基于多要素比选的连云港港LNG接收站码头选址*

房 卓，姚海元，王达川，李宜军，陈 飞

(1.交通运输部规划研究院，北京 100028；2.综合交通规划数字化实验室，北京 100028)

为保障苏北地区供气安全、完善储气调峰设施建设，初步考虑在连云港港选择一处LNG接收站港址。目前，国内针对LNG船舶进出港航行采取提前封航、航道单向管制等措施，以满足LNG船舶进出港的移动安全区要求，因此LNG船舶进出对港口其他生产性船舶的运营会产生影响。为保障港口资源的充分和有效利用，LNG站选址须科学、定量论证，最大程度地降低选址对港区远期发展的影响[1-3]。

已有文献主要针对连云港港相关港区航道条件开展研究：顾勇、马兴华等[4-5]对连云港港30万吨级航道工程可行性及建设主要技术问题进行研究；应铭等[6]对连云港和徐圩港区航道回淤情况进行数模研究，并提出回淤规律和回淤机理；纪为刚等[7]对连云港港徐圩港区自然条件、港口环境等通航环境进行分析；房卓等[8-9]采用仿真方法对连云港和徐圩港区的主航道适应性和通航标准进行研究，并对赣榆港区LNG码头通航影响进行定量研究。

本文采用多智能体仿真建模方法建立LNG码头选址涉及相关港区船舶进出港作业全过程的仿真模型，定量评估不同选址LNG船舶进出港对远期港口通航效率的影响；并通过对港址条件、通航影响、港口功能定位等进行多要素对比，提出推荐港址。

1 港口概况

连云港港目前已初步形成以连云港区为主体，以徐圩、赣榆、灌河港区为两翼的“一体两翼”总体发展格局。截至2019年底，共有万吨级及以上经营性生产性泊位78个，综合通过能力1.7亿t，最大靠泊等级25万吨级。

根据发展需要，初步考虑在港区A或港区B选择1处LNG接收站码头港址(图1)。其中，港区A选址LNG船舶进出与周边港区C共用主航道，因此港区A选址将涉及2个港区及周边水域的船舶进出港(图2)；港区B选址及其对港口可能产生的远期通航效率影响已有研究。

图1 连云港港沿海港区分布

图2 港区A LNG码头初步选址

在码头设施建设方面，港区A生产性泊位11个，综合通过能力3 794万t；港区B生产性泊位4个，综合通过能力880万t；港区C生产性泊位51个，综合通过能力1.1亿t。

2 仿真研究

2.1 模型

采用多智能体仿真模拟方法[10]建立港区A、C船舶进出港作业全过程的仿真模型，模拟涵盖2个港区生产性船舶进出港、通航规则(船舶乘潮规则、进出港优先级、夜航限制等)、锚地和装卸等诸多要素。船舶进出港逻辑流程设计见图3。

图3 船舶进出港逻辑流程

模型包含100余个参数、变量及行为逻辑函数控件，包括2个子系统：1)主系统，用于设定整个港口作业流程各环节参数，包括初始化模型、定义参数、定义控件功能等；2)船舶航行系统，用于判断船舶进出港行为的逻辑流程部分，包括船舶智能体状态流程、船舶上下线点选择等。主要控件及功能见表1。

表1 模型主要控件及功能

2.2 主要参数

2.2.1船舶流量预测

根据港口规划，结合国际船型发展趋势，设定不同货类、不同吨级船型的装载率，预测港区A、C港口规划实施后远期进出2个港区船舶约4万艘次/a；远期进出港区B船舶约2.85万艘次，预测结果见表2。参考国内已投产LNG接收站运营实际，结合港区A的LNG接收站远期发展规模，预测远期到港LNG船舶数量，预测结果见表3。

表2 生产性船舶进出港数量预测(规划全部实施后) 艘次

表3 LNG船到港船舶数量预测

2.2.2远期航道尺度及通航标准

根据港口规划，港区A、C航道由30万t推荐航线、外航道(主航道)、港区C支航道和港区A支航道组成，规划航道尺度见表4。根据研究，连云港港主航道(30万吨推荐航线-外航道段)通航标准为30万吨级船舶单向通航、10万吨级和5万吨级船舶双向通航比较合理。上述标准作为研究的规则参数标准。

表4 港区A、C水域航道规划尺度

2.2.3船舶到港规律

对港区现状到港船舶数量分布进行统计，结果见图4。从图4可知，船舶到港规律服从正态分布：

图4 船舶到港数量分布

X～N(μ，σ2)

(1)

式中：μ为日到港船舶流量均值，标准差σ=5.2。因此本研究假设远期港区A、C的日到港船舶数量服从正态分布规律。

2.2.4LNG船舶进出港时间

根据港区实测流速及液化天然气码头设计规范要求，在正常天气条件下，水流不影响LNG进出港航行和靠离泊作业，可在日间全潮通航。

2.2.5LNG船舶移动安全区及通航影响机制

根据沿海港口LNG船舶通航的一般规则，LNG船进出港均需设移动安全区，前后取1 n mile、左右各300～500 m。

LNG船进港：主要是对拟出港船舶造成延误影响，港区C平均需提前1.5 h禁止船舶出港，待LNG船进入航道约1 h后解除管制，全程管制时间2～3 h；港区A管制时间4～5 h。

LNG船出港：主要是对在锚地等待拟进港船舶造成延误影响，位于不同锚地区域船舶的提前管制和结束管制时间不同。

2.2.6船舶进出港航路

根据港区A、C船舶进出港航行轨迹，结合航道规划，进出港航路按如下设定：5万吨级以下船舶从3#锚地附近上下线，5万～15万吨级船舶从4#锚地附近上下线，15万～25万吨级船舶从5#、6#锚地附近上下线，25万吨级以上的大型船舶从远期规划的30万吨级航道起点上下线。LNG船属于浅吃水船舶，对航道水深要求相对较低，可考虑经5#、6#锚地附近上下线(图5)。

图5 港区A选址周边水域船舶航路及船舶上下线点

2.3 港区A、B选址通航影响对比分析

针对港区A的LNG码头选址船舶进出港仿真计算共设计2组工况：在港口规划实施后，LNG年运营规模300万和600万t。每组工况进行20次仿真模拟，一次计算周期为1 a，可得到不同运营规模下的船舶延误艘次、LNG船单次进出港影响艘次、分船型延误时间等3项指标。并将指标计算结果与港区B的LNG码头选址同工况研究结果进行对比分析。

2.3.1船舶延误艘次影响

港区A、B 2处选址LNG船舶通航导致港区各类船舶延误的全年延误总艘次、分船型全年延误艘次的计算结果及对比见图6。

注：μ为均值。

在全年延误总艘次方面，当港口规划实施后，港区A选址LNG船舶通航产生的船舶延误艘次是港区B址的1.7～1.8倍。在分船型延误艘次方面，港区A选址LNG船舶通航对各类船型的延误影响均大于港区B选址。

2.3.2LNG船单次进出港影响

港区A选址LNG船单次进出港延误船舶艘次的仿真记录(LNG年进口规模300万t为例，20次计算结果)见图7。从图7可见，LNG船每次通航影响程度具有随机性，因此须对LNG船单次进出港影响的船舶数量分布概率进行统计。

图7 LNG船通航延误的船舶数量仿真记录(LNG 300万t)

2处选址LNG船舶进出港单航次影响的船舶艘次分布概率对比见图8。以LNG进口规模300万t为例，港区A的LNG船舶单航次延误的船舶在10～20艘次的概率最高(38%)，其次为5～10艘次(33%)；港区B的LNG船舶单航次延误的船舶在0～5艘次的概率最高(58%)，其次为5～10艘次(20%)。港区A选址LNG船舶单航次的通航影响更大。

图8 LNG船每航次进出港延误的船舶数量对比

2.3.3船舶延误时间

2处选址的分船型船舶延误时间的分布统计计算结果见图9。2处选址的单船延误时间影响主要分布在0～5 h内；但港区A选址单船延误5～10 h的发生概率较高，以集装箱船为例，港区A选址的单船延误5～10 h的概率达17%，港区B选址仅为2%；此外，2处港址的极端延误情况可超过10 h，油船和液体化工品船延误时间超过5 h的船舶比例大于集装箱船和散杂货船，这是由于油船及液体化工品船的夜航限制，若因LNG船的管制无法及时进出港，须推后1 d或以上时间才能进出港。

3 选址综合对比

在通航影响对比分析的基础上，从规划情况、航道条件、选址与后方城市距离、通航影响等多方面要素，对2处选址的港址条件进行对比，结果见表5。

表5 2处选址条件对比

在航道条件方面，现状2处选址所在港区均为10万吨级航道，通航宽度和底高程尚无法满足21万～27万m3LNG船舶通航条件，规划航道均可满足。在LNG选址与后方城市协调性方面，2处选址与后方城市距离在5 km以上，满足《石油天然气工程设计防火规范》中相关距离要求。在LNG船舶对港区船舶通航影响方面，无论是在远期延误船舶数量还是各类船型延误时间方面，港区A选址影响均大于港区B。为此，在现行通航规则和港口规划条件下，总体推荐港区B选址作为LNG接收站码头的推荐港址。

4 结论

1)采用多智能体仿真方法，建立模拟港区A的LNG码头选址船舶进出涉及相关港区和水域的船舶进出港全过程仿真模型，涵盖2个港区生产性船舶进出港、乘潮及夜航限制等多项通航规则、锚地利用和码头装卸等多要素环节。

2)当港口规划实施后，港区A选址LNG船舶通航产生的全年船舶延误艘次是港区B选址的1.7～1.8倍，港区A选址的LNG船舶单航次延误影响和分船型延误时间影响也均高于港区B。

3)在现行通航规则和港口规划条件下，综合分析港区规划功能定位符合性、航道现状和远期实施条件、LNG选址与城市安全距离及LNG船舶通航对各类船型延误影响指标等多要素，总体选择港区B选址作为连云港LNG接收站码头的推荐港址。