平原流域適應(yīng)性船型設(shè)計關(guān)鍵指標(biāo)研究

劉長銘，王一鳴，張化英

(河南省交通運(yùn)輸廳航務(wù)局, 河南 鄭州 450016)

0 引言

2007年，國務(wù)院發(fā)布的《全國內(nèi)河航道和港口布局規(guī)劃》將全國內(nèi)河航道形成長江干線、西江航運(yùn)干線、京杭運(yùn)河、長江三角洲高等級航道網(wǎng)、珠江三角洲高等級航道網(wǎng)、十八條主要干支流高等級航道等[1]。

為了響應(yīng)國家航道建設(shè)規(guī)劃，河南省先后開展了沙潁河周口至省界航道升級改造工程以及上游周口至平頂山段航道建設(shè)工程、淮河淮濱至息縣升級改造工程等。2012年，交通運(yùn)輸部頒布的《京杭運(yùn)河、淮河水系過閘運(yùn)輸船舶標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度系列》于2013年4月1日實(shí)施[2]。2014年，交通運(yùn)輸部修訂發(fā)布了《內(nèi)河運(yùn)輸船舶標(biāo)準(zhǔn)化管理規(guī)定》，強(qiáng)制要求新建、改建內(nèi)河運(yùn)輸船舶，應(yīng)當(dāng)符合交通運(yùn)輸部制定的內(nèi)河運(yùn)輸船舶標(biāo)準(zhǔn)船型指標(biāo)體系中的強(qiáng)制性要求。

為了規(guī)范河南省運(yùn)輸船舶船型設(shè)計，同時為了適應(yīng)升級改造的航道，充分發(fā)揮運(yùn)輸船舶的裝載能力，提高船舶營運(yùn)經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)河南籍船舶回船籍港營運(yùn)，研發(fā)設(shè)計適應(yīng)河南航道環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)船型已是迫在眉睫。針對這種情況，課題組對河南省沙潁河、淮河及其支流的航道水深、彎道橋梁情況進(jìn)行了充分的調(diào)研，結(jié)合航道實(shí)際情況，對設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)船型的主尺度、船舶線型、空間布局、LNG改建可行性等進(jìn)行了研究，設(shè)計了4種適應(yīng)河南省航道環(huán)境的“寬深比大、全高小”的適應(yīng)性船型。

1 船型設(shè)計的航道邊界因素

2016年10月，課題組隨船沿沙潁河考察了航道的水深、航道寬度、彎道情況、沿途橋梁通航凈空高度等情況，深入到漯河港調(diào)研了散貨碼頭、集裝箱碼頭的裝卸能力和場地情況，以及貨物的流向和流量情況。

1.1 航道及橋梁情況

沙潁河在河南境內(nèi)的410 km航段(見圖1)已經(jīng)或即將按天然和渠化河流的Ⅳ級航道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，但綜合航道水深、橋梁凈高、船閘尺度來看，沙潁河在不同區(qū)間段的航行條件卻不盡相同：

圖1 沙潁河航道基本情況

(1)沙潁河周口至省界段。該航段航道水深在4.0 m以上，船閘尺度為：閘室有效長度260 m×口門寬23 m×門檻水深4.5 m，橋梁通航凈高達(dá)到7 m以上，常年通航1 000～1 500 t貨船。

(2)沙潁河周口至漯河段。該航段航道水深約為3～4 m，船閘尺度為：閘室有效長度120 m×口門寬12 m×門檻水深3 m，橋梁通航凈高達(dá)到7 m的占少數(shù)，大部分橋梁通航凈高為5 m。

(3)沙潁河漯河港至北汝河口段(建設(shè)中)。該航段航道通航水深2.3 m以上，船閘尺度為：閘室有效長度120 m×口門寬18 m×門檻水深3.2 m，橋梁改建后通航凈高可達(dá)到7 m。

1.2 營運(yùn)船舶現(xiàn)狀

課題組到沙潁河周口和漯河段進(jìn)行了深入調(diào)研，搜集到沙潁河過閘船舶數(shù)據(jù)近700份，綜合分析過閘船舶情況。目前沙潁河上行駛的多為單船，偶爾可見拖船船隊。根據(jù)調(diào)研資料顯示：沙潁河周口段船舶多為500～1 000 噸級船舶；由于船閘寬度限制，超過1 000總噸船舶基本沒有，500噸級以下船舶由于運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性不高，占比也比較小。

目前，載重量最大的1 000 噸級船舶總長65 m，船寬小于11 m，船舶全高大于7 m，吃水大于3.4 m。800噸級船舶總長約為55 m，型寬小于10 m，全高最高約6.5 m，吃水最大為3.2 m。沙潁河上運(yùn)營的噸位較大的典型船舶尺度參數(shù)見表1[3]。

表1 典型干貨船主要尺度

1.3 貨物種類及流量

沙潁河作為豫東南及皖北地區(qū)的水運(yùn)主通道，是連接河南省腹地和長江干線、京杭運(yùn)河交通的重要組成部分，水上航運(yùn)以建材、煤炭、雜件、糧食、集裝箱運(yùn)輸為主導(dǎo)貨源。河南作為全國的產(chǎn)糧大省和產(chǎn)煤基地，貨物出口品種主要是煤炭和糧食制品，運(yùn)往華東的江浙滬地區(qū)；貨物進(jìn)口品種主要是沙石建材、件雜貨等。

2015年后隨著整個沙潁河升級改造工程的完工，航道運(yùn)輸條件有了較大的改善，水路貨運(yùn)量進(jìn)入了快速增長期。分析預(yù)測：2020年后水運(yùn)量進(jìn)入平穩(wěn)增長期；2020年沙潁河周口至省界航道升級改造工程航道水運(yùn)量約802.4萬t，占整個沙潁河航道總量40%；鄭埠口船閘的貨運(yùn)量2020年為525萬t，其中上水運(yùn)量137萬t、下水運(yùn)量388萬t。

2 船型設(shè)計關(guān)鍵指標(biāo)的確定

對于同類型的貨船，在運(yùn)輸距離相同的前提下，船舶載重量越大，運(yùn)輸成本越低，經(jīng)濟(jì)性也就越好。在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度要求的前提下，盡可能地設(shè)計出載重量較大的船型，不但可以提高船舶的經(jīng)濟(jì)性，也可以更充分地發(fā)揮航道通行能力。另外，在貨物周轉(zhuǎn)量一定的前提下，提高船舶的裝載能力，可以有效減少航道的船舶數(shù)量，從而提高船舶航行的安全系數(shù)。因此，船型關(guān)鍵指標(biāo)的確定，是船舶設(shè)計的基礎(chǔ)，也是至關(guān)重要的部分。

2.1 船舶主尺度

按照交通運(yùn)輸部公布的京杭運(yùn)河、淮河水系過閘運(yùn)輸船舶標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度系列要求，結(jié)合河南省航道水深、彎道、橋梁環(huán)境實(shí)際情況，新開發(fā)的貨船標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度在滿足《京杭運(yùn)河、沙潁河-淮河干線過閘干散貨船、液貨船標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度系列》中京淮貨-8和京淮貨-10要求的前提下進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計；集裝箱船型在滿足《京杭運(yùn)河、沙潁河-淮河干線過閘集裝箱船標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度系列》中京淮集-4和京淮集-6要求的前提下優(yōu)化設(shè)計。

2.2 船舶布置及操縱性

考慮到橋梁通航凈空高度的限制，在船舶艙室布置上需要盡可能減小船舶的水上高度，駕駛室的布置可以采用前置駕駛室或者升降駕駛室形式。前置駕駛室對船舶造價影響很小，同時可以顯著改善駕駛視線，提高航行安全性。駕駛室升降技術(shù)作為一個成熟可靠的技術(shù)，在實(shí)船設(shè)計建造中多有采用，船隊正常營運(yùn)過程中，可在1～2 min內(nèi)完成升、降的全過程，航行過程中不影響船隊通過限制高度的橋梁，且維護(hù)費(fèi)用極低，但升降駕駛室會增加3%左右的船舶造價。

內(nèi)河航道的特點(diǎn)是航道狹窄、彎曲半徑小、船舶密度大，對船舶的操縱性能要求高，雙機(jī)雙槳雙舵型船相對單機(jī)單槳單舵型船，在螺旋槳直徑不受限制的情況下，雖然螺旋槳推進(jìn)效率略有損失，但可以顯著提高船舶的操縱性，減少船舶碰撞幾率，提高航行安全[4]。

2.3 集裝箱船箱數(shù)的確定

根據(jù)資料顯示，集裝箱產(chǎn)品的型號很多，外形尺寸差別很大，長度主要以6.069、12.192 m為主，高度主要以2.591、2.896 m為主，寬度均為2.438 m。其中，高度為2.591 m的集裝箱為主流產(chǎn)品，約占到市場份額的70%，故集裝箱船的研制應(yīng)把6.069 m長、2.591 m高的標(biāo)準(zhǔn)集裝箱作為主要貨源。

船舶主尺度要素按適用航道允許的最大船舶尺度來確定。船舶尺度等要素確定以后，裝箱層數(shù)主要取決于橋梁高度和船舶穩(wěn)性、強(qiáng)度等技術(shù)性能的要求[5]。

3 適應(yīng)性標(biāo)準(zhǔn)船型設(shè)計定型

綜合交通行業(yè)船舶建造政策要求、船舶安全航行的要求，本著實(shí)事求是、因地制宜的原則，結(jié)合河南省平原流域航道實(shí)際情況，制定出機(jī)動貨船和集裝箱的4種標(biāo)準(zhǔn)船型，其要素見表2。制定標(biāo)準(zhǔn)船型目的就是將較大噸位的機(jī)動貨船、較多箱位的集裝箱船，用于沙潁河和淮河干線航道上的省內(nèi)和省際的運(yùn)輸；將較小噸位的機(jī)動貨船、較少箱位的集裝箱船，用于等級偏低的渦河、沱河等支流航道上的省內(nèi)區(qū)間運(yùn)輸。

表2 標(biāo)準(zhǔn)船型尺度要素表

4 結(jié)語

近年來，為了提高船舶過閘效率，交通運(yùn)輸部門大力推進(jìn)內(nèi)河船舶標(biāo)準(zhǔn)化，但標(biāo)準(zhǔn)船型在各個地區(qū)營運(yùn)又受到當(dāng)?shù)睾降浪睢⒑降缹挾取蛄簝艨崭叨鹊纫蛩氐挠绊憽１疚慕Y(jié)合河南省沙潁河、淮河及其支流航道情況，在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)船型基礎(chǔ)上，優(yōu)化船舶空間布局和線型，采用前置駕駛室、可放倒桅桿，配備測深系統(tǒng)、防碰撞預(yù)警系統(tǒng)等，并在設(shè)計中考慮改裝成LNG動力船舶的可行性，研發(fā)設(shè)計出4種適應(yīng)當(dāng)?shù)睾降拉h(huán)境的“寬深比大、全高小”的標(biāo)準(zhǔn)船型。經(jīng)過實(shí)船驗(yàn)證，在保證船舶載貨量的前提下，新設(shè)計的船型可以明顯降低船舶高度，有效改善船舶在多橋梁、多彎道、水深較淺航道的通航能力。