吳鋒箭

(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，湖南 長沙　410008)

?

碼頭前沿高程對港口綜合效益影響分析

吳鋒箭

(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，湖南 長沙410008)

選取我省4座典型碼頭工程作為樣本，通過研究碼頭前沿高程對泊位通過能力、裝卸成本及建設(shè)成本的影響，總結(jié)分析港口綜合效益?？蔀樵O(shè)計(jì)提供我省碼頭前沿高程確定的依據(jù)，同時(shí)可供我省港口建設(shè)主管部門審批碼頭前沿高程決策參考。

；碼頭；前沿高程；港口；綜合效益

碼頭前沿高程取值對港口綜合效益影響是多方面的。如碼頭前沿高程取值偏高，在建設(shè)期帶來的直接影響主要體現(xiàn)在工程建設(shè)成本增加；在營運(yùn)期主要體現(xiàn)在裝卸效率及能耗增大，進(jìn)而導(dǎo)致泊位通過能力降低、港口裝卸成本增加。本文分別以岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程、岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程、株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程及衡陽港松木港區(qū)一期工程為樣本，分析不同前沿高程取值條件下，港口綜合效益的差異。

1　樣本碼頭前沿高程實(shí)際值與理論值差異

1.1樣本碼頭前沿高程實(shí)際設(shè)計(jì)值

岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程等4個(gè)樣本碼頭，前沿設(shè)計(jì)高程取值受防洪因素制約，總體偏高，具體如表1所示。

表1 樣本碼頭前沿高程實(shí)際設(shè)計(jì)值一覽表序號碼頭名稱結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)高水位/m橫梁底高程/m碼頭面高程/m1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程高樁框架50a一遇32.2733.8137.032岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程高樁框架20a一遇34.0035.0037.503株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程高樁框架20a一遇41.9642.8045.004衡陽港松木港區(qū)一期工程高樁框架20a一遇58.3759.7061.80

1.2樣本碼頭前沿高程規(guī)范取值

根據(jù)《河港工程總體設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 212-2006)第3.4.2條規(guī)定，碼頭前沿設(shè)計(jì)高程應(yīng)考慮碼頭的重要性、設(shè)計(jì)船型、裝卸工藝、碼頭布置及型式、前后方高程銜接條件、地形、地貌和工程投資等因素。岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程等4個(gè)樣本碼頭，按《河港工程總體設(shè)計(jì)規(guī)范》確定的碼頭前沿設(shè)計(jì)高程如表2所示。其中：

岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程、岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程前方平臺采用引橋接岸，不存在工藝、地形或前后方高程銜接等制約因素，可按設(shè)計(jì)高水位及超高值確定。

表2 樣本碼頭前沿高程規(guī)范取值一覽表序號碼頭名稱設(shè)計(jì)高水位/m超高/m碼頭面高程/m1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程50a一遇32.270.532.572岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程20a一遇34.000.534.503株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程20a一遇41.960.542.464衡陽港松木港區(qū)一期工程20a一遇58.370.558.87

株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程及衡陽港松木港區(qū)一期工程也采用滿堂式布置，碼頭平臺與防洪堤直接連接，本次研究考慮在防洪堤處設(shè)置防洪閘口以進(jìn)一步降低前沿高程，按設(shè)計(jì)高水位及超高值確定。

1.3樣本碼頭前沿高程實(shí)際值與理論值差異

樣本碼頭前沿高程實(shí)際值與理論值差異如表3所示。

表3 樣本碼頭前沿高程實(shí)際值與理論值差異一覽表序號碼頭名稱實(shí)際值/m規(guī)范計(jì)算值/m差值/m1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程37.0332.574.462岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程37.5034.503.003株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程45.0042.462.544衡陽港松木港區(qū)一期工程61.8058.872.93

2　碼頭前沿高程對泊位通過能力的影響

對于直立式透空碼頭，碼頭前沿高程不同，導(dǎo)致貨物裝卸時(shí)設(shè)備船時(shí)效率會有所不同，而泊位通過能力與船時(shí)效率密切相關(guān)，碼頭前沿高程取值對泊位通過能力大小有直接影響。

2.1泊位通過能力計(jì)算公式

4座樣本碼頭主要裝卸貨種為集裝箱及件雜貨，泊位通過能力可根據(jù)《河港工程總體設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ212-2006)第4.10.2條和第4.10.3條計(jì)算。

2.2船時(shí)效率與起升高度的關(guān)系

船時(shí)效率反映的是單位時(shí)間內(nèi)單個(gè)泊位所有裝卸連續(xù)作業(yè)，所完成的操作噸總和大小。在設(shè)備功率、貨物種類及操作工人技能熟練水平都相當(dāng)?shù)那疤嵯拢鹕叨仍酱?，單次裝卸循環(huán)耗時(shí)越長，則船時(shí)效率越低，反之亦然。

根據(jù)調(diào)查，4座樣本碼頭代表設(shè)備在常水位條件下實(shí)際起升高度及相應(yīng)船時(shí)效率如表4所示。假設(shè)船時(shí)效率與設(shè)備起升高度線性相關(guān)，根據(jù)港口營運(yùn)經(jīng)驗(yàn)相關(guān)系數(shù)可取0.65，即垂直起升階段耗時(shí)一般占單次裝卸循環(huán)總耗時(shí)的65%：

起升高度降低1 m，引起船時(shí)效率變化如表5所示。

表4 樣本碼頭代表設(shè)備配置及參數(shù)一覽表序號碼頭名稱設(shè)備型號起升高度/m船時(shí)效率1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程45t-16m岸橋2340TEU/(臺·h)2岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程MQ40.5t-25m門機(jī)20.920TEU/(臺·h)3株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程35t-30m龍門吊20.115TEU/(臺·h)4衡陽港松木港區(qū)一期工程TQ5-18m門機(jī)19.02×60t/(臺·h)

表5 樣本碼頭船時(shí)效率隨起升高度變化表序號碼頭名稱起升高度變量/m相關(guān)系數(shù)船時(shí)效率1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程-10.6541.1TEU/(臺·h)2岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程-10.6520.6TEU/(臺·h)3株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程-10.6515.5TEU/(臺·h)4衡陽港松木港區(qū)一期工程-10.652×62.1t/(臺·h)

2.3泊位通過能力與起升高度的關(guān)系

根據(jù)4座樣本碼頭施工圖設(shè)計(jì)階段確定的通過能力計(jì)算參數(shù)，分別計(jì)算原始通過能力以及起升高度降低1 m后泊位通過能力的變化，具體見表6。

表6 泊位通過能力隨起升高度變化表碼頭名稱泊位利用率ρ/%泊位年工作天數(shù)Ty/d泊位晝夜工作時(shí)間(3班制)td/h泊位晝夜非生產(chǎn)時(shí)間ts/h船舶輔助和技術(shù)作業(yè)時(shí)間tf/h單船實(shí)際載重量G設(shè)計(jì)船時(shí)裝卸效率p岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程0.653302462.5180TEU40TEU/(h·艘)岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程0.653302462.5120TEU20TEU/(h·艘)株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程0.653302462.550TEU15TEU/(h·艘)衡陽港松木港區(qū)一期工程0.7330163.511000t 120t/(h·艘) 起升高度降1m船時(shí)裝卸效率p1裝卸一艘船的純裝卸時(shí)間tz/h起升高度降1m純裝卸時(shí)間tz1/h單個(gè)泊位原始年通過能力Ps1單個(gè)泊位調(diào)整后年通過能力Ps2單個(gè)泊位年通過能力變量Ps2-Ps1單個(gè)泊位年通過能力增幅百分比(Ps2-Ps1)/%41.1TEU/(h·艘)4.54.410.9萬TEU11.1萬TEU0.2萬TEU1.9320.6TEU/(h·艘)65.85.9萬TEU6萬TEU 0.1萬TEU2.2715.5TEU/(h·艘)3.33.23.7萬TEU3.8萬TEU0.1萬TEU2.11124.2t/(h·艘)8.38.131.7萬t32.7萬t1萬t 3.19

從表6可以看出，起升高度每降低1 m，4座樣本碼頭單個(gè)泊位年通過能力分別增加1.93%、2.27%、2.11%、3.19%；根據(jù)表3所示樣本碼頭前沿高程實(shí)際值與理論值差異，進(jìn)一步可以得出，碼頭前沿高程如采用規(guī)范計(jì)算值，則4座樣本碼頭單個(gè)泊位年通過能力分別增加8.61%、6.81%、5.36%、9.35%。

3　碼頭前沿高程對裝卸成本的影響

碼頭前沿高程不同，引起裝卸貨物起升高度不同，顯然，設(shè)備能耗也與之密切相關(guān)。起升高度越大，設(shè)備能耗就越高，直接裝卸成本也越高，反之亦然。同時(shí)，由于起升高度變化引起裝卸效率的變化，將對港口作業(yè)時(shí)間、人工成本、設(shè)備折舊等帶來一系列影響。

3.1樣本碼頭設(shè)備能耗指標(biāo)

4座樣本碼頭采用的前沿裝卸設(shè)備主要為小型岸邊集裝箱起重機(jī)或門座式起重機(jī)，根據(jù)調(diào)研，各設(shè)備能耗指標(biāo)具體如表7所示。

表7 樣本碼頭設(shè)備能耗指標(biāo)一覽表序號碼頭名稱設(shè)備型號能耗指標(biāo)1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程45t-16m岸橋2.7kW·h/吞吐TUE2岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程MQ40.5t-25m門機(jī)2.5kW·h/吞吐TUE3株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程35t-30m龍門吊2.1kW·h/吞吐TUE4衡陽港松木港區(qū)一期工程TQ5-18m門機(jī)0.19kW·h/操作t

3.2設(shè)備能耗與起升高度的關(guān)系

設(shè)備能耗主要與貨物裝卸過程中垂直提升高度有關(guān)。樣本碼頭裝卸作業(yè)時(shí)一般起升高度具體如表4所示。假設(shè)設(shè)備能耗與起升高度線性相關(guān)，根據(jù)港口營運(yùn)經(jīng)驗(yàn)相關(guān)系數(shù)可取0.9，即垂直起升階段能耗一般占單次裝卸循環(huán)總能耗的90%，則起升高度每降低1 m，設(shè)備能耗降幅為：

具體計(jì)算結(jié)果如表8所示。

3.3能耗成本與起升高度的關(guān)系

4座樣本碼頭前沿高程采用規(guī)范計(jì)算值，則單個(gè)泊位全年設(shè)備能耗降低程度如表9所示。

3.4綜合裝卸成本與起升高度的關(guān)系

根據(jù)我省普通貨源碼頭設(shè)備一般配置情況，陸域堆場設(shè)備及水平流動設(shè)備通過能力與碼頭前沿設(shè)備通過能力比值約為1.1∶1，這意味著，前沿設(shè)備裝卸效率的提高，可以帶動全港裝卸效率同步提高。港口綜合裝卸成本與起升高度的關(guān)系如表10所示。

表8 樣本碼頭設(shè)備能耗隨起升高度變化表序號碼頭名稱起升高度變量/m相關(guān)系數(shù)設(shè)備能耗降幅1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程-10.90.11kW·h/吞吐TUE2岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程-10.90.11kW·h/吞吐TUE3株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程-10.90.09kW·h/吞吐TUE4衡陽港松木港區(qū)一期工程-10.90.01kW·h/操作t

表9 樣本碼頭設(shè)備能耗隨起升高度變化表序號碼頭名稱設(shè)計(jì)吞吐量單位能耗降幅全年能耗降幅/(萬kW·h)1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程9萬TEU/a 0.49kW·h/吞吐TUE4.412岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程2.5萬TEU/a0.33kW·h/吞吐TUE0.833株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程3萬TEU/a 0.23kW·h/吞吐TUE0.694衡陽港松木港區(qū)一期工程50萬t/a 0.03kW·h/操作t 1.5

表10 前沿高程降低后綜合裝卸成本與起升高度關(guān)系表序號碼頭名稱起升高度減小值/m通過能力增幅/%全港效率系數(shù)實(shí)際裝卸成本前沿高程降低后裝卸成本1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程4.468.611.07113元/TEU105.6元/TEU2岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程3.006.811.06117元/TEU110.4元/TEU3株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程2.545.361.05111元/TEU105.7元/TEU4衡陽港松木港區(qū)一期工程2.939.351.0810.2元/t9.44元/t

可見，4座樣本碼頭前沿高程如采用規(guī)范計(jì)算值，貨物裝卸成本可分別節(jié)省7.4元/TEU、6.6元/TEU、5.3元/TEU、0.76元/t；對應(yīng)于單個(gè)泊位全年設(shè)計(jì)通過能力水平，可分別節(jié)省80.7萬元/a、38.9萬元/a、19.6萬元/a、24.1萬元/a。

4　碼頭前沿高程對建設(shè)成本的影響

根據(jù)我省內(nèi)河碼頭建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，不同項(xiàng)目所處工程環(huán)境差異較大，碼頭前沿高程取值影響因素各不相同，前沿高程降低能減小系纜平臺，相應(yīng)地，靠船立柱、后方立柱高度均可減少。經(jīng)統(tǒng)計(jì)碼頭前沿高程降低后對單個(gè)泊位工程建設(shè)成本變化見表11。

表11 前沿高程與工程建設(shè)成本的變化表序號碼頭名稱碼頭前沿高程增減/m工程建設(shè)成本變化/萬元1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程-4.46-1132岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程-3.00-673株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程-2.54-1214衡陽港松木港區(qū)一期工程-2.93-142

5　結(jié)語

本文通過選取岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程、岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程、株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程及衡陽港松木港區(qū)一期工程等4座碼頭進(jìn)行定量分析，對單個(gè)泊位，分析碼頭前沿高程采用規(guī)范計(jì)算與防洪批復(fù)的差值分別對泊位年通過能力、全年能耗、港口綜合裝卸成本及工程建設(shè)成本的變化，從文中數(shù)據(jù)可以看出碼頭前沿高程對港口綜合效益的影響是顯著的。建議我省港口建設(shè)主管部門統(tǒng)籌防洪與港口綜合效益要求，嚴(yán)格按相關(guān)行業(yè)規(guī)范確定碼頭前沿高程，提高我省港口綜合效益和市場競爭力。

[1]湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院.港口碼頭前沿高程對防洪及港口綜合效益的影響研究 [R].2015.

2016-07-27

吳鋒箭(1982-)，男，工程師，從事港口航道設(shè)計(jì)等工作。

；1008-844X(2016)03-0189-04

；U 656.1

；A