黃炎潮,苗 輝,連石水

(中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣州 510230)

導標偏移量計算方法探研

黃炎潮,苗 輝,連石水

(中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣州 510230)

導標偏移量是導標設計最基本參數(shù)，導標間距、高程、靈敏度計算都與它有關系。文章根據(jù)以往導標設計經(jīng)驗，結合航道設計、船舶在航道操縱和國際航標協(xié)會建議，分別進行導標偏移量計算，對計算結果進行對比論證，分析我國現(xiàn)行導標設計規(guī)范在計算導標設計偏移量中存在的問題，說明我國導標設計規(guī)范的修訂具有現(xiàn)實需要。通過論證，文中針對導標偏移量計算思路和方法提出新的建議，為更加完善的導標設計方案提出解決方向。

導標設計；偏移量計算；優(yōu)化方法。

導標是最常用的航標設施之一，在導標設計中，導標設計偏移量是最基本的、也是最重要的參數(shù)，導標的前后標間距和導標高程都需要根據(jù)導標設計偏移量來計算，因此如何對導標設計偏移量的計算取值將決定導標的最終效能。1994年我國頒發(fā)《水運工程導標設計規(guī)范》JTJ237-94，2016年頒發(fā)《航道工程設計規(guī)范》JTS181-2016，對導標設計規(guī)范內(nèi)容進行了局部修訂，經(jīng)過多年導標設計體會，現(xiàn)行導標設計規(guī)范關于導標設計偏移量的計算不盡完善，需要進一步論證。

1 導標觀察者的位置

圖1 某船駕駛室位置Fig.1 Position of one vessel cab

導標觀察者是船舶駕駛人員，對于貨物運輸船舶，絕大部分船舶的駕駛室位于船舶尾部，不同船型位置有差別，船型越大尾部占全長比例越小，例如圖1所示的某船，該船總長200 m，駕駛室至船首160.4 m，為0.802L(L為總船長)，而超大型船舶約為0.85L。駕駛室大約距船首0.8L位置，不同船舶駕駛臺的位置不一樣，總體上差別不大，本文選用0.8L。由于船舶操縱臺位于船舶中間，一般情況下駕駛人員位于船舶中間觀察導標，當船舶壓差角較大時，駕駛人員也許會偏離船中觀察導標，但總體上以船中線為主。

2 船舶占用航道寬度

根據(jù)《海港總體設計規(guī)范》，單向航道寬度和航跡帶寬按下式計算。

W=A+2c

(1)

A=η(Lsinγ+B)

(2)

式中：W為航道通航寬度，m；A為航跡帶寬度，m；c為船舶與航道底邊線的富裕寬度，m；η為船舶漂移倍數(shù)；L為設計船長，m；γ為風流壓差角，°；B為設計船寬，m。

從航跡帶寬度公式可見，受風流壓差角作用，船舶占用航道寬度修正為Lsinγ+B，其中Lsinγ為增加量。但是，由于船舶首部向中間、向前端收尖，實際船舶占用航道寬度比公式要求的要小。圖2-a某船在0.22 L處船舶寬度向船頭方向逐漸收縮，圖2-b某巴拿馬型散貨船船首部分為0.154 L，圖2-c某好望角型散貨船船首部分為0.151 L，圖2-d某VLCC船船首部分為0.188 L，不同船舶位置不一樣，綜合考慮，船首部長度在0.15L～0.25 L之間，準確的位置還需要更深入調(diào)查。

圖2 船舶總體布置Fig.2Generallayoutofonevessel圖3 船舶在航道CAD放樣Fig.3CADmodelofonevesselinchannel

由于船首部分的寬度收縮，風流壓差角產(chǎn)生的寬度增加將相互抵消一部分，圖3通過CAD圖放樣，可以看出風流壓差角較大時實際值比規(guī)范值小，具體取值應根據(jù)工程項目實際情況綜合研究。

3 安全距離

根據(jù)不同工況，船舶在航道航行時，將于航道中心線左右蛇形前進，形成一定的水域范圍，其包絡寬度構成航跡帶寬度，船舶應在航跡帶內(nèi)航行。為了避免岸壁影響和其他不確定因素，航道寬度計算時，在航跡帶寬度基礎上預留富裕寬度c，根據(jù)海港航道設計規(guī)范，富裕寬度c為船體外側與航道底邊線的最小距離，船舶進入c區(qū)域將潛在安全風險。在航道設計時，富裕寬度c是根據(jù)使用航道的邊界條件確定的，實際中的具體條件可能比邊界條件好，船舶進入c區(qū)域也是安全的。由于導標是按航道使用的邊界條件設計的，所以要求船舶偏離航道中心線時不應進入c區(qū)域。關于安全距離的質量，應考慮觀測者沒有站在船邊，而是站在船中央。對于航道，安全距離為c值加觀測者至船舶邊緣距離。

4 現(xiàn)行規(guī)范導標設計偏移量計算

4.1根據(jù)《航道工程設計規(guī)范》計算

根據(jù)《航道工程設計規(guī)范》JTS181-2016，導標允許偏移量按(3)式計算，導標設計偏移量取23允許偏移量

(3)

式中：Pr為允許偏移量，m。從式(3)可見，導標允許偏移量取航跡帶寬度的一半，在船舶沒有壓差角時，船舶將有一半位于航跡帶外，安全距離偏小，顯然不符合航道使用要求。而且，受天氣影響，船舶在航道航行存在一定的壓差角，船舶占用航道寬度比船舶寬度要大，式(3)也沒有體現(xiàn)壓差角影響。

4.2根據(jù)《水運工程導標設計規(guī)范》計算

根據(jù)《水運工程導標設計規(guī)范》JTJ237-94，導標允許偏移量按式(4)計算，導標設計偏移量取23允許偏移量

(4)

從式(4)可見，導標允許偏移量取航道寬度的一半減去一倍船寬，船舶邊緣距離航道底邊線0.5B，當航道設計的C值大于0.5B時，船舶將偏離航跡帶范圍進入C值區(qū)，C值越大，船舶偏離航跡帶的距離越大，預留的安全距離越少，對導標的要求越低，這與C值的意義完全不同。究其原因是航道寬度中C值的比重比較大，用航道寬度作為參數(shù)來計算允許偏離量，不能正確反映安全距離要求，對船舶偏離航道中心線的沒有足夠限制。

4.3根據(jù)國際航標協(xié)會導標設計建議估算

國際航標協(xié)會導標設計建議中，對導標偏移量作這樣描述，船舶偏離航道中心線，當能夠確定前后標已經(jīng)分離，此時船舶與航道中心線的距離為導標偏移量，導標偏移量為航道寬度一半減去安全距離。在導標設計時，需要根據(jù)航道數(shù)據(jù)設定導標在起導點的偏移量，這是預設的偏移量。國際航標協(xié)會導標設計建議中，起導點偏移量按航道寬度一半的百分比取值，由于我國航道寬度計算與國外不同，在導標計算中發(fā)現(xiàn)，采用相同百分比取值方式對于我國航道有比較大的差異。

5 導標允許偏移量計算

船舶沿航道中心線蛇形前進，當船舶邊緣與航跡帶邊線重疊時，船舶應往另一側調(diào)整，所以船舶偏離航道中心線最大距離為船舶邊緣與航跡帶邊線重疊時船舶與離航道中心線距離，以此作為導標允許偏移量，也是最大偏移量。

根據(jù)《航道工程設計規(guī)范》JTS181-2016和《水運工程導標設計規(guī)范》JTJ237-94，導標設計偏移量取23允許偏移量，設計偏移量對導標使用要求更高，不過規(guī)范中并沒有說明該條文的來源。其實，只要船舶偏離航道中心線距離不大于允許偏離量，船舶的行為應該是允許的，國際上也沒有導標設計偏移量的條文，為了與國際接軌，建議采用允許偏移量作為導標偏移量參數(shù)，希望能用我國導標規(guī)范進行國外導標設計。

當船舶沒有壓差角時，導標允許偏移量計算如式(5)所示，當船舶有壓差角時，導標允許偏移量計算如式(6)所示。

(5)

(6)

式中：Δ為由于壓差角影響；pr船舶占用航道增加量，m；n為修正系數(shù)，取0.6～0.7

根據(jù)我國航道設計規(guī)范河國家航標協(xié)會助航指南第二版，由于壓差角影響，船舶占用航道增加量 可按下式計算

Δ=Lsinγ

(7)

考慮到駕駛室位于船舶尾部，船首部寬度變小，引入修正系數(shù)n，n的取值需要綜合研究，但應不小于0.5。

6 導標偏移量計算

根據(jù)《航道工程設計規(guī)范》JTS181-2016和《水運工程導標設計規(guī)范》JTJ237-94，船舶沿導標軸線航行時，其偏移量按下式計算

(8)

式中：PS導標偏移量，m；D為觀察距離，m；d為導標前后間距離，m。

根據(jù)國際航標協(xié)會導標燈建議，船舶沿導標軸線航行時，其偏移量按下式計算

(9)

式中：θ為導標水平分離角，mrad。式(9)與式(8)的差別是增加變量水平分離角，在我國規(guī)范中，導標水平分離角取值固定為1′，式(8)中隱含的水平分離角為1′。根據(jù)國際航標協(xié)會導標燈建議和導標設計導則，導標水平分離角與導標垂直分離角是有關聯(lián)的，垂直分離角發(fā)生變化，水平分離角也將發(fā)生改變，在式(8)中加入水平分離角變量將更準確反映導標效能。

根據(jù)國際航標協(xié)會導標燈建議和導標設計導則，導標水平分離角與導標垂直分離角的關系如下式

θ=0.16+0.12α

(10)

式中：α為導標垂直分離角，mrad。

從式(10)可以看到，垂直分離角增大，水平分離角也增大，當垂直分離角為3.75′時，水平分離角為1′。根據(jù)國際航標協(xié)會導標燈建議和導標設計導則建議，為使兩燈分離，導燈的垂直分離角應取1.5 mrad以上，相當于5′，此時，水平分離角為0.34 mrad，相當于1.17′，這說明我國規(guī)范水平分離角取1′偏小，水平偏離角與垂直分離角完全脫離也不是很適當。

導標水平分離角直接影響偏移量和前后標間距離，偏移量和前后標間距離直接影響靈敏度，為了準確反映導標效能，需要在導標計算中引入水平分離角。

7 導標偏移量計算案例

有一油船航道，設計船型寬度43 m、長度246 m，航道設計風流壓差角7°，航跡帶寬度124 m，富裕寬度65 m，有效寬度254 m，長度8 000 m，航道終點距離前導標1 800 m。

根據(jù)式(3)計算，導標允許偏移量為62 m，設計偏移量41.3 m，前后標距離890 m。根據(jù)式(4)計算，導標允許偏移量為80 m，設計偏移量53.3 m，前后標距離677 m。根據(jù)式(5)計算，導標允許偏移量為40.5 m，設計偏移量取等于允許偏移量，前后標距離908 m。根據(jù)式(6)計算，導標允許偏移量為28.1 m(n取0.6，風流壓差角5°)，設計偏移量等于允許偏移量，前后標距離1 355 m。根據(jù)國際航標協(xié)會導標燈建議，導標允許偏移量取航道寬度一半的15%，其值為38.1 m，前后標距離968 m。

從上面計算結果可見，不同計算方式，導標偏移量差別比較大，前后標距離差別也比較大，說明需要制訂相關規(guī)范來明確。

8 結語

導標是我國最常用的視覺航標，廣大航標人員需要經(jīng)常應用導標設計規(guī)范來設計導標，本文根據(jù)航道設計規(guī)范，結合國際航標協(xié)會導標建議和導標設計導則，對比我國現(xiàn)行導標設計規(guī)范，指出在偏移量計算上存在的差異，提出我國導標設計規(guī)范優(yōu)化完善的方向，由于統(tǒng)計資料有限，有些參數(shù)取值需要更深入研究，誠邀主管部門給予指導、導標設計和使用人員共同努力，進一步完善我國導標設計規(guī)范，希望我國導標設計規(guī)范能夠完全與國際接軌，便于應用我國規(guī)范進行國外導標工程設計。

[1]JTS181-2016 ，航道工程設計規(guī)范[S].

[2]JTJ237-94 ，水運工程導標設計規(guī)范[S].

[3] IALA Recommendation E-112, On Leading Lights Edition 1[S].

[4]IALA Guideline 1023, The Design Of Leading Lines Edition 1[S].

[5]王英志.國際航標協(xié)會《助航指南》第二版[M].大連：大連海事大學出版社，1995.

[6]美國海岸警衛(wèi)隊 Carl K.Andersen ,CDR Larry E.Jaeger.導標標準[C]第十四屆國際航標會議論文集編審委員會.第十四屆國際航標會議技術論文集.北京:[s.n.]，1999.

[7]愛爾蘭燈塔委員會James J.Doyle. 7海里晝間導燈的設計與安裝[C]第十四屆國際航標會議論文集編審委員會.第十四屆國際航標會議技術論文集.北京：[s.n.]，1999.

Study of calculation method of off-axis distance of leading marks

HUANGYan-chao,MIAOHui,LIANShi-shui

(CCCC-FHDIEngineeringCo.,Ltd.,Guangzhou510230,China)

Off-axis distance of leading marks is the most basic data of leading mark design. It is the key parameter in calculation of leading marks distance, mark′s elevation and sensitivity. Based on the existing rules, the problems of off-axis distance calculation of leading marks were discussed according to the experience of leading marks design, including channel design and vessel operation in channel. It means that the revision of existing leading marks rule is the demand of reality. A new recommendation about method of leading marks off-axis distance calculation was also put forward in this paper.

leading marks design; off-axis distance calculation; improved calculation method

2017-05-17；

2017-07-19

黃炎潮(1964-)，男，廣東普寧人，高級工程師，主要從事港口航道工程通信導助航設計研究。

Biography：HUANG Yan-chao(1964-),male, senior engineer.

P 715

A

1005-8443(2017)05-0537-04