒng)計分析,得到中心漁港、一級漁港碼頭岸線長度的1/4、1/2、3/4、1/3、2/3分位值。應(yīng)用仿真軟件Arena模擬漁船到港作業(yè)情況,采用兩種不同的漁船到港作業(yè)工藝流程,通過大量仿真試驗,得到各級漁港碼頭的合理岸線長度。綜合統(tǒng)計分析及仿真模擬結(jié)果,得到中心漁港和一級漁港碼頭合理岸線長度分別為700、500 m。

漁港建設(shè)標準;碼頭合理岸線長度;統(tǒng)計分析;仿真模擬

現(xiàn)行漁港建設(shè)標準將漁港分為四個等級,分別為中心漁港、一級漁港、二級漁港、三級漁港。其中中心漁港、一級漁港由國家重點投資建設(shè),其建設(shè)標準的確定,對于漁港的發(fā)展具有導(dǎo)向作用,因此,相關(guān)指標的確定至關(guān)重要。目前,中心漁港和一級漁港采用的建設(shè)標準如下。

中心漁港:漁港年魚貨卸港量在8萬t以上,可滿足800艘以上大、中、小型漁船停泊、避風和補給,水、陸域面積分別達到40～50萬m2和20萬m2以上,漁用岸線長度1000 m以上,碼頭岸線長度不少于600 m,碼頭前沿陸域縱深不少于100 m,漁港防災(zāi)減災(zāi)能力達到50年一遇以上,具有吸納一定數(shù)量轉(zhuǎn)產(chǎn)轉(zhuǎn)業(yè)漁民的能力。

一級漁港:漁港年魚貨卸港量在4萬t以上,可滿足600艘以上大、中、小型漁船停泊、避風和補給,水、陸域面積分別達30～40萬m2和10萬m2以上,漁用岸線長度800 m以上,碼頭岸線長度不少于400 m,漁港防災(zāi)減災(zāi)能力達到50年一遇以上,具有吸納一定數(shù)量轉(zhuǎn)產(chǎn)轉(zhuǎn)業(yè)漁民的能力。

碼頭岸線長度是一個確定漁港規(guī)模的重要指標。在原有建設(shè)標準制定時,該指標的確定理論依據(jù)不足,因此,在制定新的漁港建設(shè)標準時,對該指標進行深入細致的研究具有重要意義。

利用仿真模擬方法確定港口規(guī)模在商港規(guī)劃中已有應(yīng)用,Shabavek等[1]利用Witness仿真軟件建立模型,較為準確地預(yù)測了香港Kwai Chung碼頭的運營情況。Pidgeon[2]應(yīng)用模擬軟件建立模型,研究了影響海洋運輸系統(tǒng)的安全因素。隨著港口技術(shù)的發(fā)展,越來越多的船舶采用柔性靠泊方式進行靠泊作業(yè)。石磊[3]在研究集裝箱碼頭作業(yè)工藝流程時,將柔性靠泊方式引入集裝箱碼頭,得到了柔性靠泊對集裝箱碼頭的影響;楊春霞等[4]在分析集裝箱碼頭合理岸線利用率時同樣是采用柔性靠泊作業(yè)方式。Malavasi等[5]建立了一個模擬海港集裝箱碼頭作業(yè)的模型,用以評估其通過能力以及碼頭利用程度,考慮了到港船舶尺寸、裝卸作業(yè)量和到港的隨機性等。但是,在漁港規(guī)劃中仿真模擬方法的應(yīng)用還較少。

本研究中,針對漁港實際數(shù)據(jù)資料進行統(tǒng)計分析,應(yīng)用仿真軟件進行仿真模擬,比較用兩種方法計算得到的漁港碼頭岸線長度,最終確定各級別漁港碼頭的合理岸線長度。下面以中心漁港為例,說明碼頭岸線長度的確定方法。

1 現(xiàn)有中心漁港實際數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

在 1305份漁港統(tǒng)計數(shù)據(jù) (http://www. feri.ac.cn/)中,獲取中心漁港有效數(shù)據(jù)58份,一級漁港有效數(shù)據(jù)76份。針對獲取的中心漁港數(shù)據(jù),應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計方法進行分析,得到中心漁港碼頭岸線長度的統(tǒng)計值。在確定漁港級別時主要考慮漁港的水域面積、陸域面積、碼頭岸線長度和漁港年卸港量的大小,已有漁港數(shù)據(jù)中給出了各個漁港的水域面積、陸域面積和碼頭岸線長度資料,故將這3個因素作為分析漁港數(shù)據(jù)的主要指標。

按總海域和分海域分別進行統(tǒng)計分析,針對漁港的碼頭岸線長度這一指標對中心漁港進行排序。在確定合理碼頭岸線長度時采取求分位數(shù)的方法,分位數(shù)可以直觀地反映出數(shù)值在隊列中的相對位置情況。本研究中,分別采用1/4、1/2、3/4和1/ 3、2/3兩種分位數(shù)方法,統(tǒng)計分析結(jié)果見表1。從表1可見,海區(qū)對碼頭岸線長度的影響無明顯規(guī)律,故可按照總海域指標確定碼頭合理岸線長度。

對漁港數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析時用到了5個分位數(shù),根據(jù)所得結(jié)果可知,1/4、1/2和1/3分位數(shù)所得指標數(shù)值較大,不具有代表性,而3/4和2/3分位數(shù)可以較好地反映現(xiàn)有中心漁港碼頭岸線的實際情況。經(jīng)綜合分析,碼頭岸線長度取為700 m較為適宜。

表1 中心漁港碼頭岸線長度統(tǒng)計結(jié)果Tab.1 Statistical results of quay length in a central fishing port m

2 應(yīng)用仿真軟件Arena對中心漁港碼頭岸線合理長度進行分析

2.1 模型介紹

船舶的靠泊方式可以分為固定靠泊和柔性靠泊。現(xiàn)行的漁港設(shè)計規(guī)范是基于傳統(tǒng)的固定靠泊方式以泊位控制漁船的靠泊,無論何種船型的漁船都占用一個泊位,這樣不符合漁港的實際運營情況。在實際作業(yè)中,漁船均采用柔性靠泊方式[6]。柔性靠泊在考慮漁船靠泊時,將整個碼頭視為一個整體,根據(jù)船舶長度為其分配一定的岸線長度,不再固定泊位,以岸線的剩余長度作為判斷漁船能否靠泊的基準,這種靠泊方式可以使碼頭?？康拇皵?shù)量超過原來劃分的固定泊位數(shù),提高碼頭岸線利用率。系統(tǒng)可以分為連續(xù)性系統(tǒng)和離散性系統(tǒng),連續(xù)性系統(tǒng)的狀態(tài)隨時間連續(xù)變化,離散性系統(tǒng)的狀態(tài)只在時間的離散點上產(chǎn)生。

本研究中采用柔性靠泊系統(tǒng)模型,在離散事件仿真理論的基礎(chǔ)上,應(yīng)用仿真軟件Arena構(gòu)建漁船柔性靠泊的系統(tǒng)仿真模型。仿真的輸出為漁港年卸港量及漁船的平均等待時間、平均服務(wù)時間和平均排隊長度等漁港運營參數(shù)。仿真模型中漁港占用泊位時間根據(jù)漁船載魚量、碼頭泊位卸魚效率等條件計算確定。仿真模型用來確定不同漁港碼頭岸線的合理長度,而碼頭岸線的合理長度,應(yīng)使?jié)O船待泊費 (Cs)與碼頭閑置費 (Cb)等綜合費用最低。

根據(jù)漁港碼頭柔性靠泊工作系統(tǒng)的具體情況,將其分為五個子系統(tǒng):漁船進港系統(tǒng)、錨地待泊系統(tǒng)、靠泊系統(tǒng)、裝卸作業(yè)系統(tǒng)和離泊系統(tǒng),其關(guān)系如圖1所示。

圖1 模型運行系統(tǒng)介紹Fig.1 Introduction to a system ofmodel execution

根據(jù)文獻[7]可知,漁船日到港船數(shù)基本服從泊松分布,改變不同的船型比例,通過大量的仿真試驗,得到漁船待泊費和碼頭閑置費總和最低對應(yīng)的碼頭岸線長度,即為碼頭岸線合理長度。

2.2 模型數(shù)據(jù)

模型中的控制變量為漁船到港平均時間間隔、漁船船型比例和碼頭岸線長度;實體屬性包括各型號漁船占用碼頭岸線長度和每艘漁船的載魚量,同時還要統(tǒng)計各型號漁船進出港時間和在港作業(yè)時間。根據(jù)排隊論的基本理論,當單位時間內(nèi)到港漁船數(shù)服從泊松分布時,漁船到達的時間間隔以同一參數(shù)λ服從負數(shù)指數(shù)分布,即相繼到達的兩艘漁船的時間間隔為某數(shù)t的概率密度:

g(t)=λ·e-λt。

參考閘坡漁政大隊提供的漁業(yè)船舶進出港航行簽證薄、福建東山銅陵漁港漁船到港簽證、福建祥芝漁港漁船報關(guān)材料和大連杏樹漁港漁船報關(guān)資料,可以統(tǒng)計出日到港漁船數(shù)為25～69艘。按現(xiàn)行漁港建設(shè)標準,中心漁港的年卸港量在8萬t以上,再通過每艘漁船載魚量的情況和日到港漁船數(shù),可以反推出漁船到港平均時間間隔。在本文的模型計算中,設(shè)置國家中心漁港漁船到港平均時間間隔分別為0.45、0.48 h。

根據(jù)對12 000組隨機抽樣漁船數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果得到漁船比例如下:小型漁船占45%,中型漁船占34%,大型漁船占21%。適當考慮漁船的發(fā)展及到港比例的不確定性,模擬時采用4種漁船到港比例,即小型漁船∶中型漁船∶大型漁船分別為0.4∶0.3∶0.3、0.35∶0.35∶0.30、0.3∶0.4∶0.3、0.30∶0.35∶0.35。

通過對12 000組漁船數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,得到3種漁船設(shè)計標準船型的船長,小型漁船船長為14.2 m,中型漁船船長為34.32 m,大型漁船船長為45 m。由文獻[8]得到漁港碼頭泊位長度計算公式為

L=Lb+0.15Lb,其中,Lb為漁船設(shè)計標準船型船長。

參考 《杏樹漁港卸港量及船只情況統(tǒng)計表》(1年)和 《閘坡水產(chǎn)品市場統(tǒng)計表》 (3年),設(shè)定各型號漁船載魚量如表2所示。

表2 中心漁港漁船載魚量統(tǒng)計表Tab.2 Am ount of fish cargo loading of a fishing boat in a central fishing port

表2給出了各級別漁船的載魚量及其隸屬度。隸屬度表示的是該種載魚量在此類船型中所占比例。模型計算所取數(shù)據(jù)如下:

小型漁船:占用碼頭長度為17 m,占用泊位時間為2 h;

中型漁船:占用碼頭長度為38 m,占用泊位時間為2.8 h;

大型漁船:占用碼頭長度為52 m,占用泊位時間為3.5 h。

桂勁松[9]對漁船待泊費和碼頭閑置費的費用比進行了探討,并給出了使船方和港方綜合費用最低的費用比比值區(qū)間,卸魚、物資碼頭取3.1～ 3.6,加冰碼頭取2.6～3.6。本文模型計算中考慮的是綜合作業(yè)泊位,即漁船卸魚及物資補給在同一泊位進行,并參照桂勁松等[10]的方法取小型漁船費用比為2.3∶1.0,中型漁船費用比為2.9∶1.0,大型漁船費用比為4.1∶1.0。

2.3 仿真結(jié)果

通過仿真計算,得到年小型漁船的待泊時間為t1,中型漁船的待泊時間為t2,大型漁船的待泊時間為t3,泊位閑置時間為T;年漁船待泊費 (Cs= 2.3t1+2.9t2+4.1t3)與泊位閑置費 (Cb=T×1)之和與漁港年卸港量的比值即為每噸相對費用。漁船到港時間間隔為0.45 h條件下的仿真計算結(jié)果如表3、圖2-A所示。同理得到漁船到港時間間隔為0.48 h條件下的仿真計算結(jié)果如圖2-B所示。

表3 4種船型比例情況下的碼頭利用率及單位費用Tab.3 Efficiency of dock and cost per unit w ith proportion of 4 kind types of fishing boat

從圖2可見,隨著漁港碼頭岸線的增加,由船方和港方產(chǎn)生的每噸相對費用逐漸減小,當減小到一定程度時,每噸相對費用則隨著碼頭岸線長度的增加而增大。這是因為當碼頭岸線長度較小時會增加漁船待泊時間,進而會增加船方待泊費用;而當碼頭岸線長度過大時,雖然漁船待泊時間縮短,但增大了漁港的建港費用,同時降低了碼頭岸線利用率 (增大了碼頭閑置費用),因此,碼頭的每噸相對費用會隨著碼頭岸線長度的增加呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢。在對中心漁港進行仿真模擬時,選取了兩個漁船到港時間間隔0.45 h和0.48 h,分別得到的碼頭岸線長度為700 m和650 m(每噸相對費用最低時對應(yīng)的即為碼頭岸線合理長度),但是考慮到漁港未來的發(fā)展,最后確定中心漁港碼頭岸線的合理長度取700 m較為合適。

圖2 時間間隔為0.45 h、0.48 h時的單位費用和岸線長度對應(yīng)曲線Fig.2 Curve corresponding of cost of unloading fishing to quay length in a fishing port(in 0.45 h and 0.48 h interval)

2.4 漁船并列?？繒r碼頭岸線長度的合理性分析

根據(jù)各海區(qū)漁港特點,漁船到港作業(yè)方式可以分為兩種,一種為分散進出港,一種為集中進出港。分散進出港,漁船在一天24 h之內(nèi)分散到港,漁船到港之后即在港內(nèi)錨地等待靠泊,當有合適的岸線長度時,可以靠泊并進行裝卸作業(yè),待漁船完成作業(yè)后,立即離開泊位,到港內(nèi)錨地錨泊或直接出港。集中進出港,漁船集中在每天上午6:00至10:00陸續(xù)到達漁港,按照到港時間先后沿著碼頭岸線方向依次排列,而后沿碼頭岸線方向排列第二排、第三排、……,直至漁船?？拷Y(jié)束。漁船在港作業(yè)結(jié)束之后不立即離泊,直到下午16:00以后依次離港。考慮到港口水域面積條件,當漁船采用集中進出港方式時,漁船并列排數(shù)不易較多。若是漁船排列數(shù)較多,會占用較大的水域面積,進而會減小回旋水域的面積,容易造成港內(nèi)交通擁堵,一般漁船并列排數(shù)不宜超過四排。

在本節(jié)中將改變漁船的?？糠绞?采用集中進出港。在此模型中采用加權(quán)平均的方法確定單個泊位長度為38 m(將小、中、大3種漁船設(shè)計標準船型船長加權(quán)平均之后為36.6 m,而中型漁船泊位長度為38 m,因此,取用中型漁船泊位長度為代表性漁船的泊位長度),設(shè)定碼頭岸線長度為700 m,即每列可以?？繚O船18艘。模型中的其他參數(shù)與上述模型中相同,模擬計算結(jié)果如表4所示。從表4可見:在來船數(shù)量最大的情況下 (即每天來船數(shù)量達到了79艘),設(shè)定碼頭岸線長度為700 m時,可以保證91%的漁船并列4排停靠在碼頭岸線上,符合漁港使用要求。從表5可見:設(shè)定碼頭岸線長度為650 m,即每列可以停靠漁船17艘,漁船并列4排?？?在來船數(shù)量最大的情況下,保證率只能達到86%,岸線略顯不足;設(shè)定碼頭岸線長度為750 m,即每列可以?？繚O船19艘,漁船并列4排?？?在來船數(shù)量最大的情況下,保證率高達96%,岸線略顯浪費。

由上述模擬計算結(jié)果可見,當漁船采取集中進出港作業(yè)方式時,碼頭的合理岸線長度為700 m較為適宜。綜合統(tǒng)計分析及仿真模擬結(jié)果,中心漁港碼頭合理岸線長度取為700 m時較為適宜。同理可以得出,一級漁港碼頭合理岸線長度為500 m。

表4 碼頭岸線長度為700 m時漁船并列?？康谋ＷC率Tab.4 Guarantee rate of fishing boats turn restriction in juxtaposition way at quay length of 700 m

表5 碼頭岸線長度為650、750 m時漁船并列?？康谋ＷC率Tab.5 Guarantee rate of fishing boats turn restriction in juxtaposition way at quay length of 650 m and 750 m

[1] Shabavek A A,Yeung W W.A simulating model for Kwai Chung container terminal in Hong Kong[J].European Journal of Operational Research,2002,140:1-10.

[2] Pidgeon E D.Modeling the effects of a transportation security incident upon the marine transportation system[D].Monterey:Naval Postgraduate School,2008.

[3] 石磊.基于柔性靠泊的集裝箱碼頭前沿作業(yè)系統(tǒng)仿真研究[D].大連:大連海事大學(xué),2011.

[4] 楊春霞,王諾.考慮柔性靠泊的集裝箱碼頭合理岸線利用率分析[J].水運工程,2010(5):93-97,120.

[5] Malavasi G,Ricci S.The sea-side port capacity:a synthetic evaluation model[J].Advances in Architecture Serues,2005(19): 471-480.

[6] 呂威.基于柔性靠泊系統(tǒng)的集裝箱碼頭岸線綜合利用率研究[D].大連:大連理工大學(xué),2009.

[7] 桂勁松.漁船隨機到港分布規(guī)律的探討[J].大連水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報,1999,14(3):67-70.

[8] 中國農(nóng)業(yè)部漁業(yè)局.漁港總體設(shè)計規(guī)范[S].北京:中國標準出版社,2001:33-34.

[9] 桂勁松.漁船待泊與泊位閑置費用比的確定[J].水運工程, 1999(7):47-51.

[10] 桂勁松,李勝德.漁港卸魚碼頭合理泊位利用率研究[J].海洋工程,2000(8):51-56.

Establishment of quay length in fishing port construction standards

GUIJin-song1,WEN Zhi-chao1,BIEn-kai1,CHEN Guo-qiang2,WANG Gang2
(1.College of Marine and Civil Engineering,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China;2.Fishery Engineering Research Institute,Chinese A-cademy of Fishery Sciences,Beijing 100141,China)

Reasonable quay length that conforms to the actual operation for all levels of fishing portwas studied by amethod of statistical analysis and simulation,and the actual quay length of certain fishing portwas statistically analyzed by 1305 sets of data about fishing port.The first level fishing portwith 1/4,1/2,3/4,1/3,and 2/3 share value have been obtained.The reasonable length in certain fishing ports and the first level fishing ports have been obtained by a software Arena to simulate working fishing boats,two different arriving operation procedure in the fishing portandmany simulation experiments.The reasonable length of quay is shown to be 700m for central ports, and 500 m for primary fishing ports based on the statistical and simulation results.

construction standard of fishing port;reasonable length of coastline;statistical analysis;simulation

U651

A

2015-01-16

建設(shè)部2012年建設(shè)標準編制項目建標 ([2012]192)

桂勁松 (1968—),男,博士,教授。E-mail:guijs@163.com

陳國強 (1970—),男,研究員。E-mail:bj-cgq@cafs.ac.cn

10.16535/j.cnki.dlhyxb.2015.05.020

2095-1388(2015)05-0558-05