(閩江學(xué)院 福建 福州 350108)

一、引言

隨著三峽的船舶過(guò)閘需求日益增長(zhǎng)，有限的船閘通過(guò)能力導(dǎo)致船舶過(guò)壩效率出現(xiàn)問(wèn)題，制約整個(gè)流域運(yùn)輸?shù)男?；同時(shí)有限的錨地容量也使得船舶數(shù)量在三峽近壩河段待閘積壓的情況成為常態(tài)。因此如何緩解待閘錨地的壓力，提升整體船舶過(guò)壩效率已然成為通航管理部門亟需解決的問(wèn)題。國(guó)內(nèi)的劉敬賢等分析了航道系統(tǒng)和船舶實(shí)體的特征，根據(jù)船舶的行為，建立了航道仿真模型，輸入某海港的實(shí)際數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。國(guó)外也有很多學(xué)者基于仿真對(duì)交通進(jìn)行了大量的研究。Kia M.等利用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，分析提出服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)和模型參數(shù)以及增加通過(guò)能力的方法。

而本文運(yùn)用 AnyLogic仿真軟件對(duì)船舶從三峽壩前到通過(guò)三峽大壩的過(guò)程進(jìn)行虛擬化呈現(xiàn)，采用理論與仿真相結(jié)合的方式設(shè)置船舶過(guò)閘方案，即構(gòu)建船舶過(guò)閘效率優(yōu)化模型，提升三峽服務(wù)水平，帶來(lái)一定的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

二、三峽船閘通過(guò)能力仿真分析

(一)船閘通過(guò)能力定義和分析方法

1.船閘通過(guò)能力定義

船閘通過(guò)能力是指在特定邊界條件下的船閘年可通過(guò)貨物量，其不是一個(gè)固定的數(shù)據(jù)，而是隨著可變條件的變化而變化的。

我國(guó)現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范《船閘總體設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ305-2001)(以下簡(jiǎn)稱“《規(guī)范》”)對(duì)船閘通過(guò)能力計(jì)算有具體規(guī)定，規(guī)定其計(jì)算方法如下：

(2.1.1-1)

(2.1.1-2)

(2.1.1-3)

式中：P1為單向每年過(guò)閘船舶總載重噸位(t)；P2為單向年過(guò)閘客貨運(yùn)量(t)；n為日平均過(guò)閘次數(shù)；n0為日非運(yùn)客、貨船過(guò)閘次數(shù)；N為年通航天數(shù)(d)；G為一次過(guò)閘平均載重噸位(t)；α為船舶裝載系數(shù)；β為運(yùn)量不均衡系數(shù)；τ為日工作小時(shí)(h)；T為一次過(guò)閘時(shí)間(min)。

2.船閘通過(guò)能力影響因素分析

船閘通過(guò)能力影響因素有以下幾大類構(gòu)成：

因素具體指標(biāo)2個(gè)中間參數(shù)一次過(guò)閘平均噸位一次過(guò)閘平均時(shí)間船閘尺度因素有效長(zhǎng)度閘室有效寬度閘室門檻水深船閘工藝因素開(kāi)閘門時(shí)間關(guān)閘門時(shí)間灌水時(shí)間泄水時(shí)間船閘平面布置因素引航道的布置形式待閘區(qū)域與閘室之間的距離過(guò)閘船舶組成因素過(guò)閘船型設(shè)計(jì)尺度船舶組合比例船閘運(yùn)營(yíng)關(guān)鍵參數(shù)日工作小時(shí)日閘次數(shù)年通航天數(shù)運(yùn)量不均衡系數(shù)船舶性能以及船舶航行安全要求船舶進(jìn)閘速度船舶進(jìn)閘之間的安全距離(或稱為間隔時(shí)間)船舶出閘速度船舶出閘安全距離(或間隔時(shí)間)船舶在各閘室間的航行速度船閘運(yùn)行模式單向運(yùn)行雙向運(yùn)行

3.船閘服務(wù)水平指標(biāo)

本論文從船舶與船閘兩個(gè)角度出發(fā)，采用船舶平均等待時(shí)間和船閘有效利用率2個(gè)船閘服務(wù)水平指標(biāo)對(duì)船閘通過(guò)能力進(jìn)行了分析研究。

(1)船舶平均等待時(shí)間

船舶平均等待時(shí)間指的是從船舶到達(dá)錨地開(kāi)始至離開(kāi)錨地時(shí)的時(shí)間段為船舶平均等待時(shí)間。船舶平均等待時(shí)間是從船舶過(guò)閘的角度對(duì)船閘服務(wù)水平進(jìn)行判別。船舶平均等待時(shí)間的長(zhǎng)短反映了船閘服務(wù)水平，時(shí)間越短，則船閘服務(wù)水平越高；時(shí)間越長(zhǎng)，則船閘服務(wù)水平越低。

(2)船閘有效利用率

船閘有效利用率是指船閘一年的實(shí)際運(yùn)行工作時(shí)間與一年中可運(yùn)行時(shí)間的比值。船閘有效利用率越高，說(shuō)明船閘越繁忙，船舶到達(dá)后等待過(guò)閘的時(shí)間就會(huì)長(zhǎng)，船舶接受船閘過(guò)閘服務(wù)的服務(wù)水平越低；船閘有效利用率低，則反映船閘閑置的時(shí)間長(zhǎng)，船舶等待過(guò)閘的時(shí)間就會(huì)變短，船舶的過(guò)閘服務(wù)水平就越高。

三、實(shí)例分析

(一)2013年三峽船閘實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

1.船舶分噸級(jí)統(tǒng)計(jì)

表2-1 2013年三峽船閘船舶分類統(tǒng)計(jì)

2.過(guò)閘船舶尺度統(tǒng)計(jì)

表2-2 2013年在三峽過(guò)閘的船型尺度統(tǒng)計(jì)分析

3.三峽船閘的相關(guān)運(yùn)作設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間

三峽船閘為五級(jí)船閘，一般是單向運(yùn)行方式。船舶過(guò)閘通過(guò)第一個(gè)閘室的過(guò)程是船閘通過(guò)能力的控制工況，因此，本項(xiàng)研究主要針對(duì)這個(gè)工況。

表2.3 三峽船閘相關(guān)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間表

4.船舶進(jìn)閘時(shí)間分析

表2-4 三峽船舶進(jìn)閘時(shí)間分析表

5.船舶移泊時(shí)間分析

表2-5 三峽船舶移泊時(shí)間分析表

6.船舶過(guò)閘時(shí)間分析

三峽的過(guò)閘方式為雙線五級(jí)船閘的單向過(guò)閘，故一次過(guò)閘船隊(duì)的時(shí)間=通過(guò)一個(gè)閘室的總運(yùn)行時(shí)間+船舶進(jìn)閘總時(shí)間+船舶移泊(移閘)總時(shí)間。

表2-6 船舶過(guò)閘時(shí)間分析

四、AnyLogic仿真

(一)建模流程及圖示

利用AnyLgoc建立三峽虛擬情景，根據(jù)搜集的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，設(shè)置船舶的系列參數(shù)。根據(jù)以上船舶分布情況設(shè)定概率。

(二)結(jié)果分析

1.對(duì)2013年過(guò)閘的船舶組合進(jìn)行通過(guò)能力模擬試驗(yàn)

利用AnyLogic軟件模擬了基于隨機(jī)排隊(duì)原則的三峽船舶過(guò)閘過(guò)程。該模擬試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了4組試驗(yàn)，分別是基于2013年實(shí)際過(guò)閘船型組合(包含客船)，分別向系統(tǒng)輸入5500萬(wàn) t、6000萬(wàn) t、6250萬(wàn) t和6500萬(wàn) t，模擬結(jié)果見(jiàn)表4-1和圖4-1。

表4-1 2013年三峽船閘的過(guò)閘船型組合數(shù)據(jù)

圖4-1 服務(wù)水平與單向船閘過(guò)閘貨物量的關(guān)系

2.基于2013年的客船情況對(duì)三峽船閘通過(guò)能力的影響分析

根據(jù)資料顯示，2013年的實(shí)際過(guò)閘船舶中含有約4%的客船，這些客船占用閘室有效面積，影響了船閘通過(guò)能力。為了分析客船對(duì)三峽船閘通過(guò)能力影響，在實(shí)際船型組合中，將客船剔除掉，各噸級(jí)和各尺度的船舶組合比例不變。模擬試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4-2和圖4-2。

表4-2 模擬試驗(yàn)結(jié)果

圖4-2 船閘過(guò)閘貨物量與服務(wù)水平指標(biāo)關(guān)系曲線

分析表4-2和圖4-2，剔除掉客船影響，發(fā)現(xiàn)2013年三峽船閘極限通過(guò)能力仿真中，不含客船組合的實(shí)際過(guò)閘貨物量都比含有客船組合的高。

為方便分析客船對(duì)三峽船閘通過(guò)能力影響，將數(shù)據(jù)整理匯總成對(duì)比分析表，詳見(jiàn)表4-3與4-4。

表4-3 2013年客船情況對(duì)三峽船閘通過(guò)能力影響比較分析

表4-4 2013年客船對(duì)船閘服務(wù)水平的影響對(duì)比分析表

圖4-3 2013年客船對(duì)船閘利用率的影響對(duì)比圖

圖4-4 2013年客船對(duì)船舶平均等待時(shí)間的影響對(duì)比圖

由上述表格可看出，在剔除掉客船的情況下，貨船一次過(guò)閘額定噸位、平均一次過(guò)閘船舶艘次和閘室利用率都有所提高，從而提升三峽船閘通過(guò)能力。從船舶平均等待時(shí)間指標(biāo)來(lái)看，含客船的組合的平均等待時(shí)間比不含客船的組合高；從船閘有效利用率指標(biāo)來(lái)看，含客船的船舶組合的船閘有效利用率比不含客船的要高。所以，適當(dāng)?shù)靥蕹痛M(jìn)行組隊(duì)過(guò)閘有利于提高船閘服務(wù)水平(即船舶平均等待時(shí)間與船閘有效利用率)。

五、小結(jié)

采用AnyLogic軟件對(duì)2013年三峽船舶過(guò)閘的系列數(shù)據(jù)并模擬分析。模擬試驗(yàn)結(jié)果得到，如果禁止客船通過(guò)三峽船舶船閘，基于三峽船閘2013年過(guò)閘貨船船型情況，三峽船閘極限通過(guò)能力提高了5%，說(shuō)明這樣大大提高三峽船閘通過(guò)能力，降低船舶平均等待時(shí)間，提高船閘服務(wù)水平。但在模擬中存在一些理想性假設(shè)，必要時(shí)可進(jìn)一步優(yōu)化研究。