大型礦石船進出對條帚門航道影響的仿真分析

李鍵 田五六 蔡學龍 張子昱 干偉東 張恩槐

摘 要：隨著寧波—舟山港條帚門航道的開通，有效緩解了蝦峙門航道的通航壓力。但武港礦石中轉碼頭大型礦石船的進出，仍會對條帚門航道的正常運行產生一定不利影響。本文利用Arena軟件對條帚門航道所受的影響進行仿真分析，可為相關部門的交通流組織和監管提供參考。

關鍵詞：條帚門航道；大型礦石船；仿真；Arena

中圖分類號：U695.2+ 2 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）5-0030-02

航道作為水路運輸系統中重要的環節，其運行狀態很大程度上決定相關水域水路交通能否正常運行。當前國內外學者對航道的研究主要是通過仿真方法分析雙向航道、受限航道、交叉航道等交通流特征，降低船舶在港時間和提高航道通過能力。上述研究均是單純的研究航道本身的運行狀況，并未涉及特定工程對航道影響程度的研究。

本文基于Arena仿真軟件對條帚門航道進行建模，利用離散事件仿真方法分析了武港礦石中轉碼頭大型礦石船進出對條帚門航道的影響。

1 條帚門航道環境概況

本文將武港碼頭船舶進港航路分為口外航線、口內航道和支線航道三部分。

碼頭位于條帚門航道狹口段西南側，進出該碼頭的大型礦石船從蝦峙門口外深水航道進港，在深水航道末端A1 控制點左轉接支線航道，航行至支線航道末端B1控制點時右轉進入條帚門航道。

2 數據分析

2.1 船舶到達規律

當前國內外文獻的研究表明，大多數港口的船舶到達規律均服從泊松分布，即在t時間段內，到達n艘船舶的概率為：

式中：λ- 船舶平均到港率，即單位時間內平均到達的船舶數。

本文在建模過程中假設條帚門航道船舶到達的隨機過程服從于泊松分布。

2.2 船舶速度

為使仿真模型更符合實際情況，對條帚門及附近航道的船舶速度進行統計分析，檢驗結果表明，船速符合均值為11，方差為7.5的正態分布。即某船航速為x的概率為：

3 仿真及分析

3.1 仿真模型

包括：船舶達到模塊、支線航道模塊、核心航道模塊、碼頭作業模塊等。

（1）船舶到達模塊。運用Arena提供的 Create實體生成器產生船舶，并對船舶的船速、載重量利用率等屬性進行賦值。

（2）支線航道模塊。支線航道模塊包括船舶航行和大型礦石船進港條件判斷兩部分。判斷條件包括碼頭是否空閑、水位及潮汐情況。當大型礦石船駛入支線航道后模型將發出一個控制信號C1，控制對象主要為西行船舶，目的是避免西行船舶在B1轉向點附近與大型礦石船會遇。

（3）核心航道模塊。核心航道模塊設有C2、C3、C4 三個控制點，當進港的大型礦石船到達C2點時，模型將禁止東行船舶通航，當船舶達到C3點時，西行船舶可恢復正常航行。當礦石船到達C4點時，東行船舶可恢復正常通航。礦石船出港時，A2至A5段雙向禁止通航，當船舶駛離狹口段時航道即可恢復正常通航。

（4）碼頭作業模塊。該模塊的主要包括兩個功能，一是完成船舶靠離泊仿真，二是完成船舶在泊的卸船作業仿真。因此，泊位狀態可分為：空閑、靠泊、作業和在泊等待。

仿真過程中以均勻分布的形式隨機賦值。船舶到達模塊以預先對船舶的裝載率進行了賦值，本模塊將根據船舶的裝載情況、裝卸設備等參數對船舶的卸貨作業時間進行計算。

3.2 結果及分析

就仿真需求而言，所關注的主要為大型船舶進出時條帚門航道中船舶的排隊等待情況，即排隊隊長和等待時間。

（1）仿真結果。本文取不同的到達率多次運行仿真模型，得到仿真結果如圖2、圖3。

（2）仿真結果分析。雙向通航時，大型船舶進港時，船舶流量相對較小時，東西向航行船舶的排隊等待船舶數量大致相同；隨船舶流量增大，由西向東航行的船舶所受影響更為顯著。當大型船舶離港時，兩個方向船舶的排隊隊長相差不大，但由東向西航行船舶的等待時間稍長，且隨到達率的增加，等待時間也逐漸增大。

4 結論與展望

武港礦石中轉碼頭位于條帚門口門附近，其營運將不可避免地與條帚門航道中其他過往船舶產生相互影響。但就目前通航船舶流量而言，影響程度較小，并且通過合理的交通流管理和疏導可消除主要影響。總體而言，武港礦石中轉碼頭大型礦石船對條帚門航道的影響處于可控范圍之內。

參考文獻：

[1] Zhang J， Santos T A， Soares C G， et al. Sequential ship traffic scheduling model for restricted two-way waterway transportation[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part M Journal of Engineering for the Maritime Environment， 2017.

[2] 楊星， 楊旭剛， 王展，等. 基于蒙特卡洛方法的受限航道船舶交通擁塞仿真[J]. 中國航海， 2016， 39（2）：40-44.

[3] 陳蜀喆， 桓澤， 袁志濤，等. 橋梁施工受限水域船舶擁塞風險辨識及對策[J]. 中國航海， 2016（1）：44-49.

[4] 蔡學龍， 劉克中， 楊星，等. 內河航道交匯水域交通流仿真[J]. 大連海事大學學報， 2012， 38（2）：19-21.