常雪峰，邱 悅

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

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沿海導(dǎo)標(biāo)設(shè)計(jì)的若干問(wèn)題研究

常雪峰，邱 悅

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，沿海港口也經(jīng)歷了迅猛的建設(shè)過(guò)程，很多港口開(kāi)通了深水長(zhǎng)航道。雖然DGPS、AIS等船舶導(dǎo)航手段大量使用，沿海導(dǎo)標(biāo)仍然是最常用的、最安全的、最重要的導(dǎo)航設(shè)施。本文作者在大量工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)沿海導(dǎo)標(biāo)設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題進(jìn)行了探討，并提出了簡(jiǎn)易的設(shè)計(jì)方法，希望能給從事沿海導(dǎo)標(biāo)設(shè)計(jì)工作者提供參考。

沿海導(dǎo)標(biāo)；選址；通視區(qū)；背景；標(biāo)頂；燈光配置

引 言

導(dǎo)標(biāo)作為沿海航道最常用、最安全、最有效的導(dǎo)助航設(shè)施，其選址和建設(shè)的合理性對(duì)沿海港口通航安全具有重要意義。

對(duì)于沿海航道導(dǎo)標(biāo)而言，最常見(jiàn)的是前、后中心標(biāo)和邊標(biāo)，個(gè)別長(zhǎng)航道為了調(diào)整導(dǎo)航近點(diǎn)的導(dǎo)航參數(shù)會(huì)增建輔助中標(biāo)，雙向航道（或者復(fù)式航道）會(huì)考慮增加進(jìn)、出港分道中標(biāo)。本文基于秦皇島港、錦州港和珠海港的導(dǎo)標(biāo)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)導(dǎo)標(biāo)選址、設(shè)計(jì)參數(shù)的合理確定及設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探討。

1 導(dǎo)標(biāo)選址

當(dāng)導(dǎo)標(biāo)和航道同期建設(shè)時(shí)，在確定航道軸線(xiàn)時(shí)應(yīng)考慮導(dǎo)標(biāo)的選址建設(shè)條件；但對(duì)于大多數(shù)的港口來(lái)說(shuō)，航道的噸級(jí)規(guī)模經(jīng)歷了從小到大的發(fā)展過(guò)程，航道的軸線(xiàn)在建港初期已經(jīng)確定，導(dǎo)標(biāo)的選址大多會(huì)受到現(xiàn)有航道中心線(xiàn)的限制。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，導(dǎo)標(biāo)的選址應(yīng)主要考慮以下因素：

1）港區(qū)總體規(guī)劃；一個(gè)好的港口規(guī)劃會(huì)根據(jù)港口水陸域的布局，安排好導(dǎo)標(biāo)的建設(shè)位置，否則，我們應(yīng)結(jié)合港口規(guī)劃選定相對(duì)合理的建設(shè)位置。

2）場(chǎng)地依托條件；要綜合考慮施工條件、運(yùn)輸條件、水電供應(yīng)條件、維修條件以及附近是否有機(jī)場(chǎng)限高及燈光限制要求等。

3）視標(biāo)背景條件；視標(biāo)的背景條件直接影響導(dǎo)標(biāo)的使用效果，一般我們劃定航道寬度外兩側(cè)各100～200 m范圍為通視區(qū)，在通視區(qū)內(nèi)不得有影響視標(biāo)的門(mén)機(jī)、船舶、燈桿、高大建筑及樹(shù)木等；還要考慮局部的天氣影響及背景色彩、燈光影響等。

4）地質(zhì)、地貌條件；選擇適應(yīng)的地質(zhì)、地貌條件，能安全合理的降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度，控制基礎(chǔ)部分投資。

5）水上建設(shè)導(dǎo)標(biāo)時(shí)，還要研究潮汐、波浪、潮流、泥沙運(yùn)動(dòng)、冰況等的影響。

珠海港10萬(wàn)t級(jí)主航道導(dǎo)標(biāo)是在既有航道延長(zhǎng)線(xiàn)上選址，選址時(shí)重點(diǎn)考慮了場(chǎng)地依托條件和視標(biāo)背景的影響，初期提出陸上、水上兩個(gè)設(shè)標(biāo)方案，陸上方案的后導(dǎo)標(biāo)位于高90～100 m的山坡上，投資較小，背景為常綠叢林，沒(méi)有其他干擾，但現(xiàn)場(chǎng)考察后發(fā)現(xiàn)該山坡局部受云霧影響較大，最終放棄了該方案。水上方案的前、后導(dǎo)標(biāo)近期均位于海中，但隨著港區(qū)的發(fā)展建設(shè)，導(dǎo)標(biāo)平臺(tái)將與規(guī)劃港區(qū)陸域相連接；其后導(dǎo)標(biāo)位于離岸式碼頭后方與堆場(chǎng)之間的水域，距碼頭很近，為了避免門(mén)機(jī)的遮擋，增加了后導(dǎo)標(biāo)的高程（為70 m）。錦州港目前有三組導(dǎo)標(biāo)，分別是老航道導(dǎo)標(biāo)、新建主航道導(dǎo)標(biāo)和 301支航道導(dǎo)標(biāo)。其主航道擴(kuò)建后航道軸線(xiàn)為折線(xiàn)型布置，新建的主航道導(dǎo)標(biāo)主要針對(duì)外海航道段，前、后導(dǎo)標(biāo)布置在-6～-8 m的開(kāi)闊海域，其位置的選擇限制較少，主要考慮了波浪、潮流、冰況對(duì)導(dǎo)標(biāo)建設(shè)的影響。秦皇島港的導(dǎo)標(biāo)是我國(guó)沿海港口中建設(shè)條件較為復(fù)雜的，航道多、局部有交叉，而且港區(qū)后方緊鄰城區(qū)，視標(biāo)背景條件復(fù)雜。其中 10萬(wàn) t級(jí)航道建設(shè)了3對(duì)導(dǎo)標(biāo)和輔助中標(biāo)，位于港區(qū)后方陸域；導(dǎo)標(biāo)選址時(shí)雖然對(duì)陸域現(xiàn)狀進(jìn)行了充分的調(diào)研，但由于航道的軸線(xiàn)延長(zhǎng)線(xiàn)與后方幾個(gè)廠(chǎng)區(qū)用地交叉，現(xiàn)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，位于導(dǎo)標(biāo)通視區(qū)內(nèi)的一些高大廠(chǎng)房被批準(zhǔn)建設(shè)，導(dǎo)致視標(biāo)條件惡化，給船舶進(jìn)出港航行帶來(lái)了安全隱患。這也是一些老港區(qū)建設(shè)過(guò)程中通常會(huì)面對(duì)的問(wèn)題。

前導(dǎo)標(biāo)位置的確定尤為重要。如果離終航點(diǎn)太近，會(huì)導(dǎo)致近點(diǎn)導(dǎo)標(biāo)過(guò)于靈敏，不利于船舶操作；如果太遠(yuǎn)，會(huì)導(dǎo)致標(biāo)牌尺度增大和后標(biāo)高度的增加（投資增加），也會(huì)造成視覺(jué)距離加大，帶來(lái)視標(biāo)困難。一般的港口在終航點(diǎn)附近都有碼頭、設(shè)備設(shè)施、陸域固定建筑物等作為船舶航行的參照物，可以允許導(dǎo)標(biāo)具有比較高的靈敏度，甚至?xí)霈F(xiàn)前標(biāo)遮擋后標(biāo)的情況發(fā)生（這種情況一般是由于前導(dǎo)標(biāo)離終航點(diǎn)太近導(dǎo)致的）。對(duì)于導(dǎo)標(biāo)設(shè)計(jì)者來(lái)講，更重要的是確保導(dǎo)航范圍內(nèi)的絕大部分航段和導(dǎo)航遠(yuǎn)點(diǎn)船舶上線(xiàn)航行的安全。

因此，導(dǎo)標(biāo)的選址要考慮港口的規(guī)劃發(fā)展、場(chǎng)地條件、自然條件和合理控制投資規(guī)模等多方案綜合比較確定。

2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)的探討

很多初學(xué)者或經(jīng)驗(yàn)不足的設(shè)計(jì)者對(duì)導(dǎo)標(biāo)的參數(shù)計(jì)算感到迷惘，導(dǎo)標(biāo)的各個(gè)參數(shù)之間都存在著關(guān)聯(lián)，互相影響，往往需要反反復(fù)復(fù)的驗(yàn)算。下面總結(jié)一些個(gè)人積累的工程經(jīng)驗(yàn)供大家參考和討論。

2.1 導(dǎo)標(biāo)間距

在《海港工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》中指出前后標(biāo)間距主要取決于航道寬度，并給出如下計(jì)算公式：

式中：ε0為水平分辨角，取1′～2′；D為前標(biāo)至引航起點(diǎn)的距離（m）；γ為風(fēng)流壓偏角（°）；L為設(shè)計(jì)船長(zhǎng)（m）；B為設(shè)計(jì)船寬（m）。

從以上公式中可以看出，前、后標(biāo)間距除了取決于航道寬度外，還主要跟D值相關(guān)，也就是還取決于導(dǎo)航航道段的長(zhǎng)度。

規(guī)范中給出的計(jì)算公式更為簡(jiǎn)明：

式中，P為設(shè)計(jì)偏離量（m）。

這看起來(lái)似乎很簡(jiǎn)單，航道參數(shù)和前標(biāo)位置確定后，前后標(biāo)間距應(yīng)該是定值。但實(shí)際上以上公式計(jì)算值更多是作為我們的取值參考，前后標(biāo)間距的確定還受到場(chǎng)地條件的限制，另外，前后標(biāo)間距的取值與視覺(jué)偏離量、前后標(biāo)垂直張角、側(cè)面靈敏度等參數(shù)間相互影響，工程設(shè)計(jì)中往往需要對(duì)前后標(biāo)間距進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整驗(yàn)算。以最終獲得合適的場(chǎng)地條件和合理的導(dǎo)航參數(shù)。

2.2 導(dǎo)標(biāo)高程

1）前導(dǎo)標(biāo)高程

《海港工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》和規(guī)范中分別給出了計(jì)算公式，其理論依據(jù)是一致的，都是考慮地理視距和折光的要求，先計(jì)算可見(jiàn)前標(biāo)的極限高度，再根據(jù)前標(biāo)處地面高程情況確定前標(biāo)高度及設(shè)計(jì)高程。但無(wú)論是用哪個(gè)公式計(jì)算，其結(jié)果值都很小，一般不超過(guò)20 m，而根據(jù)國(guó)內(nèi)沿海港口工程建設(shè)的實(shí)際情況，前導(dǎo)標(biāo)高程一般在30 m以上，如何合理確定前導(dǎo)標(biāo)的高程呢？既然我們實(shí)際確定的高程值遠(yuǎn)大于公式計(jì)算值（也就是實(shí)際取值都滿(mǎn)足地理視距和折光的要求），那么我們可以忽略公式的計(jì)算（或者只作為校核計(jì)算），而探討一種簡(jiǎn)化的實(shí)用的確定前導(dǎo)標(biāo)高程實(shí)際取值的方法。

對(duì)于短航道（D≤8 000 m），其前導(dǎo)標(biāo)高程值可按下面公式確定：

式中：WL為船舶設(shè)計(jì)通航水位（m）；e為眼高（m），可參照設(shè)計(jì)手冊(cè)附圖或具體設(shè)計(jì)船型參數(shù)取值；α為引航起點(diǎn)處觀(guān)察前標(biāo)的張角（°），可取2′～4′。

對(duì)于長(zhǎng)航道（D＞8 000 m），應(yīng)考慮折光的影響，計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，根據(jù)大量工程經(jīng)驗(yàn)，可簡(jiǎn)化為：

總之，確定前導(dǎo)標(biāo)高程的原則可簡(jiǎn)單的概括為兩條：①保證觀(guān)察者有一定的視標(biāo)仰角，以獲得良好的視標(biāo)效果；②盡量不要太高，以避免后導(dǎo)標(biāo)隨之增高，無(wú)謂加大工程投資。

2）后導(dǎo)標(biāo)高程

在確定了前導(dǎo)標(biāo)高程后，后導(dǎo)標(biāo)的高程可以根據(jù)規(guī)范中給出的公式計(jì)算。

2.3 導(dǎo)標(biāo)標(biāo)頂

標(biāo)頂指的是標(biāo)牌或燈器室，可按照規(guī)范中給出的要求，確定其建筑外形及尺寸。

2.4 導(dǎo)標(biāo)燈器配置

導(dǎo)標(biāo)燈器的配置基本經(jīng)歷了不斷發(fā)展的過(guò)程，上世紀(jì)90年代前，基本就是“主燈+標(biāo)身涂色”；90年代后，港口、現(xiàn)代工業(yè)和城市基礎(chǔ)設(shè)施均進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期，視標(biāo)背景條件越來(lái)越復(fù)雜，開(kāi)始使用“主燈+串燈+標(biāo)身涂色”；發(fā)展到今天，基本采用“主燈+LED光帶”的配布形式，很好的改善了視標(biāo)條件。

2.5 導(dǎo)標(biāo)的驗(yàn)算與評(píng)估

在確定了導(dǎo)標(biāo)的設(shè)計(jì)參數(shù)后，還要進(jìn)行驗(yàn)算與評(píng)估。如果設(shè)計(jì)者充分理解導(dǎo)標(biāo)的工作機(jī)理，按以上原則確定導(dǎo)標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)，將很容易通過(guò)驗(yàn)算和評(píng)估，否則將需要反反復(fù)復(fù)的驗(yàn)算與評(píng)估。

1）視覺(jué)偏離量

視覺(jué)偏離量主要由前后標(biāo)間距和視標(biāo)距離決定，引航起點(diǎn)處的值最大，在方案設(shè)計(jì)的過(guò)程中要注意前標(biāo)位置的移動(dòng)和前后標(biāo)間距變化對(duì)該值的影響，要保證導(dǎo)航全程的視覺(jué)偏離量小于設(shè)計(jì)偏離量。這個(gè)問(wèn)題在多方案的調(diào)整比選時(shí)往往容易被忽略，應(yīng)引起重視。

2）垂直張角

導(dǎo)航段內(nèi)任何一點(diǎn)處的前后標(biāo)垂直張角應(yīng)在2′～14′之間，否則應(yīng)對(duì)導(dǎo)標(biāo)間距或高程進(jìn)行調(diào)整。值得注意的是其最大垂直張角往往會(huì)出現(xiàn)在導(dǎo)航段的中間某一部位。

3）側(cè)面靈敏度

側(cè)面靈敏度是導(dǎo)標(biāo)使用效果的綜合評(píng)估系數(shù)，應(yīng)控制在1到4.5之間。在計(jì)算過(guò)程中保證引航起點(diǎn)（遠(yuǎn)點(diǎn)）處大于1是尤為重要的，一般很難控制在近點(diǎn)處小于 4.5，但考慮近點(diǎn)處可參照物較多，可以適當(dāng)放大該系數(shù)取值或考慮放棄近點(diǎn)局部航段的導(dǎo)標(biāo)作用。

3 結(jié) 語(yǔ)

1994年頒布導(dǎo)標(biāo)設(shè)計(jì)規(guī)范以來(lái)，已經(jīng)20多年過(guò)去了，這段時(shí)間我們國(guó)家也經(jīng)歷了沿海港口建設(shè)的空前發(fā)展時(shí)期，導(dǎo)標(biāo)設(shè)計(jì)也在相應(yīng)的發(fā)展變化。經(jīng)過(guò)大量的工程實(shí)踐，設(shè)計(jì)方和使用方在視標(biāo)距離、眼高選取、計(jì)算水位的確定、靈敏度評(píng)估值的采用等方面形成了比較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，建設(shè)了一批導(dǎo)航效果良好的沿海港口導(dǎo)標(biāo)工程。近幾年，LED光帶的大量采用，大大改善了視標(biāo)效果，并逐漸成為導(dǎo)標(biāo)設(shè)計(jì)中必不可少的燈器配置；甚至改變了傳統(tǒng)導(dǎo)標(biāo)設(shè)計(jì)概念中以標(biāo)頂和主燈為核心的計(jì)算理念，這一發(fā)展趨勢(shì)有待我們進(jìn)一步的研究與探討。

Research of Some Issues Occurred in Design of Coastal Leading Marks

Chang Xuefeng， Qiu Yue
（CCCC First Harbor Consultants Co.， Ltd.， Tianjin 300222， China）

With the high-speed development of China economy， China coastal ports have gone through a quick construction period， and the long deepwater channel has been dredged and used by many ports. Though the vessel navigating means such as DGPS and AIS are widely used in the world， the coastal leading mark is still the most conventional， safe and important navigating facility. Based on a lot of engineering design experiences， the discussion is made for some issues occurred in the design of coastal leading mark， and a simple design method is put forward， which may serve the designer of coastal leading marks as a reference.

coastal leading mark； site selection； visibility zone； background； top of leading mark； light allocation

U653.94

A

1004-9592（2016）03-0006-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160302

2016-04-20

常雪峰（1970-），男，高級(jí)工程師，主要從事港口工程及航道設(shè)計(jì)工作。

［1]海港工程設(shè)計(jì)手冊(cè)［J］.

［2]JTJ237-94 水運(yùn)工程導(dǎo)標(biāo)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.