一條裝船作業(yè)線負(fù)責(zé)二個(gè)泊位的裝船的通過能力估算

杜 韜

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

一條裝船作業(yè)線負(fù)責(zé)二個(gè)泊位的裝船的通過能力估算

杜 韜

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

分析一條裝船作業(yè)線負(fù)責(zé)二個(gè)泊位船舶的裝船方案需求；依據(jù)排隊(duì)論理論規(guī)則提出估算年通過能力計(jì)算方法，計(jì)算結(jié)果是一條裝船作業(yè)線負(fù)責(zé)一個(gè)泊位的裝船年通過能力的1.25～1.9倍。歸納采用這種工藝方案需有的基本條件。

通過能力；二個(gè)泊位；一條裝船作業(yè)線；裝船工藝；排隊(duì)論；方法

引 言

船舶在無貨空載航行時(shí)為了滿足船舶航行安全穩(wěn)性需要注入相當(dāng)于船舶載重噸1/3重量的壓艙水。船舶在裝船過程中需要及時(shí)排空壓艙水，一般情況下，排空壓艙水連續(xù)工作10 h以上。大型海港散貨裝船泊位，裝卸工藝系統(tǒng)設(shè)備能力遠(yuǎn)大于壓艙水泵排放能力，為船舶結(jié)構(gòu)安全常常需要暫停裝船作業(yè)等待壓艙水適度排空。船舶靠泊后到離泊前的典型裝船作業(yè)分解過程見表1。從表1可知，裝船系統(tǒng)設(shè)備在A/C/F時(shí)間段是處于空閑等待，裝船工藝設(shè)計(jì)者及港口營運(yùn)方都在嘗試?yán)媚乘掖暗难b船過程的A/C/F時(shí)間段的一部分或全部，對(duì)在比鄰泊位的另一艘船舶進(jìn)行裝船，以相對(duì)較小的投資換取泊位通過能力的提高、增加經(jīng)濟(jì)效益。這樣就有了一條裝船作業(yè)線負(fù)責(zé)二個(gè)泊位上的船舶裝船工藝方案的需求并且在實(shí)踐中加以實(shí)施。

表1 典型裝船作業(yè)分解過程

1 工藝方案的典型裝船作業(yè)模式

在某一時(shí)刻，兩個(gè)泊位都無船舶?？?，先到船舶簡稱X，后到船舶簡稱H。當(dāng)X到港后先靠在一個(gè)泊位上裝船作業(yè)，在X還在泊位上的隨后某時(shí)刻H抵港后靠在空閑泊位上加入裝船作業(yè)過程。下面是典型的作業(yè)模式：

1）模式1，X自靠泊至完成裝船作業(yè)離泊，H始終未到。

2）模式2，當(dāng)H在X的FX時(shí)段?？可?，裝船系統(tǒng)已完成對(duì)X裝船作業(yè)，H實(shí)際已轉(zhuǎn)為X的角色。

3）模式3，當(dāng)H在X的EX時(shí)段?？可?，裝船系統(tǒng)在對(duì)X裝船作業(yè)時(shí)H進(jìn)行包括裝船前的輔助作業(yè)和排壓艙水作業(yè)。裝船系統(tǒng)完成X的EX時(shí)段作業(yè)后就與X無關(guān)了。

4）模式4，當(dāng)H在X的DX時(shí)段?？可?，裝船系統(tǒng)在對(duì)X裝船作業(yè)時(shí)H進(jìn)行包括裝船前的輔助作業(yè)和排壓艙水作業(yè)。裝船系統(tǒng)完成X的DX～EX時(shí)段作業(yè)后與X就無關(guān)了。

5）模式5，當(dāng)H在X的CX時(shí)段?？可?，裝船系統(tǒng)保持對(duì)X裝船作業(yè)并繼續(xù)完成X的DX～EX時(shí)段作業(yè)。H進(jìn)行包括裝船前的輔助作業(yè)和排壓艙水作業(yè)。

6）模式6，當(dāng)H在X的BX時(shí)段?？可?，裝船系統(tǒng)有可能利用X的排壓艙水時(shí)段CX對(duì)H裝第一輪及利用H的排壓艙水時(shí)段CH對(duì)X裝第二輪。

7）模式7，當(dāng)H在X的AX時(shí)段?？可希b船系統(tǒng)先對(duì) X裝第一輪，H同時(shí)進(jìn)入排壓艙水時(shí)段CH，裝船系統(tǒng)完成對(duì)X裝第一輪后轉(zhuǎn)到對(duì)H的連接裝船，H裝完后，轉(zhuǎn)回對(duì)X裝第二輪。

8）模式8，當(dāng)H在X的任意時(shí)段?？可?，裝船系統(tǒng)優(yōu)先對(duì)X裝船，完成對(duì)X裝船后轉(zhuǎn)到對(duì)H連續(xù)裝船、或等待H排壓艙水時(shí)段CH后對(duì)H連續(xù)裝船。

上述模式里，模式2～模式5和模式8分為一類，都是先完成對(duì)X裝船；模式6～模式7分為一類，X與H交替裝船；模式1為一類，是因船舶到港的隨機(jī)性而出現(xiàn)的特例。X、H經(jīng)過F時(shí)段后騰空泊位，等待下一艘船舶的?？?，還在泊位上的船舶H或X轉(zhuǎn)變?yōu)閄角色或保留X角色。從長期連續(xù)運(yùn)營看上述模式都會(huì)出現(xiàn)，甚至還會(huì)有更復(fù)雜的特例。

2 一條作業(yè)線服務(wù)二個(gè)泊位碼頭布置型式

根據(jù)港口水域條件和碼頭布局，主要有4種泊位布局，其一突堤碼頭兩側(cè)布置泊位，裝船作業(yè)線是按照泊位數(shù)量多的一側(cè)的泊位數(shù)量配置作業(yè)線；其二順岸碼頭，裝船作業(yè)線是按照總泊位數(shù)量減一配置作業(yè)線；其三泊位長度按照若干個(gè)大載重噸級(jí)船舶要求建設(shè)，裝船作業(yè)線是按照泊位數(shù)量配置，而預(yù)期實(shí)際營運(yùn)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)較小載重噸級(jí)船舶組合，能多靠一艘船舶；其四利用已有港口其他泊位的空閑時(shí)段靠泊排空壓艙水，然后再移到裝船泊位。前三種情況是設(shè)計(jì)者有意提出的，第四種碼頭經(jīng)營者根據(jù)使用情況靈活掌握。表2是幾個(gè)國內(nèi)外實(shí)例。

3 通過能力估算

設(shè)計(jì)了一條裝船系統(tǒng)負(fù)責(zé)兩個(gè)泊位的裝船工藝方案，接下來就需要對(duì)方案進(jìn)行定量分析，從理論上評(píng)估方案相比一條裝船作業(yè)線負(fù)責(zé)一個(gè)泊位的工藝方案能夠提高多少年通過能力。

本文假設(shè)兩個(gè)泊位是相同性質(zhì)的、共用一條裝船作業(yè)線系統(tǒng)情況，并且從長期運(yùn)營管理方便性的和可行性僅考慮典型模式8的情況，即壓艙水的排放在靠泊后開始。

4.1 一條裝船作業(yè)線負(fù)責(zé)一個(gè)泊位裝船方案

國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)港口裝卸系統(tǒng)采用排隊(duì)論進(jìn)行研究［4］，認(rèn)為碼頭的營運(yùn)規(guī)律是一個(gè)隨機(jī)過程。根據(jù)港口、航運(yùn)和貨主達(dá)到共贏整體效益最大化的原則［1］，針對(duì)具體泊位能夠得到船舶在港時(shí)間最佳關(guān)系［2，6］，即AWT（等待時(shí)間）和AST（服務(wù)時(shí)間）的比值關(guān)系以及對(duì)應(yīng)的泊位利用率ρ1。排隊(duì)論理論中標(biāo)準(zhǔn)的“服務(wù)時(shí)間”是船舶從錨地起錨時(shí)刻開始到船舶離港退出航道時(shí)刻結(jié)束的時(shí)間段，且上艘船舶離港退出航道時(shí)刻是下艘船舶從錨地起錨時(shí)刻。但實(shí)際上由于統(tǒng)計(jì)資料的不完整，船舶離港退出航道時(shí)刻很少有文字記錄，因此“服務(wù)時(shí)間”按照能夠得到的統(tǒng)計(jì)資料相應(yīng)調(diào)整為從船舶靠上泊位時(shí)刻開始到船舶離開泊位時(shí)刻結(jié)束，實(shí)際應(yīng)用結(jié)果［2］說明排隊(duì)論方法依然有效。泊位利用率［2］指的是船舶在泊位上的停靠時(shí)長與日歷天的比值，船舶在泊?？繒r(shí)長包括了開工準(zhǔn)備、裝卸作業(yè)、結(jié)束、公估、聯(lián)檢用時(shí)以及氣象和設(shè)備故障等原因引起的停工時(shí)長，與港口營運(yùn)密切相關(guān)的進(jìn)出航道時(shí)間、靠離泊時(shí)間，排隊(duì)論則將它們歸入“船舶等待時(shí)間”，本文依然采用這個(gè)含義。

以文獻(xiàn)［1］泊位年通過能力計(jì)算公式為基礎(chǔ)，變形以適應(yīng)專業(yè)化散貨裝船泊位為顯識(shí)公式（1）后用于計(jì)算泊位通過能力。

4.2 一條裝船作業(yè)線負(fù)責(zé)二個(gè)泊位裝船工藝方案

船舶抵港后，若泊位有空位，則立即靠泊接受服務(wù)；若2個(gè)泊位都有船舶，則加入排隊(duì)隊(duì)列等候，裝卸運(yùn)營管理按照模式8進(jìn)行，且對(duì)船舶為先到先服務(wù)無優(yōu)先級(jí)區(qū)別排隊(duì)規(guī)則。作業(yè)模式8是將一個(gè)泊位一條裝船作業(yè)線的裝卸模式順序，即“A、B、C、D、E、F”，調(diào)整為“A、C、B、D、E、F”。且某個(gè)泊位上的船舶裝完后因?yàn)檫€有“裝船后離泊前”的工序流程“F”時(shí)段而并不能馬上離泊，進(jìn)而已經(jīng)抵港或在錨地等待的后一艘船舶也不能在此時(shí)段靠上此泊位，還得等待。在這個(gè)方案中，將與裝卸過程直接相關(guān)的時(shí)間“B、D、E”定義為“服務(wù)時(shí)間”，將“A、C、F”三個(gè)階段與“進(jìn)出航道時(shí)間、靠離泊時(shí)間”一樣，都?xì)w入“船舶等待時(shí)間”。相應(yīng)地這里的“泊位利用率”稱為“泊位裝船利用率ρ裝”，且考慮了自然條件不能作業(yè)影響、設(shè)備完好率和晝夜非生產(chǎn)時(shí)間之和（包括工間休息、吃飯及交接班時(shí)間）。同上述方法，采用公式（2）用于計(jì)算泊位通過能力。

對(duì)應(yīng) ρ裝的船舶在泊時(shí)長，除了包括船舶正常作業(yè)所花費(fèi)的時(shí)間外，還要考慮附加的做為“后到船舶 H”當(dāng)其完成排壓艙水作業(yè)度過“CH時(shí)段”后因裝船機(jī)還沒有完成對(duì)“先到船舶X”的裝船作業(yè)而等待的時(shí)長。下面估算這段時(shí)長，先按照文獻(xiàn)［3］求取“忙期（即能夠連續(xù)不間斷交替在兩個(gè)泊位上裝船作業(yè)的時(shí)長）”內(nèi)平均服務(wù)過的船舶數(shù)量 E［n］，得出有艘次不需要等待，其余的艘次都需要附加等待，附加等待的時(shí)長在0～E［S］之間，E［S］是平均服務(wù)一艘船舶時(shí)長，設(shè)此船舶附加等待的平均等待時(shí)長是E［S］/E［n］。

對(duì)應(yīng)ρ裝的船舶實(shí)際泊位利用率ρ2可用公式（3）計(jì)算。

公式（1）～（6）中：T為年日歷天（d）；ρ1為泊位利用率；ρ裝為泊位裝船利用率；G為船舶載貨量（t）；tz為純裝卸時(shí)間（h）；y為移艙口時(shí)間（h）；z為由于裝船機(jī)在兩個(gè)泊位間移動(dòng)對(duì)位及因貨種（貨主）不同而調(diào)整堆場(chǎng)流程所增加的時(shí)間；Kw為設(shè)備完好率；td為晝夜小時(shí)數(shù)（h）；Σt為晝夜非生產(chǎn)時(shí)間之和（包括工間休息、吃飯及交接班時(shí)間）（h）；tf1為開工準(zhǔn)備、裝卸作業(yè)、結(jié)束、公估、聯(lián)檢用時(shí)（h）；C為排壓艙水時(shí)段時(shí)間（h）；Ty為年工作天（d）；Pt1為一個(gè)泊位設(shè)計(jì)通過能力（萬t/a）；Pt2為泊位設(shè)計(jì)通過能力（萬t/a）；ρ2為對(duì)應(yīng)泊位裝船利用率ρ裝的泊位利用率；λ為船舶到港速率。

4 算 例

［2］、文獻(xiàn)［6］工程實(shí)例，ρ1在70 %～76 %間能夠較好滿足港口、航運(yùn)和貨主整體效益最大化。一條裝船作業(yè)線負(fù)責(zé)二個(gè)泊位的設(shè)備利用率η，顯然比一個(gè)泊位一條裝船作業(yè)線時(shí)的設(shè)備利用率高，合理的取值范圍首先要滿足維修及維護(hù)的要求，目前各個(gè)主要港口設(shè)備完好率能夠達(dá)到90 %，而且文獻(xiàn)［5］也統(tǒng)計(jì)了某港維修保養(yǎng)占時(shí)在10 %以內(nèi)；其次保證港航一體化使港口、航運(yùn)和貨主整體效益最大化，但因?yàn)槿鄙俳y(tǒng)計(jì)資料及成熟的定量分析方法，因此只能從定性角度分析，當(dāng)使泊位利用率 ρ2不大于 ρ1才有可能整體效益最大化；再有自然環(huán)境條件影響作業(yè)的時(shí)間；筆者認(rèn)為設(shè)備利用率η不宜大于60 %。設(shè)備利用率與本文的泊位裝船利用率關(guān)系如下式：

上述各公式參數(shù)取平均值，將它們帶入公式，見表3～表5。計(jì)算結(jié)果如圖1、圖2所示。

表3 參數(shù)取值

表4 參數(shù)取值

表5 參數(shù)取值

圖1 一個(gè)泊位通過能力及二個(gè)泊位增加的通過能力

圖2 二個(gè)泊位增加的倍數(shù)及對(duì)應(yīng)的泊位利用率ρ2

5 結(jié) 語

1）一條裝船作業(yè)線負(fù)責(zé)二個(gè)泊位的裝船工藝方案港口、航運(yùn)和貨主整體效益最大化時(shí)合計(jì)泊位年通過能力是一個(gè)泊位一條裝船作業(yè)線系統(tǒng)的1.25～1.9倍。

2）一條裝船作業(yè)線負(fù)責(zé)二個(gè)泊位的裝船工藝方案，在船舶排水能力與裝船機(jī)能力相差較大時(shí)，才能夠得到顯著效果。可采用船舶平均裝船量與裝船機(jī)額定能力的數(shù)值的比值 4～9做為判斷方案可行的經(jīng)驗(yàn)依據(jù)，比值過低，則泊位利用率ρ2太高，服務(wù)水平降低；比值過高，泊位通過能力 Pt2增加不明顯。

3）一條裝船作業(yè)線負(fù)責(zé)二個(gè)泊位的裝船工藝方案，宜以模式8為基礎(chǔ)確定運(yùn)營管理，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4）一條裝船作業(yè)線負(fù)責(zé)二個(gè)泊位的裝船工藝方案，一般的總泊位利用率下降，但單艘次船舶在泊位平均時(shí)間稍許延長。

5）裝船機(jī)在兩個(gè)泊位間交替移動(dòng)和對(duì)位會(huì)額外花費(fèi)時(shí)間，設(shè)備利用率有所增加，但純裝船時(shí)間并沒有變化。

6）一條裝船作業(yè)線負(fù)責(zé)二個(gè)泊位的裝船工藝方案還需要結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)一步研究，分析做為“后到船舶H”當(dāng)完成排壓艙水作業(yè)度過“CH時(shí)段”后因裝船機(jī)還沒有完成對(duì)“先到船舶X”的裝船作業(yè)而等待的“附加時(shí)長”的數(shù)學(xué)規(guī)律。

［1］中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).JTS 165-2013海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2014：64.

［2］杜韜.探討泊位利用率數(shù)值的確定方法［J］.港工技術(shù)，2015，3：21-25.

［3］Sheldon M Ross.龔光魯，譯.應(yīng)用隨機(jī)過程概率模型導(dǎo)論：第 10版［M］.北京：人民郵電出版社，2011：371-404.

［4］交通部第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院.海港工程設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：人民交通出版社，2001：695-704.

［5］艾彎，周強(qiáng).煤炭碼頭裝卸工藝系統(tǒng)維修性預(yù)測(cè)［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，2013，5：87-91.

［6］趙智幫.碼頭建設(shè)投資對(duì)最佳泊位利用率影響的研究［J］.港工技術(shù)，2011，1：10-15.

［7］陳紅梅，肖倩.基于排隊(duì)論的到港船舶班輪制運(yùn)營效果分析［J］.水運(yùn)管理，2009，11：20-22.

［8］Dalrymple Bay Coal Terminal Pty Ltd.Terminal Information Booklet［M］.2012.

Shipment Capacity Estimate of Two Berths Through One Ship-loading Line

Du Tao
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

The technical requirements for one shipment option have been analyzed，which must satisfy the shipment of two berths through one ship-loading line.Based on the theory of queues，a new method is proposed to estimate annual shipment capacity.The calculation results shows that the annual shipment capacity of two-berth-one-line option is 1.25～1.9 times higher than that of one-berth-one-line option.The basic conditions are summarized，which will support the new process.

shipment capacity； two berths； one ship-loading line； ship-loading process； theory of queues； method

U653.928+.1

A

1004-9592（2016）05-0022-04

10.16403/j.cnki.ggjs20160506

2015-12-07

杜韜（1960-），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事港口裝卸工藝設(shè)計(jì)和相關(guān)技術(shù)研究工作。