码头前沿高程对港口综合效益影响分析

吴锋箭

(湖南省交通规划勘察设计院，湖南 长沙　410008)



码头前沿高程对港口综合效益影响分析

吴锋箭

(湖南省交通规划勘察设计院，湖南 长沙410008)

选取我省4座典型码头工程作为样本，通过研究码头前沿高程对泊位通过能力、装卸成本及建设成本的影响，总结分析港口综合效益。可为设计提供我省码头前沿高程确定的依据，同时可供我省港口建设主管部门审批码头前沿高程决策参考。

；码头；前沿高程；港口；综合效益

码头前沿高程取值对港口综合效益影响是多方面的。如码头前沿高程取值偏高，在建设期带来的直接影响主要体现在工程建设成本增加；在营运期主要体现在装卸效率及能耗增大，进而导致泊位通过能力降低、港口装卸成本增加。本文分别以岳阳港城陵矶港区(松阳湖)一期工程、岳阳港岳阳县港区鹿角码头工程、株洲港铜塘湾港区一期工程及衡阳港松木港区一期工程为样本，分析不同前沿高程取值条件下，港口综合效益的差异。

1　样本码头前沿高程实际值与理论值差异

1.1样本码头前沿高程实际设计值

岳阳港城陵矶港区(松阳湖)一期工程等4个样本码头，前沿设计高程取值受防洪因素制约，总体偏高，具体如表1所示。

表1 样本码头前沿高程实际设计值一览表序号码头名称结构型式设计高水位/m横梁底高程/m码头面高程/m1岳阳港城陵矶港区(松阳湖)一期工程高桩框架50a一遇32.2733.8137.032岳阳港岳阳县港区鹿角码头工程高桩框架20a一遇34.0035.0037.503株洲港铜塘湾港区一期工程高桩框架20a一遇41.9642.8045.004衡阳港松木港区一期工程高桩框架20a一遇58.3759.7061.80

1.2样本码头前沿高程规范取值

根据《河港工程总体设计规范》(JTJ 212-2006)第3.4.2条规定，码头前沿设计高程应考虑码头的重要性、设计船型、装卸工艺、码头布置及型式、前后方高程衔接条件、地形、地貌和工程投资等因素。岳阳港城陵矶港区(松阳湖)一期工程等4个样本码头，按《河港工程总体设计规范》确定的码头前沿设计高程如表2所示。其中：

岳阳港城陵矶港区(松阳湖)一期工程、岳阳港岳阳县港区鹿角码头工程前方平台采用引桥接岸，不存在工艺、地形或前后方高程衔接等制约因素，可按设计高水位及超高值确定。

表2 样本码头前沿高程规范取值一览表序号码头名称设计高水位/m超高/m码头面高程/m1岳阳港城陵矶港区(松阳湖)一期工程50a一遇32.270.532.572岳阳港岳阳县港区鹿角码头工程20a一遇34.000.534.503株洲港铜塘湾港区一期工程20a一遇41.960.542.464衡阳港松木港区一期工程20a一遇58.370.558.87

株洲港铜塘湾港区一期工程及衡阳港松木港区一期工程也采用满堂式布置，码头平台与防洪堤直接连接，本次研究考虑在防洪堤处设置防洪闸口以进一步降低前沿高程，按设计高水位及超高值确定。

1.3样本码头前沿高程实际值与理论值差异

样本码头前沿高程实际值与理论值差异如表3所示。

表3 样本码头前沿高程实际值与理论值差异一览表序号码头名称实际值/m规范计算值/m差值/m1岳阳港城陵矶港区(松阳湖)一期工程37.0332.574.462岳阳港岳阳县港区鹿角码头工程37.5034.503.003株洲港铜塘湾港区一期工程45.0042.462.544衡阳港松木港区一期工程61.8058.872.93

2　码头前沿高程对泊位通过能力的影响

对于直立式透空码头，码头前沿高程不同，导致货物装卸时设备船时效率会有所不同，而泊位通过能力与船时效率密切相关，码头前沿高程取值对泊位通过能力大小有直接影响。

2.1泊位通过能力计算公式

4座样本码头主要装卸货种为集装箱及件杂货，泊位通过能力可根据《河港工程总体设计规范》(JTJ212-2006)第4.10.2条和第4.10.3条计算。

2.2船时效率与起升高度的关系

船时效率反映的是单位时间内单个泊位所有装卸连续作业，所完成的操作吨总和大小。在设备功率、货物种类及操作工人技能熟练水平都相当的前提下，起升高度越大，单次装卸循环耗时越长，则船时效率越低，反之亦然。

根据调查，4座样本码头代表设备在常水位条件下实际起升高度及相应船时效率如表4所示。假设船时效率与设备起升高度线性相关，根据港口营运经验相关系数可取0.65，即垂直起升阶段耗时一般占单次装卸循环总耗时的65%：

起升高度降低1 m，引起船时效率变化如表5所示。

表4 样本码头代表设备配置及参数一览表序号码头名称设备型号起升高度/m船时效率1岳阳港城陵矶港区(松阳湖)一期工程45t-16m岸桥2340TEU/(台·h)2岳阳港岳阳县港区鹿角码头工程MQ40.5t-25m门机20.920TEU/(台·h)3株洲港铜塘湾港区一期工程35t-30m龙门吊20.115TEU/(台·h)4衡阳港松木港区一期工程TQ5-18m门机19.02×60t/(台·h)

表5 样本码头船时效率随起升高度变化表序号码头名称起升高度变量/m相关系数船时效率1岳阳港城陵矶港区(松阳湖)一期工程-10.6541.1TEU/(台·h)2岳阳港岳阳县港区鹿角码头工程-10.6520.6TEU/(台·h)3株洲港铜塘湾港区一期工程-10.6515.5TEU/(台·h)4衡阳港松木港区一期工程-10.652×62.1t/(台·h)

2.3泊位通过能力与起升高度的关系

根据4座样本码头施工图设计阶段确定的通过能力计算参数，分别计算原始通过能力以及起升高度降低1 m后泊位通过能力的变化，具体见表6。

表6 泊位通过能力随起升高度变化表码头名称泊位利用率ρ/%泊位年工作天数Ty/d泊位昼夜工作时间(3班制)td/h泊位昼夜非生产时间ts/h船舶辅助和技术作业时间tf/h单船实际载重量G设计船时装卸效率p岳阳港城陵矶港区(松阳湖)一期工程0.653302462.5180TEU40TEU/(h·艘)岳阳港岳阳县港区鹿角码头工程0.653302462.5120TEU20TEU/(h·艘)株洲港铜塘湾港区一期工程0.653302462.550TEU15TEU/(h·艘)衡阳港松木港区一期工程0.7330163.511000t 120t/(h·艘) 起升高度降1m船时装卸效率p1装卸一艘船的纯装卸时间tz/h起升高度降1m纯装卸时间tz1/h单个泊位原始年通过能力Ps1单个泊位调整后年通过能力Ps2单个泊位年通过能力变量Ps2-Ps1单个泊位年通过能力增幅百分比(Ps2-Ps1)/%41.1TEU/(h·艘)4.54.410.9万TEU11.1万TEU0.2万TEU1.9320.6TEU/(h·艘)65.85.9万TEU6万TEU 0.1万TEU2.2715.5TEU/(h·艘)3.33.23.7万TEU3.8万TEU0.1万TEU2.11124.2t/(h·艘)8.38.131.7万t32.7万t1万t 3.19

从表6可以看出，起升高度每降低1 m，4座样本码头单个泊位年通过能力分别增加1.93%、2.27%、2.11%、3.19%；根据表3所示样本码头前沿高程实际值与理论值差异，进一步可以得出，码头前沿高程如采用规范计算值，则4座样本码头单个泊位年通过能力分别增加8.61%、6.81%、5.36%、9.35%。

3　码头前沿高程对装卸成本的影响

码头前沿高程不同，引起装卸货物起升高度不同，显然，设备能耗也与之密切相关。起升高度越大，设备能耗就越高，直接装卸成本也越高，反之亦然。同时，由于起升高度变化引起装卸效率的变化，将对港口作业时间、人工成本、设备折旧等带来一系列影响。

3.1样本码头设备能耗指标

4座样本码头采用的前沿装卸设备主要为小型岸边集装箱起重机或门座式起重机，根据调研，各设备能耗指标具体如表7所示。

表7 样本码头设备能耗指标一览表序号码头名称设备型号能耗指标1岳阳港城陵矶港区(松阳湖)一期工程45t-16m岸桥2.7kW·h/吞吐TUE2岳阳港岳阳县港区鹿角码头工程MQ40.5t-25m门机2.5kW·h/吞吐TUE3株洲港铜塘湾港区一期工程35t-30m龙门吊2.1kW·h/吞吐TUE4衡阳港松木港区一期工程TQ5-18m门机0.19kW·h/操作t

3.2设备能耗与起升高度的关系

设备能耗主要与货物装卸过程中垂直提升高度有关。样本码头装卸作业时一般起升高度具体如表4所示。假设设备能耗与起升高度线性相关，根据港口营运经验相关系数可取0.9，即垂直起升阶段能耗一般占单次装卸循环总能耗的90%，则起升高度每降低1 m，设备能耗降幅为：

具体计算结果如表8所示。

3.3能耗成本与起升高度的关系

4座样本码头前沿高程采用规范计算值，则单个泊位全年设备能耗降低程度如表9所示。

3.4综合装卸成本与起升高度的关系

根据我省普通货源码头设备一般配置情况，陆域堆场设备及水平流动设备通过能力与码头前沿设备通过能力比值约为1.1∶1，这意味着，前沿设备装卸效率的提高，可以带动全港装卸效率同步提高。港口综合装卸成本与起升高度的关系如表10所示。

表8 样本码头设备能耗随起升高度变化表序号码头名称起升高度变量/m相关系数设备能耗降幅1岳阳港城陵矶港区(松阳湖)一期工程-10.90.11kW·h/吞吐TUE2岳阳港岳阳县港区鹿角码头工程-10.90.11kW·h/吞吐TUE3株洲港铜塘湾港区一期工程-10.90.09kW·h/吞吐TUE4衡阳港松木港区一期工程-10.90.01kW·h/操作t

表9 样本码头设备能耗随起升高度变化表序号码头名称设计吞吐量单位能耗降幅全年能耗降幅/(万kW·h)1岳阳港城陵矶港区(松阳湖)一期工程9万TEU/a 0.49kW·h/吞吐TUE4.412岳阳港岳阳县港区鹿角码头工程2.5万TEU/a0.33kW·h/吞吐TUE0.833株洲港铜塘湾港区一期工程3万TEU/a 0.23kW·h/吞吐TUE0.694衡阳港松木港区一期工程50万t/a 0.03kW·h/操作t 1.5

表10 前沿高程降低后综合装卸成本与起升高度关系表序号码头名称起升高度减小值/m通过能力增幅/%全港效率系数实际装卸成本前沿高程降低后装卸成本1岳阳港城陵矶港区(松阳湖)一期工程4.468.611.07113元/TEU105.6元/TEU2岳阳港岳阳县港区鹿角码头工程3.006.811.06117元/TEU110.4元/TEU3株洲港铜塘湾港区一期工程2.545.361.05111元/TEU105.7元/TEU4衡阳港松木港区一期工程2.939.351.0810.2元/t9.44元/t

可见，4座样本码头前沿高程如采用规范计算值，货物装卸成本可分别节省7.4元/TEU、6.6元/TEU、5.3元/TEU、0.76元/t；对应于单个泊位全年设计通过能力水平，可分别节省80.7万元/a、38.9万元/a、19.6万元/a、24.1万元/a。

4　码头前沿高程对建设成本的影响

根据我省内河码头建设经验，不同项目所处工程环境差异较大，码头前沿高程取值影响因素各不相同，前沿高程降低能减小系缆平台，相应地，靠船立柱、后方立柱高度均可减少。经统计码头前沿高程降低后对单个泊位工程建设成本变化见表11。

表11 前沿高程与工程建设成本的变化表序号码头名称码头前沿高程增减/m工程建设成本变化/万元1岳阳港城陵矶港区(松阳湖)一期工程-4.46-1132岳阳港岳阳县港区鹿角码头工程-3.00-673株洲港铜塘湾港区一期工程-2.54-1214衡阳港松木港区一期工程-2.93-142

5　结语

本文通过选取岳阳港城陵矶港区(松阳湖)一期工程、岳阳港岳阳县港区鹿角码头工程、株洲港铜塘湾港区一期工程及衡阳港松木港区一期工程等4座码头进行定量分析，对单个泊位，分析码头前沿高程采用规范计算与防洪批复的差值分别对泊位年通过能力、全年能耗、港口综合装卸成本及工程建设成本的变化，从文中数据可以看出码头前沿高程对港口综合效益的影响是显著的。建议我省港口建设主管部门统筹防洪与港口综合效益要求，严格按相关行业规范确定码头前沿高程，提高我省港口综合效益和市场竞争力。

[1]湖南省交通规划勘察设计院.港口码头前沿高程对防洪及港口综合效益的影响研究 [R].2015.

2016-07-27

吴锋箭(1982-)，男，工程师，从事港口航道设计等工作。

；1008-844X(2016)03-0189-04

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