沿海导标设计的若干问题研究

常雪峰，邱 悦

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）



沿海导标设计的若干问题研究

常雪峰，邱 悦

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

随着我国经济的快速发展，沿海港口也经历了迅猛的建设过程，很多港口开通了深水长航道。虽然DGPS、AIS等船舶导航手段大量使用，沿海导标仍然是最常用的、最安全的、最重要的导航设施。本文作者在大量工程设计经验基础上，对沿海导标设计中的若干问题进行了探讨，并提出了简易的设计方法，希望能给从事沿海导标设计工作者提供参考。

沿海导标；选址；通视区；背景；标顶；灯光配置

引 言

导标作为沿海航道最常用、最安全、最有效的导助航设施，其选址和建设的合理性对沿海港口通航安全具有重要意义。

对于沿海航道导标而言，最常见的是前、后中心标和边标，个别长航道为了调整导航近点的导航参数会增建辅助中标，双向航道（或者复式航道）会考虑增加进、出港分道中标。本文基于秦皇岛港、锦州港和珠海港的导标设计经验，对导标选址、设计参数的合理确定及设计发展趋势进行探讨。

1 导标选址

当导标和航道同期建设时，在确定航道轴线时应考虑导标的选址建设条件；但对于大多数的港口来说，航道的吨级规模经历了从小到大的发展过程，航道的轴线在建港初期已经确定，导标的选址大多会受到现有航道中心线的限制。在设计过程中，导标的选址应主要考虑以下因素：

1）港区总体规划；一个好的港口规划会根据港口水陆域的布局，安排好导标的建设位置，否则，我们应结合港口规划选定相对合理的建设位置。

2）场地依托条件；要综合考虑施工条件、运输条件、水电供应条件、维修条件以及附近是否有机场限高及灯光限制要求等。

3）视标背景条件；视标的背景条件直接影响导标的使用效果，一般我们划定航道宽度外两侧各100～200 m范围为通视区，在通视区内不得有影响视标的门机、船舶、灯杆、高大建筑及树木等；还要考虑局部的天气影响及背景色彩、灯光影响等。

4）地质、地貌条件；选择适应的地质、地貌条件，能安全合理的降低结构设计难度，控制基础部分投资。

5）水上建设导标时，还要研究潮汐、波浪、潮流、泥沙运动、冰况等的影响。

珠海港10万t级主航道导标是在既有航道延长线上选址，选址时重点考虑了场地依托条件和视标背景的影响，初期提出陆上、水上两个设标方案，陆上方案的后导标位于高90～100 m的山坡上，投资较小，背景为常绿丛林，没有其他干扰，但现场考察后发现该山坡局部受云雾影响较大，最终放弃了该方案。水上方案的前、后导标近期均位于海中，但随着港区的发展建设，导标平台将与规划港区陆域相连接；其后导标位于离岸式码头后方与堆场之间的水域，距码头很近，为了避免门机的遮挡，增加了后导标的高程（为70 m）。锦州港目前有三组导标，分别是老航道导标、新建主航道导标和 301支航道导标。其主航道扩建后航道轴线为折线型布置，新建的主航道导标主要针对外海航道段，前、后导标布置在-6～-8 m的开阔海域，其位置的选择限制较少，主要考虑了波浪、潮流、冰况对导标建设的影响。秦皇岛港的导标是我国沿海港口中建设条件较为复杂的，航道多、局部有交叉，而且港区后方紧邻城区，视标背景条件复杂。其中 10万 t级航道建设了3对导标和辅助中标，位于港区后方陆域；导标选址时虽然对陆域现状进行了充分的调研，但由于航道的轴线延长线与后方几个厂区用地交叉，现随着经济的发展，位于导标通视区内的一些高大厂房被批准建设，导致视标条件恶化，给船舶进出港航行带来了安全隐患。这也是一些老港区建设过程中通常会面对的问题。

前导标位置的确定尤为重要。如果离终航点太近，会导致近点导标过于灵敏，不利于船舶操作；如果太远，会导致标牌尺度增大和后标高度的增加（投资增加），也会造成视觉距离加大，带来视标困难。一般的港口在终航点附近都有码头、设备设施、陆域固定建筑物等作为船舶航行的参照物，可以允许导标具有比较高的灵敏度，甚至会出现前标遮挡后标的情况发生（这种情况一般是由于前导标离终航点太近导致的）。对于导标设计者来讲，更重要的是确保导航范围内的绝大部分航段和导航远点船舶上线航行的安全。

因此，导标的选址要考虑港口的规划发展、场地条件、自然条件和合理控制投资规模等多方案综合比较确定。

2 主要设计参数的探讨

很多初学者或经验不足的设计者对导标的参数计算感到迷惘，导标的各个参数之间都存在着关联，互相影响，往往需要反反复复的验算。下面总结一些个人积累的工程经验供大家参考和讨论。

2.1 导标间距

在《海港工程设计手册》中指出前后标间距主要取决于航道宽度，并给出如下计算公式：

式中：ε0为水平分辨角，取1′～2′；D为前标至引航起点的距离（m）；γ为风流压偏角（°）；L为设计船长（m）；B为设计船宽（m）。

从以上公式中可以看出，前、后标间距除了取决于航道宽度外，还主要跟D值相关，也就是还取决于导航航道段的长度。

规范中给出的计算公式更为简明：

式中，P为设计偏离量（m）。

这看起来似乎很简单，航道参数和前标位置确定后，前后标间距应该是定值。但实际上以上公式计算值更多是作为我们的取值参考，前后标间距的确定还受到场地条件的限制，另外，前后标间距的取值与视觉偏离量、前后标垂直张角、侧面灵敏度等参数间相互影响，工程设计中往往需要对前后标间距进行反复的调整验算。以最终获得合适的场地条件和合理的导航参数。

2.2 导标高程

1）前导标高程

《海港工程设计手册》和规范中分别给出了计算公式，其理论依据是一致的，都是考虑地理视距和折光的要求，先计算可见前标的极限高度，再根据前标处地面高程情况确定前标高度及设计高程。但无论是用哪个公式计算，其结果值都很小，一般不超过20 m，而根据国内沿海港口工程建设的实际情况，前导标高程一般在30 m以上，如何合理确定前导标的高程呢？既然我们实际确定的高程值远大于公式计算值（也就是实际取值都满足地理视距和折光的要求），那么我们可以忽略公式的计算（或者只作为校核计算），而探讨一种简化的实用的确定前导标高程实际取值的方法。

对于短航道（D≤8 000 m），其前导标高程值可按下面公式确定：

式中：WL为船舶设计通航水位（m）；e为眼高（m），可参照设计手册附图或具体设计船型参数取值；α为引航起点处观察前标的张角（°），可取2′～4′。

对于长航道（D＞8 000 m），应考虑折光的影响，计算相对复杂，根据大量工程经验，可简化为：

总之，确定前导标高程的原则可简单的概括为两条：①保证观察者有一定的视标仰角，以获得良好的视标效果；②尽量不要太高，以避免后导标随之增高，无谓加大工程投资。

2）后导标高程

在确定了前导标高程后，后导标的高程可以根据规范中给出的公式计算。

2.3 导标标顶

标顶指的是标牌或灯器室，可按照规范中给出的要求，确定其建筑外形及尺寸。

2.4 导标灯器配置

导标灯器的配置基本经历了不断发展的过程，上世纪90年代前，基本就是“主灯+标身涂色”；90年代后，港口、现代工业和城市基础设施均进入大发展时期，视标背景条件越来越复杂，开始使用“主灯+串灯+标身涂色”；发展到今天，基本采用“主灯+LED光带”的配布形式，很好的改善了视标条件。

2.5 导标的验算与评估

在确定了导标的设计参数后，还要进行验算与评估。如果设计者充分理解导标的工作机理，按以上原则确定导标设计参数，将很容易通过验算和评估，否则将需要反反复复的验算与评估。

1）视觉偏离量

视觉偏离量主要由前后标间距和视标距离决定，引航起点处的值最大，在方案设计的过程中要注意前标位置的移动和前后标间距变化对该值的影响，要保证导航全程的视觉偏离量小于设计偏离量。这个问题在多方案的调整比选时往往容易被忽略，应引起重视。

2）垂直张角

导航段内任何一点处的前后标垂直张角应在2′～14′之间，否则应对导标间距或高程进行调整。值得注意的是其最大垂直张角往往会出现在导航段的中间某一部位。

3）侧面灵敏度

侧面灵敏度是导标使用效果的综合评估系数，应控制在1到4.5之间。在计算过程中保证引航起点（远点）处大于1是尤为重要的，一般很难控制在近点处小于 4.5，但考虑近点处可参照物较多，可以适当放大该系数取值或考虑放弃近点局部航段的导标作用。

3 结 语

1994年颁布导标设计规范以来，已经20多年过去了，这段时间我们国家也经历了沿海港口建设的空前发展时期，导标设计也在相应的发展变化。经过大量的工程实践，设计方和使用方在视标距离、眼高选取、计算水位的确定、灵敏度评估值的采用等方面形成了比较统一的认识，建设了一批导航效果良好的沿海港口导标工程。近几年，LED光带的大量采用，大大改善了视标效果，并逐渐成为导标设计中必不可少的灯器配置；甚至改变了传统导标设计概念中以标顶和主灯为核心的计算理念，这一发展趋势有待我们进一步的研究与探讨。

Research of Some Issues Occurred in Design of Coastal Leading Marks

Chang Xuefeng， Qiu Yue
（CCCC First Harbor Consultants Co.， Ltd.， Tianjin 300222， China）

With the high-speed development of China economy， China coastal ports have gone through a quick construction period， and the long deepwater channel has been dredged and used by many ports. Though the vessel navigating means such as DGPS and AIS are widely used in the world， the coastal leading mark is still the most conventional， safe and important navigating facility. Based on a lot of engineering design experiences， the discussion is made for some issues occurred in the design of coastal leading mark， and a simple design method is put forward， which may serve the designer of coastal leading marks as a reference.

coastal leading mark； site selection； visibility zone； background； top of leading mark； light allocation

U653.94

A

1004-9592（2016）03-0006-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160302

2016-04-20

常雪峰（1970-），男，高级工程师，主要从事港口工程及航道设计工作。

［1]海港工程设计手册［J］.

［2]JTJ237-94 水运工程导标设计规范［S］.