如何推動(dòng)散貨碼頭設(shè)計(jì)高質(zhì)量發(fā)展

厲澤逸，向廣文

（長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010)

散貨作為港口四大類貨物之一，在裝卸、運(yùn)輸和存儲(chǔ)等生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生粉塵，對(duì)環(huán)境的污染較大。設(shè)計(jì)是工程建設(shè)的龍頭，其質(zhì)量和深度影響到整個(gè)工程的建設(shè)品質(zhì)。在新時(shí)代背景下，如何在散貨碼頭設(shè)計(jì)中推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展，是港口工程設(shè)計(jì)人員必備的技能。

推動(dòng)散貨碼頭設(shè)計(jì)高質(zhì)量發(fā)展，必須貫徹綠色港口理念。目前，不少發(fā)達(dá)國(guó)家都已在建設(shè)綠色港口方面取得重大進(jìn)展，例如美國(guó)洛杉磯-長(zhǎng)灘兩港聯(lián)合實(shí)施的“圣佩羅灣潔凈空氣行動(dòng)計(jì)劃”、澳大利亞悉尼實(shí)施的“綠色港口指南”等，均有效地改善了所在地區(qū)的環(huán)境空氣質(zhì)量，提高了綠色化的發(fā)展水平。國(guó)內(nèi)綠色港口建設(shè)，以天津港為例，其在港口建設(shè)過程中生產(chǎn)性項(xiàng)目與環(huán)境改善性項(xiàng)目并重，實(shí)施了“藍(lán)天工程”和“碧水工程”，有效地改善了港區(qū)整體環(huán)境，實(shí)施了“北煤南移”戰(zhàn)略，使港區(qū)環(huán)境發(fā)生了顯著變化。

推動(dòng)散貨碼頭設(shè)計(jì)高質(zhì)量發(fā)展，同時(shí)必須貫徹智慧港口理念。近年來，隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、智能控制等新一代信息技術(shù)的蓬勃興起，產(chǎn)生了許多智慧型港口，例如國(guó)外的鹿特丹港、新加坡港等。國(guó)內(nèi)交通運(yùn)輸部于2017年，選取了上海港、天津港等13 家港口開展智慧港口示范工程，帶動(dòng)其他港口競(jìng)相參與。

本文結(jié)合牛頭山港區(qū)礦石碼頭一期工程實(shí)例，重點(diǎn)介紹了在散貨碼頭設(shè)計(jì)中如何推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的思路和方法，強(qiáng)調(diào)了綠色港口和智慧港口的設(shè)計(jì)理念。對(duì)今后類似工程的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

牛頭山港區(qū)礦石碼頭一期工程，位于長(zhǎng)江下游安慶河段鵝毛洲汊道右岸，是長(zhǎng)江內(nèi)河最大規(guī)模最現(xiàn)代化的散貨碼頭工程。本工程建設(shè)7 個(gè)5000t 級(jí)散貨出口泊位，設(shè)計(jì)年吞吐量3500 萬t，貨種為砂石骨料，使用長(zhǎng)江岸線975m。

1.1 總平面布置

本工程總平面布置見圖1，共設(shè)7 個(gè)5000t 級(jí)散貨出口泊位。碼頭平臺(tái)上7 個(gè)泊位軌道內(nèi)設(shè)2 條裝船皮帶機(jī)；上游4 個(gè)泊位軌道后方設(shè)1 條裝船皮帶機(jī)，下游3個(gè)泊位軌道后方設(shè)2 條裝船皮帶機(jī)。在碼頭平臺(tái)中部設(shè)1#轉(zhuǎn)運(yùn)站，1#轉(zhuǎn)運(yùn)站與碼頭后方堆場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)站之間設(shè)36m 寬高架皮帶機(jī)棧橋連接。另在碼頭平臺(tái)上游及1#轉(zhuǎn)運(yùn)站下游各設(shè)1 座5m 寬檢修棧橋。

碼頭陸域位于大堤內(nèi)側(cè)，設(shè)骨料堆場(chǎng)，骨料堆場(chǎng)縱深98.5m，長(zhǎng)度700m，共布置4 個(gè)大型骨料料堆，骨料堆場(chǎng)總面積6.5 萬m，總堆存容量128 萬t。

1.2 裝卸工藝

本工程布置7 個(gè)泊位，配備5 條裝船作業(yè)線。上游4個(gè)泊位配備3臺(tái)裝船機(jī)，下游3個(gè)泊位配備2臺(tái)裝船機(jī)，裝船機(jī)額定效率為3000t/h，軌距14m。

骨料堆場(chǎng)共布置4 個(gè)大型砂石骨料料堆，每種料堆頂部均采用卸料小車布料，堆場(chǎng)地面下方縱向布置4 條地下帶式輸送機(jī)廊道，每條廊道設(shè)置首尾相接的2 條出料皮帶機(jī)，該皮帶機(jī)設(shè)計(jì)輸送能力為3000～6000t/h。

1.3 水工建筑物

本工程碼頭平臺(tái)為高樁梁板結(jié)構(gòu)，排架間距8.0m，上游4 個(gè)泊位碼頭平臺(tái)長(zhǎng)550m，寬25m，每榀排架設(shè)4 根直樁;下游3 個(gè)泊位碼頭平臺(tái)長(zhǎng)425m，寬30m，每榀排架設(shè)5 根直樁。樁基采用φ1500mm 鉆孔灌注樁，樁尖持力層為風(fēng)化礫巖或中風(fēng)化灰?guī)r。

2 綠色港口設(shè)計(jì)

港口綠色發(fā)展包括資源屬性、環(huán)境屬性、能源屬性、安全屬性等方面。本工程在設(shè)計(jì)中貫徹了綠色港口的設(shè)計(jì)理念，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下。

2.1 資源利用

本工程建設(shè)7 個(gè)5000t 級(jí)泊位，使用長(zhǎng)江岸線975m。通過拆除6 座“臟、亂、差”的散亂碼頭，對(duì)牛頭山港區(qū)岸線資源進(jìn)行了整合，實(shí)現(xiàn)了港口岸線的深水深用。本工程建設(shè)了專業(yè)化的散貨出口碼頭，實(shí)現(xiàn)布局集約化和碼頭專業(yè)化，極大地提高了港口岸線使用效率，在滿足本工程岸線使用的前提下，還為本項(xiàng)目二期工程預(yù)留了5 個(gè)5000t 級(jí)泊位的港口岸線，有效解決了岸線資源緊缺問題。

本工程是長(zhǎng)江港口岸線資源整合的標(biāo)桿工程，推動(dòng)了長(zhǎng)江地區(qū)港口的高質(zhì)量發(fā)展，緩解了長(zhǎng)江中下游地區(qū)砂石骨料的供需矛盾，策應(yīng)了長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略。

2.2 環(huán)境保護(hù)

本工程設(shè)計(jì)貫徹長(zhǎng)江大保護(hù)戰(zhàn)略，采取的環(huán)保措施包括：陸域骨料堆場(chǎng)采用全封閉網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；皮帶機(jī)廊道為全封閉結(jié)構(gòu)；設(shè)置噴霧抑塵裝置；在裝船機(jī)的伸縮溜筒上方裝設(shè)物料激光掃描系統(tǒng)，使落料高度可控制在0.2～0.3m 之間；碼頭平臺(tái)及到港船舶的廢水、含油污水均送至后方處理；每個(gè)泊位設(shè)置1 臺(tái)200kW 智能刷卡岸電箱等。本工程環(huán)保設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)是陸域散貨堆場(chǎng)采用全封閉大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

2．2．1 國(guó)內(nèi)港口陸域散貨堆存型式

港口陸域散貨堆存型式，常用的露天堆存+防塵網(wǎng)型式將逐步退出，新的堆存型式已發(fā)展為筒倉群、穹頂圓形料倉、平房倉、大跨度網(wǎng)架等全封閉型式。

我國(guó)港口陸域散貨的堆存采用筒倉群型式，首次在黃驊港三期工程中應(yīng)用，該工程共建設(shè)24 座內(nèi)徑40m，高43m 的筒倉群，總設(shè)計(jì)容量72 萬t，共布置4條作業(yè)線，每線布置6 座筒倉。該工程已于2016年12月通過竣工驗(yàn)收并投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。

我國(guó)港口陸域散貨的堆存采用穹頂圓形料倉型式，首次在萬華化學(xué)（寧波）碼頭公司煤堆場(chǎng)改造工程中應(yīng)用，該工程建設(shè)2 座內(nèi)徑120m，高75m 的圓形穹頂料倉，設(shè)計(jì)容量32 萬t。該工程一階段工程已于2017年5月通過竣工驗(yàn)收并投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。

經(jīng)對(duì)港口陸域散貨堆存型式進(jìn)行比選，常規(guī)的露天堆存+防塵網(wǎng)型式，由于防塵網(wǎng)有開孔、并且頂部為開敞式，大量揚(yáng)塵會(huì)逸到空中；筒倉群和穹頂圓形料倉型式造價(jià)較高，同時(shí)穹頂圓形料倉只有一個(gè)卸料點(diǎn)，不利于多個(gè)泊位多路出口線的布置；平房倉型式在我國(guó)應(yīng)用相對(duì)較多，但其跨度較小，設(shè)計(jì)容量有限。因此，本工程陸域散貨堆存決定采用大跨度網(wǎng)架型式，該型式具有一定經(jīng)濟(jì)性并能徹底解決揚(yáng)塵污染問題。

2．2．2 本工程陸域散貨堆存型式

本工程陸域骨料堆場(chǎng)，總面積6.5 萬m，分為4 個(gè)料堆，最大堆高達(dá)25m，總堆存容量128 萬t，堆場(chǎng)設(shè)全封閉網(wǎng)架見圖2，為拱型雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，平面尺寸為708×102m，跨度102m，拱高35.5m，網(wǎng)殼厚度3.5m。該大跨度全封閉網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)港口散貨堆場(chǎng)中首次采用，具有一定的經(jīng)濟(jì)性并徹底解決了散貨堆場(chǎng)揚(yáng)塵污染問題，具有良好的推廣價(jià)值。

圖2 陸域散貨堆場(chǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖（單位：m）

2.3 節(jié)能減排

（1）本工程節(jié)能減排設(shè)計(jì)技術(shù)措施。本工程建設(shè)5 條裝船線供7 個(gè)泊位裝船作業(yè)，減少船舶裝卸輔助作業(yè)與技術(shù)作業(yè)時(shí)間，可提高裝船效率，減少能耗；采用大規(guī)模高效散貨自動(dòng)堆存、出料、輸送一體化的裝船出口工藝，工藝流程簡(jiǎn)捷、操作環(huán)節(jié)少、平面布局緊湊、生產(chǎn)效率高，降低裝卸生產(chǎn)的能耗量；裝船機(jī)、輸送系統(tǒng)均為電力驅(qū)動(dòng)，裝船機(jī)等大型設(shè)備采用變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)，進(jìn)一步降低作業(yè)能耗。

（2）本工程節(jié)能減排設(shè)計(jì)亮點(diǎn)。陸域經(jīng)橫隔墻將堆場(chǎng)分設(shè)為4 個(gè)不同粒徑的堆存區(qū)，堆存區(qū)底部縱向設(shè)置4 條通長(zhǎng)骨料輸送廊道。廊道縱向長(zhǎng)度700m，每條通長(zhǎng)廊道設(shè)置首尾相接的2 條出料皮帶機(jī)，可根據(jù)骨料輸送要求，將后半段皮帶機(jī)停機(jī)，從而大幅降低能耗。運(yùn)輸量為6000t/h，帶寬為1600mm 的特大型皮帶機(jī)采用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，設(shè)置變頻器、液壓、電控系統(tǒng)等專項(xiàng)工藝以平衡多機(jī)間的動(dòng)力分配，降低啟動(dòng)負(fù)荷、順柔啟動(dòng)特性，可有效地保護(hù)電器及機(jī)械設(shè)備，提高了膠帶壽命并降低能耗。

2.4 港口安全

2．4．1 本工程港口安全設(shè)計(jì)技術(shù)措施

本工程裝船作業(yè)采用專業(yè)化的裝船設(shè)備，水平運(yùn)輸采用技術(shù)成熟的帶式輸送機(jī)，成品骨料堆場(chǎng)采用全封閉網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，總體上裝卸系統(tǒng)機(jī)械化、自動(dòng)化程度較高。此外，本工程還采取了防火災(zāi)事故、防意外事故、防海損事故、防雷擊及天氣事故、防溺水事故等安全防治措施；并采取了防高溫危害、防粉塵危害、防噪聲污染等勞動(dòng)衛(wèi)生措施。

2．4．2 本工程港口安全設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

本工程碼頭平臺(tái)下游為灰?guī)r區(qū)，樁基設(shè)計(jì)為φ1500 鉆孔灌注樁，灰?guī)r區(qū)約40%的樁基下伏基巖分布有溶洞。本工程溶洞的特點(diǎn)，一是大小不等，最大尺寸達(dá)13m；二是分布各異，有的樁下為單一溶洞，有的為多溶洞。當(dāng)樁端位于溶洞頂部時(shí)，既要保證樁的承載力，又要保證溶洞上的中風(fēng)化灰?guī)r一定的厚度，避免溶洞塌落帶來嚴(yán)重的安全隱患。

本工程針對(duì)灰?guī)r區(qū)多溶洞特點(diǎn)，利用樁基施工平臺(tái)，進(jìn)行了一樁一孔的超前鉆探，查明了每根樁基處溶洞發(fā)育情況，設(shè)計(jì)及時(shí)調(diào)整了樁長(zhǎng)及樁底高程，并對(duì)不同類型的溶洞進(jìn)行了處理，徹底解決了灰?guī)r區(qū)溶洞引起的安全隱患問題。

3 智慧港口設(shè)計(jì)

本工程建立了可獨(dú)立運(yùn)行的智慧碼頭管控系統(tǒng)，調(diào)度中心監(jiān)控見圖3，實(shí)現(xiàn)了商務(wù)管理、船舶調(diào)度、陸運(yùn)調(diào)度、陸域堆場(chǎng)料倉管理、計(jì)費(fèi)、移動(dòng)端管理等功能，推動(dòng)了港口工程設(shè)計(jì)高質(zhì)量發(fā)展。該管控系統(tǒng)為可視化平臺(tái)，采用BIM 技術(shù)、GIS 地理信息建立本工程三維電子地圖，實(shí)現(xiàn)船舶、皮帶機(jī)、裝船機(jī)、電子皮帶秤等元素的實(shí)時(shí)管控。特別是船舶調(diào)度管理，可根據(jù)船舶預(yù)到港計(jì)劃編制船舶裝船計(jì)劃表；通過自動(dòng)排位，計(jì)算船舶裝船計(jì)劃，并可人工調(diào)整；跟蹤獲取船舶實(shí)時(shí)位置和到港時(shí)間；通過船舶APP 實(shí)現(xiàn)船舶自動(dòng)調(diào)度；監(jiān)視客戶、泊位、裝船機(jī)、皮帶機(jī)、骨料、實(shí)時(shí)噸位、皮帶負(fù)載率、給料數(shù)量、累計(jì)噸位等信息；可根據(jù)碼頭工作運(yùn)行情況，向上游物聯(lián)網(wǎng)中的輸送線系統(tǒng)下發(fā)調(diào)整指令；建立了多用戶支持的移動(dòng)端，信息可實(shí)時(shí)互動(dòng)。通過上述手段，解決了生產(chǎn)、調(diào)度信息傳遞問題，極大地提高了裝船效率。

圖3 本碼頭調(diào)度中心監(jiān)控畫面

4 結(jié)論

散貨在裝卸、運(yùn)輸和存儲(chǔ)等生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生粉塵，對(duì)環(huán)境的污染較大。推動(dòng)散貨碼頭設(shè)計(jì)高質(zhì)量發(fā)展必須貫徹綠色港口和智慧港口設(shè)計(jì)理念。其中綠色港口設(shè)計(jì)須全面采取有利于節(jié)約資源、環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排和港口安全等技術(shù)措施；智慧港口設(shè)計(jì)須加強(qiáng)港口建設(shè)與新一代信息技術(shù)的融合。推動(dòng)散貨碼頭設(shè)計(jì)高質(zhì)量發(fā)展，強(qiáng)調(diào)幾點(diǎn)如下。

（1）可根據(jù)具體情況整合岸線資源，實(shí)現(xiàn)布局集約化和碼頭專業(yè)化，從而提高港口岸線使用效率。

（2）港口陸域散貨堆存常規(guī)的露天堆存+防塵網(wǎng)型式將逐步退出。新的港口陸域散貨堆存型式已發(fā)展為筒倉群、穹頂圓形料倉、平房倉、大跨度網(wǎng)架等全封閉型式，以徹底解決散貨堆場(chǎng)揚(yáng)塵污染問題，實(shí)際選用時(shí)可根據(jù)具體情況，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性原則，擇優(yōu)選用。

（3）在散貨碼頭堆場(chǎng)縱向長(zhǎng)度較大時(shí)，可設(shè)首尾相連的2 條或多條皮帶機(jī)，并根據(jù)運(yùn)行情況，將后部1條或多條皮帶機(jī)停機(jī)，從而降低能耗。

（4）在具有溶洞的灰?guī)r地區(qū)，若采用灰?guī)r為樁基持力層，宜進(jìn)行一樁一孔的超前鉆探，以查明每根樁基處的溶洞發(fā)育情況，并對(duì)溶洞進(jìn)行處理，確保工程結(jié)構(gòu)安全。