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隨著外貿(mào)運(yùn)輸需求量的高速增長，在未來的長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展中，航運(yùn)業(yè)必將處于舉足輕重的地位，以黃金水道為紐帶的長江經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展也定將成為我國未來航運(yùn)需求的主要增長點(diǎn)。長江干線中的南京、張家港、南通、鎮(zhèn)江、武漢、重慶、蕪湖、江陰和安慶9個(gè)港口，現(xiàn)共擁有15個(gè)集裝箱專用泊位，長江干線已形成了從事國際集裝箱裝卸作業(yè)的港口群體。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，集裝箱吞吐量主要集中在南京、張家港和南通港。長江適箱貨物分布的特點(diǎn)是武漢以下適箱貨物運(yùn)量約占長江全線適箱貨物總運(yùn)量的90％以上，并且下游省市外貿(mào)出口貨物中，工業(yè)制成品所占比重較中上游省市大。如此巨大的資源，為洋山國際集裝箱中轉(zhuǎn)樞紐港提供了資源保障。 目前，長江水系經(jīng)營內(nèi)支線集裝箱運(yùn)輸?shù)拇居袔资?，開辟內(nèi)支航線一百多條，掛靠30多個(gè)港口，擁有集裝箱船一百余艘。其中，自航船占90％以上。這些船舶的技術(shù)狀況只能滿足長江A級(jí)航區(qū)內(nèi)河船舶規(guī)范的要求。由于出長江口到洋山港，要通過約70海里的一段海上航行，該海域?qū)俸Ｉ螴I類航區(qū)，其中航行的船舶必須滿足II類航區(qū)海船規(guī)范的要求，只滿足內(nèi)河船舶規(guī)范要求的現(xiàn)役長江集裝箱船，在結(jié)構(gòu)、性能和技術(shù)上是無法勝任這一段海上航行的。當(dāng)然，可以用海船從事長江港口與洋山港之間的集裝箱運(yùn)輸，但這勢必導(dǎo)致不佳的經(jīng)濟(jì)性。 長江中下游是洋山港的主要腹地，大量的國際集裝箱將經(jīng)由長江水路和公路進(jìn)行集疏。隨著集裝箱運(yùn)量的快速增長，公路運(yùn)輸必然對(duì)東海大橋造成越來越大的壓力。充分發(fā)揮水運(yùn)“量大價(jià)廉”的優(yōu)勢，減少東海大橋運(yùn)輸壓力，長江中下游與洋山港之間進(jìn)行江海聯(lián)運(yùn)勢在必行。長江中下游與洋山港江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船既通長江又通海上II類航區(qū)，營運(yùn)環(huán)境復(fù)雜多變，對(duì)船舶的各種結(jié)構(gòu)、性能和技術(shù)提出了更高要求。因此要充分研究長江中下游沿線主要港口與洋山港江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船型的技術(shù)特征，并提出相應(yīng)航線上的優(yōu)秀船型方案。這對(duì)洋山港的營運(yùn)具有極大的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)意義。
§1 江海聯(lián)運(yùn)環(huán)境 1、航道環(huán)境 長江中下游沿線各主要集裝箱港口至上海(吳凇口)的距離如表15－1所列。 表15－1
吳凇口至洋山港海上距離為130公里(70海里)左右。 2、港口狀況 長江流域經(jīng)濟(jì)的繁榮促進(jìn)了集裝箱運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展。目前長江中下游干線已開辟集裝箱運(yùn)輸業(yè)務(wù)的主要港口有南京港、張家港港、南通港、鎮(zhèn)江港、武漢港、太倉港、常熟港、蕪湖港、江陰港、泰州港等。這些港口國際集裝箱泊位現(xiàn)狀如表15－2所列。 表15－2 長江中下游沿線港口國際集裝箱泊位現(xiàn)狀
§2長江中下游干線港口與洋山港之間江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船的技術(shù)特點(diǎn) 1、船型 目前我國已經(jīng)建造的中小型集裝箱船有100TEU，200TEU，300TEU，412TEU，500TEU等系列，它們適合于長江、沿海、近洋航行，在設(shè)計(jì)和建造方面都積累了許多經(jīng)驗(yàn)，為進(jìn)一步研究開發(fā)提供了寶貴的資料。但是，這里所研究的江中運(yùn)距長，海上運(yùn)距短的江船出海型集裝箱船還少見，往往都是用海船來運(yùn)輸。 因此，有必要結(jié)合長江和東海的環(huán)境來研究合適的江船出海型船舶，并提出技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)良的船型 為了增加船舶的載重能力，提高船舶的營運(yùn)經(jīng)濟(jì)性，并考慮到長江航道水深的限制，江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船傅汝德數(shù)較低，方形系數(shù)較大，屬淺吃水偏肥大型船。 2、線型 考慮到江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船在枯水期時(shí)要在掛靠港裝卸載荷，吃水變化較大，首部一般不設(shè)球鼻。后體線型設(shè)計(jì)成雙尾鰭線型，這樣，既減小了阻力，又給螺旋槳供應(yīng)充足的水流，從而提高了螺旋槳的推進(jìn)效率。 3、主尺度和船型系數(shù) 江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船，吃水較淺，為了滿足排水量的要求，一般采用縮短船長，增大船寬的辦法，這也有利于減輕船體鋼料重量，降低造價(jià)，提高船舶經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)然，船寬的確定，還要考慮到集裝箱船橫向排箱的特點(diǎn)，船寬呈階梯形變化。另一方面，考慮船舶的橫搖周期及海上航行時(shí)船的耐波性，增加船寬也有限度。由于吃水減少引起的排水量減少完全靠船寬增加尚不足以彌補(bǔ)，因此方形系數(shù)又比較大，為了改善船舶在海上航行時(shí)的大傾角穩(wěn)性，船舶的型深也較普通江船大。 4、吃水 由于受到長江枯水航道深度的影響，為了全年通航，只好從內(nèi)河航道水深限制來考慮船舶的設(shè)計(jì)吃水。但為了提高載重量系數(shù)，改善江海聯(lián)運(yùn)船吃水淺引起的不利的經(jīng)濟(jì)性，充分利用長江洪水期的潛在效益，可設(shè)計(jì)成變吃水來提高裝載量。船舶設(shè)有最大吃水或結(jié)構(gòu)吃水狀態(tài)，枯水期適當(dāng)減載，洪水期滿載甚至超載(在船舶強(qiáng)度允許的情況下)。出海時(shí)，在下游港加載，進(jìn)江時(shí)，在下游港減載，通過這些方法來獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。 吃水到底取多少，這要作更深入的分析研究。 據(jù)長江航道局提供的資料，長江中下游從武漢到上海，以安慶黃顙口的水深為最淺。南京至長江口沿線，以白峁沙的水深為最淺。兩處水深隨月份變化如圖15－1所示。船舶減載期及減載負(fù)載率根據(jù)此圖估算確定。
從年箱運(yùn)量最大，經(jīng)濟(jì)性最有利出發(fā)，航行于長江中游(武漢至北侖)的江海聯(lián)運(yùn)船的結(jié)構(gòu)吃水為5.1米，設(shè)計(jì)吃水取3.6米。對(duì)于載箱量小于200TEU的船舶，考慮到尺度和尺度比的合理性，結(jié)構(gòu)吃水取4－5.10米之間。 5、穩(wěn)性 這里研究的江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船的航線是長江中下游干線港口到上海洋山港區(qū)，在長江中屬A級(jí)航區(qū)，海上屬II類航區(qū)。在海上要滿足海船規(guī)范的要求，它比內(nèi)河船規(guī)范要求高。海船的穩(wěn)性問題側(cè)重于大傾角穩(wěn)性，在橫風(fēng)，橫浪同步橫搖中，應(yīng)保證完整穩(wěn)性。內(nèi)河船當(dāng)然也要滿足這種穩(wěn)性的要求，但側(cè)重于初穩(wěn)性，急流穩(wěn)性的要求。 另外，江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船的壓載量較大，一般可達(dá)載重量的15－30%，船舷設(shè)有頂邊水艙，船首設(shè)有壓載深艙，供調(diào)整縱傾及調(diào)節(jié)船舶重心之用。 綜上分析，江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船的初穩(wěn)性高 米為宜。 6、適航性 江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船的適航性要滿足海上航行的要求。為了提高適航性，除可設(shè)置減搖裝置外，從船舶布置角度也可采取相應(yīng)措施，如增加雙層底高度，降低初穩(wěn)性高度。對(duì)長江口至北侖港所處東海海域的海況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其波浪的周期和發(fā)生的頻率如表15－3所列。 表15－3 東海海域波浪周期和發(fā)生頻率
可見波浪周期小于8秒的波浪發(fā)生概率最大，接近和超過70％，因此，要求船的橫搖周期以不小于8秒為宜。最大橫搖角為30度。 7、操縱性 江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船的操縱性和小舵角的應(yīng)舵性，要滿足江內(nèi)航行的要求。為了滿足江內(nèi)航行時(shí)的操縱性，江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船一般采用雙機(jī)，雙槳，雙舵，再配以雙尾鰭型線。 8、快速性 江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船具有較大的船寬，在航行時(shí)易引起斜流和流線分離，增加船的剩余阻力，也降低推進(jìn)效率。且方形系數(shù)較大，難與較大的傅汝德數(shù)相配合，以取得較小的阻力。在長江中航行，航速過高會(huì)給周圍小船帶來不良后果，且給江岸的堤壩造成不利影響。所以江海聯(lián)運(yùn)船的航速比同類海船低，其傅汝德數(shù)在0.175－0.225之間，航速一般為8.5－13.8節(jié)。國內(nèi)500－1000噸級(jí)的江海聯(lián)運(yùn)船航速為8.5－10節(jié)；1000-5000噸級(jí)的江海聯(lián)運(yùn)船航速為9.5－12.0節(jié)；5000噸級(jí)以上的為12.0－13.8節(jié)。國外俄羅斯、德國的江海聯(lián)運(yùn)船的航速范圍為8.5－12.0節(jié)。 但考慮到長江水流速度4公里/小時(shí)的影響，以及海上航行時(shí)有8-10%的失速率，航速不能太低。集裝箱船是班期船舶，對(duì)船舶到港、離港時(shí)間要求較嚴(yán)，航速更不能太低。另一方面，江海聯(lián)運(yùn)船由于主尺度的變異，耐波性較差，在海上常有劇烈的搖擺，如果航速過高，將使其在海上的運(yùn)動(dòng)過于劇烈。 綜合上述各方面因素，江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船的航速范圍宜為12－14節(jié)。 9、推進(jìn)性能 由于江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船屬于淺吃水偏肥大船型，螺旋槳直徑受吃水限制，不宜采用單槳而用雙槳。雙槳有利于吸收主機(jī)功率，使螺旋槳直徑相對(duì)較大，或可避免過高的轉(zhuǎn)速，有利于推進(jìn)效率。艉部由于采用雙尾鰭線型，船身效率較高，推進(jìn)效率也較高。 另一方面，可考慮采用導(dǎo)管螺旋槳。 10、總布置 江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船的上層建筑均設(shè)在船的尾部，有利于貨艙方整，增加貨艙利用率，提高船舶的裝載率。在滿足船員居住條件，舾裝布置和操作地位的前提下，應(yīng)盡可能減少上層建筑的側(cè)投影面積并降低其重心，以減少受風(fēng)面積有利于穩(wěn)性。 上層建筑高度應(yīng)適應(yīng)過長江中大橋要求，結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮避免尾部振動(dòng)。 長江水含泥沙率為千分之三，壓載水帶來大量泥沙沉淀，頂邊水艙裝壓載水有利于耐波性及排泥沙。 首部設(shè)有首樓，尾部設(shè)有尾樓。這樣既有利于避免首部甲板上浪及尾部舵機(jī)艙室的布置，又可提高船舶的形狀穩(wěn)性臂，有利于大傾角穩(wěn)性。 11、船體結(jié)構(gòu) 由于船寬吃水比，船長型深比都較大，船舶橫剖面較扁平，甲板和船底板材距中和軸距離都相對(duì)較小，而且由于裝載集裝箱的需要，貨艙的開口一般都較大。為了提高船舶的縱總強(qiáng)度，增加橫剖面模數(shù)，船體結(jié)構(gòu)采用雙層底和雙層舷，骨架為混合結(jié)構(gòu)式。
§3長江中下游主要港口至洋山港江海聯(lián)運(yùn)優(yōu)秀集裝箱船型方案研究 集裝箱船的載箱量反映了船舶的裝載能力，同時(shí)也反映了船舶的主尺度。因此，載箱數(shù)是集裝箱船最重要的特征參數(shù)之一。船舶的航速對(duì)它的運(yùn)輸能力，經(jīng)濟(jì)效益有密切關(guān)系，是船舶的又一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)。因此，把集裝箱船舶的載箱數(shù)和航速確定為表征船型方案的最主要參數(shù)。所謂優(yōu)秀船型是指它的載箱量和航速能使其在營運(yùn)中既滿足營運(yùn)要求又達(dá)到最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)效益。 我們研究的是長江中下游主要港口與洋山港之間，國際集裝箱江海聯(lián)運(yùn)的運(yùn)輸船型，其服務(wù)的航線一端是洋山港，另一端則可能是武漢港、九江港、蕪湖港、南京港、鎮(zhèn)江港、張家港港和南通港等。長江干線港口的選擇主要考慮貨源的集散，航道的條件等因素。武漢港地處京廣鐵路的中點(diǎn)又兼有長江、漢水航運(yùn)之利，素有“九省通衢”之稱，特別是長江直通出海，使武漢市“內(nèi)聯(lián)九省，外通海洋”，是我國東西南北運(yùn)輸?shù)闹匾獦屑~。武漢是華中大城市，工業(yè)發(fā)達(dá)，貨源充足。再加上長江輪船總公司和長江集裝箱運(yùn)輸公司均設(shè)在武漢，易對(duì)船舶貨源的集疏運(yùn)環(huán)節(jié)直接管理。因此，確定武漢港作為江海聯(lián)運(yùn)航線的另一終端港是合理的?？紤]到水深的充分利用和港口集裝箱的組織，此航線可以兼顧九江、蕪湖。也就是說，在武漢－九江－蕪湖一線，考慮開發(fā)一種集裝箱船型，可常年在洋山港與長江中游干線港口之間進(jìn)行聯(lián)運(yùn)。 南京以下，長江下游由于水深較大，航道條件優(yōu)越，各港箱源充沛，可作為 另一條典型航線。此航線以南京港為終端，兼靠鎮(zhèn)江港、張家港港、南通港，在此線上，考慮開發(fā)另一種到洋山港的江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船型。 5、船型優(yōu)選 所謂船型優(yōu)選，即要找出在保證技術(shù)性能的前提下，能使船舶經(jīng)濟(jì)性最佳的船舶載箱數(shù)和航速，以及相應(yīng)的主尺度。其計(jì)算流程如圖15－2所示。 必須指出，實(shí)際營運(yùn)中，來回航程的裝載率，空箱率都是變化的、不確定的、隨機(jī)的，因此必須采用隨機(jī)模擬的方法，才能真正反映客觀實(shí)際。
圖15－2 長江中下游港口與洋山港之間的遠(yuǎn)洋國際集裝箱江海聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)是洋山港集裝箱集疏運(yùn)系統(tǒng)中一個(gè)主要的子系統(tǒng)。為了獲得好的經(jīng)濟(jì)效益，運(yùn)輸船型必須考慮到長江水位變化的特點(diǎn)，采用變吃水，并對(duì)江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船的船型、尺度進(jìn)行優(yōu)化。通過對(duì)各技術(shù)、營運(yùn)、經(jīng)濟(jì)參數(shù)的分析研究，建立它們相互關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，形成主尺度生成模塊，船舶營運(yùn)模塊，船舶經(jīng)濟(jì)性模塊。用合適的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，通過營運(yùn)狀態(tài)的隨機(jī)模擬和船型方案的選優(yōu)，并經(jīng)過敏感性分析，得到兩條典型航線上的優(yōu)秀船型方案，它們是： （1）南京港－洋山港航線，江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船的載箱量為260TEU，航速為12節(jié)，垂線間長×船寬×型深×吃水為 82×17.5×8.0×5.6 (米)。 （2）武漢港－洋山港航線，江海聯(lián)運(yùn)集裝箱船的載箱量為160TEU，航速為12節(jié)，垂線間長×船寬×型深×吃水為 72.3×15.0×7.8×4.6 (米)。
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