李 剛 黃敬東

中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

1 引言

近年來(lái)，越來(lái)越多的散貨類港口項(xiàng)目，受限于建設(shè)條件、建設(shè)成本、運(yùn)營(yíng)周期等因素，在裝卸船環(huán)節(jié)采用水上過(guò)駁作業(yè)。幾內(nèi)亞某鋁土礦出口項(xiàng)目，海灘平緩，水深變化小，不具備建設(shè)大型(Capesize型)碼頭的條件。為順利將鋁土礦運(yùn)出，擬在內(nèi)河上游選擇合適地點(diǎn)建設(shè)內(nèi)河裝船碼頭，通過(guò)8 000 t級(jí)甲板駁船將鋁土礦轉(zhuǎn)運(yùn)至外海過(guò)駁錨地，再由過(guò)駁設(shè)施將鋁土礦過(guò)駁至遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船上，從而實(shí)現(xiàn)鋁土礦的遠(yuǎn)洋運(yùn)輸。

2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)條件

幾內(nèi)亞旱、雨季分明，每年6月～9月份降雨較為集中，對(duì)港口裝卸作業(yè)影響較大，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，8 000 t級(jí)船舶年作業(yè)天數(shù)約為270天。

該項(xiàng)目?jī)?nèi)河共設(shè)2個(gè)鋁土礦裝船泊位，每個(gè)泊位配置1臺(tái)額定能力為3 500 t/h的弧線擺動(dòng)裝船機(jī)，單駁船平均裝船效率為2 400 t/h。年轉(zhuǎn)運(yùn)量共計(jì)1 200萬(wàn)t[1]。

從內(nèi)河碼頭至外海過(guò)駁錨地間轉(zhuǎn)運(yùn)航道總長(zhǎng)64 km，其中內(nèi)河航道24 km，外海航道40 km，航道為雙向航道，本次研究中不考慮乘潮。轉(zhuǎn)運(yùn)船型為8 000 t級(jí)駁船，船長(zhǎng)95 m，船寬28.5 m，型深6.3 m，設(shè)計(jì)吃水4.3 m，實(shí)際裝卸量按7 500 t考慮。船舶在航道中滿載順流、空載逆流航速分別按5節(jié)、6節(jié)考慮。

3 駁運(yùn)系統(tǒng)組成

駁運(yùn)系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、過(guò)駁系統(tǒng)以及輔助設(shè)施。

3.1 轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)

轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)利用駁船將鋁土礦從內(nèi)河碼頭轉(zhuǎn)運(yùn)至外海錨地，駁船有自航駁船和非自航駁船。自航駁船依靠自身動(dòng)力裝置行使；非自航駁船自身無(wú)動(dòng)力裝置，依靠拖輪頂推或拖帶行使[2-3]。非自航駁船又分為頂推和拖帶兩種類型，頂推駁船作業(yè)時(shí)拖輪與駁船剛性接觸，而拖帶駁船作業(yè)時(shí)拖輪與駁船柔性連接，比較而言，頂推更容易控制行使方向，行使阻力更小，利于減小駁船動(dòng)力，節(jié)省油耗。自航駁與頂推式非自航駁比較見(jiàn)表1。

表1 自航駁船與非自航駁船方案比較

綜上比選，雖然采用非自航駁設(shè)備購(gòu)置費(fèi)較高，但碼頭航道建設(shè)費(fèi)用低，運(yùn)營(yíng)期間人員配置少、燃料消耗低、維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用少，推薦采用頂推式非自航駁方案，駁船噸級(jí)為8 000 DWT，頂推拖輪規(guī)格為3 000 hp。

3.2 過(guò)駁系統(tǒng)

過(guò)駁系統(tǒng)常見(jiàn)有兩種方式：平臺(tái)過(guò)駁和浮吊過(guò)駁[4-5]。

過(guò)駁平臺(tái)采用與大型遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船舶相似的自航海上移動(dòng)平臺(tái)作為載體，在其主甲板上設(shè)置裝卸船設(shè)備。平臺(tái)采用單點(diǎn)單錨系泊方式停泊于相對(duì)固定的海域，平臺(tái)上除上述裝卸船設(shè)備、儲(chǔ)存艙外，還配備必要的清倉(cāng)設(shè)備和維修、維護(hù)設(shè)備，并提供船上人員的食、宿等后勤服務(wù)。平臺(tái)兩側(cè)分別配備卸船設(shè)施和裝船設(shè)施，卸船設(shè)施一般為甲板固定吊；另外一側(cè)為可回轉(zhuǎn)、俯仰裝卸臂。作業(yè)時(shí)，固定吊抓起物料放入同側(cè)布置的接料料斗中，經(jīng)皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)后，由裝船臂裝船。

浮吊過(guò)駁作業(yè)是指利用海上浮式起重船完成轉(zhuǎn)運(yùn)船和遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船上貨物的相互吊運(yùn)。作業(yè)時(shí)，轉(zhuǎn)運(yùn)船和遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船分別?？吭诟〉醯膬蓚?cè)。

根據(jù)轉(zhuǎn)運(yùn)船型尺度，過(guò)駁平臺(tái)卸船側(cè)擬配置2臺(tái)固定吊，配置50 t抓斗，平均作業(yè)效率為1 200 t/h，則過(guò)駁平臺(tái)平均卸船效率為2 400 t/h；浮吊同樣配置50 t抓斗，平均作業(yè)效率為600 t/h。根據(jù)運(yùn)量，綜合考慮作業(yè)靈活性、經(jīng)濟(jì)性等因素，過(guò)駁系統(tǒng)采用平臺(tái)過(guò)駁和浮吊過(guò)駁組合方式。

3.3 輔助設(shè)施

駁運(yùn)輔助作業(yè)設(shè)施包括港作拖輪、交通艇等。本項(xiàng)目根據(jù)船舶?？啃枰?，配置4 200 hp拖輪4艘。另外，為滿足內(nèi)河碼頭與平臺(tái)間的人員往來(lái)和物資運(yùn)輸，配置1艘20座交通艇。

4 駁運(yùn)系統(tǒng)配置計(jì)算

駁運(yùn)系統(tǒng)配置包括駁船、拖輪、過(guò)駁平臺(tái)和浮吊數(shù)量的確定。

4.1 船舶數(shù)量計(jì)算

4.1.1 駁船數(shù)量

駁船數(shù)量計(jì)算的思路為：通過(guò)計(jì)算每艘駁船從內(nèi)河碼頭裝船、航道行駛、外海錨地過(guò)駁作業(yè)等各環(huán)節(jié)的作業(yè)時(shí)間，得出駁船一個(gè)運(yùn)輸循環(huán)需要的總時(shí)間，進(jìn)一步計(jì)算出每艘駁船每年總的運(yùn)輸循環(huán)數(shù)和年運(yùn)輸量，最后根據(jù)年周轉(zhuǎn)量得出駁船數(shù)量。各環(huán)節(jié)時(shí)間計(jì)算見(jiàn)表2。

表2 駁船每個(gè)運(yùn)輸循環(huán)各環(huán)節(jié)所需時(shí)間計(jì)算

若每天非工作時(shí)間按2 h考慮，則采用平臺(tái)作業(yè)時(shí)，1年總的作業(yè)循環(huán)數(shù)為270次，1艘駁船每年作業(yè)量為202.5萬(wàn)t，完成年運(yùn)量需要駁船數(shù)量6艘。采用浮吊作業(yè)時(shí)，1年總的作業(yè)循環(huán)數(shù)為189次，則1艘駁船每年作業(yè)量為141.8萬(wàn)t，完成年運(yùn)量需要駁船數(shù)量為9艘。

4.1.2 拖輪數(shù)量計(jì)算

采用同樣的思路對(duì)拖輪數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，拖輪的作業(yè)環(huán)節(jié)包括內(nèi)河系泊、外海解泊時(shí)間以及航道的行駛時(shí)間，每個(gè)循環(huán)拖輪總耗時(shí)約為13.76 h。每年總的作業(yè)循環(huán)約為431.7次，則1艘拖輪每年作業(yè)量約為323.8萬(wàn)t，完成年運(yùn)量需要拖輪數(shù)量為4艘。

4.1.3 過(guò)駁平臺(tái)及浮吊作業(yè)量計(jì)算

本次方案選取過(guò)駁平臺(tái)、浮吊卸船平均效率分別為2 400 t/h、600 t/h，按上文相關(guān)參數(shù)計(jì)算，過(guò)駁平臺(tái)和浮吊每年作業(yè)量分別為810萬(wàn)t和356.4萬(wàn)t(見(jiàn)表3)。

表3 年作業(yè)量計(jì)算

4.2 平臺(tái)和浮吊組合方案設(shè)備配置方案

根據(jù)前文計(jì)算結(jié)果，1個(gè)平臺(tái)每年完成810萬(wàn)t卸船量，1艘浮吊每年完成356.4萬(wàn)t卸船量，配置1個(gè)平臺(tái)和1艘浮吊年完成量1 166.4萬(wàn)t，略低于年運(yùn)量1 200萬(wàn)t。

實(shí)際生產(chǎn)中，考慮到幾內(nèi)亞當(dāng)?shù)匚镔Y缺乏，往往在遠(yuǎn)洋船空船返回幾內(nèi)亞時(shí)捎帶一些生活物資，通過(guò)過(guò)駁方式運(yùn)至內(nèi)河碼頭卸船。生活物資一般為件雜貨形式運(yùn)輸，采用浮吊(配置吊鉤)過(guò)駁較為合理，浮吊配置吊鉤可以用作件雜貨過(guò)駁，配置抓斗時(shí)可用于鋁土礦過(guò)駁。本方案多配置1艘浮吊，兼顧鋁土礦和件雜貨的過(guò)駁作業(yè)，即平臺(tái)和過(guò)駁組合方案配置為1個(gè)平臺(tái)和2艘浮吊。在此組合方案下，平臺(tái)作業(yè)需駁船數(shù)量為4艘，浮吊作業(yè)需駁船數(shù)量為3艘，共計(jì)配置駁船7艘。

綜上所述，根據(jù)計(jì)算完成年1 200萬(wàn)t運(yùn)量及少量生活物資，需要配置頂推拖輪4艘、駁船7艘、過(guò)駁平臺(tái)1個(gè)及浮吊2艘。考慮到拖輪和駁船維修保養(yǎng)、船隊(duì)的機(jī)動(dòng)性等因素，拖輪和駁船分別增加1艘，即配置5艘拖輪和8艘駁船。

4.3 過(guò)駁轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)主要設(shè)備配置

過(guò)駁轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)主要設(shè)備配置見(jiàn)表4。

表4 主要設(shè)備設(shè)施配置表

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)某鋁土礦出口項(xiàng)目實(shí)際作業(yè)需求，結(jié)合作業(yè)環(huán)境、條件等因素，對(duì)該項(xiàng)目過(guò)駁轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行研究，提出了既滿足功能需求，又經(jīng)濟(jì)合理的過(guò)駁轉(zhuǎn)運(yùn)方案，對(duì)類似項(xiàng)目研究具有一定的參考意義。需要說(shuō)明的是，為了計(jì)算簡(jiǎn)便，對(duì)作業(yè)環(huán)境條件進(jìn)行了一定程度的簡(jiǎn)化，例如假定航道水深滿足駁船重載行駛，無(wú)需乘潮進(jìn)出港，而實(shí)際情況中，考慮乘潮可以減少航道建設(shè)期及運(yùn)營(yíng)期疏浚費(fèi)用，但會(huì)增加駁船數(shù)量。其他如自然條件、航道寬度、潮汐對(duì)航速影響等因素，均可能對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，對(duì)作業(yè)條件復(fù)雜的項(xiàng)目，建議采用Simio仿真軟件對(duì)作業(yè)過(guò)程進(jìn)行仿真，從而得出更加準(zhǔn)確的過(guò)駁轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)方案。