液化天然氣碼頭選址于航道縱深處的通航影響

馬曉雪，張哲，馮敏，闞冬杰

（1.交通運輸部天津水運工程科學研究所，天津 300456；2.天津水運工程勘察設計院有限公司，天津 300456）

0 引言

據國家統計局和海關總署數據，2020年中國進口的1 405億m3天然氣中，進口液化天然氣（簡稱LNG）超過進口管道氣，占進口氣的66.1%。從LNG的接收能力來看，中國已建成接收站22座，接收能力約9 910萬t/a[1]。目前，我國接收站主要分布于東部沿海，但較為分散，集約化規劃程度較低，且因LNG船舶進出港實施交通管制等措施，LNG接收站的選址直接影響港區的運營及LNG的接收能力。而作為接收站配套的碼頭工程，基于港口岸線、自然條件及通航管控等影響因素的增多，其選址的特殊性及重要性逐漸成為國內外學者研究的重點。

已有的相關文獻中，麻亞東等[2]分析了LNG接收站與大型港口兼容性問題；周娜等[3]對LNG碼頭選址的原則及評價體系進行了研究；房卓等[4]提出了環渤海地區LNG碼頭布局和選址思路；眾多學者[5-7]基于工程實例對LNG碼頭選址、平面布置及通航影響進行分析。綜上，LNG碼頭要綜合航道規劃及通航環境條件，選址于對通航條件影響小、與港口兼容性高的位置。但已有研究中較少涉及天然氣碼頭選址于航道縱深位置的研究工作。

現行規范要求海港液化天然氣碼頭不宜布設在進出港航道較長或船舶密度較大的港址，當無其他選擇時，應進行專項評估[8]。本文結合龍口港區LNG接收站規劃實例，基于仿真結果，科學評估位于規劃航道縱深位置的碼頭選址對近中、遠期港口整體運營的影響，并與規劃于航道口門處的LNG碼頭進行對比，多角度分析碼頭選址的可行性及合理性。

1 項目背景

《環渤海地區液化天然氣碼頭重點布局方案（2022年）》[9]提出在煙臺龍口港區新增2個LNG泊位。根據龍口港總體規劃，港區劃分為東、西和南作業區，航道形成“一主三支”布局。規劃進港主航道為15萬噸級；北支航道外段西移，以避讓西作業區西側泊位的回旋水域；開辟中支航道通往東港池，以實現LNG船舶和客滾、集裝箱船舶的分道通航；規劃南支航道為10萬噸級，兼顧10萬m3LEG船舶通航。規劃港區及航路見圖1。

圖1 規劃港區及航路Fig.1 Planned port area and shipping route

港區共規劃2個LNG泊位，選址A位于東作業區東突堤西南側，選址B位于西作業區西端（見圖1），均為26.6萬m3接卸泊位。從位置分析，選址A位于北支航道縱深處，LNG船進出港航行占用航道時間較長。選址B位于北支航道口門處，占用航道時間較短。作為山東半島西側沿海重點開發的港區，隨著未來港區的逐步完善，LNG船舶進出港對港區運營存在的潛在影響可能會較大。

本文基于2種港區發展規模進行研究分析：1）近、中期發展規模：規劃港口岸線部分開發；2）遠期：規劃港口岸線全部開發并投入使用。結合國內發展現狀及實際需求，1個LNG泊位近、中期設計通過能力500萬～550萬t，遠期設計通過能力提高至600萬～650萬t[10]。

2 船舶進出港參數及泊位情況

1）港區規模及到港艘次。根據已批復的龍口港規劃，規劃龍口港區碼頭岸線總長16.6 km，陸域總面積17.7 km2，可形成各類碼頭泊位50個，預測2035年龍口港區總吞吐量將達到12 500萬t。預計LNG船舶到港艘次見表1，其余生產性船舶到港艘次見表2。

表1預測LNG船舶到港艘次Table 1 Prediction of arrivals of LNG ships

表2 主要規劃指標表Table 2 Main planning indicators

2）LNG船舶通航規則。結合我國沿海港口實際管理規定，①LNG船實行單向通航管制且禁止夜航；于提前1 h清空對向航道交通流，等待LNG船舶進出港；③LNG船由主航道進入北支航道后，中支及南支航道方可允許船舶進入航道出港；④LNG移動安全區：LNG船前1.5 n mile，后0.5 n mile，左右150 m的區域，除護航、警戒等輔助船舶外其他任何船舶不得進入。

3）船舶到港規律。①貨船，充分借鑒我國沿海相關規模化港口的到港規律，假定船舶日到港時間服從指數分布3，…），船舶生成按照到港船舶比例隨機生成。于LNG船舶，北方沿海LNG船到港具有明顯的季節不均衡性，主要集中在冬季（供暖季節）到港，集中到港量約為全年的50%。③客滾船，為旅順至龍口間定點班輪，每天4個往返航班。

4）航道通航時間。通過近幾年的通航情況分析，通航時間主要受強風、強冰、大霧、大浪等氣象環境影響，每年正常通航天數為319 d。

5）船舶作業時間。受船舶裝載貨物量、貨種、裝卸設備效率等因素的影響[11]，作業時間一般服從愛爾郎（Erlang）二階分布，LNG船舶服從Erlang（12.0，2），其他船舶服從Erlang（8.0，2）。

3 仿真數值模擬及通航影響分析

3.1 仿真思路

Anylogic是一款構建大型復雜系統、創建真實動態模型的理想可視化的仿真軟件。本文基于Anylogic，通過多智能體建模方法，依據船舶進出港邏輯流程模擬港區船舶進出港靠離泊全過程。進港時：船舶在錨地按規律生成→判別目的地泊位是否可用/通航環境條件是否滿足進港要求→若均滿足要求即可進入航道、進行靠離泊及生產作業→若不滿足則繼續在錨地待泊；出港時：判別通航環境條件是否滿足要求→若滿足要求則離泊出港→若不滿足則繼續在泊位待泊。

3.2 選址對比仿真計算工況

為分析LNG碼頭選址于A處與B處的通航影響差異，本次研究共設計6組工況見表3。分別從受LNG船舶影響船舶總艘次、延誤船舶艘次占比、LNG船單次進/出港平均延誤船舶艘次及船舶平均延誤時間4個指標進行比較分析。

表3 仿真試驗設計工況Table 3 Simulation experimental design conditions

3.3 仿真結果分析

仿真數值模擬結果見表4。

表4 仿真模擬結果Table 4 Simulation results

1）仿真模型驗證

以港區近、中期發展規模為例進行仿真模型驗證，仿真周期為1 a。經重復運行仿真模型30次，得出仿真到港船舶與預測艘次基本相同，平均誤差在0.5%，最高為0.75%。驗證了本次仿真模型的合理性及可靠性。

2）受LNG船舶影響船舶總艘次

通過對比仿真結果可知，隨著港區規模的擴大及LNG碼頭通過能力的提升，受LNG船舶影響的進出港船舶總艘次有明顯的增加，選址A工況2較工況1的增幅為12.19%，工況3較工況2的增幅為12.20%，選址B的增幅依次為8.92%、9.64%。在港區及LNG碼頭相同發展規模下，受選址A影響的船舶總艘次分別是選址B的1.06、1.09、1.07倍。

3）延誤船舶艘次占比

在港區及LNG碼頭相同發展規模下，選址A延誤船舶艘次占比高于選址B。工況1～3的延誤船舶艘次占比分別是工況4～6的1.05、1.09、1.07倍。影響最大的情況為工況1，延誤船舶艘次占比為2.59%。

4）LNG船單次進/出港平均延誤船舶艘次

LNG船舶進出港全年延誤艘次分布見圖2。根據統計圖分析，當LNG船單次進港時，受影響船舶在3艘以內占比約80%；當LNG船單次出港時，受影響船舶在1艘以內占比約80%。進港時部分時間因受氣象、泊位等綜合因素影響存在10艘、20艘以上的情況，但出現頻率較低。選址B因位于航道口門處，受影響船舶較選址A有所減少。

圖2 LNG船舶進出港全年延誤艘次分布圖Fig.2 Distribution of annual LNG ship delays in entering and leaving the port

5）船舶平均延誤時間

不同工況不同選址的情況下，受影響船舶平均延誤時間均可控制在3 h以內，進港時延誤時間在2 h以內的概率約70%，出港時延誤時間在1 h以內的概率約70%。總體看3種工況下選址A影響程度大于選址B，分別是選址B影響延誤時間的1.2、1.38、1.4倍。

3.4 補充分析

當2個LNG泊位同時運營時，LNG船舶之間也會存在相互影響。且根據規劃，A、B處遠期均預留1個LNG泊位，即港區未來可能會同時運營4個泊位，因此設置補充工況1～3，見表5。

表5 補充工況Table 5 Supplementary working conditions

經仿真模擬，當2個泊位同時運營時，補充工況1、2受LNG船舶進出港影響的船舶總數分別為796艘、1 040艘，占進出港船舶總數的5.08%和5.25%。受影響程度較單個LNG泊位運營有成倍的增加。港區服務水平為0.28～0.32，參照國際航運協會發布的相關文件，發展中國家該指標小于0.5，因此說明當2個LNG碼頭共同運營時，港區運營仍然保持較優的水平。

根據現有研究，當同一港區布置4個及以上LNG泊位時，碼頭通過能力不能充分發揮，進出港效率降低[12]。未來龍口港若4個泊位同時運營，從仿真結果分析，受影響船舶共計1 841艘，占進出港船舶總數的8.8%，港口服務水平為0.42，符合發展中國家的標準。可見，開通中支航道實現LNG船舶和客滾、集裝箱船舶的分道通航，有效地降低了LNG碼頭對港區通航的影響。

4 結語

1）以龍口港區LNG接收站項目為例，以多智能體仿真平臺為基礎，分析比較了碼頭選址于航道口門處與航道縱深處對港區通航的不同影響。基于規劃港區及航道，通過仿真結果分析，航道口門處選址優于縱深處選址，但差異程度有限。當2個泊位同時運營時，港口服務可保持在較優水平。

2）龍口港區規劃形成“一主三支”的航道布局，不同港區由專門的分支航道進行通航，大大降低了港區間的相互影響，這為LNG碼頭選址于北支航道縱深處具備可行性提供了可能。

3）對于龍口港區而言，4個泊位同時運營從數據上分析具有可行性。遠期LNG泊位的開發，應結合港區發展狀況及LNG具有季節性等特點綜合考量。未來可根據JTS 165-5—2021《液化天然氣碼頭設計規范》進一步研究LNG船通航管制措施，優化通航組織，保障LNG碼頭高效運行。