港工設計中運河船舶艙口參數的取值研究

劉 勝

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司,北京 102600)

港工設計中運河船舶艙口參數的取值研究

劉 勝

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司,北京 102600)

通過對京杭運河(濟寧至淮安段)沿線船舶衛星照片的采集量測,對船長(L)、船寬(B)、艙口長(Lc)及艙口寬(Bc)參數數據進行統計分析,得出Lc/L和Bc/B累計頻率曲線,可供不同保證率下Lc和Bc計算取值參考,解決了現有規范無Lc和Bc2參數的問題。

港工設計;船舶艙口;參數

港口裝卸工藝設計中,要求裝卸設備的吊幅能夠達到船舶倉口的整個范圍[1—2]。然而,在現有港工規范和相關設計參考資料中,因可供參考的船舶倉口尺寸數據少,使得港口設計出現一定的困難。以往設計者僅依據個別已知的船舶艙口數據或根據經驗對其進行估算,使得所選參數較大而造成資源浪費,或所選參數較小而不能達到預期的裝卸要求。因此,開展港工設計中船舶倉口的取值研究,能夠為裝卸設備吊幅設計提供科學的依據,對正確指引港工裝卸設備設計具有意義。

1 數據采集

1.1 采集方法

利用照片相似原理,通過對照片上船舶的尺寸關系和對船舶相關尺寸參數進行研究,節省了人力、物力[3—4]。利用Google地圖的量測工具,實現了對土地面積的快速量測[5];利用衛星遙感照片,進行了測線、清線工作[6];將Google地圖較好地運用到鐵路選線設計中[7]。同理,本研究擬采用對高清衛星地圖上的船舶照片進行量測的方法,以達到間接獲取港工設計中運河船舶艙口尺寸的目的。

高清衛星地圖是衛星遠距離對地球表面進行的航拍,其照片平面比例可視為完美;高清衛星地圖還提供了平面量測的工具,雖然在數據采集的過程中存在著一定的誤差,但量測的誤差均小于1.0 m,且本研究采集了大量數據,因而該誤差不會影響本研究的結果。

1.2 研究對象選擇

京杭運河途徑北京、通州、天津、滄州、衡水、德州、聊城、泰安、濟寧、棗莊、宿遷、淮安、揚州、常州、無錫、蘇州、湖州、嘉興及杭州共19個城市。由于黃河以北的運河無貨運船舶通行,通航區域在濟寧至杭州段,長江以南的運河航道等級較小、船舶也較小。因此選取濟寧至淮安段運河上的船舶作為研究對象。

對濟寧龍拱港、濟寧郭莊港、臺兒莊港、那州港、宿遷閘、泅陽縣閘、淮安淮陰船閘和淮安船閘等船舶停靠區域以及運河上和船閘前(后)共614艘船舶進行了量測(見表1),量測參數為船長、船寬及船舶艙口的長度和寬度。船舶采樣位置的分布如圖1所示。

表1 運河船舶數據收集分布Table 1 Data distribution of canal ships

圖1 船舶采樣位置的分布Fig.1 The position distribution of the ship sampling

采集的圖片均為比較大的船舶,42 m以下船舶采集數量較少。數據采集圖例如圖2所示。

圖2 數據采集圖例Fig.2 Data acquisition legend

2 數據統計與分析

對614艘船舶的艙口數據進行了整理,所采集的船長(L)為35.3～77.4 m、船寬(B)為6.9～17 m。艙口長度(Lc)與船長(L)成線性的正相關關系(如圖3所示),艙口寬度(Bc)與船寬(B)的關系也成線性的正相關關系(如圖4所示)。

圖4 運河船艙口寬與船寬的關系Fig.4 The relationship between Bcand B

圖3 運河船艙口長與船長的關系Fig.3 TherelationshipbetweenLcandL

在實際工作中,雖然船舶艙口尺寸的參考數據少,但設計船型的船長和船寬是容易得到的。因此,本研究以艙口長度(Lc)與船長(L)的比值(Lc/L)和艙口寬度(Bc)與船寬(B)的比值(Bc/B)為分析對象,在設計中,根據L獲取Lc;根據B獲取Bc。

2.1 艙口長度的分析

1)Lc/L分布規律的分析

所統計Lc/L的分布規律符合N(0.584, 0.0412)的正態分布,如圖5所示。

圖5 運河船Lc/L的樣本分布Fig.5 Sample distribution of Lc/L

根據《海港總體設計規范(JTS165—2013)》[9],對設計船型參數引人了保證率的概念,科學地解決了船型差異較大給設計帶來的困惑。本研究經過對614艘船舶的艙口數據進行統計,數據的累計頻率可近視為規范中的保證率。Lc/L與保證率的關系如圖6所示。二者比值為0.65時,保證率為0.99,已接近100%。因此,在沒有特殊要求的情況下,建議設計中Lc的取值不要大于0.65L。

圖6 Lc/L的分布累計頻率曲線Fig.6 Cumulative frequency curve of Lc/L

2)不同噸級Lc/L取值的分析

根據《運河通航標準(JTS180—2—2011)》[10]中的運河船型(L≤42 m的船舶為300噸級,42 m＜L≤52 m之間的船舶為500噸級,L＞52 m的船舶為1 000噸級及以上),進行了分段分析, Lc/L與L關系的分布如圖7所示,Lc/L在各區段的累計頻率曲線如圖8所示。

圖8 各船長區段的Lc/L累計頻率Fig.8 Lc/L cumulative frequency of different sections

由《運河通航標準(JTS180—2—2011)》[10]可知,船舶噸位越大,Lc/L就越大。以90%保證率為例,各區段的Lc/L見表2。

從表2中可以看出,Lc/L在不同船長區段存在著一定的差距。因此,建議根據不同噸級船舶,對Lc/L進行分段取值。

表2 保證率為90%時的Lc/LTable 2 Lc/L statistics when the Guarantee rate is 90%

2.2 艙口寬度的分析

本研究共采集艙口寬度數據516個,數據的累計頻率可近視為規范中的保證率。所統計Bc/B的分布規律符合N(0.731,0.0382)的正態分布,如圖9所示。

圖9 運河船Bc/B的樣本分布Fig.9 Sample distribution of Bc/B

圖10 Bc/B的分布累計頻率Fig.10 Cumulative frequency of Bc/B

因所采集船長42 m以下的艙口數據較少,對42 m以下船舶不進行單獨分析,僅以船長52 m為界,分2區段進行統計分析。L與Bc/B關系的分布如圖11所示。Bc/B在各區段的累計頻率曲線如圖12所示。

圖12 各船長區段的Bc/B累計頻率Fig.12 Bc/B cumulative frequency curve of different sections

從圖11中可以看出,船舶噸位越大,Bc/B就越大。以90%保證率為例,各區段的Bc/B見表3。

表3 保證率為90%時的Bc/BTable 3 Bc/B statistics when the guarantee rate is 90%

3 結論

1)通過對衛星照片的測量來采集船舶平面尺寸數據的方法,對運河上船舶艙口尺寸進行了統計分析。艙口長度與船長成線性正相關關系,艙口寬度與船寬也成線性正相關關系。在船長L= 35.3～77.4 m范圍內,Lc/L的分布規律符合N(0.584,0.0412)的正態分布;Bc/B的分布規律符合N(0.731,0.0382)的正態分布。

2)設計時,根據裝卸效率和保證率的需要,可參照圖8,12進行取值。以90%的保證率為例, 300噸級船舶艙口長度取0.58倍船長,500噸級船舶艙口長度取0.60倍船長,1 000噸級及以上取0.62倍船長;1 000噸級以下船舶艙口寬度可取0.77倍船寬,1 000噸級以上船舶艙口寬度可取0.78倍船寬。

3)建議按照本研究方法對沿海和其他內河等船舶艙口參數進行統計分析,并列人下次規范修編范圍,以供設計人員參考。

[1] 中交第二航務工程勘察設計院有限公司.JTJ 212—2006,河港工程總體設計規范[S].北京:人民交通出版社,2010.(CCCC Second Highway Consultants Co.,Ltd..JTJ 212—2006,Code for master design of river port engineering[S].Beijing:China Communications Press,2010.(in Chinese))

[2] 中交水運規劃設計院,中交第一航務工程勘察設計院有限公司.JTJ 211—99,海港總平面設計規范[S].北京:人民交通出版社,1999.(CCCC Water Transportation Consultants Co.,Ltd.,CCCC First Highway Consultants Co.,Ltd..JTJ 211—99,Design code of general layout for sea port[S].Beijing:China Communications Press,1999.(in Chinese))

[3] 劉勝.港口系泊船舶受風高度取值問題研究[J].水運工程,2013(6):46—48.(LIU Sheng.Port mooring ship wind height problem[J].Port&Waterway Engineering,2013(6):46—48.(in Chinese))

[4] 劉勝.港口系泊船舶壓載吃水取值研究[J].交通科學與工程,2013(3):63—66.(LIU Sheng.Research on the port mooring ships’ballast draft[J].Journal of Transport Science and Engineering,2013(3):63—66. (in Chinese))

[5] 謝春平.基于Google Earth的面積快速測量法[J].湖北農業科學,2011(4):1470—1472.(XIE Chun-ping. Fast area measurement based on the Google Earth [J].Hubei Agricultural Sciences,2011(4):1470—1472.(in Chinese))

[6] 尹柱庭,暢鑫,暢毅.衛星遙感照片在石油物探測量中的應用[J].物探裝備,2010,20(2):121—124.(YIN Zhu-ting,CHANG Xin,CHANG Yi.Application of satellite remote sensing image in the oil geophysical prospecting[J].Equipment for Geophysical Prospecting,2010,20(2):121—124.(in Chinese))

[7] 侯越,馬玉霞.谷歌軟件在“7.21”洪水人淀水勢分析中應用[J].水科學與工程技術,2013(增刊):60—61. (HOU Yue,MA Yu-xia.Application of Google Earth Software in the“7—21”flood into the water flow analysis[J].Water Sciences and Engineering Technology,2013(Suppl.):60—61.(in Chinese))

[8] 王一波,邵偉偉,羅新宇.Google Earth數據精度分析及在鐵路選線設計中的應用[J].鐵道勘察,2010(5): 68—71.(WANG Yi-bo,SHAO Wei-wei,LUO Xinyu.Analysis on the accuracy of Google Earth Data and its applications in the optimized design on railway routes[J].Railway Investigation and Surveying, 2010(5):68—71.(in Chinese))

[9] 中華人民共和國交通運輸部,中交水運規劃設計院有限公司,中交第一航務工程勘察設計院有限公司. JTS 165—2013,海港總體設計規范[S].北京:人民交通出版社,2013.(Ministry of Transport of the People’s Republic of China,CCCC Water Transportation Consultants Co.,Ltd.,CCCC First Highway Consultants Co.,Ltd..JTS 165—2013,Design code of general layout for sea port[S].Beijing:China Communications Press,2013.(in Chinese))

[10] 中華人民共和國交通運輸部,交通運輸部天津水運工程科學研究所.JTS 180—2—2011,運河通航標準[S].北京:人民交通出版社,2011.(Ministry of Transport of the People’s Republic of China,Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering.JTS 180—2—2011,Navigation standard of canal[S].Beijing:China Communications Press, 2013.(in Chinese))

Research on the parameters of canal ship hatches for the harbour engineering design

LIU Sheng
(China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Beijing 102600,China)

According to the information on ship hatches collected from the satellite photos of Jining-Huaian section of Beijing-Hangzhou Canal,the parameters of ship length(L),ship width(B),hatch length(Lc)and hatch width(Bc)were statistically analyzed,and the cumulative frequency curves of Lc/L and Bc/B were achieved.These curves could be potentially used for deciding the Lcand Bcvalues under different guaranteed rates,and solving the problem of lacking the two parameters(Lcand Bc)in the related regulations.

harbour engineering design;ship hatches;parameter values

U662

A

1674—599X(2015)04—0066—05

2015—01—18

劉 勝(1981—),男,中鐵第五勘察設計院集團有限公司高級工程師。