第4章 碼頭及碼頭平面設計ppt課件

.,第四章碼頭及碼頭平面設計,4.1港口規(guī)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(guī)模確定,港口規(guī)模一般包括：碼頭建筑物長度(各類泊位的數(shù)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(chǎn)輔助建筑物規(guī)模；鐵路、道路的數(shù)量和等級；港區(qū)供水、供電、供油等生活輔助設施規(guī)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(guī)模取決于碼頭規(guī)模即各類泊位數(shù)的多少。,4.1港口規(guī)模確定,.,影響泊位數(shù)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(guī)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(shù)量、裝卸效率等,4.1港口規(guī)模確定,.,港口泊位數(shù)估算粗略估算港口的泊位數(shù)S：,Q碼頭年作業(yè)量P單個泊位設計通過能力；可按下式估計,泊位系數(shù)1.21.5；t船舶平均占泊時間（日/艘）；N考慮時段的天數(shù)；船舶平均裝卸量（噸/艘）。,4.1港口規(guī)模確定,.,現(xiàn)行規(guī)范泊位通過能力計算公式,4.1港口規(guī)模確定,.,泊位數(shù)優(yōu)化S太多港口設施經(jīng)常出現(xiàn)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(yōu)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(shù),港口泊位數(shù)優(yōu)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(nèi)船舶總費用為（港口有S個泊位）,4.1港口規(guī)模確定,.,泊位數(shù)S不同就導致Cs的變化，泊位數(shù)優(yōu)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(yōu)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(shù),有關泊位參數(shù)的概率表達,設：S港口泊位數(shù)Pn有n艘船在港的概率FnN天內(nèi)有n艘船在港的天數(shù)，F(xiàn)n=NPn,4.1港口規(guī)模確定,.,泊位利用率ss就是泊位利用的天數(shù)與泊位總天數(shù)的比值。設有n艘船在港則：nS時，泊位利用的天數(shù)即為船天數(shù)nFn,有空泊位,無船待泊nS時，泊位全部被占用，泊位利用天數(shù)為SFn，有船待泊,4.1港口規(guī)模確定,.,平均裝卸船數(shù),平均等待船數(shù),4.1港口規(guī)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(shù),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(shù)為:,4.1港口規(guī)模確定,.,船舶到達分布船舶到達港口是隨機的,在t時段內(nèi)到達港口n艘船舶的概率：,船舶的平均到達率,但有規(guī)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(shù)分布概率密度：,4.1港口規(guī)模確定,.,大量統(tǒng)計資料表明，多數(shù)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(tǒng)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(tǒng)規(guī)劃中，船舶的到達通常按泊松流考慮。,4.1港口規(guī)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(shù)分布或者2階愛爾蘭分布。,k階愛爾蘭分布:,4.1港口規(guī)模確定,平均裝卸船率,.,k階愛爾蘭分布,4.1港口規(guī)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(shù)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(guī)模確定,.,據(jù)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(guī)模確定,.,有了Pn,s就很容易求得有關參數(shù),4.1港口規(guī)模確定,設n=i+s有:,.,4.1港口規(guī)模確定,船舶的平均等待時間是人們極為關注的港口參數(shù)，可根據(jù)平均等待的船舶數(shù)求得。,.,4.1港口規(guī)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(guī)模確定,.,例題,某港口件雜貨作業(yè)區(qū)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(xiàn)金貼現(xiàn)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(yōu)泊位數(shù)應滿足的條件；3.計算合理泊位數(shù)(按M/M/S/模型)；4.按合理泊位數(shù)建設時船舶的平均等待時間。,0.650.280.21S=8,4.1港口規(guī)模確定,.,作業(yè)2(可以習題4.3代替),某港口件雜貨作業(yè)區(qū)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(xiàn)金貼現(xiàn)率i=8%，取N=365天，試：1.按M/M/S/模型計算合理泊位數(shù)；2.按合理泊位數(shù)建設時船舶的平均等待時間。,4.1港口規(guī)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(jù)貨種、堆高、庫場地面強度等確定,4.1港口規(guī)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(shù)（d）k堆場容積利用系數(shù)，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(guī)模確定,.,集裝箱,4.1港口規(guī)模確定,式中：Ns堆場箱位數(shù)(TEU)；Nl集裝箱堆放層數(shù)；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(guī)模確定,式中：所儲油品密度(t/m3)；y容積利用系數(shù)，取0.850.95。,其它設施,根據(jù)有關參數(shù)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(jù)計算：TW=3.844天，與Tb接近，很不合理。為改善這種狀態(tài)，提出以下兩方案比選：增建2個泊位，裝卸能力不變（泊位數(shù)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(tǒng)一進行裝卸的一些泊位組織在一起統(tǒng)一調度管理，稱為泊位組。,例：設某港有相同的兩個區(qū)，A、B，各有4個泊位，裝卸能力為=0.25艘/泊-天（Tb=4天），每區(qū)的船舶平均到港率=0.7艘/日，按M/M/S模型計算時有：兩區(qū)獨立：=0.7，S=4，Tb=4，S=/S=0.7，TW/Tb=0.357TW=1.428天兩區(qū)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(yè)(Tb=4天),船舶1,船舶2,兩艘船分別作業(yè)，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?？康乃そㄖ锊次淮巴？克加玫目臻g，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(mào)易：內(nèi)貿(mào)、外貿(mào)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(nèi)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(yōu)：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(qū),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(yōu)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(qū),.,上海外高橋港區(qū),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(nèi)式布置：沿防波堤內(nèi)側布置碼頭一般可節(jié)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?shù)母辉Ａ?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(shù),單側停船,泊位寬度BB=設計船型寬度Bc+適當?shù)母辉Ａ?泊位水深D（碼頭前沿水深）D=設計船型吃水T+適當?shù)母辉Ａ?4.4港口陸域尺度,.,k水體密度影響系數(shù)：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(shù)，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(chǎn)和輔助生產(chǎn)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(chǎn)區(qū)可分為三部分(萬噸級泊位一般大于200m)：,7080+20m,7080+20m,裝卸作業(yè)生產(chǎn)區(qū),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(yè)化程度高、通過能力大,前方作業(yè)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(lián)系方便。避免與其它作業(yè)干擾，一般布置在后方角落。另外，倉庫內(nèi)通風條件、照明條件要好?？v深：生產(chǎn)作業(yè)區(qū)總寬度，500m1200m,4.5海港碼頭平面布置,.,.,外高橋港區(qū),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(huán)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(yè)：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?？臻g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(huán)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(yè)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(wěn)、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，F(xiàn)rance,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(yè)區(qū)寬度比海港碼頭小,前方作業(yè)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(jù)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(shù)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(shù)：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(yè),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(chǎn)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(yè)。,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(jù)碼頭的重要性、作業(yè)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(jù)碼頭結構（尤其是透空式碼頭上部結構）在波浪