一種港口駁運系統設備配置方案

李 剛 黃敬東

中交水運規劃設計院有限公司

1 引言

近年來，越來越多的散貨類港口項目，受限于建設條件、建設成本、運營周期等因素，在裝卸船環節采用水上過駁作業。幾內亞某鋁土礦出口項目，海灘平緩，水深變化小，不具備建設大型(Capesize型)碼頭的條件。為順利將鋁土礦運出，擬在內河上游選擇合適地點建設內河裝船碼頭，通過8 000 t級甲板駁船將鋁土礦轉運至外海過駁錨地，再由過駁設施將鋁土礦過駁至遠洋運輸船上，從而實現鋁土礦的遠洋運輸。

2 項目設計條件

幾內亞旱、雨季分明，每年6月～9月份降雨較為集中，對港口裝卸作業影響較大，根據統計，8 000 t級船舶年作業天數約為270天。

該項目內河共設2個鋁土礦裝船泊位，每個泊位配置1臺額定能力為3 500 t/h的弧線擺動裝船機，單駁船平均裝船效率為2 400 t/h。年轉運量共計1 200萬t[1]。

從內河碼頭至外海過駁錨地間轉運航道總長64 km，其中內河航道24 km，外海航道40 km，航道為雙向航道，本次研究中不考慮乘潮。轉運船型為8 000 t級駁船，船長95 m，船寬28.5 m，型深6.3 m，設計吃水4.3 m，實際裝卸量按7 500 t考慮。船舶在航道中滿載順流、空載逆流航速分別按5節、6節考慮。

3 駁運系統組成

駁運系統包括轉運系統、過駁系統以及輔助設施。

3.1 轉運系統

轉運系統利用駁船將鋁土礦從內河碼頭轉運至外海錨地，駁船有自航駁船和非自航駁船。自航駁船依靠自身動力裝置行使；非自航駁船自身無動力裝置，依靠拖輪頂推或拖帶行使[2-3]。非自航駁船又分為頂推和拖帶兩種類型，頂推駁船作業時拖輪與駁船剛性接觸，而拖帶駁船作業時拖輪與駁船柔性連接，比較而言，頂推更容易控制行使方向，行使阻力更小，利于減小駁船動力，節省油耗。自航駁與頂推式非自航駁比較見表1。

表1 自航駁船與非自航駁船方案比較

綜上比選，雖然采用非自航駁設備購置費較高，但碼頭航道建設費用低，運營期間人員配置少、燃料消耗低、維護保養費用少，推薦采用頂推式非自航駁方案，駁船噸級為8 000 DWT，頂推拖輪規格為3 000 hp。

3.2 過駁系統

過駁系統常見有兩種方式：平臺過駁和浮吊過駁[4-5]。

過駁平臺采用與大型遠洋運輸船舶相似的自航海上移動平臺作為載體，在其主甲板上設置裝卸船設備。平臺采用單點單錨系泊方式停泊于相對固定的海域，平臺上除上述裝卸船設備、儲存艙外，還配備必要的清倉設備和維修、維護設備，并提供船上人員的食、宿等后勤服務。平臺兩側分別配備卸船設施和裝船設施，卸船設施一般為甲板固定吊；另外一側為可回轉、俯仰裝卸臂。作業時，固定吊抓起物料放入同側布置的接料料斗中，經皮帶機轉運后，由裝船臂裝船。

浮吊過駁作業是指利用海上浮式起重船完成轉運船和遠洋運輸船上貨物的相互吊運。作業時，轉運船和遠洋運輸船分別停靠在浮吊的兩側。

根據轉運船型尺度，過駁平臺卸船側擬配置2臺固定吊，配置50 t抓斗，平均作業效率為1 200 t/h，則過駁平臺平均卸船效率為2 400 t/h；浮吊同樣配置50 t抓斗，平均作業效率為600 t/h。根據運量，綜合考慮作業靈活性、經濟性等因素，過駁系統采用平臺過駁和浮吊過駁組合方式。

3.3 輔助設施

駁運輔助作業設施包括港作拖輪、交通艇等。本項目根據船舶停靠需要，配置4 200 hp拖輪4艘。另外，為滿足內河碼頭與平臺間的人員往來和物資運輸，配置1艘20座交通艇。

4 駁運系統配置計算

駁運系統配置包括駁船、拖輪、過駁平臺和浮吊數量的確定。

4.1 船舶數量計算

4.1.1 駁船數量

駁船數量計算的思路為：通過計算每艘駁船從內河碼頭裝船、航道行駛、外海錨地過駁作業等各環節的作業時間，得出駁船一個運輸循環需要的總時間，進一步計算出每艘駁船每年總的運輸循環數和年運輸量，最后根據年周轉量得出駁船數量。各環節時間計算見表2。

表2 駁船每個運輸循環各環節所需時間計算

若每天非工作時間按2 h考慮，則采用平臺作業時，1年總的作業循環數為270次，1艘駁船每年作業量為202.5萬t，完成年運量需要駁船數量6艘。采用浮吊作業時，1年總的作業循環數為189次，則1艘駁船每年作業量為141.8萬t，完成年運量需要駁船數量為9艘。

4.1.2 拖輪數量計算

采用同樣的思路對拖輪數量進行計算，拖輪的作業環節包括內河系泊、外海解泊時間以及航道的行駛時間，每個循環拖輪總耗時約為13.76 h。每年總的作業循環約為431.7次，則1艘拖輪每年作業量約為323.8萬t，完成年運量需要拖輪數量為4艘。

4.1.3 過駁平臺及浮吊作業量計算

本次方案選取過駁平臺、浮吊卸船平均效率分別為2 400 t/h、600 t/h，按上文相關參數計算，過駁平臺和浮吊每年作業量分別為810萬t和356.4萬t(見表3)。

表3 年作業量計算

4.2 平臺和浮吊組合方案設備配置方案

根據前文計算結果，1個平臺每年完成810萬t卸船量，1艘浮吊每年完成356.4萬t卸船量，配置1個平臺和1艘浮吊年完成量1 166.4萬t，略低于年運量1 200萬t。

實際生產中，考慮到幾內亞當地物資缺乏，往往在遠洋船空船返回幾內亞時捎帶一些生活物資，通過過駁方式運至內河碼頭卸船。生活物資一般為件雜貨形式運輸，采用浮吊(配置吊鉤)過駁較為合理，浮吊配置吊鉤可以用作件雜貨過駁，配置抓斗時可用于鋁土礦過駁。本方案多配置1艘浮吊，兼顧鋁土礦和件雜貨的過駁作業，即平臺和過駁組合方案配置為1個平臺和2艘浮吊。在此組合方案下，平臺作業需駁船數量為4艘，浮吊作業需駁船數量為3艘，共計配置駁船7艘。

綜上所述，根據計算完成年1 200萬t運量及少量生活物資，需要配置頂推拖輪4艘、駁船7艘、過駁平臺1個及浮吊2艘。考慮到拖輪和駁船維修保養、船隊的機動性等因素，拖輪和駁船分別增加1艘，即配置5艘拖輪和8艘駁船。

4.3 過駁轉運系統主要設備配置

過駁轉運系統主要設備配置見表4。

表4 主要設備設施配置表

5 結語

根據某鋁土礦出口項目實際作業需求，結合作業環境、條件等因素，對該項目過駁轉運系統進行研究，提出了既滿足功能需求，又經濟合理的過駁轉運方案，對類似項目研究具有一定的參考意義。需要說明的是，為了計算簡便，對作業環境條件進行了一定程度的簡化，例如假定航道水深滿足駁船重載行駛，無需乘潮進出港，而實際情況中，考慮乘潮可以減少航道建設期及運營期疏浚費用，但會增加駁船數量。其他如自然條件、航道寬度、潮汐對航速影響等因素，均可能對結果產生影響。因此，對作業條件復雜的項目，建議采用Simio仿真軟件對作業過程進行仿真，從而得出更加準確的過駁轉運系統方案。