（交通信息工程及控制专业论文）港口锚地合理配布和优化设计的研究.pdf

中文摘要 摘要 港口锚地的合理配布和优化设计是港口规划和建设的重要环节。它直接影响 到港口建设的布局、港口的经济效益和船舶锚泊安全。随着我国经济和航运事业 的不断发展，沿海地区的港口建设的规模和速度也日益增大，沿海地区水域的船 舶交通更加拥挤，航行船舶也更加大型化和专业化。港口水域的合理分配和科学 使用成为港口锚地规划和设计中必须认真考虑和妥善解决的重要问题。 本文在归纳总结和分析国内外航海专家研究锚地规划成果的基础上，提出港 口锚地规划的总原则。基于这一港口锚地规划总原则，通过对船舶驶入锚地、锚 泊过程和船舶状况的几个方面进行系统分析，确定影响锚地合理性的重要因素。 然后用系统工程的方法，对这些重要因素进行重新分析和归类，并采用安全评价 的系统工程方法来科学地评价锚地配布和设计的合理性。锚地配布和设计的合理 性主要通过船舶在港口锚地的安全性来体现，同时也考虑到港口的经济条件和交 通便利等方面。 基于以上各个因素分析考虑，规划出港口锚地合理配布和设计的几个方案。 建立了基于层次分析法的模糊综合评判的数学模型，用于评判所建立的港口锚地 规划方案的安全性最终对港口锚地配布和设计方案进行优化。 本文基于作者所参与的曹妃甸港口锚地规划课题，实际检验所建立的港口锚 地规划的安全评价体系的合理性和科学性。验证结果说明，采用本文所建立的安 全评价体系和数学模型来对港口的锚地规划进行评价，基本上是科学合理的和可 行的对港口的锚地配布和优化设计有一定的参考和借鉴作用 关键词：港口锚地；锚地规划；锚地配布；优化设计 英文摘要 t h er e a e a r c ho nt h er e a s o n a b l el a y o u ta n do p t i m a ld e s i g no f p o r ta n c h o r a g e a b s t r a c t t h el a y o u to fp o r ta n c h o r a g ei so n eo ft h em o s ti m p o r t a n ti s s u e so fp o r t c o n s t r u c t i o n i th a sd i r e c ti m p a c to nt h el a y o u to fp o r tc o n s t r u c t i o n , t h ee c o n o m i c e f f i c i e n c yo ft h eh a r b o u ra n dv e s s e l s s a f e 够w i t ht h ec o n s t a n td e v e l o p m e n to fo u f n a t i o n a le c o n o m y 缸l ds h i p p i n gi n d u s t r y , t h es c a l e so ft h ep o r tc o n s t r u c t i o ni nt h e c o a s t a la r e a sa r ee x p e n d i n ga n dt h et r a n s p o r t a t i o ni nt h ec o a s t a lw a t e ra r e a s a r e b e c o m i n gm o r ea n dm o r eo r o w d e da n dt h ev e s s e l si nt h ev o y a g e a t eo r i e n t i n gt o w a r d s s u p e rs i z ea n ds p e c i a l i z a t i o n t h er a t i o n a ll a y o u ta n ds c i e n t i f i ce m p l o y m e n to f t h ep o r t w a t e ra r e ab e c o m ea ni m p o r t a n ti s s u ei nt h ec o n s i d e r a t i o na n ds o l u t i o no ft h ep o r t a n c h o r a g ep l a na n dd e s i g n t h i sp r o j e c te x p o s e st h ea u t h o r sm a i np r i n c i p l e so f t h ec o n s t r u c t i o no f t h ep o r ta n d a n c h o r a g eo nt h eb a s i so f t h er e s e a r c hd o n eb yd o m e s t i c & f o r e i g nm a r i n ep r o f e s s i o n s r e s e a r c ho nt h i st o p i c a c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l e sl i s t e da b o v e , t h er e s e a r c hm a k e s a n a l y s i s0 1 1t h ep u l l i n go u to ft h ea n c h o r a g eo ri n t oi t , t h ep r o c e d u r eo fa n c h o r i n ga n d t h ec o n d i t i o n so ft h es h i pa n dc o n c l u d e st h ei m p o r t a n tf a c t o r sw h i c hh a v eg r e a te f f e c t o nt h ep l a no fa n c h o r a g e t h i sp r o j e c tw i l lc l a s s i f ya n da n a l y z et h e s ei m p o r t a n tf a c t o r s b ya d o p t i n gt h es y s t e m se n g i n e e r i n gi no r d e rt oj u d g et h er a t i o n a l i t yo f t h ep l a na n d d e s i g no f t h ea n c h o r a g es i t e s ，w h i c hd e p e n d so nt h es a f e t yo f t h es h i pi nt h ea n c h o r a g e m e a n w h i l e , w eh a v et ot a k et h ep r o f i ta n d t h ec o n v e n i e n c ei n t oc o n s i d e r a t i o n i na c o o r d a n c ew i t ht h ef a c t o r sl i s t e da b o v e ，t h ea u t h o rd e v i s e sas e to fr a t i o n a l d i s t r i b u t i o no ft h ep o r ta n c h o r a g ep l a n sa n di m p l e m e n t st h es t e p - b y - s t e pm a t h e m a t i c a l m o d e l so ff u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nw h i c hs t a n d sas a f e t ym e a s u r e m e n to ft h e e s t a b l i s h e dp o r ta n c h o r a g ep l a ni no r d e rt or e a l i z et h eo p t i m a lp l a no ft h ed i s t r i b u t i o n a n dd e s i g no f t h ep o r ta n c h o r a g e t h i sp r o j e c tv e r i f i e st h er a t i o n a l i t yo ft h es a f e t ya s s e s s m e n ts y s t e mo ft h e a n c h o r a g eb u i l tb yt h ea u t h o r sp a r t i c i p a t i n gi nt h ec a o f e i d i a np o r ta n c h o r a g e t h e 英文摘要 r e s u l t so b t a i n e di l l u s t r a t e st h a tm a t h e m a t i cm o d e l sa n dt h ev a l u a t i o ns y s t e mo ft h ep o r t a n c h o r a g e i nt h i sp r o j e c ta r cf e a s i b l e , r a t i o n a la n ds c i e n t i f i c i tc a no f f e rs o m ev a l u a b l e r e f e r e n c e sa n de n l i g h t e n m e n tt ot h ep o r t - a n c h o r a g ep l a n n i n g k e y w o r d s ：p o r t a n c h o r a g e ；a n c h o r a g e p l a n i n g ；a n c h o r a g e d i s t r i b u t i o n ；o p t i m a l d e s i g n 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文：鲞旦笪垫金堡配查皇伍丝递让酸受塞：除论文中 已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中 以明确方式标明本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开 发表或未公开发表的成果 本声明的法律责任由本人承担 、 论文作者魏御如平；月哆 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于。票亲萎二磊在以上方框内打。4 ，不保密凹( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名耳i 9 c l 城乡导师签名：象 日期呻年，月；日 港口锚地配布和优化设计的研究 第1 章绪论 1 1 研究的背景 随着我国经济和航运事业的不断发展，各沿海港口吞吐量的持续攀升，沿海 地区的港口建设的规模和速度也日益增大，以此来满足现代化港口发展的需要； 沿海地区水域的船舶交通更加拥挤，航行船舶也更加大型化和专业化，港口锚地 越来越拥挤，部分进港船舶没有适合的停泊水域抛锚，甚至有锚泊船距离港口进 出口航道过近，严重影响过往船舶的安全。港口的锚泊船发生走锚、碰撞和搁浅 的事故也开始增多。港口水域的合理分配和科学使用已经成为港口锚地规划和设 计中必须认真考虑和妥善解决的重要问题。 1 2 课题研究意义 随着沿海地区水域的船舶交通更加拥挤，越来越多的大中型的原油、天然气、 矿石船舶以及散货船的靠泊，港口锚地水域的合理配布和设计就尤为重要了。因 为大中型船舶通常需要在锚地进行抛锚减速，等待潮期待泊进港。合理对港口锚 地布局，是为了更好的确保锚泊船舶的安全，加速锚泊船的周转、压缩船舶在港 口停留时间、有利于提高港口的经济效益。 1 3 研究的总体目标 本论文主要通过归纳总结和分析国内外航运专家就锚地规划方面的研究成果 基础上，找出简便的锚地规划配布步骤方案，通过定性和定量相结合的数学方法， 对满足港口锚地需要的停泊水域进行基于层次分析法的多级模糊综合评价，给出 科学的理论依据来证明所选择的水域作为该港口的锚地是适合的、较优的。本文 通过在研究生就读期间所参加的曹妃甸港口锚地的规划课题为实例，对港口锚地 规划进行研究。 论文中主要的研究方向是通过对船舶驶入锚地、锚泊过程和船舶状况的几个 方面进行系统分析，确定影响锚地合理性的重要因素。然后用系统工程的方法， 对这些重要因素进行重新分析和归类，并采用安全评价的系统工程方法来科学地 评价锚地配布和设计的合理性。合理配布和优化港口水域的锚地，达到确保船舶 第1 章绪论 的锚泊安全。 1 4 研究的现状 国呋j # l - 对船舶的锚泊都有一定的研究：井上欣三( 日) 认为锚泊船走锚的概率 密度函数具有正态分布，并将走锚概率作为评价指标，考虑风和浪两种外力作用， 对单船锚泊运动进行模拟从而作出安全评价，这种方法需要视具体情况在水池中 实验得到一些数据才能根据正态分布求出概率；廖河树研究了导致船舶走锚的极 限风速凹，但只考虑外力风的作用；卓永强通过科学她分析导致走锚的外力风、浪、 流力的作用，根据蒙特卡罗法，用计算机模拟再现锚泊船的偏荡运动和走锚后的 漂流运动，提出了对单船的锚泊进行安全评价；用排队论的方法进行锚地规模的 研究瑚；也有学者通过船舶操纵模拟器，对整个抛起锚过程、锚机受力情况、抓地 情况进行分析和评价等。 1 5 研究的思路和方法 港1 3 锚地的合理配布，首先要对港口总体发展规划中的码头泊位分布、吞吐 量进行具体调查和分析；其次根据各类锚泊船所需的锚地水深、占用泊地水域面 积、锚泊船之问的安全距离和对锚位数的估算，确定港口所需要各类锚地的规模， 从而得到锚泊水域的范围；然后通过影响锚地规划的各个因素的分析，得到港口 锚泊水域的地理位置，最终完成港口锚地的规划方案。但是有可能港口周围有几 处都符合锚地的规划需要，这个时候就需要对港口锚地方案进行安全性评价，从 而得到较优的方案。对于现代化的港口，船舶种类各不相同，因为船舶种类的多 样化，船舶吨位的大型化，锚地又要细分，这个时候对于不同的船舶类别或者船 舶吨位，所选择的方案评价结果又会有所不同，以期达到优化的目的。 本文通过对影响港口锚地安全性的各个因素进行归类，应用层次分析法来使 因素更加清晰化，对影响港口锚地安全性的各个因素所建立的系统进行安全评价， 用基于层次分析法的多级模糊综合评价方法来评判方案的优劣性。 港口锚地配布和优化设计的研究 第2 章锚地的概念、分类以及锚地规划的原则 2 ，1 锚地的概念 锚地( a n c h o r a g e ) 通常是水域中专供船舶停泊以及供船舶进行水上装卸作业 的场所加同时也是船舶待装、待卸、过境或中转和加水的场所，对于河港锚地， 也是船队进行解体和编组作业场所啪。 2 2 锚地的分类 通常锚地可以根据其所在位置、功能、船舶载货种类和船舶尺度等进行分类。 第一种按地理位置划分啪，为港外锚地和港内锚地。其划分一般以防波堤为界， 防波堤以外为港外锚地，以内为港内锚地。 第二种按锚地功能赵分触，为候溺、弓i 航、检疫、避风、装卸、危险品、熏蒸、 油船、货舱、军用和防台等多种锚地。我国常用的锚地有： 引航锚地：等候引航员执行引航任务的锚地； 检疫锚地：供外轮抵港后进行卫生检疫的锚地，有时则兼供引水、海关、联 检的锚地； 停泊锚地：船舶到离港的锚地，供船舶待泊、候潮的锚地； 避风锚地：供船舶躲避风浪的场所； 装卸锚地：+ 供船舶在水上过驳作业的场所。 第三种按船舶载货种类划分旧，可分为危险品锚地、集装箱锚地，散货船锚地。 危险品锚地按危险品等级，又可分为一类危险品锚地，二、三类危险品锚地两种。 第四种按船舶尺度划分【。，分为海轮锚地、江船锚地；客货轮锚地、小船锚地、 竹木排筏锚地。 2 3 锚地规划的总原则 综合国内外港口总体布置原则、沿海各港口的港口规范以及港口锚地管理条 例，港口锚地规划的总原则如下嘲m 。 第2 章锚地的概念、分类以及锚地规划的原则 2 3 1 必须满足港区、航道规划建设规模与国防建设的要求 锚地的规划布置，必须以现有港区、航道现状及规划发展的规模为依据进行 布局；规划锚地的数量与规模，必须适应一定时期内航道、港区发展建设的规模， 并应满足国防建设要求。 2 3 2 锚地的总体布局要统筹兼顾、合理可行 海洋资源包括深水资源的利用，均应本着“资源利用最优化、最大化和可持 续发展”的宗旨。规划锚地的总体布局，应兼顾锚地与当地经济发展、港口建设、 航道、渔业生产、国防建设及海岛旅游等各方面之间的关系。 2 3 3 锚地的规划布置应方便船舶的待泊、引航与进港 外海待泊、引航锚地的规划布置，应尽量布置在外海航路与迸港航道连接点 的内侧附近海域，以方便大型船舶的待泊或引航进港。内水道规划锚地，应尽量 布置在港区与进港航道附近，以方便船舶安全进出港区。 2 3 4 锚地的布置应满足有关规范船舶安全锚泊的规定要求 规划锚地应尽量布置在避风条件好、水深适宜、海底平坦、锚抓力好、周围 水域安全，避免在礁石、急流区设置锚地，以确保安全。必要时也可采取整治措 施。 2 3 5 规划锚地的等级和规模应尽可能满足可能停泊船舶的锚泊要求 规划锚地的等级和规模应尽可能根据可能停泊的船舶的锚泊要求和可锚泊海 域的自然条件予以确定，充分利用深水资源，适应船舶大型化发展的需要。 港口锚地合理配布和优化设计的研究 第3 章船舶在港口锚地锚泊安全性的因素分析 通过对船长、引航员以及航海类专业的教授们的相应咨询，和对高级船员的 广泛调查，得到诸多影响船舶在港口锚地锚泊安全性的因素，在考虑这些因素同 时，也需要兼顾港口的经济性效益，从而达到合理配布港口锚地的目的。根据锚 泊水域、锚泊船本身状况和锚泊的操纵过程包括船舶抛锚后的安全，这三方面去 考虑影响船舶在港口锚地锚泊的安全性因素。这里包括对以下几个方面的调查： 1 港口资料：港口的地理位置以及周边水域的地理环境，港口的自然环境包括气 象、水文、冰况、港口周边水域的地貌、海底地质以及以往的地震等灾难纪录的 资料，港口的吞吐量和泊位数的分配。2 到锚地锚泊的船舶资料包括船舶的船型、 船舶的载况，载运货物种类以及船舶的吃水比。3 将来可能确定的港口锚泊水域 其周围的通航密度、锚泊水域的锚泊船密度、锚泊水域相对港口航道( 或包括具 有分道通航的航道) 的距离和锚泊水域到港口引航站的距离；锚地的遮蔽性，这 主要通过对港口周边地理环境分析得出的。通过对船员、引航员和航海专家的广 泛而又仔细的调查，对诸多影响锚泊船安全性的因素的分析归类，才能做出港口 锚地规划配布的方案，进一步成体系的进行安全性的综合研究和评判。 3 1 锚泊水域 锚泊水域需要确定锚地的位置、锚地的面积和锚地的形状。通过对港口的地 理和自然环境的了解，确定锚地位置中影响锚泊船安全性的因素。根据港口吞吐 量和港内泊位的分配，计算出锚地所需的面积，从而根据锚地水域范围确定适合 的形状。 3 1 1 港口的地理和自然环境 ( 1 ) 港口的地理位置以及周边水域的地理环境 港口是水陆联运的枢纽，货物在此由水运转换陆运或由陆运转换水运。一个 港口的地理位置越优越，港口腹地的交通越发达，就会给港口的货物运输带来巨 大的活力，对周边地区的社会和经济发展起到巨大的拉扯作用，同时也对港口的 未来吞吐量带来新增长的可能性。对于港口的港池和海岸地貌，也应当给予重视。 第3 章船舶在港口锚地锚泊安全性因素的分析 通过地理环境的影响因素的分析，可以用来确定避风的停泊水域，锚地的遮蔽性， 在选择锚地地理位置会便于筛选锚地地址。 ( 2 ) 港口的自然环境 港口的自然环境是选择锚泊水域的一个重要因素，不同的船舶状况，会决定 不同的锚泊船选择相应的锚地锚泊。 港口的自然环境主要包括几个方面：气象、水文、冰况、港口周边水域的地 貌、海底地质以及以往的地震等灾难纪录的资料。 港口的气象条件主要包括：季风的特征，当地的全年气温变化，全年降水量 的变化，海区风的特征，港口水域周围全年雾的季节和持续的天数，海区湿度以 及有否雷暴和台风等灾害性气象现象。 港c i 的水文条件主要包括：港口水域的潮汐情况，海区的波浪状况，海区的 潮流性质，水流的方向大小，海区有无冰况漂浮以及周边水域的海底地质。当然 对本地区曾经的地震资料也要考虑在内。 ( 3 ) 港口的吞吐量和泊位分布 港口腹地是该港吞吐的进出口货物的消费地和生产地，港口周边地区的经济 发展，直接影响到港口的吞吐量水平。经济越发达、交通越便利的沿海港口，工 业上石油、液化气、煤矿、铁矿等供需越大，而港口的吞吐量就越高。港口的吞 吐量通过一定的估算，可以得到往年、每个月甚至每天的进出港c i 的船舶数。同 时，也可以进行未来港口吞吐量的预测，通过数学计算得到估算的未来每个月进 出港的船舶数量。泊位数目和港口吞吐量将对锚地锚泊船的数量加以估算，使港 口锚地的利用率得到提高。 3 1 2 锚泊水域中主要影响船舶安全性的因素 对于港e l 锚地规划者，在锚泊水域中主要关心的是以下几个影响因素。通过 对港口这些因素，进行较为细致的调查。这里包括：风、雾、波浪、潮流( 水流) 、 海底地质和潮汐。这些因素在锚地选址过程中都要全面考虑。 3 2 船舶特征 船舶特征，需要确定船舶的载运情况、船舶载运货物种类、船舶吨位以及船 港口锚地合理配布和优化设计的研究 型。通过对船舶的特征的调查研究，可以对锚地的功能进行分类，选取适合本船 舶的锚泊水域。其中，载运情况包括满载、半载和压载三种情况；按船型分为油 船、散货船、杂货船、集装箱和液化气船。货物种类大体上有原油、液化气、矿 石、煤炭、集装箱、杂货等。 3 3 锚泊过程 锚泊全过程中，确定锚泊船的满载吃水，锚泊水域的水深，港口锚泊水域其 周围的通航密度、锚泊水域的锚泊船密度、锚泊水域相对港口航道( 或包括具有 分道通航的航道) 的距离和锚泊水域到港口引航站的距离等情况。 近年来，系统工程的方法在各行各业都普遍应用，在航海上的应用也比较广 泛。系统工程方法认为通过系统分析和系统评价，采取积极的预先防范措施是促 进安全的最根本和最有效的途径。不能正确识别风险，就不可能实施正确有效的 防范措施。 通过对这些复杂因素构成的系统，锚泊船在港口锚地的安全性应当用系统工 程方法来进行分析研究，找出适合的数学模型进行安全评价。 第4 章船舶泊地需求的研究 第4 章船舶泊地需求的研究 4 1 泊地概念 泊地是指船舶在操船、滞留、锚泊等所利用的水面而言，泊地大小、水深、 形状依据风、波浪、潮流、潮汐、地形、地址以及对象船舶的尺寸等而决定。 4 2 泊地的大小和形状 泊地的大小和形状受风、波浪、潮流、潮汐、地形、地质以及对象船舶的尺 寸等的影响，要考虑能圆滑且安全操船和系留而决定。 4 3 泊地的分类 泊地依其利用目的可分为：操船水面；系留水面；锚地和其它水面。 4 4 操船水面 旋回余地应根据预计出链长度、底质、锚泊时间长短、附近有无障碍物及水 文气象等条件综合考虑确定。 旋回余地应考虑有无拖船、风、潮流等影响，能够安全操船的广大水面。 ( 1 ) 面积取法： 自力回头一她直径的圆： 拖船协助回头一牡直径的圆； 三= 船长( m ) 如因受地形限制，可利用锚碇、风、潮流时刻减少为先列数值 自力回头一约托直径的圆； 拖船协助回头一约1 配直径的圆。 ( 2 ) 自力回头，不利用锚碇、风、潮流时，以弛直径做圆。如图4 1 所示。 港口锚地合理配布和优化设计的研究 图4 1 船舶自力掉头示意图 f i g 4 1d i a g r a mo f v e s s e ls e l f - 乜】u u i n gr o l m l d 4 5 停泊所需面积 ( 1 ) 通常一艘船，抛锚的面积标准如下： 单锚系泊：以( 三+ 6 0 ) 珈卜( 三+ 9 0 ) m 为半径的圆所包含的面积； 双锚系泊：以( 工+ 4 5 ) m 为半径的圆所包含的面积； 单浮筒系泊：以( 三+ 2 5 ) m 为半径的圆所包含的面积； 双浮筒系泊：( 工+ 5 0 ) r n 及l 2 为边长的长方形包含的面积。 厶船长( m ) 上述数值为停泊中所需面积不包含操船所需面积。 船舶单锚系泊时，其伸长的锚链长度如海底地质良好，风、潮流平常，通常 采用4 - 7 倍水深，水深1 0 m 时船的旋回半径为( 工+ 6 0 ) m ，如果地质不好，应增 加锚链锄 ( 2 ) 但锚链的长度受风时，根据锚地大小及船型而异，受风，潮流很强，暴雨 天等天气恶劣得天气状况，综合得出锚地系泊水域面积。工程上的计算方法嗍通常 如下： 单锚系泊锚位所占水域的圆面积，其半径可按下式计算： 风力7 级时( 风速2 0 m s e c ) ：胄屯+ 如叶9 0( 4 1 ) 第4 章船舶泊地需求的研究 风力 7 级时( 风速3 0 m s e e ) ：r = l + 4 d + 1 4 5( 4 2 ) ( 或r 吒+ 6 d + 3 0 ) 式中r 一单锚水域系泊半径( m ) ； 卜设计船长( m ) ； 伊锚地水深( m ) 。 双锚系泊锚位所占水域的圆面积，其半径可按下式计算： r = l + 4 5 d + 2 5 ( 4 3 ) 式中r 单锚水域系泊半径( m ) ； 卜- 设计船长( m ) ； 伊锚地水深( m ) 。 单浮筒和双浮筒，泊位所占水域面积计算方法叫： 单浮简系泊在海港中采用较多，每个锚位所占水域为个圆面积，其回转半 径r 为： r = l + 一 ( 4 4 ) 式中卜单浮筒水域系泊半径( m ) ； ，由潮差引起的浮筒水位偏位( m ) ，每米潮差按l m 计算： 卜一系缆的水平投影长度( m ) ，d w t 一 1 0 0 0 0 t ，取2 0 m ，1 0 0 0 0 t d w t 、 3 0 0 0 0 t 可适当增大至3 0 m ； r 船尾于水域边界的富裕距离( m ) ，取o 1 工。 双浮筒系泊通常在河港或河口港采用。每个锚位所需水域尺度： 长度s = l + 2 ( 一，) ( 4 5 ) 宽度a = 4 b( 4 6 ) 式中，一由潮差引起的浮筒水位偏位( m ) ，每米潮差按i m 计算； 卜一系缆的水平投影长度( m ) ，d w 一 1 0 0 0 0 t ，取2 0 m 。1 0 0 0 0 t 7 级) 3 3 5 3 5 53 7 53 9 54 1 54 3 5 4 5 5 4 7 5 4 9 5 1 5 0 锚泊船安全距离l a b8 9 48 9 48 9 48 9 48 9 48 9 48 9 48 9 48 9 4 实用回转半径r a4 4 74 4 74 4 74 4 74 4 74 4 74 5 54 7 54 9 5 r ( 风力7 级) 3 2 03 3 53 5 03 6 53 8 03 9 54 1 04 2 54 4 0 r ( 风力 7 级)3 8 54 0 54 2 54 4 54 6 54 8 55 0 55 2 55 4 5 2 0 0 锚泊船安全距离l a b 1 1 9 01 1 9 01 1 9 01 1 9 01 1 9 01 1 9 01 1 9 01 1 9 01 1 9 0 实用回转半径r a 5 9 55 9 55 9 55 9 55 9 55 9 55 9 55 9 55 9 5 r ( 风力7 级) 3 7 03 8 54 0 04 1 54 3 04 4 54 6 04 7 54 9 0 r ( 风力 7 级) 4 3 54 5 54 7 54 9 55 1 55 3 55 5 55 7 55 9 5 2 5 0 锚泊船安全距离l a b1 4 8 51 4 8 51 4 8 51 4 8 51 4 8 51 4 8 51 4 8 51 4 8 5 1 4 8 5 实用回转半径r a 7 4 2 7 4 27 4 27 4 2 7 4 2 7 4 2 7 4 27 4 27 4 2 r ( 风力7 级) 4 2 04 3 54 5 04 6 54 8 04 9 55 l o5 2 55 4 0 r ( 风力 7 级)4 8 55 0 55 2 55 4 55 6 55 8 56 0 56 2 5 6 4 5 3 0 0 锚泊船安全距离l a b 1 7 8 11 7 8 11 7 8 11 7 8 11 7 8 l1 7 8 11 7 8 11 7 8 11 7 8 1 实用回转半径r a 8 9 08 9 08 9 08 9 08 9 08 9 08 9 08 9 08 9 0 r ( 风力7 级) 4 7 0 4 8 55 0 05 1 55 3 05 4 55 6 05 7 5 5 9 0 r 佩力 7 级) 5 3 55 5 55 7 5 5 9 5 6 1 56 3 56 5 56 7 56 9 5 3 5 0 锚泊船安全距离l a b2 0 7 7 2 0 7 7 2 0 7 7 2 0 7 7 2 0 7 7 2 0 7 7 2 0 7 7 2 0 7 7 2 0 7 7 实用回转半径r a1 0 3 81 0 3 81 0 3 81 0 3 81 0 3 81 0 3 81 0 3 81 0 3 8 1 0 3 8 ( 2 ) 各类船舶所需锚位数的确定“4 锚位是指一艘或几艘船舶或者船队在锚地等待或进行有关作业时所停泊的位 置。船舶到港是随机的，每艘船在港装卸服务的时间也是不固定的。鉴于此，所 港口锚地合理配布和优化设计的研究 需锚位数可以由以下几种方法估算： 按远景货物吞吐量并考虑每船经过锚地进出各停泊一次估算 栉：! ：坠：2 ( 4 1 1 ) 栉= = 2t 4 i l ， 3 0 g 式中：一所需锚位数量： 9 一月平均货物吞吐量( t ) ； 翰港口不平衡系数； 仔船舶平均载重量( t ) 。 按连续恶劣天气日数估算 一= 旦筹 ( 4 1 2 ) 式中：9 一月平均货物吞吐量( t ) ； 晒一月不平衡系数； 卜连续恶劣天气日数； e 船舶平均载重量( t ) 。 不平衡系数是反映港口吞吐量不平衡的一种指数。有日不平衡系数和月不平 衡系数等多种，主要根据实际需要进行统计。应用最多的是吞吐量月不平衡系数， 它是最大月吞吐量与全年平均月吞吐量之比。港1 ：3 吞吐量不平衡系数反映受内外 贸易的季节性和货种、船型变化、船舶到港不均匀以及自然条件等诸多因素的影 响，引起港口装卸工作的不平衡性。计算公式为： 月不平衡系数= 最大月吞吐量月平均吞吐量 以港内海轮泊位的半数进行粗略估计。 根据港口的重要性，按在港船舶保证率9 0 - 9 5 相应推算锚位数嘲。 4 8 锚地的大小 4 8 1 锚地容量 锚地容量是指锚地内可同时容纳的最大锚泊船数量。锚地容量的大小主要取 决于锚地面积、单船锚泊所需的水域面积、锚地内船型分布和锚泊船的位置分布 第4 章船舶泊地需求的研究 等。 4 8 2 基本锚地容量 基本锚地容量是指在理想情况下。锚地水域刚好被锚泊船全部利用时，锚地 所能容纳的最大锚泊船数量。基本锚地容量( 巴) 可由下式计算： c ：堡丝璺亘塑t ，4 - 1 3 ) 2 雨瓣蕊衙丽 ”7 4 8 3 可能锚地容量 抛锚停泊时，由于单船锚泊所占水域是一个圆形面积，部分锚地水域不能完 全被锚泊船所利用，锚泊船所能利用的水域总面积还取决于锚地内的船型分布和 锚泊船的位置分布倩况。单一船型，船舶理想分布情况下，可同时容纳的最大锚 泊船数量为可能锚地容量。 相同船型的锚泊船在锚地按“井”字形分布时，理论上锚地水域的利用率为 7 8 5 4 。如果锚泊船按“品”字形分布，则锚地水域的利用率还受锚地面积大小 的影响，一般约为7 5 - - 8 5 。 4 8 4 实用锚地容量 事实上，船舶到达锚地是随机的，在不指定锚位的情况下，锚泊船不可能严 格按“井”字形或“品”字形分布，各锚地锚泊船船型也不可能完全相同。因此， 锚地实际所能容纳锚泊船的数量要略小于其可能锚地容量。 实用锚地容量，也称设计锚地容量，是指在可能锚地容量的基础上，进一步 考虑锚地可能的船型分布情况和锚泊船实际上可能出现的位置分布情况等因素的 影响，实际采用或设计的锚地内能同时容纳的最大锚泊船数量。 根据日本学者井上欣三、臼井英夫的研究和模拟结果，实用锚地容量约为基 本锚地容量的8 0 。 锚地水域面积为泊港最多船只艘数乘每船所占水域面积。每船所占水域面积 水文、气象和海况等而采用其泊船方法面定。 单船基本锚位面积按相应的实用回转半径计算方法和公式r a = r ， 港口锚地合理配布和优化设计的研究 l a b 2 ， 觚x 来确定锚地大小。为了便于比较和锚地规划，不能简单地计算锚地容 量，应在计算不同种类和吨级的船舶所需锚位数的基础上，进一步求取相应的基 本锚地面积和实用锚地面积。基本锚地面积按实用锚地面积的8 0 计算，油轮和 危险品船舶的锚地面积增加1 0 1 。 第5 章港口锚地安全性研究的数学方法 第5 章港口锚地安全性研究的数学方法 5 1 安全评价及安全系统工程方法 安全评价是对系统的安全状况进行定量和定性的估计和评定。因为安全是通 过危险来表述的，所以安全评价也就是对系统所处的发生事故和面临灾害的危险 状态进行评估和评定。因此，也成为风险评价。安全评价的根本目的是判别系统 是否达到规定的安全目标或是否符合安全要求，并根据评价结果，对系统进行调 整采取某些完善、加强安全的措施。安全评价一般分为三种情况：对系统过去状 态的评价，对系统现在状态的评价，对系统未来状态的评价。对系统未来状态的 评价也称为安全预测。 安全评价包括确认危险性和评价危险性两方面的工作。危险是一个模糊概念， 因此，危险程度也是相对的，通常可以通过专家认定或者模糊综合评判来确认。 安全评价的系统工程方法，即安全系统工程方法，通过科学技术知识，系统 工程的理论和方法去鉴别、预测、消除或控制系统中存在的不安全因素和可能发 生事故的各种现象。从而使系统在一定的损失、效率等因素的约束下所发生的事 故减小到最低限度，即达到该条件下的最佳安全状态。对于海事安全评价问题上， 就应用海上交通安全模糊综合评价方法。采用模糊数学方法以及层次分析法，建 立模糊综合评价数学模型或多层次模糊综合评价数学模型，利用计算机进行计算， 得出综合评价的结果“”。 5 2 锚泊船在港口锚地的安全模糊性 自然界处处存在着模糊现象，模糊性是指客观事物差异的中问过渡中的“不 分明性”“”或者说是客观差异的中介过渡引起的划分上的一种不确定性，或概念 上没有明确界限所引起的一种不确定性“”。就船舶而言，无论船舶是停泊状态到 航行状态，还是由航行状态变为停泊状态，只要给定一个具体的运动状态或基本 参数，船舶的安全性问题也就随之产生了。但是对船舶的安全进行界定是极其复 杂的，而复杂的东西是很难精确化的。也就是说船舶安全与危险之间的过渡具有 “不分明性”，安全和危险的划分具有不确定性。所以锚泊船在港口锚地的安全具 港口锚地合理配布和优化设计的研究 有明显的模糊性主要表现在以下两点： ( 1 ) 涉及的评价因素多：影响锚泊船在港口锚地安全的因素很多：水文气象因 素，地理位置因素以及船舶特征等，而这些因素往往相互制约相互影响。所以我 们不能仅从一个方面出发做判断，我们必须综合各方面的因素做出一个接近实际 的综合评判结论，以避免顾此失彼和盲目片面。 ( 2 ) 涉及的模糊概念多：在进行安全评判时我们常会遇到类似锚泊船密度稠 稀、潮流大小、船况的好坏等问题，这些问题都带有明显的模糊性。如何把这种 模糊性进行解析化和定量化，使我们的安全评价建立在充分合理的科学基础上是 摆在我们面前的一个艰难而复杂的问题。模糊综合评判方法是解决我们所面临问 题的有效的数学方法。它能够在模糊的环境中考虑多种影响因素，针对某种目的 对某个事物做出综合决断，它可以处理用其它方法无法处理的模糊信息，具有系 统性和模糊性的特点，为船舶安全评价提供了一条崭新的途径。 本文将采用基于层次分析法的模糊综合评判的数学模型来评价锚泊船在港口 锚地的安全性。下面简单介绍模糊综合评判的数学模型。 弓3 模糊综合评判数学模型 自1 9 6 5 年美国加利福尼亚贝克里大学控制论专家l a z a d e h 教授提出模糊性 理论开始，经过三十年的发展，模糊综合评价方法已经广泛应用于天气预报、地 震预测、自动控制、遥感遥测、人工智能、知识工程，企业经济管理、工农矿业、 交通运输、图像识别、生物工程等国民经济、科技技术和社会科学的各个重要领 域。时至今日，该评价方法也趋于成熟。由于历史原因人们习惯于追求精确性 和清晰性，总是利用传统数学试图对任何事物实现严格、精确的定量化表示。随 着科学的发展，研究对象越来越复杂化，这主要体现在：1 影响事务的因素众多， 人们不可能认识其全部因素，使得清晰的现象变得模糊起来；2 模糊性是绝对的。 而清晰性是相对的。随着研究深度的增加，模糊性逐次积累。因此。精确性与模 糊性的对立是一个十分突出的矛盾。也就是说，复杂程度越高，模糊性越强，精 确化程度也就越低。由于模糊综合评价方法能够把许多不确定性因素作为一个内 部关系模糊的整体覆盖在一个模型之中，因此具备了系统性和模糊性两种特点。 第5 章港口锚地安全性研究的数学方法 建立模糊综合评判模型的基本程序为：评价指标的确定；相对权重的确定；指标 隶属度的确定；评价模型的建立和应用。下面对模糊综合评判模型进行简要的介 绍。 5 3 1 单级模糊综合评判模型 ( 1 ) 确定评价指标，建立因素集和评价集 口 建立评价对象的因素集合u = u l ，1 4 2 ，) ，且满足v “f = “，u l f = a ， 通常将评价对象u 按属