常雪峰，邱 悅

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

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沿海導標設計的若干問題研究

常雪峰，邱 悅

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，沿海港口也經(jīng)歷了迅猛的建設過程，很多港口開通了深水長航道。雖然DGPS、AIS等船舶導航手段大量使用，沿海導標仍然是最常用的、最安全的、最重要的導航設施。本文作者在大量工程設計經(jīng)驗基礎上，對沿海導標設計中的若干問題進行了探討，并提出了簡易的設計方法，希望能給從事沿海導標設計工作者提供參考。

沿海導標；選址；通視區(qū)；背景；標頂；燈光配置

引 言

導標作為沿海航道最常用、最安全、最有效的導助航設施，其選址和建設的合理性對沿海港口通航安全具有重要意義。

對于沿海航道導標而言，最常見的是前、后中心標和邊標，個別長航道為了調(diào)整導航近點的導航參數(shù)會增建輔助中標，雙向航道（或者復式航道）會考慮增加進、出港分道中標。本文基于秦皇島港、錦州港和珠海港的導標設計經(jīng)驗，對導標選址、設計參數(shù)的合理確定及設計發(fā)展趨勢進行探討。

1 導標選址

當導標和航道同期建設時，在確定航道軸線時應考慮導標的選址建設條件；但對于大多數(shù)的港口來說，航道的噸級規(guī)模經(jīng)歷了從小到大的發(fā)展過程，航道的軸線在建港初期已經(jīng)確定，導標的選址大多會受到現(xiàn)有航道中心線的限制。在設計過程中，導標的選址應主要考慮以下因素：

1）港區(qū)總體規(guī)劃；一個好的港口規(guī)劃會根據(jù)港口水陸域的布局，安排好導標的建設位置，否則，我們應結合港口規(guī)劃選定相對合理的建設位置。

2）場地依托條件；要綜合考慮施工條件、運輸條件、水電供應條件、維修條件以及附近是否有機場限高及燈光限制要求等。

3）視標背景條件；視標的背景條件直接影響導標的使用效果，一般我們劃定航道寬度外兩側各100～200 m范圍為通視區(qū)，在通視區(qū)內(nèi)不得有影響視標的門機、船舶、燈桿、高大建筑及樹木等；還要考慮局部的天氣影響及背景色彩、燈光影響等。

4）地質、地貌條件；選擇適應的地質、地貌條件，能安全合理的降低結構設計難度，控制基礎部分投資。

5）水上建設導標時，還要研究潮汐、波浪、潮流、泥沙運動、冰況等的影響。

珠海港10萬t級主航道導標是在既有航道延長線上選址，選址時重點考慮了場地依托條件和視標背景的影響，初期提出陸上、水上兩個設標方案，陸上方案的后導標位于高90～100 m的山坡上，投資較小，背景為常綠叢林，沒有其他干擾，但現(xiàn)場考察后發(fā)現(xiàn)該山坡局部受云霧影響較大，最終放棄了該方案。水上方案的前、后導標近期均位于海中，但隨著港區(qū)的發(fā)展建設，導標平臺將與規(guī)劃港區(qū)陸域相連接；其后導標位于離岸式碼頭后方與堆場之間的水域，距碼頭很近，為了避免門機的遮擋，增加了后導標的高程（為70 m）。錦州港目前有三組導標，分別是老航道導標、新建主航道導標和 301支航道導標。其主航道擴建后航道軸線為折線型布置，新建的主航道導標主要針對外海航道段，前、后導標布置在-6～-8 m的開闊海域，其位置的選擇限制較少，主要考慮了波浪、潮流、冰況對導標建設的影響。秦皇島港的導標是我國沿海港口中建設條件較為復雜的，航道多、局部有交叉，而且港區(qū)后方緊鄰城區(qū)，視標背景條件復雜。其中 10萬 t級航道建設了3對導標和輔助中標，位于港區(qū)后方陸域；導標選址時雖然對陸域現(xiàn)狀進行了充分的調(diào)研，但由于航道的軸線延長線與后方幾個廠區(qū)用地交叉，現(xiàn)隨著經(jīng)濟的發(fā)展，位于導標通視區(qū)內(nèi)的一些高大廠房被批準建設，導致視標條件惡化，給船舶進出港航行帶來了安全隱患。這也是一些老港區(qū)建設過程中通常會面對的問題。

前導標位置的確定尤為重要。如果離終航點太近，會導致近點導標過于靈敏，不利于船舶操作；如果太遠，會導致標牌尺度增大和后標高度的增加（投資增加），也會造成視覺距離加大，帶來視標困難。一般的港口在終航點附近都有碼頭、設備設施、陸域固定建筑物等作為船舶航行的參照物，可以允許導標具有比較高的靈敏度，甚至會出現(xiàn)前標遮擋后標的情況發(fā)生（這種情況一般是由于前導標離終航點太近導致的）。對于導標設計者來講，更重要的是確保導航范圍內(nèi)的絕大部分航段和導航遠點船舶上線航行的安全。

因此，導標的選址要考慮港口的規(guī)劃發(fā)展、場地條件、自然條件和合理控制投資規(guī)模等多方案綜合比較確定。

2 主要設計參數(shù)的探討

很多初學者或經(jīng)驗不足的設計者對導標的參數(shù)計算感到迷惘，導標的各個參數(shù)之間都存在著關聯(lián)，互相影響，往往需要反反復復的驗算。下面總結一些個人積累的工程經(jīng)驗供大家參考和討論。

2.1 導標間距

在《海港工程設計手冊》中指出前后標間距主要取決于航道寬度，并給出如下計算公式：

式中：ε0為水平分辨角，取1′～2′；D為前標至引航起點的距離（m）；γ為風流壓偏角（°）；L為設計船長（m）；B為設計船寬（m）。

從以上公式中可以看出，前、后標間距除了取決于航道寬度外，還主要跟D值相關，也就是還取決于導航航道段的長度。

規(guī)范中給出的計算公式更為簡明：

式中，P為設計偏離量（m）。

這看起來似乎很簡單，航道參數(shù)和前標位置確定后，前后標間距應該是定值。但實際上以上公式計算值更多是作為我們的取值參考，前后標間距的確定還受到場地條件的限制，另外，前后標間距的取值與視覺偏離量、前后標垂直張角、側面靈敏度等參數(shù)間相互影響，工程設計中往往需要對前后標間距進行反復的調(diào)整驗算。以最終獲得合適的場地條件和合理的導航參數(shù)。

2.2 導標高程

1）前導標高程

《海港工程設計手冊》和規(guī)范中分別給出了計算公式，其理論依據(jù)是一致的，都是考慮地理視距和折光的要求，先計算可見前標的極限高度，再根據(jù)前標處地面高程情況確定前標高度及設計高程。但無論是用哪個公式計算，其結果值都很小，一般不超過20 m，而根據(jù)國內(nèi)沿海港口工程建設的實際情況，前導標高程一般在30 m以上，如何合理確定前導標的高程呢？既然我們實際確定的高程值遠大于公式計算值（也就是實際取值都滿足地理視距和折光的要求），那么我們可以忽略公式的計算（或者只作為校核計算），而探討一種簡化的實用的確定前導標高程實際取值的方法。

對于短航道（D≤8 000 m），其前導標高程值可按下面公式確定：

式中：WL為船舶設計通航水位（m）；e為眼高（m），可參照設計手冊附圖或具體設計船型參數(shù)取值；α為引航起點處觀察前標的張角（°），可取2′～4′。

對于長航道（D＞8 000 m），應考慮折光的影響，計算相對復雜，根據(jù)大量工程經(jīng)驗，可簡化為：

總之，確定前導標高程的原則可簡單的概括為兩條：①保證觀察者有一定的視標仰角，以獲得良好的視標效果；②盡量不要太高，以避免后導標隨之增高，無謂加大工程投資。

2）后導標高程

在確定了前導標高程后，后導標的高程可以根據(jù)規(guī)范中給出的公式計算。

2.3 導標標頂

標頂指的是標牌或燈器室，可按照規(guī)范中給出的要求，確定其建筑外形及尺寸。

2.4 導標燈器配置

導標燈器的配置基本經(jīng)歷了不斷發(fā)展的過程，上世紀90年代前，基本就是“主燈+標身涂色”；90年代后，港口、現(xiàn)代工業(yè)和城市基礎設施均進入大發(fā)展時期，視標背景條件越來越復雜，開始使用“主燈+串燈+標身涂色”；發(fā)展到今天，基本采用“主燈+LED光帶”的配布形式，很好的改善了視標條件。

2.5 導標的驗算與評估

在確定了導標的設計參數(shù)后，還要進行驗算與評估。如果設計者充分理解導標的工作機理，按以上原則確定導標設計參數(shù)，將很容易通過驗算和評估，否則將需要反反復復的驗算與評估。

1）視覺偏離量

視覺偏離量主要由前后標間距和視標距離決定，引航起點處的值最大，在方案設計的過程中要注意前標位置的移動和前后標間距變化對該值的影響，要保證導航全程的視覺偏離量小于設計偏離量。這個問題在多方案的調(diào)整比選時往往容易被忽略，應引起重視。

2）垂直張角

導航段內(nèi)任何一點處的前后標垂直張角應在2′～14′之間，否則應對導標間距或高程進行調(diào)整。值得注意的是其最大垂直張角往往會出現(xiàn)在導航段的中間某一部位。

3）側面靈敏度

側面靈敏度是導標使用效果的綜合評估系數(shù)，應控制在1到4.5之間。在計算過程中保證引航起點（遠點）處大于1是尤為重要的，一般很難控制在近點處小于 4.5，但考慮近點處可參照物較多，可以適當放大該系數(shù)取值或考慮放棄近點局部航段的導標作用。

3 結 語

1994年頒布導標設計規(guī)范以來，已經(jīng)20多年過去了，這段時間我們國家也經(jīng)歷了沿海港口建設的空前發(fā)展時期，導標設計也在相應的發(fā)展變化。經(jīng)過大量的工程實踐，設計方和使用方在視標距離、眼高選取、計算水位的確定、靈敏度評估值的采用等方面形成了比較統(tǒng)一的認識，建設了一批導航效果良好的沿海港口導標工程。近幾年，LED光帶的大量采用，大大改善了視標效果，并逐漸成為導標設計中必不可少的燈器配置；甚至改變了傳統(tǒng)導標設計概念中以標頂和主燈為核心的計算理念，這一發(fā)展趨勢有待我們進一步的研究與探討。

Research of Some Issues Occurred in Design of Coastal Leading Marks

Chang Xuefeng， Qiu Yue
（CCCC First Harbor Consultants Co.， Ltd.， Tianjin 300222， China）

With the high-speed development of China economy， China coastal ports have gone through a quick construction period， and the long deepwater channel has been dredged and used by many ports. Though the vessel navigating means such as DGPS and AIS are widely used in the world， the coastal leading mark is still the most conventional， safe and important navigating facility. Based on a lot of engineering design experiences， the discussion is made for some issues occurred in the design of coastal leading mark， and a simple design method is put forward， which may serve the designer of coastal leading marks as a reference.

coastal leading mark； site selection； visibility zone； background； top of leading mark； light allocation

U653.94

A

1004-9592（2016）03-0006-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160302

2016-04-20

常雪峰（1970-），男，高級工程師，主要從事港口工程及航道設計工作。

［1]海港工程設計手冊［J］.

［2]JTJ237-94 水運工程導標設計規(guī)范［S］.