基于效率的船舶過(guò)壩計(jì)劃編制實(shí)施細(xì)則研究

楊曦，馮志濤，杜榮

（長(zhǎng)江三峽通航管理局，湖北 宜昌 443022）

0 引言

三峽河段東起中水門、西至廟河水域，全長(zhǎng)59km，是三峽—葛洲壩水利梯級(jí)樞紐所在的航段，也是長(zhǎng)江航道的咽喉部分。目前，長(zhǎng)江三峽通航管理局（以下簡(jiǎn)稱三峽局）對(duì)三峽—葛洲壩樞紐通航設(shè)施實(shí)行“統(tǒng)一調(diào)度、聯(lián)合運(yùn)行”的調(diào)度方式，對(duì)船舶過(guò)閘實(shí)行“一次申報(bào)、統(tǒng)一計(jì)劃、分壩實(shí)施”的調(diào)度程序。為規(guī)范三峽—葛洲壩水利樞紐的通航調(diào)度工作，保障船舶過(guò)壩安全、高效、有序，充分發(fā)揮三峽航運(yùn)效益，相關(guān)管理部門出臺(tái)《三峽—葛洲壩水利樞紐通航調(diào)度規(guī)程》[1]（以下簡(jiǎn)稱《調(diào)度規(guī)程》）、《長(zhǎng)江干線過(guò)壩船舶聯(lián)動(dòng)控制方案》[2]（以下簡(jiǎn)稱《聯(lián)動(dòng)控制方案》）等一系列管理辦法，三峽局則依據(jù)以上管理調(diào)度原則進(jìn)行船舶調(diào)度組織等相關(guān)工作。

《調(diào)度規(guī)程》第四章第十八條提出船舶過(guò)壩調(diào)度原則為“安全第一，兼顧效率；重點(diǎn)優(yōu)先，分類控制；先到先過(guò)，合理分流”。船舶過(guò)閘效率是船舶過(guò)閘調(diào)度原則中僅次于船舶過(guò)閘安全的一大重要因素。受長(zhǎng)江黃金水道發(fā)展影響，近年來(lái)，船舶過(guò)閘需求普遍增加，船舶待閘數(shù)量增多，待閘時(shí)間延長(zhǎng)，作為船舶調(diào)度組織的源頭工作，如何在作業(yè)計(jì)劃編制中在合理保障船舶過(guò)閘安全的前提下有效提高船舶過(guò)閘效率，是船舶調(diào)度工作研究的重點(diǎn)之一。

針對(duì)過(guò)閘作業(yè)計(jì)劃編制，專家學(xué)者進(jìn)行了很多研究，如：劉云峰等[3]利用層次分析法建立了船舶優(yōu)先級(jí)經(jīng)驗(yàn)公式；杜經(jīng)農(nóng)等[4]定義了葛洲壩船閘調(diào)度計(jì)劃的評(píng)價(jià)函數(shù)，提出“局部-全局規(guī)劃”的解決方案；孫波[5]以最大化閘室利用率為優(yōu)化目標(biāo)，提出了Packing問(wèn)題的擬人算法（基于貪婪算法的二維編排啟發(fā)式算法，降維快速編排算法，迭代優(yōu)化算法）。但基于《調(diào)度規(guī)程》等船舶調(diào)度原則及管理辦法的研究相對(duì)較少，針對(duì)計(jì)劃編制工作中的實(shí)際問(wèn)題的應(yīng)用性研究相對(duì)缺乏。為此，制定基于效率研究的船舶過(guò)閘計(jì)劃編制實(shí)施細(xì)則可在滿足《調(diào)度規(guī)程》等管理辦法要求、保障安全的前提下有效提升船舶過(guò)閘效率，指導(dǎo)計(jì)劃編制人員合理編制船舶作業(yè)計(jì)劃，提高船舶調(diào)度效率。

1 2019—2020年待閘船舶積壓態(tài)勢(shì)分析

分析2019—2020年待閘船舶積壓態(tài)勢(shì)可知，2020年上半年受疫情影響，兩壩間船舶待閘數(shù)量相對(duì)有所下降，2020年下半年調(diào)度水域船舶待閘數(shù)量比2019年同期有所增加。兩壩船舶積壓情況較為明顯，尤其是2020年汛期，船舶月平均待閘數(shù)量處于相對(duì)較高水平，兩壩船閘申報(bào)過(guò)閘船舶待閘壓力增大。因此，相比2019年，2020年兩壩船閘船舶待閘壓力增大，尤其是2020年下半年，船舶待閘數(shù)量及待閘時(shí)長(zhǎng)均有一定增長(zhǎng)。

綜合分析2020年下半年通航態(tài)勢(shì)，在新冠疫情影響結(jié)束后，受復(fù)工復(fù)產(chǎn)政策影響，企業(yè)對(duì)于工業(yè)原材料、鋼鐵等工業(yè)產(chǎn)品的相關(guān)需求增加，且受2021年南線船閘及葛洲壩2號(hào)船閘大修影響，部分企業(yè)提前儲(chǔ)備生產(chǎn)原材料等工業(yè)用品，因此，長(zhǎng)江內(nèi)河船舶運(yùn)輸呈現(xiàn)相對(duì)向好態(tài)勢(shì)，船舶日申報(bào)數(shù)量有一定增長(zhǎng)；此外，2020年汛期三峽—葛洲壩通航樞紐受5次洪峰影響，兩壩間水文條件相對(duì)惡劣，對(duì)船舶通航效率有一定影響；枯水期廟咀水位退減，三江引航道吃水受限，也對(duì)船舶過(guò)閘造成一定影響。

2020年三峽—葛洲壩水利樞紐調(diào)度水域內(nèi)申報(bào)過(guò)閘船舶數(shù)量有所增加，船舶平均待閘時(shí)長(zhǎng)有所延長(zhǎng)。如何在保證過(guò)壩安全及過(guò)閘公平的前提下提高船舶過(guò)閘效率，緩解兩壩船閘過(guò)閘船舶待閘壓力，有效發(fā)揮三峽—葛洲壩水利樞紐航運(yùn)效益，是船舶調(diào)度工作中的重點(diǎn)及難點(diǎn)。因此，在保障船舶過(guò)閘安全及過(guò)閘公平、公正的前提下，在計(jì)劃編制源頭有效提升船舶過(guò)閘效率，對(duì)于緩解船舶待閘壓力、提高黃金水道通航效益有一定積極作用。

2 基于效率的船舶過(guò)壩計(jì)劃編制實(shí)施細(xì)則研究

2.1 樞紐通航總體高效規(guī)則

據(jù)《調(diào)度規(guī)程》要求，當(dāng)前船舶過(guò)閘計(jì)劃分為兩個(gè)計(jì)劃作業(yè)周期：當(dāng)日14:00船舶過(guò)閘計(jì)劃中計(jì)劃周期為當(dāng)日18:00至次日12:00，而當(dāng)日20:00船舶過(guò)閘計(jì)劃中計(jì)劃周期則為次日12:00至次日18:00，以上即為從當(dāng)日18:00至次日18:00的24小時(shí)作業(yè)計(jì)劃。當(dāng)下行船舶通過(guò)重慶云陽(yáng)長(zhǎng)江大橋時(shí)，或上行船舶通過(guò)湖北石首長(zhǎng)江大橋時(shí)，具備過(guò)閘申報(bào)功能的船載終端會(huì)記錄船舶通過(guò)大橋時(shí)間并上傳至船舶調(diào)度管理平臺(tái)，計(jì)劃編制工作人員在編制計(jì)劃時(shí)依據(jù)船舶通過(guò)兩所大橋的時(shí)間按序編制船舶過(guò)壩計(jì)劃，以保障船舶過(guò)閘公平。

通常情況下，衡量船閘效率的數(shù)值是一定時(shí)間內(nèi)船閘通過(guò)貨物運(yùn)量總數(shù)。而申報(bào)過(guò)閘船舶的實(shí)載噸由船方自行確定。根據(jù)船方運(yùn)輸需求，船舶各航次裝載情況存在一定變化，因此，編制船舶過(guò)閘計(jì)劃時(shí)，為提高船閘總體效率，只能盡可能多排入船舶總艘數(shù)，以提高一定時(shí)間內(nèi)船閘通過(guò)貨物運(yùn)量總和。

而在船舶調(diào)度實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，一般情況下，閘室面積利用率和運(yùn)行閘次數(shù)在一定程度上呈負(fù)相關(guān)，當(dāng)閘室面積利用率相對(duì)飽和時(shí)，船閘在實(shí)際計(jì)劃執(zhí)行時(shí)運(yùn)行推遲的可能性增大，從而導(dǎo)致日運(yùn)行閘次數(shù)有所減少，影響船閘過(guò)閘總體效率。在確保安全的前提下，只有綜合提高閘室面積利用率和運(yùn)行閘次，才能確保樞紐通航總體高效。因此，在作業(yè)計(jì)劃編制中，能納入一個(gè)作業(yè)計(jì)劃周期計(jì)劃的船舶，在保障船舶過(guò)閘安全及過(guò)閘公平的前提下宜采用總體相對(duì)能通過(guò)艘數(shù)多的方式進(jìn)行安排。

綜上，在一個(gè)計(jì)劃周期內(nèi)，應(yīng)遵循樞紐通航整體高效規(guī)則，綜合提高閘室面積利用率與運(yùn)行閘次，合理提高船舶過(guò)閘效率。

2.2 基于閘室面積利用率考慮的規(guī)則

在實(shí)際船舶調(diào)度中發(fā)現(xiàn)，過(guò)閘船舶閘室面積利用率增加時(shí)，船舶在三峽船閘移泊時(shí)通常會(huì)因?yàn)橐撇磿r(shí)間延長(zhǎng)，進(jìn)而影響船閘運(yùn)行效率。因此，基于增加閘室面積利用率考慮實(shí)施細(xì)則時(shí)，應(yīng)盡量避免船舶不合理移泊，從而在保障閘室面積高效利用的前提下盡量減少對(duì)閘次運(yùn)行效率的影響?？偨Y(jié)得出以下基于閘室面積利用率考慮的實(shí)施細(xì)則：

（1）大長(zhǎng)寬比船型能成組過(guò)閘時(shí)，應(yīng)盡量成組整閘安排。根據(jù)《調(diào)度規(guī)程》第二十八條，川江及三峽庫(kù)區(qū)大長(zhǎng)寬比示范船是指總長(zhǎng)125~130m、總寬16.3m及以內(nèi)的符合《內(nèi)河過(guò)閘運(yùn)輸船舶標(biāo)準(zhǔn)船型主尺度系列 第1部分：長(zhǎng)江水系》（GB 38030.1—2019）的多用途船或普通貨船。貨物裝載率或裝載集裝箱的數(shù)量達(dá)到核定載箱數(shù)的50%及以上且連續(xù)通過(guò)兩壩的大長(zhǎng)寬比示范船達(dá)到4艘后可優(yōu)先安排成組通過(guò)三峽船閘。大長(zhǎng)寬比船舶成組過(guò)閘，一閘4艘，船舶載貨噸及閘室面積利用率達(dá)到了船閘集泊尺度的高效運(yùn)用，一閘次通過(guò)的貨運(yùn)量一般情況下可超過(guò)2萬(wàn)t，閘室利用率高達(dá)90%以上。此外，大長(zhǎng)寬比示范船舶在三峽船閘內(nèi)可以成組移泊，相比其他無(wú)法成組移泊船舶，大長(zhǎng)寬比示范船能夠縮短移泊時(shí)間、提高過(guò)閘效率。因此，在計(jì)劃編制時(shí)，對(duì)于大長(zhǎng)寬比示范性船舶應(yīng)當(dāng)盡量成組安排過(guò)閘，對(duì)于按序安排的大長(zhǎng)寬比示范性船舶，在排擋圖上也應(yīng)當(dāng)加以優(yōu)化，方便其并列同步移泊，以提高船舶過(guò)閘效率。

（2）葛洲壩3號(hào)閘符合運(yùn)行條件時(shí)盡可能安排船寬16m左右的葛閘—三峽上行船舶，小尺寸船舶盡可能多艘一起通過(guò)2號(hào)閘。葛洲壩3號(hào)船閘不同于葛洲壩1號(hào)閘、2號(hào)閘，其集泊尺寸長(zhǎng)118m、寬17.2m，一般情況下1閘次只能通過(guò)1艘船舶，而三峽船閘與葛洲壩1號(hào)閘、2號(hào)閘集泊尺寸相同。通常來(lái)說(shuō)，船寬達(dá)到16m以上的船舶，通過(guò)3號(hào)閘時(shí)閘室面積利用率能達(dá)到80%左右，4艘成組通過(guò)三峽北線閘室面積利用率能達(dá)到75%左右且相對(duì)方便成組移泊，5~6艘小尺寸船舶可集中通過(guò)2號(hào)閘再通過(guò)三峽船閘，這樣安排能達(dá)到一定時(shí)間內(nèi)北線船閘及葛洲壩船閘閘室面積利用最大化；如果安排小尺寸船舶通過(guò)3號(hào)閘，16m寬船舶4艘成組通過(guò)2號(hào)閘，小尺寸船舶受3號(hào)閘一個(gè)計(jì)劃周期內(nèi)可通過(guò)上行船舶閘次數(shù)限制影響，最終導(dǎo)致一個(gè)計(jì)劃周期內(nèi)上行至北線閘次組成情況相比集中安排16m左右船舶通過(guò)3號(hào)閘的相對(duì)較差。由此一個(gè)計(jì)劃周期內(nèi)3號(hào)閘通過(guò)的16m寬船舶艘次數(shù)越多，一定時(shí)間內(nèi)船舶能成組通過(guò)北線船閘的閘次數(shù)相對(duì)越多，對(duì)于提高北線上行船舶閘次利用率具有一定作用。

綜上，在編制船舶過(guò)壩計(jì)劃時(shí)，應(yīng)盡量安排船寬為16m左右的船舶通過(guò)3號(hào)閘，小尺寸船舶集中通過(guò)2號(hào)閘，從而在一定程度上提高三峽船閘閘次利用率，達(dá)到提高船舶過(guò)閘效率的目的。

2.3 基于閘次運(yùn)行效率考慮的規(guī)則

船閘整體運(yùn)行效率對(duì)于計(jì)劃周期內(nèi)船舶通航效率有較大影響。因此，在編制計(jì)劃時(shí)應(yīng)盡量采取合理措施保障船閘閘次運(yùn)行效率，減少因船閘倒閘、船舶移泊等因素影響船閘閘次運(yùn)行效率。基于閘次運(yùn)行效率考慮，總結(jié)實(shí)際船舶調(diào)度經(jīng)驗(yàn)后得出以下實(shí)施細(xì)則：

（1）葛洲壩1號(hào)船閘運(yùn)行方式應(yīng)以連續(xù)單向運(yùn)行為主，減少換向次數(shù)。葛洲壩1號(hào)船閘通航建筑物與2號(hào)閘、3號(hào)閘不同，在實(shí)際船舶調(diào)度中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)葛洲壩1號(hào)閘上行閘次換下行閘次時(shí)，需等上行船舶全部出閘完畢，在躉船等待的下行船才能開(kāi)始向1號(hào)閘依次移泊進(jìn)閘，上行換下行閘次通常比連續(xù)單向運(yùn)行閘次多10min；當(dāng)1號(hào)閘下行閘次換上行閘次時(shí)，上行船通常在中水門水域等待，直至下行最后一艘船舶完全通過(guò)大江下引航道后，上行船再依次進(jìn)入大江下引航道。下行換上行閘次的時(shí)間通常比連續(xù)單向運(yùn)行閘次長(zhǎng)1h。因此，在編制計(jì)劃時(shí)，除特殊需要外，1號(hào)閘運(yùn)行方式應(yīng)盡量以連續(xù)單向運(yùn)行為主，減少換向?qū)﹂l次運(yùn)行效率的影響。

（2）考慮多級(jí)船閘運(yùn)行規(guī)律，三峽船閘進(jìn)閘和移泊方式相同的船舶組合盡量多閘連續(xù)安排。三峽船閘是多級(jí)船閘，運(yùn)行時(shí)多閘船舶同時(shí)移泊，如果同時(shí)移泊的幾閘船舶進(jìn)閘和移泊方式相同，那每閘船舶所需移泊時(shí)間也大致相同，不會(huì)因?yàn)槟骋婚l船舶移泊速度較慢而耽誤整體的運(yùn)行速度。例如三峽船閘南線計(jì)劃安排連續(xù)閘次船舶艘數(shù)為4艘、6艘、4艘，當(dāng)這3閘船舶在南線處于同步移泊時(shí)期時(shí)，4艘船舶的閘次可能只需20min完成一次移泊，6艘船舶的閘次則需要30min才能完成一次移泊。每次同步移泊過(guò)程中，南線船閘都會(huì)因?yàn)?艘船舶閘次移泊慢而降低整體的運(yùn)行效率。這種情況下，最優(yōu)的方式是先連續(xù)安排幾閘4艘船舶的閘次，再連續(xù)安排幾閘6艘船舶的閘次，這樣移泊效率和船閘整體運(yùn)行效率都會(huì)大幅提高。因此，考慮多級(jí)船閘運(yùn)行規(guī)律，三峽船閘進(jìn)閘和移泊方式相同的船舶組合盡量多閘連續(xù)安排。

（3）同一閘次盡量并排安排干舷差距不大的船舶，以提高同步移泊的效率。干舷差距較大的兩艘船舶在閘室內(nèi)能并排?？?，但是需要一艘一艘地進(jìn)行移泊；干舷相似的船舶在閘室并排?？浚軆伤掖巴揭撇?，縮短將近一倍的移泊時(shí)間。因此，在同一閘次計(jì)劃安排時(shí)應(yīng)盡量安排干舷差距不大的船舶并排，避免單艘船舶移泊，以有效提高同步移泊效率。

（4）移泊難度大的閘次，盡量安排在白天運(yùn)行。白天視野良好，船員能根據(jù)閘室內(nèi)的具體情況更精準(zhǔn)地操縱船舶，移泊難度大的閘次，白天移泊比晚上移泊能減小出現(xiàn)故障的概率，也能一定程度提高移泊速度。因此，對(duì)于長(zhǎng)寬比相對(duì)較大的船舶、拖船等移泊難度較大的船舶，應(yīng)盡量安排白天通過(guò)三峽，且在船舶排擋時(shí)應(yīng)盡量將該類船舶排擋至方便其移泊的位置，避免因移泊導(dǎo)致閘次運(yùn)行效率降低。

（5）升船機(jī)、葛洲壩3號(hào)閘盡量迎向運(yùn)行。三峽升船機(jī)與葛洲壩3號(hào)閘相似，一般情況下一閘次通過(guò)一艘船舶。在實(shí)際調(diào)度中，升船機(jī)每閘次運(yùn)行間隔時(shí)間為迎向運(yùn)行1h、同向運(yùn)行1.5h，3號(hào)閘閘次間隔時(shí)間為迎向運(yùn)行30min、同向運(yùn)行40min，一定時(shí)間內(nèi)，升船機(jī)與3號(hào)閘采取迎向運(yùn)行方式比同向運(yùn)行方式通過(guò)的閘次數(shù)相對(duì)較多，對(duì)于提高船閘效率有一定幫助。

3 結(jié)語(yǔ)

本文基于效率考慮研究了船舶過(guò)壩計(jì)劃編制實(shí)施細(xì)則，針對(duì)《調(diào)度規(guī)程》《聯(lián)動(dòng)控制方案》等規(guī)范文件，在保障船舶過(guò)閘安全的前提下在一定程度上能夠從計(jì)劃編制源頭工作中提高三峽船閘及葛洲壩船閘過(guò)閘效率，對(duì)于提高船舶調(diào)度運(yùn)行效率，緩解兩壩過(guò)閘船舶待閘壓力，縮短船舶過(guò)閘平均等待時(shí)長(zhǎng)，提高長(zhǎng)江黃金水道通航效益具有一定幫助。此外，基于效率考慮的船舶過(guò)壩計(jì)劃編制實(shí)施細(xì)則將一些船舶調(diào)度經(jīng)驗(yàn)有效轉(zhuǎn)化為理論依據(jù)，將規(guī)范性文件轉(zhuǎn)化為可實(shí)際應(yīng)用的工作細(xì)則，可有效指導(dǎo)計(jì)劃編制工作，縮短計(jì)劃編制工作人員培養(yǎng)周期，對(duì)解決實(shí)際工作問(wèn)題有一定幫助。