港工设计中运河船舶舱口参数的取值研究

刘 胜

(中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京 102600)

港工设计中运河船舶舱口参数的取值研究

刘 胜

(中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京 102600)

通过对京杭运河(济宁至淮安段)沿线船舶卫星照片的采集量测,对船长(L)、船宽(B)、舱口长(Lc)及舱口宽(Bc)参数数据进行统计分析,得出Lc/L和Bc/B累计频率曲线,可供不同保证率下Lc和Bc计算取值参考,解决了现有规范无Lc和Bc2参数的问题。

港工设计;船舶舱口;参数

港口装卸工艺设计中,要求装卸设备的吊幅能够达到船舶仓口的整个范围[1—2]。然而,在现有港工规范和相关设计参考资料中,因可供参考的船舶仓口尺寸数据少,使得港口设计出现一定的困难。以往设计者仅依据个别已知的船舶舱口数据或根据经验对其进行估算,使得所选参数较大而造成资源浪费,或所选参数较小而不能达到预期的装卸要求。因此,开展港工设计中船舶仓口的取值研究,能够为装卸设备吊幅设计提供科学的依据,对正确指引港工装卸设备设计具有意义。

1 数据采集

1.1 采集方法

利用照片相似原理,通过对照片上船舶的尺寸关系和对船舶相关尺寸参数进行研究,节省了人力、物力[3—4]。利用Google地图的量测工具,实现了对土地面积的快速量测[5];利用卫星遥感照片,进行了测线、清线工作[6];将Google地图较好地运用到铁路选线设计中[7]。同理,本研究拟采用对高清卫星地图上的船舶照片进行量测的方法,以达到间接获取港工设计中运河船舶舱口尺寸的目的。

高清卫星地图是卫星远距离对地球表面进行的航拍,其照片平面比例可视为完美;高清卫星地图还提供了平面量测的工具,虽然在数据采集的过程中存在着一定的误差,但量测的误差均小于1.0 m,且本研究采集了大量数据,因而该误差不会影响本研究的结果。

1.2 研究对象选择

京杭运河途径北京、通州、天津、沧州、衡水、德州、聊城、泰安、济宁、枣庄、宿迁、淮安、扬州、常州、无锡、苏州、湖州、嘉兴及杭州共19个城市。由于黄河以北的运河无货运船舶通行,通航区域在济宁至杭州段,长江以南的运河航道等级较小、船舶也较小。因此选取济宁至淮安段运河上的船舶作为研究对象。

对济宁龙拱港、济宁郭庄港、台儿庄港、那州港、宿迁闸、泅阳县闸、淮安淮阴船闸和淮安船闸等船舶停靠区域以及运河上和船闸前(后)共614艘船舶进行了量测(见表1),量测参数为船长、船宽及船舶舱口的长度和宽度。船舶采样位置的分布如图1所示。

表1 运河船舶数据收集分布Table 1 Data distribution of canal ships

图1 船舶采样位置的分布Fig.1 The position distribution of the ship sampling

采集的图片均为比较大的船舶,42 m以下船舶采集数量较少。数据采集图例如图2所示。

图2 数据采集图例Fig.2 Data acquisition legend

2 数据统计与分析

对614艘船舶的舱口数据进行了整理,所采集的船长(L)为35.3～77.4 m、船宽(B)为6.9～17 m。舱口长度(Lc)与船长(L)成线性的正相关关系(如图3所示),舱口宽度(Bc)与船宽(B)的关系也成线性的正相关关系(如图4所示)。

图4 运河船舱口宽与船宽的关系Fig.4 The relationship between Bcand B

图3 运河船舱口长与船长的关系Fig.3 TherelationshipbetweenLcandL

在实际工作中,虽然船舶舱口尺寸的参考数据少,但设计船型的船长和船宽是容易得到的。因此,本研究以舱口长度(Lc)与船长(L)的比值(Lc/L)和舱口宽度(Bc)与船宽(B)的比值(Bc/B)为分析对象,在设计中,根据L获取Lc;根据B获取Bc。

2.1 舱口长度的分析

1)Lc/L分布规律的分析

所统计Lc/L的分布规律符合N(0.584, 0.0412)的正态分布,如图5所示。

图5 运河船Lc/L的样本分布Fig.5 Sample distribution of Lc/L

根据《海港总体设计规范(JTS165—2013)》[9],对设计船型参数引人了保证率的概念,科学地解决了船型差异较大给设计带来的困惑。本研究经过对614艘船舶的舱口数据进行统计,数据的累计频率可近视为规范中的保证率。Lc/L与保证率的关系如图6所示。二者比值为0.65时,保证率为0.99,已接近100%。因此,在没有特殊要求的情况下,建议设计中Lc的取值不要大于0.65L。

图6 Lc/L的分布累计频率曲线Fig.6 Cumulative frequency curve of Lc/L

2)不同吨级Lc/L取值的分析

根据《运河通航标准(JTS180—2—2011)》[10]中的运河船型(L≤42 m的船舶为300吨级,42 m＜L≤52 m之间的船舶为500吨级,L＞52 m的船舶为1 000吨级及以上),进行了分段分析, Lc/L与L关系的分布如图7所示,Lc/L在各区段的累计频率曲线如图8所示。

图8 各船长区段的Lc/L累计频率Fig.8 Lc/L cumulative frequency of different sections

由《运河通航标准(JTS180—2—2011)》[10]可知,船舶吨位越大,Lc/L就越大。以90%保证率为例,各区段的Lc/L见表2。

从表2中可以看出,Lc/L在不同船长区段存在着一定的差距。因此,建议根据不同吨级船舶,对Lc/L进行分段取值。

表2 保证率为90%时的Lc/LTable 2 Lc/L statistics when the Guarantee rate is 90%

2.2 舱口宽度的分析

本研究共采集舱口宽度数据516个,数据的累计频率可近视为规范中的保证率。所统计Bc/B的分布规律符合N(0.731,0.0382)的正态分布,如图9所示。

图9 运河船Bc/B的样本分布Fig.9 Sample distribution of Bc/B

图10 Bc/B的分布累计频率Fig.10 Cumulative frequency of Bc/B

因所采集船长42 m以下的舱口数据较少,对42 m以下船舶不进行单独分析,仅以船长52 m为界,分2区段进行统计分析。L与Bc/B关系的分布如图11所示。Bc/B在各区段的累计频率曲线如图12所示。

图12 各船长区段的Bc/B累计频率Fig.12 Bc/B cumulative frequency curve of different sections

从图11中可以看出,船舶吨位越大,Bc/B就越大。以90%保证率为例,各区段的Bc/B见表3。

表3 保证率为90%时的Bc/BTable 3 Bc/B statistics when the guarantee rate is 90%

3 结论

1)通过对卫星照片的测量来采集船舶平面尺寸数据的方法,对运河上船舶舱口尺寸进行了统计分析。舱口长度与船长成线性正相关关系,舱口宽度与船宽也成线性正相关关系。在船长L= 35.3～77.4 m范围内,Lc/L的分布规律符合N(0.584,0.0412)的正态分布;Bc/B的分布规律符合N(0.731,0.0382)的正态分布。

2)设计时,根据装卸效率和保证率的需要,可参照图8,12进行取值。以90%的保证率为例, 300吨级船舶舱口长度取0.58倍船长,500吨级船舶舱口长度取0.60倍船长,1 000吨级及以上取0.62倍船长;1 000吨级以下船舶舱口宽度可取0.77倍船宽,1 000吨级以上船舶舱口宽度可取0.78倍船宽。

3)建议按照本研究方法对沿海和其他内河等船舶舱口参数进行统计分析,并列人下次规范修编范围,以供设计人员参考。

[1] 中交第二航务工程勘察设计院有限公司.JTJ 212—2006,河港工程总体设计规范[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] 中交水运规划设计院,中交第一航务工程勘察设计院有限公司.JTJ 211—99,海港总平面设计规范[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] 刘胜.港口系泊船舶受风高度取值问题研究[J].水运工程,2013(6):46—48.(LIU Sheng.Port mooring ship wind height problem[J].Port&Waterway Engineering,2013(6):46—48.(in Chinese))

[4] 刘胜.港口系泊船舶压载吃水取值研究[J].交通科学与工程,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] 谢春平.基于Google Earth的面积快速测量法[J].湖北农业科学,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))

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[7] 侯越,马玉霞.谷歌软件在“7.21”洪水人淀水势分析中应用[J].水科学与工程技术,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))

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[9] 中华人民共和国交通运输部,中交水运规划设计院有限公司,中交第一航务工程勘察设计院有限公司. JTS 165—2013,海港总体设计规范[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] 中华人民共和国交通运输部,交通运输部天津水运工程科学研究所.JTS 180—2—2011,运河通航标准[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

刘 胜(1981—),男,中铁第五勘察设计院集团有限公司高级工程师。