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

劉長(zhǎng)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(guó)務(wù)院發(fā)布的《全國(guó)內(nèi)河航道和港口布局規(guī)劃》將全國(guó)內(nèi)河航道形成長(zhǎng)江干線(xiàn)、西江航運(yùn)干線(xiàn)、京杭運(yùn)河、長(zhǎng)江三角洲高等級(jí)航道網(wǎng)、珠江三角洲高等級(jí)航道網(wǎng)、十八條主要干支流高等級(jí)航道等[1]。

為了響應(yīng)國(guó)家航道建設(shè)規(guī)劃，河南省先后開(kāi)展了沙潁河周口至省界航道升級(jí)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(jí)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(guò)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(jì)，同時(shí)為了適應(yīng)升級(jí)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(yíng)運(yùn)經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)河南籍船舶回船籍港營(yíng)運(yùn)，研發(fā)設(shè)計(jì)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(duì)這種情況，課題組對(duì)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(duì)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)船型的主尺度、船舶線(xiàn)型、空間布局、LNG改建可行性等進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)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(jì)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(chǎng)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(jiàn)圖1)已經(jīng)或即將按天然和渠化河流的Ⅳ級(jí)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(lái)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(zhǎng)度260 m×口門(mén)寬23 m×門(mén)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(zhǎng)度120 m×口門(mén)寬12 m×門(mén)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(zhǎng)度120 m×口門(mén)寬18 m×門(mén)檻水深3.2 m，橋梁改建后通航凈高可達(dá)到7 m。

1.2 營(yíng)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(guò)閘船舶數(shù)據(jù)近700份，綜合分析過(guò)閘船舶情況。目前沙潁河上行駛的多為單船，偶爾可見(jiàn)拖船船隊(duì)。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(jí)船舶；由于船閘寬度限制，超過(guò)1 000總噸船舶基本沒(méi)有，500噸級(jí)以下船舶由于運(yùn)營(yíng)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(jí)船舶總長(zhǎng)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(jí)船舶總長(zhǎng)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(yíng)的噸位較大的典型船舶尺度參數(shù)見(jiàn)表1[3]。

表1 典型干貨船主要尺度

1.3 貨物種類(lèi)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(zhǎng)江干線(xiàn)、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(guó)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(gè)沙潁河升級(jí)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(zhǎng)期。分析預(yù)測(cè)：2020年后水運(yùn)量進(jìn)入平穩(wěn)增長(zhǎng)期；2020年沙潁河周口至省界航道升級(jí)改造工程航道水運(yùn)量約802.4萬(wàn)t，占整個(gè)沙潁河航道總量40%；鄭埠口船閘的貨運(yùn)量2020年為525萬(wàn)t，其中上水運(yùn)量137萬(wàn)t、下水運(yùn)量388萬(wàn)t。

2 船型設(shè)計(jì)關(guān)鍵指標(biāo)的確定

對(duì)于同類(lèi)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(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度要求的前提下，盡可能地設(shè)計(jì)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(jì)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(guò)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(kāi)發(fā)的貨船標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度在滿(mǎn)足《京杭運(yùn)河、沙潁河-淮河干線(xiàn)過(guò)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(jì)；集裝箱船型在滿(mǎn)足《京杭運(yùn)河、沙潁河-淮河干線(xiàn)過(guò)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(jì)。

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(duì)船舶造價(jià)影響很小，同時(shí)可以顯著改善駕駛視線(xiàn)，提高航行安全性。駕駛室升降技術(shù)作為一個(gè)成熟可靠的技術(shù)，在實(shí)船設(shè)計(jì)建造中多有采用，船隊(duì)正常營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，可在1～2 min內(nèi)完成升、降的全過(guò)程，航行過(guò)程中不影響船隊(duì)通過(guò)限制高度的橋梁，且維護(hù)費(fèi)用極低，但升降駕駛室會(huì)增加3%左右的船舶造價(jià)。

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(duì)船舶的操縱性能要求高，雙機(jī)雙槳雙舵型船相對(duì)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(hào)很多，外形尺寸差別很大，長(zhǎng)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(chǎng)份額的70%，故集裝箱船的研制應(yīng)把6.069 m長(zhǎng)、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(lái)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(jì)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(dòng)貨船和集裝箱的4種標(biāo)準(zhǔn)船型，其要素見(jiàn)表2。制定標(biāo)準(zhǔn)船型目的就是將較大噸位的機(jī)動(dòng)貨船、較多箱位的集裝箱船，用于沙潁河和淮河干線(xiàn)航道上的省內(nèi)和省際的運(yùn)輸；將較小噸位的機(jī)動(dòng)貨船、較少箱位的集裝箱船，用于等級(jí)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(yǔ)

近年來(lái)，為了提高船舶過(guò)閘效率，交通運(yùn)輸部門(mén)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(gè)地區(qū)營(yíng)運(yùn)又受到當(dāng)?shù)睾降浪?、航道寬度、橋梁凈空高度等因素的影響。本文結(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(xiàn)型，采用前置駕駛室、可放倒桅桿，配備測(cè)深系統(tǒng)、防碰撞預(yù)警系統(tǒng)等，并在設(shè)計(jì)中考慮改裝成LNG動(dòng)力船舶的可行性，研發(fā)設(shè)計(jì)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(guò)實(shí)船驗(yàn)證，在保證船舶載貨量的前提下，新設(shè)計(jì)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。