淺談某船排工程平面布置方案的設計要點

鄭家豪 廣東金東海勘察設計有限公司

針對船排工程而言，滑道、橫移區和船臺的平面布置為重點設計內容，若想達到對船排更為科學合理的平面方案，結合以往的工程案例，對船排工程中平面布置設計要點開展案例分析，現實意義顯著。

1.工程概況

汕頭江南船舶修造廠的船排工程位于礐石蜈田村。該項目[1]建設規模為新建1座5000DWT主滑道和一座2000DWT橫移區，四座2000DWT船臺。工程設計范圍以主滑道、船臺及橫移區域為主。現結合該船排工程，對平面布置方案開展實例分析。

2.案例分析

2.1 設計原則

針對此船排工程總體方案設計及其優化實踐中，所需遵守的設計原則詳細如下：一是務必要嚴格依照國家及交通運輸部對水運工程所提出現行技術規范，實施總體設計；二是平面設計務必要綜合考慮到此船排工程實際所處整個海域水文地質條件，確保可充分滿足船舶的上下船排實操安全層面要求，且與廠區整體的規劃需求相符；三是要充分滿足于廠區總體生產管理及安全生產、工藝流程和分期建設等各項需求，盡可能地節約項目投資，達到成本控制目的；四是務必要確保和廠區陸域及其鄰近建筑維持良好協調性，防止互相影響或是干擾情況出現，并考慮到廠區今后發展需求，達到總體規劃、分期實施、安全適用、經濟合理的目的。

2.2 設計基礎資料

2.2.1 設計水位

設計高水位：1.30m（高潮10%）。

設計低水位：-0.56m（低潮90%）。

極端高水位：3.42m（五十年一遇）。

極端低水位：-1.34m（五十年一遇）。

上排水位：0.60m（上排噸位5000噸級船型）；-0.56m（上排噸位2000噸級船型）。

2.2.2 設計船型尺度

設計代表船型尺度詳見表1。

表1 設計代表船型尺度表

2.3 船排平面布置主尺度

2.3.1 滑道主要參數確定

（1）滑道型式采用縱向機械化分節船排滑道。

（2）滑道選線：選取與廠區岸線垂直的方向布置。

（3）滑道坡度取1:18。

（4）軌距：主滑道設2根主鋼軌，一般為1/2～1/3船寬。5000DWT船舶寬度為15.2m，其軌距為5.07～7.6m，2000DWT船舶寬度12～13.5m,其軌距為4.0～6.75m，綜合考慮，本工程主滑道軌距取6m。

（5）滑道末端水深。根據《縱向傾斜船臺及滑道設計規范》（CB/T 8502-2005）[2]滑道末端水深由下式確定：

式中：TF——首排處吃水（m）；5000DW T取2.8m，2000DW T取1.9m；

a——裕度，為0.3～0.5m。取0.3m；

h1——首排上的曲線邊墩高度，民用船舶通常不考慮；

hT——首排及墊木高度，小船取0.8～1.0m，大船取1.0～1.2m，取1.2m；

Lpp——船舶垂線間長（m），5000DWT船取92.50m，2000DWT船取65.2m；

i——滑道坡度，取1:18。

圖1 船排工程平面布置圖

下水車的總長度取0.9算，滑道末端水深H為：

5000DWT船型：H=2.8+0.3+1.2+0.9×92.5/18=8.93m 2000DWT船型：H=1.9+0.3+1.2+0.9×65.2/18=6.66m

（6）滑道末端標高。5000DWT船型上排水位為0.6m，則滑道末端標高為-8.33m。

2000 DWT 船型上排水位為-0.56 m，則滑道末端標高為-7.22m。

（7）滑道頂端高程。本工程滑道頂端高程取設計高水位1.30m。

（8）滑道長（按5000DW T船舶計算）。滑道長=（滑道頂端高程-滑道末端高程）×18=（8.33+1.3）×18=173.34m。取整174m。

2.3.2 船臺區

（1）主滑道頂端船臺的坡度、軌距與下水滑道取值一致。

（2）采用露天船臺。

（3）船臺主尺度。

1）船臺長度。

2000DWT船型：

L=LOA+2l=70+2×2.5=75m

5000DWT船型：

L=LOA+2l=100+2×2.5=105m

式中：

LOA——船舶總長，2000DWT船型船長為70m，5000DWT船型船長為99.99m；

l——腳手架寬度，1.5～2.5m，取2.5m。

2）船臺寬度：2000DWT船型：

B=BO+2b+2b3=13.5+2×2.5+2×2.5=23.5m,

取24m；連續布置兩側船臺寬度取22m。

5000DWT船船型：

B=BO+2b+2b3=15.2+2×2.5+2×1.9=24m

B0——2000 DWT船型寬度為13.5m，5000DW T船型寬度為15.2m；

b——腳手架寬度，1.5～2.5m，取2.5m；

b3——2000DWT船臺通道寬度，取2.5m，5000DWT船臺通道寬度，取1.9m。

（4）船臺滑道總長。總長=船臺長度+滑道長度-船臺與滑道共用長度=105+174-18=261m

（5）船臺滑道首端高程。船臺滑道首端高程：1.3+87/18=6.13m

2.3.3 橫移區

橫移區及船臺按2000DWT船型設計。采用變坡橫移方式。

（1）橫移區寬度。橫移區寬度取為船舶的0.85-0.90倍垂線間長。2000DWT的設計船長為70m，則取值范圍為59.5-63m。本工程橫移區寬度取值為60m。

（2）變坡區長度。在橫移變坡區段，最外兩側橫移軌坡度最大，通常在1:10-1:14之間，取值為1:11。

L=L1+L2+L3+L4+L5

=2+6+17.6+1.5+2=29.1m

式中：L——變坡區總長度（m）；

L1——軌道首端延長2m；

L2——主滑道軌距6m；

L3——橫移區終點到折角點的水平投影：

L3=h1/i=1.6×11=17.6m；

L4——軌道折角點到圓弧上切點的距離為1.5m；

L5——軌道末端延長2m；

h1——最邊兩軌與中軌的高差h1均為1.6m；

i——最外側橫移軌坡度，取1:11。

本工程變坡區長度取值為30m。

（3）橫移區水平段軌頂高程。

橫移車高度為1.68m，則水平段軌頂高程：

1.30+30/18-1.68=1.29m

（4）2000DWT船臺高程。

船臺軌頂高程：

1.29+1.68=2.97m

橫移區長度：變坡區長度經計算為30m，水平段長度為59m。

橫移區軌距：按九軌布置，軌距為7.2m，邊軌距離橫移區邊緣為1.2m。

2.3.4 定位碼頭

（1）定位碼頭位置。定位碼頭布置在主滑道西側，碼頭尺寸60m×8m，其中心軸距主滑道中心軸15m，在定位碼頭上設置10t絞盤。

（2）碼頭前沿位置。定位碼頭布置在原有堤前以外60m，按突岸碼頭進行平面布置。

（3）泊位長度。

Lb=L+2d=70+2×8=86m，根據現場情況，泊位長度實取60m。

式中：Lb——泊位長度（m）；

L——設計船長（m ），考慮2000DWT船舶為主，L取70m；

d——富裕長度（m），根據《海港總平面設計規范》，d取8m。

（4）碼頭面高程。根據《海港總平面設計規范》（JTS 165-2013）[3]，碼頭面高程由下式計算：E=DWL+△w=1.30+1.67=2.97m

式中：E——碼頭前沿頂高程（m）；

DWL——設計水位（m）,設計高水位1.3m；

△w——水上標準的富裕長度（m），取1.67m，

碼頭面高程與堤岸面高程一致，為2.97m。

（5）碼頭前沿設計水深及底標高。

按下式計算：

D=T+Z1+Z2+Z3+Z4

其中：D——碼頭前沿設計水深（m）；

T——設計船型滿載吃水(m)，按2000DWT船舶考慮；

Z1——龍骨下最小富裕深度(m)；

Z2——波浪富裕深度(m)；

Z3——船舶因配載不均勻而增加的艉吃水值；

Z4——備淤富裕深度(m)；

碼頭前沿底標高＝設計低水位-D，計算結果見表2。

表2 碼頭前沿設計底高程計算表

（6）碼頭前沿停泊水域寬度。碼頭前沿停泊水域寬度按2000DWT船型船寬確定，根據《海港總體規范》要求取2倍設計船寬，見表3。碼頭前沿停泊水域寬度取27m。

表3 碼頭前沿停泊水域寬度計算表

2.3.5 定位平臺

平臺位置。定位平臺布置在主滑道東側，其中心軸距主滑道中心軸15m，平臺尺寸為6m×6m，通過鋼棧橋與地面連接，鋼棧橋長54m寬2m。

（2）定位平臺頂標高取值與鋼碼頭標高一致，為2.97m。

2.4 船排平面布置要點分析

2.4.1 船排滑道布置

依照著廠區總體規劃，滑道型式采用縱向機械化分節船排滑道。5000DWT與2000DWT下水滑道共用一條滑道。下水滑道按5000DWT船型設計，呈雙軌布設，總長為261m，軌距設定6m，坡度設定1:18；主滑道的末端水域底標高-4.06m；定位碼頭，設于主滑道的西側位置，長度為60m，頂部和船臺區域的標高2.97m，底部標高設-3.16m；定位平臺，設于主滑道的東側位置，長寬均設定6m，平臺頂部和2000DWT的船臺標高均為2.97m。船舶操作回旋水域布置于主滑道末端，直徑為200m，為最大船長的2倍，水域設計底標高為-4.06m。

2.4.2 定位碼頭和定位平臺布置

（1）定位碼頭：布置在主滑道西側，長60m、寬8m，碼頭頂標高與船臺區標高一致，為2.97m。碼頭主要停靠2000DWT以下的船舶，港池寬度取兩倍的設計船寬26m，底標高為-3.16m。

（2）定位平臺：布置在主滑道東側，長寬各6m，定位平臺通過鋼棧橋與陸域連接，鋼棧橋長54m，寬2m。平臺頂標高與2000DWT船臺標高一致，為2.97m。

2.4.3 橫移區和船臺區布置

橫移區域部分實行橫移變坡方式，將其布設至主滑道上面，整個變坡區域的長寬度即30m×60m，且水平區域59m。

船臺區域：主滑道末端布設5000DWT船臺，長度約105m，選定壓排修理為主要方式，把5000DWT的船舶壓于船排和橫移區域橫移架上面實施修理，對橫移區域水平段的北側位置布設3個2000DWT船臺，中間船臺長寬為75m×24m，且兩側船臺為同等尺寸。

2.4.4 絞車房布置

絞車房布設3個，滑道首端位置布設主滑道的絞車房，與主滑道的首端間距13m，建筑平面實際尺寸設定15m×16m，實行雙層框架類型結構；橫移區域末端西面位置布設絞車房，中軌與橫移軌相對應，建筑的平面尺寸設定10m×6m，實行單層框架類型結構；橫移區域南側位置布設船臺的絞車房，對著2號船臺，建筑的平面尺寸設定10m×6m，采用單層框架類型結構。

2.4.5 擋土墻布置

主滑道、橫移區及船臺區的周邊均設置擋土墻，擋土墻采用漿砌石結構，擋土墻基礎采用鋼筋混凝土結構，基礎底下采用水泥攪拌樁進行軟基處理及加固。

2.4.6 平面布置小結

該方案呈較低造價、較短工期，可充分滿足于廠區總體發展需求，但大小類型船舶需要共用同條滑道，滑道上面開展大型船舶修理操作期間，小型船舶則無法通過橫移區域移到船臺進行修理。考慮到廠區總體發展需求和廣大業主要求，該方案更具經濟可行性。

3.結語

綜上所述，為實現對船排工程平面布置方案設計及其優化目的，需廣大設計者能夠結合工程項目的具體情況及各項要求，結合船廠實際需求，選定適宜、安全、經濟的平面布置方案，為船廠總體效益提供基礎保障。