基于效率的船舶过坝计划编制实施细则研究

杨曦，冯志涛，杜荣

（长江三峡通航管理局，湖北 宜昌 443022）

0 引言

三峡河段东起中水门、西至庙河水域，全长59km，是三峡—葛洲坝水利梯级枢纽所在的航段，也是长江航道的咽喉部分。目前，长江三峡通航管理局（以下简称三峡局）对三峡—葛洲坝枢纽通航设施实行“统一调度、联合运行”的调度方式，对船舶过闸实行“一次申报、统一计划、分坝实施”的调度程序。为规范三峡—葛洲坝水利枢纽的通航调度工作，保障船舶过坝安全、高效、有序，充分发挥三峡航运效益，相关管理部门出台《三峡—葛洲坝水利枢纽通航调度规程》[1]（以下简称《调度规程》）、《长江干线过坝船舶联动控制方案》[2]（以下简称《联动控制方案》）等一系列管理办法，三峡局则依据以上管理调度原则进行船舶调度组织等相关工作。

《调度规程》第四章第十八条提出船舶过坝调度原则为“安全第一，兼顾效率；重点优先，分类控制；先到先过，合理分流”。船舶过闸效率是船舶过闸调度原则中仅次于船舶过闸安全的一大重要因素。受长江黄金水道发展影响，近年来，船舶过闸需求普遍增加，船舶待闸数量增多，待闸时间延长，作为船舶调度组织的源头工作，如何在作业计划编制中在合理保障船舶过闸安全的前提下有效提高船舶过闸效率，是船舶调度工作研究的重点之一。

针对过闸作业计划编制，专家学者进行了很多研究，如：刘云峰等[3]利用层次分析法建立了船舶优先级经验公式；杜经农等[4]定义了葛洲坝船闸调度计划的评价函数，提出“局部-全局规划”的解决方案；孙波[5]以最大化闸室利用率为优化目标，提出了Packing问题的拟人算法（基于贪婪算法的二维编排启发式算法，降维快速编排算法，迭代优化算法）。但基于《调度规程》等船舶调度原则及管理办法的研究相对较少，针对计划编制工作中的实际问题的应用性研究相对缺乏。为此，制定基于效率研究的船舶过闸计划编制实施细则可在满足《调度规程》等管理办法要求、保障安全的前提下有效提升船舶过闸效率，指导计划编制人员合理编制船舶作业计划，提高船舶调度效率。

1 2019—2020年待闸船舶积压态势分析

分析2019—2020年待闸船舶积压态势可知，2020年上半年受疫情影响，两坝间船舶待闸数量相对有所下降，2020年下半年调度水域船舶待闸数量比2019年同期有所增加。两坝船舶积压情况较为明显，尤其是2020年汛期，船舶月平均待闸数量处于相对较高水平，两坝船闸申报过闸船舶待闸压力增大。因此，相比2019年，2020年两坝船闸船舶待闸压力增大，尤其是2020年下半年，船舶待闸数量及待闸时长均有一定增长。

综合分析2020年下半年通航态势，在新冠疫情影响结束后，受复工复产政策影响，企业对于工业原材料、钢铁等工业产品的相关需求增加，且受2021年南线船闸及葛洲坝2号船闸大修影响，部分企业提前储备生产原材料等工业用品，因此，长江内河船舶运输呈现相对向好态势，船舶日申报数量有一定增长；此外，2020年汛期三峡—葛洲坝通航枢纽受5次洪峰影响，两坝间水文条件相对恶劣，对船舶通航效率有一定影响；枯水期庙咀水位退减，三江引航道吃水受限，也对船舶过闸造成一定影响。

2020年三峡—葛洲坝水利枢纽调度水域内申报过闸船舶数量有所增加，船舶平均待闸时长有所延长。如何在保证过坝安全及过闸公平的前提下提高船舶过闸效率，缓解两坝船闸过闸船舶待闸压力，有效发挥三峡—葛洲坝水利枢纽航运效益，是船舶调度工作中的重点及难点。因此，在保障船舶过闸安全及过闸公平、公正的前提下，在计划编制源头有效提升船舶过闸效率，对于缓解船舶待闸压力、提高黄金水道通航效益有一定积极作用。

2 基于效率的船舶过坝计划编制实施细则研究

2.1 枢纽通航总体高效规则

据《调度规程》要求，当前船舶过闸计划分为两个计划作业周期：当日14:00船舶过闸计划中计划周期为当日18:00至次日12:00，而当日20:00船舶过闸计划中计划周期则为次日12:00至次日18:00，以上即为从当日18:00至次日18:00的24小时作业计划。当下行船舶通过重庆云阳长江大桥时，或上行船舶通过湖北石首长江大桥时，具备过闸申报功能的船载终端会记录船舶通过大桥时间并上传至船舶调度管理平台，计划编制工作人员在编制计划时依据船舶通过两所大桥的时间按序编制船舶过坝计划，以保障船舶过闸公平。

通常情况下，衡量船闸效率的数值是一定时间内船闸通过货物运量总数。而申报过闸船舶的实载吨由船方自行确定。根据船方运输需求，船舶各航次装载情况存在一定变化，因此，编制船舶过闸计划时，为提高船闸总体效率，只能尽可能多排入船舶总艘数，以提高一定时间内船闸通过货物运量总和。

而在船舶调度实际工作中发现，一般情况下，闸室面积利用率和运行闸次数在一定程度上呈负相关，当闸室面积利用率相对饱和时，船闸在实际计划执行时运行推迟的可能性增大，从而导致日运行闸次数有所减少，影响船闸过闸总体效率。在确保安全的前提下，只有综合提高闸室面积利用率和运行闸次，才能确保枢纽通航总体高效。因此，在作业计划编制中，能纳入一个作业计划周期计划的船舶，在保障船舶过闸安全及过闸公平的前提下宜采用总体相对能通过艘数多的方式进行安排。

综上，在一个计划周期内，应遵循枢纽通航整体高效规则，综合提高闸室面积利用率与运行闸次，合理提高船舶过闸效率。

2.2 基于闸室面积利用率考虑的规则

在实际船舶调度中发现，过闸船舶闸室面积利用率增加时，船舶在三峡船闸移泊时通常会因为移泊时间延长，进而影响船闸运行效率。因此，基于增加闸室面积利用率考虑实施细则时，应尽量避免船舶不合理移泊，从而在保障闸室面积高效利用的前提下尽量减少对闸次运行效率的影响。总结得出以下基于闸室面积利用率考虑的实施细则：

（1）大长宽比船型能成组过闸时，应尽量成组整闸安排。根据《调度规程》第二十八条，川江及三峡库区大长宽比示范船是指总长125~130m、总宽16.3m及以内的符合《内河过闸运输船舶标准船型主尺度系列 第1部分：长江水系》（GB 38030.1—2019）的多用途船或普通货船。货物装载率或装载集装箱的数量达到核定载箱数的50%及以上且连续通过两坝的大长宽比示范船达到4艘后可优先安排成组通过三峡船闸。大长宽比船舶成组过闸，一闸4艘，船舶载货吨及闸室面积利用率达到了船闸集泊尺度的高效运用，一闸次通过的货运量一般情况下可超过2万t，闸室利用率高达90%以上。此外，大长宽比示范船舶在三峡船闸内可以成组移泊，相比其他无法成组移泊船舶，大长宽比示范船能够缩短移泊时间、提高过闸效率。因此，在计划编制时，对于大长宽比示范性船舶应当尽量成组安排过闸，对于按序安排的大长宽比示范性船舶，在排挡图上也应当加以优化，方便其并列同步移泊，以提高船舶过闸效率。

（2）葛洲坝3号闸符合运行条件时尽可能安排船宽16m左右的葛闸—三峡上行船舶，小尺寸船舶尽可能多艘一起通过2号闸。葛洲坝3号船闸不同于葛洲坝1号闸、2号闸，其集泊尺寸长118m、宽17.2m，一般情况下1闸次只能通过1艘船舶，而三峡船闸与葛洲坝1号闸、2号闸集泊尺寸相同。通常来说，船宽达到16m以上的船舶，通过3号闸时闸室面积利用率能达到80%左右，4艘成组通过三峡北线闸室面积利用率能达到75%左右且相对方便成组移泊，5~6艘小尺寸船舶可集中通过2号闸再通过三峡船闸，这样安排能达到一定时间内北线船闸及葛洲坝船闸闸室面积利用最大化；如果安排小尺寸船舶通过3号闸，16m宽船舶4艘成组通过2号闸，小尺寸船舶受3号闸一个计划周期内可通过上行船舶闸次数限制影响，最终导致一个计划周期内上行至北线闸次组成情况相比集中安排16m左右船舶通过3号闸的相对较差。由此一个计划周期内3号闸通过的16m宽船舶艘次数越多，一定时间内船舶能成组通过北线船闸的闸次数相对越多，对于提高北线上行船舶闸次利用率具有一定作用。

综上，在编制船舶过坝计划时，应尽量安排船宽为16m左右的船舶通过3号闸，小尺寸船舶集中通过2号闸，从而在一定程度上提高三峡船闸闸次利用率，达到提高船舶过闸效率的目的。

2.3 基于闸次运行效率考虑的规则

船闸整体运行效率对于计划周期内船舶通航效率有较大影响。因此，在编制计划时应尽量采取合理措施保障船闸闸次运行效率，减少因船闸倒闸、船舶移泊等因素影响船闸闸次运行效率。基于闸次运行效率考虑，总结实际船舶调度经验后得出以下实施细则：

（1）葛洲坝1号船闸运行方式应以连续单向运行为主，减少换向次数。葛洲坝1号船闸通航建筑物与2号闸、3号闸不同，在实际船舶调度中发现，当葛洲坝1号闸上行闸次换下行闸次时，需等上行船舶全部出闸完毕，在趸船等待的下行船才能开始向1号闸依次移泊进闸，上行换下行闸次通常比连续单向运行闸次多10min；当1号闸下行闸次换上行闸次时，上行船通常在中水门水域等待，直至下行最后一艘船舶完全通过大江下引航道后，上行船再依次进入大江下引航道。下行换上行闸次的时间通常比连续单向运行闸次长1h。因此，在编制计划时，除特殊需要外，1号闸运行方式应尽量以连续单向运行为主，减少换向对闸次运行效率的影响。

（2）考虑多级船闸运行规律，三峡船闸进闸和移泊方式相同的船舶组合尽量多闸连续安排。三峡船闸是多级船闸，运行时多闸船舶同时移泊，如果同时移泊的几闸船舶进闸和移泊方式相同，那每闸船舶所需移泊时间也大致相同，不会因为某一闸船舶移泊速度较慢而耽误整体的运行速度。例如三峡船闸南线计划安排连续闸次船舶艘数为4艘、6艘、4艘，当这3闸船舶在南线处于同步移泊时期时，4艘船舶的闸次可能只需20min完成一次移泊，6艘船舶的闸次则需要30min才能完成一次移泊。每次同步移泊过程中，南线船闸都会因为6艘船舶闸次移泊慢而降低整体的运行效率。这种情况下，最优的方式是先连续安排几闸4艘船舶的闸次，再连续安排几闸6艘船舶的闸次，这样移泊效率和船闸整体运行效率都会大幅提高。因此，考虑多级船闸运行规律，三峡船闸进闸和移泊方式相同的船舶组合尽量多闸连续安排。

（3）同一闸次尽量并排安排干舷差距不大的船舶，以提高同步移泊的效率。干舷差距较大的两艘船舶在闸室内能并排停靠，但是需要一艘一艘地进行移泊；干舷相似的船舶在闸室并排停靠，能两艘船舶同步移泊，缩短将近一倍的移泊时间。因此，在同一闸次计划安排时应尽量安排干舷差距不大的船舶并排，避免单艘船舶移泊，以有效提高同步移泊效率。

（4）移泊难度大的闸次，尽量安排在白天运行。白天视野良好，船员能根据闸室内的具体情况更精准地操纵船舶，移泊难度大的闸次，白天移泊比晚上移泊能减小出现故障的概率，也能一定程度提高移泊速度。因此，对于长宽比相对较大的船舶、拖船等移泊难度较大的船舶，应尽量安排白天通过三峡，且在船舶排挡时应尽量将该类船舶排挡至方便其移泊的位置，避免因移泊导致闸次运行效率降低。

（5）升船机、葛洲坝3号闸尽量迎向运行。三峡升船机与葛洲坝3号闸相似，一般情况下一闸次通过一艘船舶。在实际调度中，升船机每闸次运行间隔时间为迎向运行1h、同向运行1.5h，3号闸闸次间隔时间为迎向运行30min、同向运行40min，一定时间内，升船机与3号闸采取迎向运行方式比同向运行方式通过的闸次数相对较多，对于提高船闸效率有一定帮助。

3 结语

本文基于效率考虑研究了船舶过坝计划编制实施细则，针对《调度规程》《联动控制方案》等规范文件，在保障船舶过闸安全的前提下在一定程度上能够从计划编制源头工作中提高三峡船闸及葛洲坝船闸过闸效率，对于提高船舶调度运行效率，缓解两坝过闸船舶待闸压力，缩短船舶过闸平均等待时长，提高长江黄金水道通航效益具有一定帮助。此外，基于效率考虑的船舶过坝计划编制实施细则将一些船舶调度经验有效转化为理论依据，将规范性文件转化为可实际应用的工作细则，可有效指导计划编制工作，缩短计划编制工作人员培养周期，对解决实际工作问题有一定帮助。