王文淵，唐國磊，宋向群，彭 云

（大連理工大學(xué)，遼寧 大連 116023）

隨著我國海運業(yè)的蓬勃發(fā)展，部分沿海航道已成為制約港口快速發(fā)展的主要瓶頸。港口錨地按位置可劃分為港外錨地和港內(nèi)錨地，港內(nèi)錨地供船舶待泊或水上裝卸作業(yè)使用，宜采用錨泊或設(shè)置系泊浮筒、系船簇樁等設(shè)施。作為改善航道通航條件的方法之一，設(shè)立港內(nèi)錨地能縮短船舶港外等待時間，緩解航道擁堵狀況。該措施已在國內(nèi)多個港區(qū)推行，如湛江港著手準(zhǔn)備開辟新的港內(nèi)錨地區(qū)域以滿足日益增長的船舶錨泊需要[1]，寧波港也率先實行船舶定點錨泊制度以最大限度利用港內(nèi)錨地資源[2]。建設(shè)港內(nèi)錨地的前期工作是確定港內(nèi)錨地的面積。因此，有必要研究港內(nèi)錨地面積的確定方法。

目前，國內(nèi)外關(guān)于錨地面積確定方法的研究有限。對于港外錨地面積的確定方法，主要為靜態(tài)水域面積計算[3]與經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)模型分析[4]兩種方法。前者忽視了船舶占用錨位的動態(tài)隨機(jī)性；后者采用排隊論方法求解，忽略了港口生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)各因素的影響。對于港內(nèi)錨地面積的研究，僅有將其作為應(yīng)急錨地時的論述[5]。缺少采用系統(tǒng)仿真方法來分析港內(nèi)錨地面積確定方法的相關(guān)研究。

考慮到船舶航行作業(yè)系統(tǒng)的復(fù)雜性，當(dāng)航道與錨地條件一定時，港內(nèi)錨地同時系泊最大噸級船舶的可能性并不大；同時，從運輸成本控制的角度，集裝箱船舶要求在港時間越短越好，對港口服務(wù)水平的要求較高。因此，本文基于計算機(jī)仿真技術(shù)構(gòu)建設(shè)有港內(nèi)錨地的沿海集裝箱港區(qū)船舶航行作業(yè)系統(tǒng)仿真模型，研究有可能同時占用錨地的所有船舶所需的錨地面積以及錨位噸級組合，以期能給出一種科學(xué)的港內(nèi)錨地面積的確定方法，從而能有效利用港內(nèi)水域資源，降低建設(shè)成本，為沿海港區(qū)規(guī)劃建設(shè)及改造擴(kuò)建提供參考。

1 設(shè)有港內(nèi)錨地的系統(tǒng)仿真模型

1.1 設(shè)有港內(nèi)錨地的沿海集裝箱港區(qū)

港內(nèi)水域條件允許時，通過設(shè)置港內(nèi)錨地，能在一定程度上避免船舶排隊等候進(jìn)港，縮短船舶在港非作業(yè)時間，提高航道及裝卸設(shè)備利用率，從而提高港口的服務(wù)水平，提升港口的整體競爭力。設(shè)置港內(nèi)錨地的沿海集裝箱港區(qū)船舶進(jìn)出港作業(yè)過程，與沒有設(shè)置港內(nèi)錨地時的作業(yè)過程，主要區(qū)別在于船舶進(jìn)港和離泊操作時的判斷條件上，如圖1所示。

圖1 設(shè)置港內(nèi)錨地時船舶進(jìn)港和離泊過程

1.2 仿真模型構(gòu)建

根據(jù)沿海港口船舶航行作業(yè)系統(tǒng)仿真基本模型[6]，結(jié)合集裝箱船舶進(jìn)出港內(nèi)錨地的作業(yè)特點，構(gòu)建設(shè)有港內(nèi)錨地的沿海集裝箱港區(qū)船舶航行作業(yè)系統(tǒng)仿真模型。

1.2.1 船舶進(jìn)港子模型

在船舶進(jìn)入航道前，由Decide模塊判斷港內(nèi)錨地或相應(yīng)噸級泊位是否空閑，判斷準(zhǔn)則為：港內(nèi)錨地水深滿足要求，當(dāng)航道中正在進(jìn)港的船舶占用相應(yīng)噸級泊位及港內(nèi)錨地后，港內(nèi)錨地或該噸級泊位是否依然有空閑，如有空閑則可進(jìn)港。之后，由Decide模塊判斷航道內(nèi)的船舶航向及安全間距等條件，若滿足，則記錄相關(guān)信息后進(jìn)入航道，否則繼續(xù)等待。

1.2.2 船舶占用港內(nèi)錨地或泊位子模型

當(dāng)船舶駛離航道，由Decide模塊判斷此時該噸級泊位是否空閑，若空閑，則由Seize模塊占用泊位，否則占用港內(nèi)錨地并等待泊位。對于進(jìn)入港內(nèi)錨地的船舶，由Assign模塊記錄此時各噸級船舶數(shù)量，當(dāng)泊位有空閑時，則釋放錨地資源，占用泊位。

1.2.3 船舶離港子模型

船舶裝卸完畢后，航道若滿足航向及安全間距要求，則由Release模塊釋放泊位，駛?cè)牒降离x港；若航道中有船舶進(jìn)港，則由Decide模塊判斷港內(nèi)錨地是否空閑，即：航道中各噸級船舶占用相應(yīng)噸級泊位后，港內(nèi)錨地仍有空閑，或即便此時港內(nèi)無空閑錨位，但航道中或港內(nèi)錨地有該噸級船舶等待靠泊，則可離泊進(jìn)入港內(nèi)錨地等待出港，否則繼續(xù)等待。

2 算例分析

2.1 仿真參數(shù)

到港船舶、泊位設(shè)置、自然條件以及船舶進(jìn)出港規(guī)則等參數(shù)設(shè)置與基本模型設(shè)置[6]一致。根據(jù)JTJ211—99《海港總平面設(shè)計規(guī)范》計算各噸級集裝箱船舶在不同系泊方式下的所占水域面積，見表1。

表1 三種系泊方式下的錨位面積

2.2 仿真結(jié)果分析

仿真運行時間為5 a，仿真重復(fù)次數(shù)為20次。以通航歷時為1 h為例，依次增加港內(nèi)錨地的錨位數(shù)，得到在仿真時間段內(nèi)同時在港內(nèi)錨地錨泊的船舶噸級組合，港內(nèi)錨地系泊水域最大時對應(yīng)的錨位噸級組合列于表2。仿真時間段內(nèi)，港內(nèi)錨地的最大需求量為15錨位，即最多有15艘船舶同時需要在錨地錨泊。

不同錨泊方式下，采用最大噸級船舶所需的錨泊面積和仿真得到的實際所需的錨泊面積進(jìn)行比較，如圖2所示。

表2 不同錨位數(shù)下同時占用港內(nèi)錨地所需水域最大的錨泊船舶噸級組合

圖2 實際所需港內(nèi)錨地水域面積與全部為最大噸級船舶時所需面積的比較

由圖2所以看出，當(dāng)港內(nèi)錨位數(shù)小于5個，實際所需的系泊水域面積即為最大噸級船舶同時在港內(nèi)錨地時占用的水域面積；當(dāng)港內(nèi)錨位數(shù)大于5個時，該值相對于最大噸級船舶同時在港內(nèi)系泊時的錨地面積較小，相對比值q如表3所示，計算公式為：

式中：q為港內(nèi)錨地實際所需面積與最大噸級船舶同時系泊所需面積的比值，%；Ni為在錨位噸級組合中i噸級船舶的數(shù)量，個；Si為i噸級船舶所需的錨位面積，萬m2；Smax為最大噸級船舶所需的錨位面積，萬m2；N為港內(nèi)錨位數(shù)，個。

由表3可知，當(dāng)港內(nèi)錨位數(shù)∈ [5，15]，港內(nèi)錨地中的船舶采用單錨、單浮筒或雙浮筒系泊時，實際所需系泊水域的面積只有最大噸級船舶同時在港內(nèi)系泊時水域面積的96%～73%、94%～67%、92%～61%，且港內(nèi)錨位數(shù)越多，實際所需的系泊水域面積相對于最大噸級船舶同時系泊時的面積越小。

表3 三種系泊方式下的q值

3 結(jié)語

通過建立設(shè)有港內(nèi)錨地的沿海集裝箱港區(qū)船舶航行作業(yè)系統(tǒng)仿真模型，重點研究港內(nèi)錨地的錨位數(shù)與錨地面積的關(guān)系，得出不同錨位數(shù)所對應(yīng)的實際最大系泊水域面積及其錨位噸級組合情況，提出了一種科學(xué)的港內(nèi)錨地面積的確定方法，給出了港內(nèi)錨地實際所需面積與最大噸級船舶同時系泊所需面積的比值q。研究表明：無論船舶在港內(nèi)錨地采用何種系泊方式，系泊水域面積均隨著港內(nèi)錨位數(shù)的增大而增大，且港內(nèi)錨位數(shù)越多，實際所需的系泊水域面積相對于最大噸級船舶同時系泊時的面積越小。

[1] 莊盛發(fā)，朱建平.湛江港錨地容量評估與錨地開發(fā)[J].中國水運，2010（10）：48-49.

[2] 黃巖，戴東起.積極實施寧波港內(nèi)定點錨泊制度[J].中國水運，2007（7）：26-27.

[3] 周明星，周志丹.關(guān)于內(nèi)河港口錨地建設(shè)規(guī)模的研究[J].水運工程，1990（11）：20-27.

[4] 劉敬賢，李昌偉，劉文.基于排隊論的錨地規(guī)模論證分析[J].船海工程，2008（4）：158-161.

[5] 唐武，曹勇.論洋山港港內(nèi)應(yīng)急錨地的設(shè)立[J].航海技術(shù)，2009（2）：15-17.

[6] 郭子堅，王文淵，唐國磊，宋向群.基于港口服務(wù)水平的沿海港口航道通過能力[J].中國港灣建設(shè)，2010（增刊1）：46-48.