平原流域適應性船型設計關鍵指標研究

劉長銘，王一鳴，張化英

(河南省交通運輸廳航務局, 河南 鄭州 450016)

0 引言

2007年，國務院發布的《全國內河航道和港口布局規劃》將全國內河航道形成長江干線、西江航運干線、京杭運河、長江三角洲高等級航道網、珠江三角洲高等級航道網、十八條主要干支流高等級航道等[1]。

為了響應國家航道建設規劃，河南省先后開展了沙潁河周口至省界航道升級改造工程以及上游周口至平頂山段航道建設工程、淮河淮濱至息縣升級改造工程等。2012年，交通運輸部頒布的《京杭運河、淮河水系過閘運輸船舶標準船型主尺度系列》于2013年4月1日實施[2]。2014年，交通運輸部修訂發布了《內河運輸船舶標準化管理規定》，強制要求新建、改建內河運輸船舶，應當符合交通運輸部制定的內河運輸船舶標準船型指標體系中的強制性要求。

為了規范河南省運輸船舶船型設計，同時為了適應升級改造的航道，充分發揮運輸船舶的裝載能力，提高船舶營運經濟性，促進河南籍船舶回船籍港營運，研發設計適應河南航道環境的標準船型已是迫在眉睫。針對這種情況，課題組對河南省沙潁河、淮河及其支流的航道水深、彎道橋梁情況進行了充分的調研，結合航道實際情況，對設計的標準船型的主尺度、船舶線型、空間布局、LNG改建可行性等進行了研究，設計了4種適應河南省航道環境的“寬深比大、全高小”的適應性船型。

1 船型設計的航道邊界因素

2016年10月，課題組隨船沿沙潁河考察了航道的水深、航道寬度、彎道情況、沿途橋梁通航凈空高度等情況，深入到漯河港調研了散貨碼頭、集裝箱碼頭的裝卸能力和場地情況，以及貨物的流向和流量情況。

1.1 航道及橋梁情況

沙潁河在河南境內的410 km航段(見圖1)已經或即將按天然和渠化河流的Ⅳ級航道標準建設，但綜合航道水深、橋梁凈高、船閘尺度來看，沙潁河在不同區間段的航行條件卻不盡相同：

圖1 沙潁河航道基本情況

(1)沙潁河周口至省界段。該航段航道水深在4.0 m以上，船閘尺度為：閘室有效長度260 m×口門寬23 m×門檻水深4.5 m，橋梁通航凈高達到7 m以上，常年通航1 000～1 500 t貨船。

(2)沙潁河周口至漯河段。該航段航道水深約為3～4 m，船閘尺度為：閘室有效長度120 m×口門寬12 m×門檻水深3 m，橋梁通航凈高達到7 m的占少數，大部分橋梁通航凈高為5 m。

(3)沙潁河漯河港至北汝河口段(建設中)。該航段航道通航水深2.3 m以上，船閘尺度為：閘室有效長度120 m×口門寬18 m×門檻水深3.2 m，橋梁改建后通航凈高可達到7 m。

1.2 營運船舶現狀

課題組到沙潁河周口和漯河段進行了深入調研，搜集到沙潁河過閘船舶數據近700份，綜合分析過閘船舶情況。目前沙潁河上行駛的多為單船，偶爾可見拖船船隊。根據調研資料顯示：沙潁河周口段船舶多為500～1 000 噸級船舶；由于船閘寬度限制，超過1 000總噸船舶基本沒有，500噸級以下船舶由于運營經濟性不高，占比也比較小。

目前，載重量最大的1 000 噸級船舶總長65 m，船寬小于11 m，船舶全高大于7 m，吃水大于3.4 m。800噸級船舶總長約為55 m，型寬小于10 m，全高最高約6.5 m，吃水最大為3.2 m。沙潁河上運營的噸位較大的典型船舶尺度參數見表1[3]。

表1 典型干貨船主要尺度

1.3 貨物種類及流量

沙潁河作為豫東南及皖北地區的水運主通道，是連接河南省腹地和長江干線、京杭運河交通的重要組成部分，水上航運以建材、煤炭、雜件、糧食、集裝箱運輸為主導貨源。河南作為全國的產糧大省和產煤基地，貨物出口品種主要是煤炭和糧食制品，運往華東的江浙滬地區；貨物進口品種主要是沙石建材、件雜貨等。

2015年后隨著整個沙潁河升級改造工程的完工，航道運輸條件有了較大的改善，水路貨運量進入了快速增長期。分析預測：2020年后水運量進入平穩增長期；2020年沙潁河周口至省界航道升級改造工程航道水運量約802.4萬t，占整個沙潁河航道總量40%；鄭埠口船閘的貨運量2020年為525萬t，其中上水運量137萬t、下水運量388萬t。

2 船型設計關鍵指標的確定

對于同類型的貨船，在運輸距離相同的前提下，船舶載重量越大，運輸成本越低，經濟性也就越好。在滿足國家標準船型主尺度要求的前提下，盡可能地設計出載重量較大的船型，不但可以提高船舶的經濟性，也可以更充分地發揮航道通行能力。另外，在貨物周轉量一定的前提下，提高船舶的裝載能力，可以有效減少航道的船舶數量，從而提高船舶航行的安全系數。因此，船型關鍵指標的確定，是船舶設計的基礎，也是至關重要的部分。

2.1 船舶主尺度

按照交通運輸部公布的京杭運河、淮河水系過閘運輸船舶標準船型主尺度系列要求，結合河南省航道水深、彎道、橋梁環境實際情況，新開發的貨船標準船型主尺度在滿足《京杭運河、沙潁河-淮河干線過閘干散貨船、液貨船標準船型主尺度系列》中京淮貨-8和京淮貨-10要求的前提下進行優化設計；集裝箱船型在滿足《京杭運河、沙潁河-淮河干線過閘集裝箱船標準船型主尺度系列》中京淮集-4和京淮集-6要求的前提下優化設計。

2.2 船舶布置及操縱性

考慮到橋梁通航凈空高度的限制，在船舶艙室布置上需要盡可能減小船舶的水上高度，駕駛室的布置可以采用前置駕駛室或者升降駕駛室形式。前置駕駛室對船舶造價影響很小，同時可以顯著改善駕駛視線，提高航行安全性。駕駛室升降技術作為一個成熟可靠的技術，在實船設計建造中多有采用，船隊正常營運過程中，可在1～2 min內完成升、降的全過程，航行過程中不影響船隊通過限制高度的橋梁，且維護費用極低，但升降駕駛室會增加3%左右的船舶造價。

內河航道的特點是航道狹窄、彎曲半徑小、船舶密度大，對船舶的操縱性能要求高，雙機雙槳雙舵型船相對單機單槳單舵型船，在螺旋槳直徑不受限制的情況下，雖然螺旋槳推進效率略有損失，但可以顯著提高船舶的操縱性，減少船舶碰撞幾率，提高航行安全[4]。

2.3 集裝箱船箱數的確定

根據資料顯示，集裝箱產品的型號很多，外形尺寸差別很大，長度主要以6.069、12.192 m為主，高度主要以2.591、2.896 m為主，寬度均為2.438 m。其中，高度為2.591 m的集裝箱為主流產品，約占到市場份額的70%，故集裝箱船的研制應把6.069 m長、2.591 m高的標準集裝箱作為主要貨源。

船舶主尺度要素按適用航道允許的最大船舶尺度來確定。船舶尺度等要素確定以后，裝箱層數主要取決于橋梁高度和船舶穩性、強度等技術性能的要求[5]。

3 適應性標準船型設計定型

綜合交通行業船舶建造政策要求、船舶安全航行的要求，本著實事求是、因地制宜的原則，結合河南省平原流域航道實際情況，制定出機動貨船和集裝箱的4種標準船型，其要素見表2。制定標準船型目的就是將較大噸位的機動貨船、較多箱位的集裝箱船，用于沙潁河和淮河干線航道上的省內和省際的運輸；將較小噸位的機動貨船、較少箱位的集裝箱船，用于等級偏低的渦河、沱河等支流航道上的省內區間運輸。

表2 標準船型尺度要素表

4 結語

近年來，為了提高船舶過閘效率，交通運輸部門大力推進內河船舶標準化，但標準船型在各個地區營運又受到當地航道水深、航道寬度、橋梁凈空高度等因素的影響。本文結合河南省沙潁河、淮河及其支流航道情況，在現有標準船型基礎上，優化船舶空間布局和線型，采用前置駕駛室、可放倒桅桿，配備測深系統、防碰撞預警系統等，并在設計中考慮改裝成LNG動力船舶的可行性，研發設計出4種適應當地航道環境的“寬深比大、全高小”的標準船型。經過實船驗證，在保證船舶載貨量的前提下，新設計的船型可以明顯降低船舶高度，有效改善船舶在多橋梁、多彎道、水深較淺航道的通航能力。