吳鋒箭

(湖南省交通規(guī)劃勘察設計院，湖南 長沙　410008)

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碼頭前沿高程對港口綜合效益影響分析

吳鋒箭

(湖南省交通規(guī)劃勘察設計院，湖南 長沙410008)

選取我省4座典型碼頭工程作為樣本，通過研究碼頭前沿高程對泊位通過能力、裝卸成本及建設成本的影響，總結分析港口綜合效益?？蔀樵O計提供我省碼頭前沿高程確定的依據，同時可供我省港口建設主管部門審批碼頭前沿高程決策參考。

；碼頭；前沿高程；港口；綜合效益

碼頭前沿高程取值對港口綜合效益影響是多方面的。如碼頭前沿高程取值偏高，在建設期帶來的直接影響主要體現(xiàn)在工程建設成本增加；在營運期主要體現(xiàn)在裝卸效率及能耗增大，進而導致泊位通過能力降低、港口裝卸成本增加。本文分別以岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程、岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程、株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程及衡陽港松木港區(qū)一期工程為樣本，分析不同前沿高程取值條件下，港口綜合效益的差異。

1　樣本碼頭前沿高程實際值與理論值差異

1.1樣本碼頭前沿高程實際設計值

岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程等4個樣本碼頭，前沿設計高程取值受防洪因素制約，總體偏高，具體如表1所示。

表1 樣本碼頭前沿高程實際設計值一覽表序號碼頭名稱結構型式設計高水位/m橫梁底高程/m碼頭面高程/m1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程高樁框架50a一遇32.2733.8137.032岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程高樁框架20a一遇34.0035.0037.503株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程高樁框架20a一遇41.9642.8045.004衡陽港松木港區(qū)一期工程高樁框架20a一遇58.3759.7061.80

1.2樣本碼頭前沿高程規(guī)范取值

根據《河港工程總體設計規(guī)范》(JTJ 212-2006)第3.4.2條規(guī)定，碼頭前沿設計高程應考慮碼頭的重要性、設計船型、裝卸工藝、碼頭布置及型式、前后方高程銜接條件、地形、地貌和工程投資等因素。岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程等4個樣本碼頭，按《河港工程總體設計規(guī)范》確定的碼頭前沿設計高程如表2所示。其中：

岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程、岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程前方平臺采用引橋接岸，不存在工藝、地形或前后方高程銜接等制約因素，可按設計高水位及超高值確定。

表2 樣本碼頭前沿高程規(guī)范取值一覽表序號碼頭名稱設計高水位/m超高/m碼頭面高程/m1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程50a一遇32.270.532.572岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程20a一遇34.000.534.503株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程20a一遇41.960.542.464衡陽港松木港區(qū)一期工程20a一遇58.370.558.87

株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程及衡陽港松木港區(qū)一期工程也采用滿堂式布置，碼頭平臺與防洪堤直接連接，本次研究考慮在防洪堤處設置防洪閘口以進一步降低前沿高程，按設計高水位及超高值確定。

1.3樣本碼頭前沿高程實際值與理論值差異

樣本碼頭前沿高程實際值與理論值差異如表3所示。

表3 樣本碼頭前沿高程實際值與理論值差異一覽表序號碼頭名稱實際值/m規(guī)范計算值/m差值/m1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程37.0332.574.462岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程37.5034.503.003株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程45.0042.462.544衡陽港松木港區(qū)一期工程61.8058.872.93

2　碼頭前沿高程對泊位通過能力的影響

對于直立式透空碼頭，碼頭前沿高程不同，導致貨物裝卸時設備船時效率會有所不同，而泊位通過能力與船時效率密切相關，碼頭前沿高程取值對泊位通過能力大小有直接影響。

2.1泊位通過能力計算公式

4座樣本碼頭主要裝卸貨種為集裝箱及件雜貨，泊位通過能力可根據《河港工程總體設計規(guī)范》(JTJ212-2006)第4.10.2條和第4.10.3條計算。

2.2船時效率與起升高度的關系

船時效率反映的是單位時間內單個泊位所有裝卸連續(xù)作業(yè)，所完成的操作噸總和大小。在設備功率、貨物種類及操作工人技能熟練水平都相當的前提下，起升高度越大，單次裝卸循環(huán)耗時越長，則船時效率越低，反之亦然。

根據調查，4座樣本碼頭代表設備在常水位條件下實際起升高度及相應船時效率如表4所示。假設船時效率與設備起升高度線性相關，根據港口營運經驗相關系數可取0.65，即垂直起升階段耗時一般占單次裝卸循環(huán)總耗時的65%：

起升高度降低1 m，引起船時效率變化如表5所示。

表4 樣本碼頭代表設備配置及參數一覽表序號碼頭名稱設備型號起升高度/m船時效率1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程45t-16m岸橋2340TEU/(臺·h)2岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程MQ40.5t-25m門機20.920TEU/(臺·h)3株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程35t-30m龍門吊20.115TEU/(臺·h)4衡陽港松木港區(qū)一期工程TQ5-18m門機19.02×60t/(臺·h)

表5 樣本碼頭船時效率隨起升高度變化表序號碼頭名稱起升高度變量/m相關系數船時效率1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程-10.6541.1TEU/(臺·h)2岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程-10.6520.6TEU/(臺·h)3株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程-10.6515.5TEU/(臺·h)4衡陽港松木港區(qū)一期工程-10.652×62.1t/(臺·h)

2.3泊位通過能力與起升高度的關系

根據4座樣本碼頭施工圖設計階段確定的通過能力計算參數，分別計算原始通過能力以及起升高度降低1 m后泊位通過能力的變化，具體見表6。

表6 泊位通過能力隨起升高度變化表碼頭名稱泊位利用率ρ/%泊位年工作天數Ty/d泊位晝夜工作時間(3班制)td/h泊位晝夜非生產時間ts/h船舶輔助和技術作業(yè)時間tf/h單船實際載重量G設計船時裝卸效率p岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程0.653302462.5180TEU40TEU/(h·艘)岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程0.653302462.5120TEU20TEU/(h·艘)株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程0.653302462.550TEU15TEU/(h·艘)衡陽港松木港區(qū)一期工程0.7330163.511000t 120t/(h·艘) 起升高度降1m船時裝卸效率p1裝卸一艘船的純裝卸時間tz/h起升高度降1m純裝卸時間tz1/h單個泊位原始年通過能力Ps1單個泊位調整后年通過能力Ps2單個泊位年通過能力變量Ps2-Ps1單個泊位年通過能力增幅百分比(Ps2-Ps1)/%41.1TEU/(h·艘)4.54.410.9萬TEU11.1萬TEU0.2萬TEU1.9320.6TEU/(h·艘)65.85.9萬TEU6萬TEU 0.1萬TEU2.2715.5TEU/(h·艘)3.33.23.7萬TEU3.8萬TEU0.1萬TEU2.11124.2t/(h·艘)8.38.131.7萬t32.7萬t1萬t 3.19

從表6可以看出，起升高度每降低1 m，4座樣本碼頭單個泊位年通過能力分別增加1.93%、2.27%、2.11%、3.19%；根據表3所示樣本碼頭前沿高程實際值與理論值差異，進一步可以得出，碼頭前沿高程如采用規(guī)范計算值，則4座樣本碼頭單個泊位年通過能力分別增加8.61%、6.81%、5.36%、9.35%。

3　碼頭前沿高程對裝卸成本的影響

碼頭前沿高程不同，引起裝卸貨物起升高度不同，顯然，設備能耗也與之密切相關。起升高度越大，設備能耗就越高，直接裝卸成本也越高，反之亦然。同時，由于起升高度變化引起裝卸效率的變化，將對港口作業(yè)時間、人工成本、設備折舊等帶來一系列影響。

3.1樣本碼頭設備能耗指標

4座樣本碼頭采用的前沿裝卸設備主要為小型岸邊集裝箱起重機或門座式起重機，根據調研，各設備能耗指標具體如表7所示。

表7 樣本碼頭設備能耗指標一覽表序號碼頭名稱設備型號能耗指標1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程45t-16m岸橋2.7kW·h/吞吐TUE2岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程MQ40.5t-25m門機2.5kW·h/吞吐TUE3株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程35t-30m龍門吊2.1kW·h/吞吐TUE4衡陽港松木港區(qū)一期工程TQ5-18m門機0.19kW·h/操作t

3.2設備能耗與起升高度的關系

設備能耗主要與貨物裝卸過程中垂直提升高度有關。樣本碼頭裝卸作業(yè)時一般起升高度具體如表4所示。假設設備能耗與起升高度線性相關，根據港口營運經驗相關系數可取0.9，即垂直起升階段能耗一般占單次裝卸循環(huán)總能耗的90%，則起升高度每降低1 m，設備能耗降幅為：

具體計算結果如表8所示。

3.3能耗成本與起升高度的關系

4座樣本碼頭前沿高程采用規(guī)范計算值，則單個泊位全年設備能耗降低程度如表9所示。

3.4綜合裝卸成本與起升高度的關系

根據我省普通貨源碼頭設備一般配置情況，陸域堆場設備及水平流動設備通過能力與碼頭前沿設備通過能力比值約為1.1∶1，這意味著，前沿設備裝卸效率的提高，可以帶動全港裝卸效率同步提高。港口綜合裝卸成本與起升高度的關系如表10所示。

表8 樣本碼頭設備能耗隨起升高度變化表序號碼頭名稱起升高度變量/m相關系數設備能耗降幅1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程-10.90.11kW·h/吞吐TUE2岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程-10.90.11kW·h/吞吐TUE3株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程-10.90.09kW·h/吞吐TUE4衡陽港松木港區(qū)一期工程-10.90.01kW·h/操作t

表9 樣本碼頭設備能耗隨起升高度變化表序號碼頭名稱設計吞吐量單位能耗降幅全年能耗降幅/(萬kW·h)1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程9萬TEU/a 0.49kW·h/吞吐TUE4.412岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程2.5萬TEU/a0.33kW·h/吞吐TUE0.833株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程3萬TEU/a 0.23kW·h/吞吐TUE0.694衡陽港松木港區(qū)一期工程50萬t/a 0.03kW·h/操作t 1.5

表10 前沿高程降低后綜合裝卸成本與起升高度關系表序號碼頭名稱起升高度減小值/m通過能力增幅/%全港效率系數實際裝卸成本前沿高程降低后裝卸成本1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程4.468.611.07113元/TEU105.6元/TEU2岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程3.006.811.06117元/TEU110.4元/TEU3株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程2.545.361.05111元/TEU105.7元/TEU4衡陽港松木港區(qū)一期工程2.939.351.0810.2元/t9.44元/t

可見，4座樣本碼頭前沿高程如采用規(guī)范計算值，貨物裝卸成本可分別節(jié)省7.4元/TEU、6.6元/TEU、5.3元/TEU、0.76元/t；對應于單個泊位全年設計通過能力水平，可分別節(jié)省80.7萬元/a、38.9萬元/a、19.6萬元/a、24.1萬元/a。

4　碼頭前沿高程對建設成本的影響

根據我省內河碼頭建設經驗，不同項目所處工程環(huán)境差異較大，碼頭前沿高程取值影響因素各不相同，前沿高程降低能減小系纜平臺，相應地，靠船立柱、后方立柱高度均可減少。經統(tǒng)計碼頭前沿高程降低后對單個泊位工程建設成本變化見表11。

表11 前沿高程與工程建設成本的變化表序號碼頭名稱碼頭前沿高程增減/m工程建設成本變化/萬元1岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程-4.46-1132岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程-3.00-673株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程-2.54-1214衡陽港松木港區(qū)一期工程-2.93-142

5　結語

本文通過選取岳陽港城陵磯港區(qū)(松陽湖)一期工程、岳陽港岳陽縣港區(qū)鹿角碼頭工程、株洲港銅塘灣港區(qū)一期工程及衡陽港松木港區(qū)一期工程等4座碼頭進行定量分析，對單個泊位，分析碼頭前沿高程采用規(guī)范計算與防洪批復的差值分別對泊位年通過能力、全年能耗、港口綜合裝卸成本及工程建設成本的變化，從文中數據可以看出碼頭前沿高程對港口綜合效益的影響是顯著的。建議我省港口建設主管部門統(tǒng)籌防洪與港口綜合效益要求，嚴格按相關行業(yè)規(guī)范確定碼頭前沿高程，提高我省港口綜合效益和市場競爭力。

[1]湖南省交通規(guī)劃勘察設計院.港口碼頭前沿高程對防洪及港口綜合效益的影響研究 [R].2015.

2016-07-27

吳鋒箭(1982-)，男，工程師，從事港口航道設計等工作。

；1008-844X(2016)03-0189-04

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