港工設(shè)計(jì)中運(yùn)河船舶艙口參數(shù)的取值研究

劉 勝

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,北京 102600)

港工設(shè)計(jì)中運(yùn)河船舶艙口參數(shù)的取值研究

劉 勝

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,北京 102600)

通過對(duì)京杭運(yùn)河(濟(jì)寧至淮安段)沿線船舶衛(wèi)星照片的采集量測(cè),對(duì)船長(zhǎng)(L)、船寬(B)、艙口長(zhǎng)(Lc)及艙口寬(Bc)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得出Lc/L和Bc/B累計(jì)頻率曲線,可供不同保證率下Lc和Bc計(jì)算取值參考,解決了現(xiàn)有規(guī)范無Lc和Bc2參數(shù)的問題。

港工設(shè)計(jì);船舶艙口;參數(shù)

港口裝卸工藝設(shè)計(jì)中,要求裝卸設(shè)備的吊幅能夠達(dá)到船舶倉口的整個(gè)范圍[1—2]。然而,在現(xiàn)有港工規(guī)范和相關(guān)設(shè)計(jì)參考資料中,因可供參考的船舶倉口尺寸數(shù)據(jù)少,使得港口設(shè)計(jì)出現(xiàn)一定的困難。以往設(shè)計(jì)者僅依據(jù)個(gè)別已知的船舶艙口數(shù)據(jù)或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行估算,使得所選參數(shù)較大而造成資源浪費(fèi),或所選參數(shù)較小而不能達(dá)到預(yù)期的裝卸要求。因此,開展港工設(shè)計(jì)中船舶倉口的取值研究,能夠?yàn)檠b卸設(shè)備吊幅設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù),對(duì)正確指引港工裝卸設(shè)備設(shè)計(jì)具有意義。

1 數(shù)據(jù)采集

1.1 采集方法

利用照片相似原理,通過對(duì)照片上船舶的尺寸關(guān)系和對(duì)船舶相關(guān)尺寸參數(shù)進(jìn)行研究,節(jié)省了人力、物力[3—4]。利用Google地圖的量測(cè)工具,實(shí)現(xiàn)了對(duì)土地面積的快速量測(cè)[5];利用衛(wèi)星遙感照片,進(jìn)行了測(cè)線、清線工作[6];將Google地圖較好地運(yùn)用到鐵路選線設(shè)計(jì)中[7]。同理,本研究擬采用對(duì)高清衛(wèi)星地圖上的船舶照片進(jìn)行量測(cè)的方法,以達(dá)到間接獲取港工設(shè)計(jì)中運(yùn)河船舶艙口尺寸的目的。

高清衛(wèi)星地圖是衛(wèi)星遠(yuǎn)距離對(duì)地球表面進(jìn)行的航拍,其照片平面比例可視為完美;高清衛(wèi)星地圖還提供了平面量測(cè)的工具,雖然在數(shù)據(jù)采集的過程中存在著一定的誤差,但量測(cè)的誤差均小于1.0 m,且本研究采集了大量數(shù)據(jù),因而該誤差不會(huì)影響本研究的結(jié)果。

1.2 研究對(duì)象選擇

京杭運(yùn)河途徑北京、通州、天津、滄州、衡水、德州、聊城、泰安、濟(jì)寧、棗莊、宿遷、淮安、揚(yáng)州、常州、無錫、蘇州、湖州、嘉興及杭州共19個(gè)城市。由于黃河以北的運(yùn)河無貨運(yùn)船舶通行,通航區(qū)域在濟(jì)寧至杭州段,長(zhǎng)江以南的運(yùn)河航道等級(jí)較小、船舶也較小。因此選取濟(jì)寧至淮安段運(yùn)河上的船舶作為研究對(duì)象。

對(duì)濟(jì)寧龍拱港、濟(jì)寧郭莊港、臺(tái)兒莊港、那州港、宿遷閘、泅陽縣閘、淮安淮陰船閘和淮安船閘等船舶?？繀^(qū)域以及運(yùn)河上和船閘前(后)共614艘船舶進(jìn)行了量測(cè)(見表1),量測(cè)參數(shù)為船長(zhǎng)、船寬及船舶艙口的長(zhǎng)度和寬度。船舶采樣位置的分布如圖1所示。

表1 運(yùn)河船舶數(shù)據(jù)收集分布Table 1 Data distribution of canal ships

圖1 船舶采樣位置的分布Fig.1 The position distribution of the ship sampling

采集的圖片均為比較大的船舶,42 m以下船舶采集數(shù)量較少。數(shù)據(jù)采集圖例如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集圖例Fig.2 Data acquisition legend

2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

對(duì)614艘船舶的艙口數(shù)據(jù)進(jìn)行了整理,所采集的船長(zhǎng)(L)為35.3～77.4 m、船寬(B)為6.9～17 m。艙口長(zhǎng)度(Lc)與船長(zhǎng)(L)成線性的正相關(guān)關(guān)系(如圖3所示),艙口寬度(Bc)與船寬(B)的關(guān)系也成線性的正相關(guān)關(guān)系(如圖4所示)。

圖4 運(yùn)河船艙口寬與船寬的關(guān)系Fig.4 The relationship between Bcand B

圖3 運(yùn)河船艙口長(zhǎng)與船長(zhǎng)的關(guān)系Fig.3 TherelationshipbetweenLcandL

在實(shí)際工作中,雖然船舶艙口尺寸的參考數(shù)據(jù)少,但設(shè)計(jì)船型的船長(zhǎng)和船寬是容易得到的。因此,本研究以艙口長(zhǎng)度(Lc)與船長(zhǎng)(L)的比值(Lc/L)和艙口寬度(Bc)與船寬(B)的比值(Bc/B)為分析對(duì)象,在設(shè)計(jì)中,根據(jù)L獲取Lc;根據(jù)B獲取Bc。

2.1 艙口長(zhǎng)度的分析

1)Lc/L分布規(guī)律的分析

所統(tǒng)計(jì)Lc/L的分布規(guī)律符合N(0.584, 0.0412)的正態(tài)分布,如圖5所示。

圖5 運(yùn)河船Lc/L的樣本分布Fig.5 Sample distribution of Lc/L

根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范(JTS165—2013)》[9],對(duì)設(shè)計(jì)船型參數(shù)引人了保證率的概念,科學(xué)地解決了船型差異較大給設(shè)計(jì)帶來的困惑。本研究經(jīng)過對(duì)614艘船舶的艙口數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),數(shù)據(jù)的累計(jì)頻率可近視為規(guī)范中的保證率。Lc/L與保證率的關(guān)系如圖6所示。二者比值為0.65時(shí),保證率為0.99,已接近100%。因此,在沒有特殊要求的情況下,建議設(shè)計(jì)中Lc的取值不要大于0.65L。

圖6 Lc/L的分布累計(jì)頻率曲線Fig.6 Cumulative frequency curve of Lc/L

2)不同噸級(jí)Lc/L取值的分析

根據(jù)《運(yùn)河通航標(biāo)準(zhǔn)(JTS180—2—2011)》[10]中的運(yùn)河船型(L≤42 m的船舶為300噸級(jí),42 m＜L≤52 m之間的船舶為500噸級(jí),L＞52 m的船舶為1 000噸級(jí)及以上),進(jìn)行了分段分析, Lc/L與L關(guān)系的分布如圖7所示,Lc/L在各區(qū)段的累計(jì)頻率曲線如圖8所示。

圖8 各船長(zhǎng)區(qū)段的Lc/L累計(jì)頻率Fig.8 Lc/L cumulative frequency of different sections

由《運(yùn)河通航標(biāo)準(zhǔn)(JTS180—2—2011)》[10]可知,船舶噸位越大,Lc/L就越大。以90%保證率為例,各區(qū)段的Lc/L見表2。

從表2中可以看出,Lc/L在不同船長(zhǎng)區(qū)段存在著一定的差距。因此,建議根據(jù)不同噸級(jí)船舶,對(duì)Lc/L進(jìn)行分段取值。

表2 保證率為90%時(shí)的Lc/LTable 2 Lc/L statistics when the Guarantee rate is 90%

2.2 艙口寬度的分析

本研究共采集艙口寬度數(shù)據(jù)516個(gè),數(shù)據(jù)的累計(jì)頻率可近視為規(guī)范中的保證率。所統(tǒng)計(jì)Bc/B的分布規(guī)律符合N(0.731,0.0382)的正態(tài)分布,如圖9所示。

圖9 運(yùn)河船Bc/B的樣本分布Fig.9 Sample distribution of Bc/B

圖10 Bc/B的分布累計(jì)頻率Fig.10 Cumulative frequency of Bc/B

因所采集船長(zhǎng)42 m以下的艙口數(shù)據(jù)較少,對(duì)42 m以下船舶不進(jìn)行單獨(dú)分析,僅以船長(zhǎng)52 m為界,分2區(qū)段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。L與Bc/B關(guān)系的分布如圖11所示。Bc/B在各區(qū)段的累計(jì)頻率曲線如圖12所示。

圖12 各船長(zhǎng)區(qū)段的Bc/B累計(jì)頻率Fig.12 Bc/B cumulative frequency curve of different sections

從圖11中可以看出,船舶噸位越大,Bc/B就越大。以90%保證率為例,各區(qū)段的Bc/B見表3。

表3 保證率為90%時(shí)的Bc/BTable 3 Bc/B statistics when the guarantee rate is 90%

3 結(jié)論

1)通過對(duì)衛(wèi)星照片的測(cè)量來采集船舶平面尺寸數(shù)據(jù)的方法,對(duì)運(yùn)河上船舶艙口尺寸進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。艙口長(zhǎng)度與船長(zhǎng)成線性正相關(guān)關(guān)系,艙口寬度與船寬也成線性正相關(guān)關(guān)系。在船長(zhǎng)L= 35.3～77.4 m范圍內(nèi),Lc/L的分布規(guī)律符合N(0.584,0.0412)的正態(tài)分布;Bc/B的分布規(guī)律符合N(0.731,0.0382)的正態(tài)分布。

2)設(shè)計(jì)時(shí),根據(jù)裝卸效率和保證率的需要,可參照?qǐng)D8,12進(jìn)行取值。以90%的保證率為例, 300噸級(jí)船舶艙口長(zhǎng)度取0.58倍船長(zhǎng),500噸級(jí)船舶艙口長(zhǎng)度取0.60倍船長(zhǎng),1 000噸級(jí)及以上取0.62倍船長(zhǎng);1 000噸級(jí)以下船舶艙口寬度可取0.77倍船寬,1 000噸級(jí)以上船舶艙口寬度可取0.78倍船寬。

3)建議按照本研究方法對(duì)沿海和其他內(nèi)河等船舶艙口參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并列人下次規(guī)范修編范圍,以供設(shè)計(jì)人員參考。

[1] 中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司.JTJ 212—2006,河港工程總體設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2010.(CCCC Second Highway Consultants Co.,Ltd..JTJ 212—2006,Code for master design of river port engineering[S].Beijing:China Communications Press,2010.(in Chinese))

[2] 中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院,中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司.JTJ 211—99,海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,1999.(CCCC Water Transportation Consultants Co.,Ltd.,CCCC First Highway Consultants Co.,Ltd..JTJ 211—99,Design code of general layout for sea port[S].Beijing:China Communications Press,1999.(in Chinese))

[3] 劉勝.港口系泊船舶受風(fēng)高度取值問題研究[J].水運(yùn)工程,2013(6):46—48.(LIU Sheng.Port mooring ship wind height problem[J].Port&Waterway Engineering,2013(6):46—48.(in Chinese))

[4] 劉勝.港口系泊船舶壓載吃水取值研究[J].交通科學(xué)與工程,2013(3):63—66.(LIU Sheng.Research on the port mooring ships’ballast draft[J].Journal of Transport Science and Engineering,2013(3):63—66. (in Chinese))

[5] 謝春平.基于Google Earth的面積快速測(cè)量法[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2011(4):1470—1472.(XIE Chun-ping. Fast area measurement based on the Google Earth [J].Hubei Agricultural Sciences,2011(4):1470—1472.(in Chinese))

[6] 尹柱庭,暢鑫,暢毅.衛(wèi)星遙感照片在石油物探測(cè)量中的應(yīng)用[J].物探裝備,2010,20(2):121—124.(YIN Zhu-ting,CHANG Xin,CHANG Yi.Application of satellite remote sensing image in the oil geophysical prospecting[J].Equipment for Geophysical Prospecting,2010,20(2):121—124.(in Chinese))

[7] 侯越,馬玉霞.谷歌軟件在“7.21”洪水人淀水勢(shì)分析中應(yīng)用[J].水科學(xué)與工程技術(shù),2013(增刊):60—61. (HOU Yue,MA Yu-xia.Application of Google Earth Software in the“7—21”flood into the water flow analysis[J].Water Sciences and Engineering Technology,2013(Suppl.):60—61.(in Chinese))

[8] 王一波,邵偉偉,羅新宇.Google Earth數(shù)據(jù)精度分析及在鐵路選線設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].鐵道勘察,2010(5): 68—71.(WANG Yi-bo,SHAO Wei-wei,LUO Xinyu.Analysis on the accuracy of Google Earth Data and its applications in the optimized design on railway routes[J].Railway Investigation and Surveying, 2010(5):68—71.(in Chinese))

[9] 中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部,中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司,中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司. JTS 165—2013,海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2013.(Ministry of Transport of the People’s Republic of China,CCCC Water Transportation Consultants Co.,Ltd.,CCCC First Highway Consultants Co.,Ltd..JTS 165—2013,Design code of general layout for sea port[S].Beijing:China Communications Press,2013.(in Chinese))

[10] 中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部,交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所.JTS 180—2—2011,運(yùn)河通航標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:人民交通出版社,2011.(Ministry of Transport of the People’s Republic of China,Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering.JTS 180—2—2011,Navigation standard of canal[S].Beijing:China Communications Press, 2013.(in Chinese))

Research on the parameters of canal ship hatches for the harbour engineering design

LIU Sheng
(China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co.,Ltd.,Beijing 102600,China)

According to the information on ship hatches collected from the satellite photos of Jining-Huaian section of Beijing-Hangzhou Canal,the parameters of ship length(L),ship width(B),hatch length(Lc)and hatch width(Bc)were statistically analyzed,and the cumulative frequency curves of Lc/L and Bc/B were achieved.These curves could be potentially used for deciding the Lcand Bcvalues under different guaranteed rates,and solving the problem of lacking the two parameters(Lcand Bc)in the related regulations.

harbour engineering design;ship hatches;parameter values

U662

A

1674—599X(2015)04—0066—05

2015—01—18

劉 勝(1981—),男,中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司高級(jí)工程師。