.,第四章碼頭及碼頭平面設計,4.1港口規模確定4.2減少船舶在港時間4.3碼頭布置型式4.4港口陸域尺度4.5海港碼頭平面布置4.6河港碼頭布置特點4.7港口豎向尺度,.,4.1港口規模確定,港口規模一般包括：碼頭建筑物長度(各類泊位的數量)；水域面積(調頭水域、航道、港池、錨地等)；防波堤長度；倉庫、堆場、停車場等面積；辦公樓、機修間、機械庫等生產輔助建筑物規模；鐵路、道路的數量和等級；港區供水、供電、供油等生活輔助設施規模；.,碼頭是港口營運的中心，港口其它設施必須與碼頭相適應，也就是說，港口規模取決于碼頭規模即各類泊位數的多少。,4.1港口規模確定,.,影響泊位數S的主要因素,港口吞吐量Q，旅客、貨物；船型及其周轉量；裝卸效率的高低。,確定港口規模主要解決兩方面的問題：泊位的大小來港船型泊位的多少吞吐量、船舶數量、裝卸效率等,4.1港口規模確定,.,港口泊位數估算粗略估算港口的泊位數S：,Q碼頭年作業量P單個泊位設計通過能力；可按下式估計,泊位系數1.21.5；t船舶平均占泊時間（日/艘）；N考慮時段的天數；船舶平均裝卸量（噸/艘）。,4.1港口規模確定,.,現行規范泊位通過能力計算公式,4.1港口規模確定,.,泊位數優化S太多港口設施經常出現閑置，造成投資浪費S太少許多船舶、旅客排長隊等待，給船、客帶來損失,S優應滿足的條件(只考慮港、船因素),港口有S個泊位時平均在港口的船舶數,港口泊位數優化：考慮港、船、客貨各方面的因素，使得客貨在港口轉運的總費用最省。,以cb表示每泊位每天的營運費用（元/泊日）cs表示每船在港一天所需費用（元/艘日）在時段N天內船舶總費用為（港口有S個泊位）,4.1港口規模確定,.,泊位數S不同就導致Cs的變化，泊位數優化就是取S值使得Cs最小，即,將Cs的表達式代入整理得S優應滿足的條件為：,方法：調整S值使上式得到滿足試算關鍵：給定S后如何計算平均在港船舶數,有關泊位參數的概率表達,設：S港口泊位數Pn有n艘船在港的概率FnN天內有n艘船在港的天數，Fn=NPn,4.1港口規模確定,.,泊位利用率ss就是泊位利用的天數與泊位總天數的比值。設有n艘船在港則：nS時，泊位利用的天數即為船天數nFn,有空泊位,無船待泊nS時，泊位全部被占用，泊位利用天數為SFn，有船待泊,4.1港口規模確定,.,平均裝卸船數,平均等待船數,4.1港口規模確定,.,港口吞吐量Q設：平均一個泊位的日裝卸量為R(t/泊日)則：Q=R泊位被利用的天數,不難看出以上各量有如下關系：,注意到s1恒成立，得港口最少泊位數為:,4.1港口規模確定,.,船舶到達分布船舶到達港口是隨機的,在t時段內到達港口n艘船舶的概率：,船舶的平均到達率,但有規律按某種概率分布到達港口泊松流相繼到達的兩艘船舶的間隔時間T服從指數分布概率密度：,4.1港口規模確定,.,大量統計資料表明，多數港口的船舶到達服從泊松分布，如圖是我國某港口1996年2301艘到港船舶的統計資料，從圖中可看出該港的船舶到達基本上服從泊松分布，在港口系統規劃中，船舶的到達通常按泊松流考慮。,4.1港口規模確定,.,船舶占泊時間分布船舶占泊時間從靠泊到離開的總時間T，一般服從指數分布或者2階愛爾蘭分布。,k階愛爾蘭分布:,4.1港口規模確定,平均裝卸船率,.,k階愛爾蘭分布,4.1港口規模確定,P72圖4-3有誤,.,排隊理論的應用(只介紹M/M/S/排隊模型的結果),M/M/S/排隊條件：第一，船舶按泊松流到達港口；第二，船在港裝卸占泊時間服從指數分布；第三，船一到港，只要有空閑泊位就必須停靠，不得等待特定泊位，并按先到先靠的原則進行排隊，不得插隊；第四，當船舶足夠多時，不論排隊多長，船舶不得中途離港。,4.1港口規模確定,.,據排隊論可得到有n艘船舶在港的概率為,P0,s有S個泊位時，無船在港（n=0）的概率。,4.1港口規模確定,.,有了Pn,s就很容易求得有關參數,4.1港口規模確定,設n=i+s有:,.,4.1港口規模確定,船舶的平均等待時間是人們極為關注的港口參數，可根據平均等待的船舶數求得。,.,4.1港口規模確定,其它排隊模型M/E2/S/排隊模型船舶到港為泊松分布占泊時間為二階愛爾蘭分布,E2/E2/S/排隊模型船舶到港和占泊時間為二階愛爾蘭分布,注意：各排隊模型的差別很大，選取的模型必須符合港口實際。,.,4.1港口規模確定,.,例題,某港口件雜貨作業區2020年的預測吞吐量為Q=1500萬噸，設計裝卸能力R=8000噸/泊位-日，設泊位營運費cb=16000元/泊位-日，船舶艘天費cs=45000元/船舶-日，船舶平均載貨量=16000噸，貨物平均價格cG=3500元/噸，現金貼現率i=8%，取N=365天，試：1.寫出貨物換裝總費用表達式；2.導出最優泊位數應滿足的條件；3.計算合理泊位數(按M/M/S/模型)；4.按合理泊位數建設時船舶的平均等待時間。,0.650.280.21S=8,4.1港口規模確定,.,作業2(可以習題4.3代替),某港口件雜貨作業區2020年的預測吞吐量為Q=430萬噸，設計裝卸能力R=4500噸/泊位-日，設泊位營運費cb=45000元/泊位-日，船舶艘天費cs=82000元/船舶-日，船舶平均載貨量=12000噸，貨物平均價格cG=4000元/噸，現金貼現率i=8%，取N=365天，試：1.按M/M/S/模型計算合理泊位數；2.按合理泊位數建設時船舶的平均等待時間。,4.1港口規模確定,.,件雜貨、散貨庫場總面積,倉庫堆場面積,式中：A庫場總面積（m2）q單位有效面積的貨物堆存量（t/m2）Kk庫場總面積利用率（堆場7080%，倉庫5075%，取決于倉庫結構）E庫場所需容量（t）,計算方法根據貨種、堆高、庫場地面強度等確定,4.1港口規模確定,.,其中：Qh年貨運量（t）Kr貨物最大入庫場百分比（%）Tyk庫場年營運天數（d）k堆場容積利用系數，件雜貨1.0，散貨0.60.9tdc貨物平均堆存期（d）（可取715天，前方庫場不宜超過10天）Hmax月最大貨物堆存噸天（td）月平均貨物堆存噸天（td）,4.1港口規模確定,.,集裝箱,4.1港口規模確定,式中：Ns堆場箱位數(TEU)；Nl集裝箱堆放層數；As堆場容量利用率(%)；Ey堆場所需容量(TEU)，按下式計算：,.,油庫/罐容量E0,4.1港口規模確定,式中：所儲油品密度(t/m3)；y容積利用系數，取0.850.95。,其它設施,根據有關參數和相關標準計算,.,增加港口設施增建碼頭泊位、提高泊位裝卸效率,例：設某港口原有泊位S=2，=0.35艘/天，Tb=1/=4天，根據計算：TW=3.844天，與Tb接近，很不合理。為改善這種狀態，提出以下兩方案比選：增建2個泊位，裝卸能力不變（泊位數增加一倍）改進裝卸工藝，裝卸能力提高一倍，Tb=2天用M/M/S模型計算：增建泊位：=0.35，S=4，Tb=4，S=/S=0.35，TW=0.092T在港=4.092天提高效率：=0.35，S=2，Tb=2，S=/S=0.35，TW=0.28T在港=2.28天,4.2減少船舶在港時間的措施,4.2減少船舶在港時間的措施,.,管理措施-泊位組把可以統一進行裝卸的一些泊位組織在一起統一調度管理，稱為泊位組。,例：設某港有相同的兩個區，A、B，各有4個泊位，裝卸能力為=0.25艘/泊-天（Tb=4天），每區的船舶平均到港率=0.7艘/日，按M/M/S模型計算時有：兩區獨立：=0.7，S=4，Tb=4，S=/S=0.7，TW/Tb=0.357TW=1.428天兩區合并：=1.4，S=8，Tb=4，S=/S=0.7，TW/Tb=0.113TW=0.452天,4.2減少船舶在港時間的措施,.,管理措施-速遣速遣是將幾個泊位的設備集中使用，使某些船只迅速離港的調度方式，例如：港口有兩個泊位，剛巧兩艘船同時到達,船舶1,船舶2,兩艘船同時作業(Tb=4天),船舶1,船舶2,兩艘船分別作業，裝卸設備集中使用(Tb=2天),兩艘船都在4天后離港,有一艘船在2天后離港，并且未增加另一艘船的在港時間,4.2減少船舶在港時間的措施,.,4.3碼頭布置型式,4.3碼頭布置型式碼頭供船舶停靠的水工建筑物泊位船舶停靠所占用的空間，具有三個要素：長度：占用的碼頭岸線長度寬度：占用的水域寬度與碼頭寬度不同深度：停泊船舶需要的水深,碼頭分類,按貿易：內貿、外貿按用途：客運、貨運、客貨兼用、工作船碼頭按貨種：件雜貨、集裝箱、油、干散貨、漁碼頭、按布置：順岸、突堤、挖入式、堤內式、島式,4.3碼頭布置型式,4.3碼頭布置型式,4.3碼頭布置型式,碼頭平面布置,突堤式：碼頭岸線與自然岸線成較大角度或垂直優：占岸線短，需建防波堤時，堤的長度短，便于管理缺：阻礙水流，占水域大突堤式碼頭廣泛用于海港中,.,4.3碼頭布置型式,青島港,大連港東西港區,4.3碼頭布置型式,順岸式：碼頭岸線與自然岸線基本平行優缺點與突堤式碼頭對應，順岸式碼頭廣泛用于河港,4.3碼頭布置型式,上海外高橋港區,.,上海外高橋港區,挖入式：碼頭港池在向岸的陸地一側開挖而成以往多用于河港或河口港，60年代以來也見于海港小河船集疏，但不占深水岸線，海船運輸。,4.3碼頭布置型式,4.3碼頭布置型式,島式及棧橋式：一般為開敞式碼頭，不設防波堤，用于大型散貨船、油船、液體化工船，解決船舶的吃水問題碼頭遠離岸邊，與岸邊無陸域連接油碼頭輸油管埋在水底,4.3碼頭布置型式,.,4.3碼頭布置型式,.,4.3碼頭布置型式,堤內式布置：沿防波堤內側布置碼頭一般可節省投資，尤其是斜坡式防波堤更為明顯,連云港港,4.3碼頭布置型式,.,4.4港口陸域尺度碼頭泊位尺度含水域碼頭泊位三要素：長、寬、深,泊位長度LL=設計船型長度Lc+適當的富裕量,4.4港口陸域尺度,.,折角布置時折角處泊位：,4.4港口陸域尺度,雙側停船,：船長系數,單側停船,泊位寬度BB=設計船型寬度Bc+適當的富裕量,泊位水深D（碼頭前沿水深）D=設計船型吃水T+適當的富裕量,4.4港口陸域尺度,.,k水體密度影響系數：海水k=1，淡水k=1.03(海船)Z1龍骨富裕，與水底土質有關，淤泥0.2m，松砂0.3m，夾砂塊狀土和密砂0.4m，巖石0.6mZ2波浪富裕，按實測或模擬結果確定估算方法：良好掩護Z2=K1H-Z1開敞式Z2=K1HK是系數，順浪0.3，橫浪0.50.7；H是設計波高，取允許波高，當Z20時取Z2=0,4.4港口陸域尺度,Z3吃水富裕配載不均勻引起，干散貨和液體散貨取0.15m，滾裝船按下表取，其他船型取0Z4備淤富裕，不淤積的港口取0，淤積的港口不小于0.4mZ5浚深富裕，一般取0.30.5m,4.4港口陸域尺度,kT,Z1+Z2+Z3,Z4,Z5,4.4港口陸域尺度,.,陸域縱深碼頭岸線陸側直接或間接用于港口生產和輔助生產用地的尺度,4.4港口陸域尺度,.,件雜貨碼頭特點：種類繁雜、裝卸機械類型多,碼頭生產區可分為三部分(萬噸級泊位一般大于200m)：,7080+20m,7080+20m,裝卸作業生產區,岸,岸,腹地,快速貨流,慢速貨流,庫場起緩沖作用,船,4.5海港碼頭平面布置,4.5海港碼頭平面布置,.,4.5海港碼頭平面布置,.,集裝箱碼頭特點：專業化程度高、通過能力大,前方作業地帶40m,前沿軌距倉蓋板車道,4.5海港碼頭平面布置,.,.,堆場矩形布置若干個寬度：與堆放工藝適應長度：與泊位、地形等適應拆裝箱庫面積由拆裝箱量確定，拆裝箱比例一般在15%以下布置時應注意：門口足夠多，進出方便。與后方（腹地）聯系方便。避免與其它作業干擾，一般布置在后方角落。另外，倉庫內通風條件、照明條件要好。縱深：生產作業區總寬度，500m1200m,4.5海港碼頭平面布置,.,.,外高橋港區,4.5海港碼頭平面布置,.,.,.,干散貨碼頭特點：進、出口的裝卸工藝與平面布置差別大；對環境影響大,裝卸工藝12裝船：一般采用裝船機卸船：工藝多樣，門機+抓斗；帶斗門機；專用卸船機等水平運輸：皮帶輸送機堆場作業：堆高機+地下坑道式皮帶輸送機；斗輪式堆取料機裝車：裝載機；料槽漏斗卸車：翻車機；卸車機；自卸汽車,平面布置堆場的面積確定與位置選擇,4.5海港碼頭平面布置,滾裝碼頭特點：集裝箱采用“拖上拖下”裝卸方式，碼頭不需起重設備；碼頭的堆場面積很大,平面布置主要考慮：碼頭的布置型式：鋸齒形等，便于搭跳板堆場的面積確定：單層，且富裕空間大,油碼頭特點：不需要裝卸設備，船舶自帶貨油泵，管道輸送；船舶吃水深，常為外海開敞式；安全、環保是重點,平面布置：船舶的系泊方式：單點系泊，固定碼頭系泊儲油罐、污水處理廠等設施的位置,4.5海港碼頭平面布置,液化石油氣（LPG）專用碼頭特點：專業性強；安全要求高,4.5海港碼頭平面布置,.,游艇碼頭,特點：船小，水域、水深要求不高，泊穩、景觀要求高,平面布置：通常采用“F”形梳式棧橋布置型式,4.5海港碼頭平面布置,.,MarinaDiRavennaRimini,Italy,4.5海港碼頭平面布置,.,MarinaBaiedesAngesVilleneuveloubet，France,4.5海港碼頭平面布置,.,ElliottBayMarinaSeattle,WA,USA,4.5海港碼頭平面布置,.,QingdaoOlympicSailingCenterQingdao，China,4.5海港碼頭平面布置,.,4.6河港碼頭布置特點河港的陸域一般較窄，各作業區寬度比海港碼頭小,前方作業地帶,棧橋式碼頭：由碼頭結構及裝卸機械確定碼頭寬度,自然岸線,有門機：一般為14.5m無門機：715m,4.6河港碼頭布置特點,.,連片式碼頭：根據使用要求確定,自然岸線,件雜貨直立式碼頭：2030m，小型吊機窄一點裝卸重件的碼頭：一般可取1015m斜坡式碼頭水平段寬度：1020m,4.6河港碼頭布置特點,.,倉庫堆場,面積：方法同海港碼頭，但有關系數的取值不同平面尺度：長度與泊位長度適應，寬度1250m不等倉庫層數：一般單層，陸域緊張時可考慮多層,縱深在條件允許情況下盡量大，以方便作業,4.6河港碼頭布置特點,.,碼頭前沿高程,波浪：對外海開敞式碼頭要考慮波浪的影響，主要是考慮波浪對碼頭建筑物作用。,考慮因素,船型：海船干舷大，碼頭高程可高一些，河船干舷小，從裝卸考慮碼頭離水面高差小較為方便，高差太大碼頭面裝卸機械司機看不到船，產生不安全因素。,潮位/水位：海港高潮位時一般不被淹沒，但對不怕水淹的貨物碼頭，可允許偶爾被淹。河港高水位通常停業。,陸域地形，盡量與后方陸域高程一致，便于交通運輸。,4.7港口豎向尺度,4.7港口豎向尺度,.,高程確定,4.7港口豎向尺度,上水控制標準,受力控制標準,根據碼頭的重要性、作業特點等要求，在一定的潮位和波浪組合下，按碼頭面上水可接受的程度設定的碼頭前沿頂高程控制標準,根據碼頭結構（尤其是透空式碼頭上部結構）在波浪