滾裝船靠泊直立式吊裝碼頭裝卸載保障研究

劉寶新，趙俊國，胡維平

(1.軍事交通學院 聯(lián)合投送系，天津 300161； 2.軍事交通學院 研究生管理大隊，天津 300161；3．駐杭州鐵路局軍代處，杭州 310000)

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● 軍事運輸 Military Transportation

滾裝船靠泊直立式吊裝碼頭裝卸載保障研究

劉寶新1，趙俊國2，胡維平3

(1.軍事交通學院 聯(lián)合投送系，天津 300161； 2.軍事交通學院 研究生管理大隊，天津 300161；3．駐杭州鐵路局軍代處，杭州 310000)

為做好滾裝船保障部隊海上投送，提高海上投送裝卸載保障能力，建立滿足滾裝船靠泊直立式吊裝碼頭進行滾裝作業(yè)的水位以及時間的計算模型，并結(jié)合實例進行驗證。結(jié)果表明，該模型能夠保證滾裝船靠泊作業(yè)要求，滿足部隊裝載需要。

滾裝船；直立式碼頭；吊裝碼頭；滾裝作業(yè)

滾裝船一般設有多層甲板，大艙平整貫通，其鉸接式跳板便于輪式和履帶式裝備自行上下，是部隊海上輸送首選的船型之一。由于滾裝船跳板結(jié)構(gòu)不同，對裝卸載港口碼頭結(jié)構(gòu)類型、性能指標等要求也不相同。有些滾裝船具有艉斜跳板，不僅可以靠泊在直立式專用汽車滾裝碼頭上，也可靠泊在件雜貨、集裝箱等通用直立式吊裝碼頭上進行滾裝滾卸。如2014年空軍某防空部隊在組織遠程跨海輸送訓練時，由于裝卸載地域缺乏專用汽車滾裝碼頭，裝載時選用了件雜貨碼頭，卸載時則選用了集裝箱碼頭，較好地保障了部隊海上輸送需要。但由于直立式吊裝碼頭在設計時并沒有考慮到滾裝船靠泊要求，加之受海洋潮汐的影響，如果裝卸載時間選擇不當，碼頭前沿水位過高或過低，則可能導致滾裝船難以靠泊碼頭順利實施裝卸載作業(yè)。因此，做好滾裝船靠泊通用直立式吊裝碼頭研究，對于提高海上投送裝卸載保障能力，具有十分重要的意義。

1 滿足滾裝船靠泊作業(yè)的水位計算

目前，我國滾裝運輸還不夠發(fā)達，專用汽車滾裝碼頭數(shù)量少，探討利用直立式吊裝碼頭保障滾裝船靠泊作業(yè)，可以降低對專用汽車滾裝碼頭的依賴，提高海上運輸通達范圍，適應部隊全域機動需要。滾裝船靠泊直立式吊裝碼頭進行裝備滾裝作業(yè)，首要的前提條件是船上的艉斜跳板能夠與直立式碼頭面順利搭接，從而對碼頭面高程和水位提出了一定的要求[1]。件雜貨、集裝箱等通用直立式吊裝碼頭，其碼頭面的高程設計主要是為了滿足件雜貨船和集裝箱船的作業(yè)要求以及工程可靠性、施工經(jīng)濟性等方面因素，其碼頭面高程一般較同一地區(qū)的滾裝碼頭高程要高。如上海外高橋港區(qū)專用汽車滾裝碼頭面高程設計為5.8 m,而附近的集裝箱碼頭面高程一般設計為7.0 m。如果碼頭面高程過高、水位過低，船上的艉斜跳板低于碼頭面，對于一般不能反搭的艉斜跳板將難以與碼頭面平順搭接，必然造成滾裝作業(yè)無法實施；碼頭面高程過低、水位過高，則艉斜跳板遠遠高于碼頭面，造成難以與碼頭面進行有效的接觸，使艉斜跳板處于懸空狀態(tài)，雖然可以通過加鋪墊板的方式解決，但影響到裝卸載速度，而且裝卸載安全也不易得到保證[2]。因此，在組織實施部隊海上輸送時，選用的直立式碼頭面高程和水位，必須滿足滾裝船靠泊要求，以便能順利完成裝備的滾裝滾卸。

如圖1所示，碼頭前沿水位與碼頭面高程之間的關(guān)系[3]為

H碼頭=H+h-T

(1)

式中：H碼頭為碼頭面高程；H為碼頭前沿水位；h為滾裝船艉跳板擺動位置距船底部距離；T為船舶吃水。

因此，碼頭前沿水位H為

H=H碼頭-h+T

(2)

由于滾裝船艉跳板擺動位置距船底部有上、下兩個極限位置的值與滾裝船的結(jié)構(gòu)設計有關(guān)。因此，滾裝船能夠?qū)嵤┛坎吹淖鳂I(yè)水位H取值范圍為

H碼頭-h1+T≤H≤H碼頭-h2+T

(3)

式中：h1為滾裝船艉跳板擺動位置距船底部距離下限；h2為滾裝船艉跳板擺動位置距船底部距離上限。

圖1 滾裝船作業(yè)水位計算模型

對于建造完成的碼頭，其碼頭面高程已經(jīng)確定。因此，滾裝船能否在直立式吊裝碼頭上順利實施靠泊作業(yè)，主要受碼頭前沿水位的影響。沿海港口碼頭由于受海洋潮汐的影響大，其碼頭前沿水位隨時都在發(fā)生變化。因此，可以預計，有些件雜貨、集裝箱等直立式吊裝碼頭，由于設計用途不同，其碼頭前沿水位并不能保證全天候地滿足滾裝船靠泊作業(yè)需要。

2 滿足滾裝船靠泊作業(yè)的時間計算

在研究得出滾裝船適宜的作業(yè)水位后，就可根據(jù)港口附近潮汐變化規(guī)律，計算出滿足滾裝船靠泊作業(yè)的時間，從而為水路軍交運輸部門合理地安排港口碼頭裝卸載作業(yè)時間提供科學依據(jù)。

碼頭前沿水位即潮高或潮位。要想計算出對應不同水位的時間即潮時，一般多采取查《潮汐表》方法進行確定，當然也可采取計算方法推算出來。我國海洋管理部門發(fā)布的《潮汐表》，刊載有世界上各主港的逐日高、低潮潮時和潮高預報以及我國部分港口的逐時潮高。對于《潮汐表》中不能查到逐時潮高的港口，可以根據(jù)主港的潮汐變化情況推算出不同潮高的潮時。因此，弄清楚港口碼頭水域任意時刻的潮高計算原理和方法，進而推算出相對應的潮時，在水路軍交運輸現(xiàn)場實際工作中也是十分必要的。

在整個潮汐周期內(nèi)，潮汐漲、落的速度是變化的，在高、低潮的附近，潮汐漲、落較緩慢，而在高、低潮的中間時刻，即接近半潮時，其漲、落速度最快。但是，為了方便計算不同潮高對應的潮時，通常將潮汐的漲、落運動視為簡諧運動，運動曲線近似于余弦曲線(如圖2所示)[4]。

圖2 任意時潮高計算示意

由圖2可以看出，任意時刻水面與低潮面的潮高修正數(shù)Δh為

(4)

式中：θ為任意時刻的相位角，由低潮時起算；Hr為相鄰高潮潮高與低潮潮高之差，Hr=H高潮-H低潮(H高潮為高潮潮高，H低潮為低潮潮高)。

因為從低潮到高潮相位變化是180°，所以

(5)

式中：T為落潮或漲潮的時間間隔；Δt為任意時刻t與低潮時的時間間隔，Δt=t-t低潮(t低潮為低潮時的時間)。

由此可以得出任意時刻的潮高即水位H為

H=H低潮+Δh=H低潮+Hr×

(6)

同理，任意時刻的潮高即水位H也可表示為

H=H高潮-Δh′=H高潮-Hr×

(7)

式中Δt′為任意時刻與高潮時的時間間隔，Δt′=t-t高潮(t高潮為高潮時的時間)。

在知道了任意時刻的潮高與潮時的關(guān)系之后，要想計算出滿足滾裝船靠泊作業(yè)的時間，只需對式(6)、式(7)進行反推即可。

由式(6)可得

(8)

因此，滿足滾裝船靠泊作業(yè)的時間t為

(9)

同理，由式(7)也可得

(10)

滿足滾裝船靠泊作業(yè)的時間t′也可表示為

(11)

在實際工作中，直接利用式(9)、式(11)計算潮時，對于初學者來講，容易出現(xiàn)錯誤。因此，為了避免出現(xiàn)計算失誤，推算作業(yè)時間時可按以下步驟進行：首先計算出潮高修正數(shù)Δh，其次計算出相位角θ，再次計算出與低潮(高潮)時的時間間隔Δt(Δt′)，最后計算出相應的潮時t(t′)。

3 應用實例分析

某部隊在組織實施海上輸送訓練時，選用了1艘2萬噸級汽車滾裝船，主要性能參數(shù)：總長140.5 m，型寬24.4 m，型深10.42 m，滿載吃水10.07 m，艉跳板擺動位置距船底部距離上限為16.42 m、下限為7.12 m。受裝載地域港口碼頭條件限制，擬選用某集裝箱碼頭作為滾裝船靠泊裝載作業(yè)碼頭。該碼頭前沿水深滿足船舶吃水要求，碼頭面高程為7 m。經(jīng)查閱資料，裝載日該港口潮汐02：32為323 cm，10：14為36 cm，14：50為358 cm，22：45為34 cm。為了確保部隊海上輸送任務的圓滿完成，需要確定該港口碼頭能否滿足滾裝船靠泊作業(yè)需要。

由式(3)可以計算出該滾裝船能夠進行靠泊滾裝作業(yè)的水位H，其取值范圍為0.65～9.95 m。

由該港口碼頭的潮汐特點可以看出：1天內(nèi)其高潮潮高分別為3.23 m、3.58 m，滿足滾裝船靠泊作業(yè)水位要求；低潮潮高分別為0.36 m、0.34 m,小于最低作業(yè)水位0.65 m的要求，不能滿足該滾裝船靠泊裝卸作業(yè)需要。因此，需要計算潮高為0.65 m時對應的時間，以此來作為滾裝船靠泊滾裝作業(yè)開始時間。

(1)計算潮高修正數(shù)Δh。

Δh=0.65-0.36=0.29 m

(2)計算相位角θ。

(3)計算距低潮時的時間間隔Δt。

(4)計算相應的潮時t。

t=t高潮+Δt=10：14+54 min=11：08

同理，也可以計算出潮位從高潮3.58 m降低至0.65 m所對應的時刻為t′。為了方便計算，本文采取近似簡化算法，即t′=14：50+(14：50-11：08)=18：32。

通過計算可以看出，該集裝箱碼頭從上午11：08到下午18：32，其水位能夠保證該滾裝船靠泊作業(yè)要求，滿足部隊裝載需要。

4 結(jié) 語

通過研究可以看出，滾裝船能否靠泊件雜貨、集裝箱等通用直立式吊裝碼頭，不僅取決于滾裝船艉跳板的結(jié)構(gòu)形式，而且還與碼頭面高程以及碼頭前沿水位有關(guān)。受港口水域潮汐影響，碼頭前沿水位隨時都在發(fā)生變化。碼頭前沿水位大小及其對應時刻，可以利用國家海洋管理部門發(fā)布的《潮汐表》查出，也可采用本文研究提出的計算方法進行求解，從而為水路軍交運輸部門制訂港口碼頭裝卸載保障方案提供科學的決策依據(jù)，確保部隊海上投送任務的順利實施。

[1] 汪 鋒，董志強.汽車滾裝碼頭設計特點[J].水運工程，2011，453(5)：95-98.

[2] 王學鋒，陳 舸.滾裝碼頭[M].上海：上海交通大學出版社，2013：98-103.

[3] 張英杰.汽車滾裝碼頭高程研究[J].水運工程，2012，467(6)：125-128.

[4] 陳兆仁，劉寶新.水路軍事運輸[M].北京：解放軍出版社，2005：160-164.

(編輯：閆曉楓)

Loading and Unloading Guarantee of Ro-ro Ship Mooring Alongside Vertical Lifting Wharf

LIU Baoxin1, ZHAO Junguo2, HU Weiping3

(1.Joint Projection Department, Military Transportation University, Tianjin 300161, China；2.Postgraduate Training Brigade, Military Transportation University, Tianjin 300161, China；3.Military Representative office in Hangzhou Railway Bureau， Hangzhou 310000, China)

In order to guarantee sea delivery of ro-ro ship and improve the ability of loading and unloading, the paper establishes a calculation model which can meet the demand of operating water level and time while ro-ro ship mooring alongside vertical lifting wharf. The real case proves that this model can meet the requirement of ro-ro ship’s mooring and operating and meet the demands of loading and unloading in army.

ro-ro ship; vertical wharf; lifting wharf; roll-on-roll-off operation

2016-07-12；

2016-10-08．

劉寶新(1966—)，男，博士，教授，碩士研究生導師．

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2016.12.007

U695

A

1674-2192(2016)12- 0026- 04