宁波-舟山港金塘港区大浦口集装箱码头工程总平面布置优化

1、宁波-舟山港金塘港区大浦口集装箱码头工程总平面布置优化2009年12月第12期总第435期水运工程Port&WaterwayEngineering工宁波一舟山港金塘港区大浦口集装箱码头工程总平面布置优化赵有明-,彭玉生t,张一禾z,张鹏?(1.中交水运规划设计院,北京100007;2.舟山甬舟集装箱码头,浙江舟山316000)摘要:通过分析金塘港区大浦1:7集装箱码头工程复杂的自然条件,扎实的前期基础工作和多项专项论证成果,以及国内外集装箱码头建设情况和发展趋势,对工程总平面布置进行优化.关键词:金塘大浦口;集装箱码头;总平面布置;优化中图分类号:U656.1+35;U65l+

2、.4文献标志码:B文章编号:10024972(2009)12009008OptimizationofgenerallayoutofNingboZhoushanPortJintangDapukouContainerTerminalZHAOYou-Ming.,PENGYu-sheng,ZHANGYi-He,ZHANGPengCo.,Ltd.,Zhoushan316000,China)Abstract:BasedontheanalysisofthecomplicatednaturalconditionofJintangDapukouContainerTerminalproject,thesolide

3、arlier-stagefundamentalwork,aseriesofspecial-itemdemonstrationdata,aswellasthesituationanddevelopmenttrendofcontainerterminalconstructionbothathomeandabroad,weimplementedanoptimizationtothegenerallayoutofthetermina1.Keywords:JintangDapukou;containerterminal;generallayout;optimization宁波一舟山港金塘港区大浦口集装箱

4、码头工程是上海国际航运中心的重点工程之一,更是宁波一拟建在舟山本岛东南侧金塘岛西南部的大浦口海湾内(JB仑港区对岸,见图1),将建设5个7万深水岸线,码头区水域为外海开敞水域,近岸水下地形,潮流,泥沙,风和波浪等条件较为复杂,码头和大堤的布置合理与否将直接关系到码头造价,泊位使用便捷程度,船舶靠离泊作业安全,码头区淤积与否等关键问题;海岛上建设码头,陆域堆场,辅建区及对外集疏运通道等配套布置是否合理,预留考虑是否具有前瞻性,将直接影响整个码头的营运效率和可持续发展.本文通过分析金塘大浦口集装箱码头工程复杂的自然条件,扎实的前期基础工作成果和国内外集装箱码头建设情况及发展趋势,以及装卸工艺论证和

5、装卸系统道路交通仿真分析等专题论证成果,对工程总平面布置进行优化研究,力图把金塘大浦口集装箱码头工程设计成高效,系统最优的高品质岛屿式的国际一流港口.1主要建港条件简介及特点分析金塘常风向NW,频率13.3%,次常风向SE,收稿日期:20090810作者简介:赵有明(1976一),男,工程师,从事港口,航道规划设计工作.第12期赵有明,等:宁波一舟山港金塘港区大浦口集装箱码头工程总平面布置优化?91?图1形势图受南北山体掩护,对本工程船舶靠离,作业不利的6级及以上风速码头吹拢风(WSW,W,wNW向)频率总计仅0.53%,吹开风(ENE,E,ESE向)频率总计仅0.48%.金塘水域常,强浪向分

6、布在NW和SE,主要表现在冬季为NW向浪,夏季为SE向浪,本码头区SE向受外山嘴的掩护.码头区20m水深线,设计高水位WNWNW向H最大,为4.1in.金塘水域涨潮时,外海潮波经由螺头水道进入金塘水道,流路分散,涨潮流势趋缓;落潮时,塘岛不大,沿岸岸线凹凸多变;相比之下,突出水域所处典型的岬湾地形,对潮流的流路造成较大的影响,但码头区总体上呈SEWN向往复流形式.实测最大涨,落潮流为160cm/s,168cm/s.2004年7月大浦口大潮汛各站实测垂线平均潮流矢量图见图2.图2大浦口大潮汛各站实测垂线平均潮流矢量图本工程场区南北为海拔数十米由侏罗纪凝灰浦口湾湾口宽约2.0km,湾内陆域纵深约1

7、.6km,地势平坦,北,东,南三面青山环抱,大多为农田,盐田和砖厂.大浦口湾内水下地形呈锅底状,一18m等深线近岸顺直,总体走向NNWSSE,两侧岬角外18m水深距离岸边只有约30m;湾外18m水深外海侧水下坡降大,其中中间段坡降约为1:177,南北岬角湾内约1:113,两侧岬角外约1:5.61.8.水下地形多年稳定.2总平面布置优化总体思路上海是长江三角洲经济区域的中心,更是全国的经济中心,而金塘大浦口集装箱码头工程作为国际航运中心的重点工程之一,将来主要承担国际中转及沿海中转业务,运营管理,效率等都要与国际接轨,直接参与国际大港的竞争.建设本工程是为实现宁波一舟山港枢纽港目标奠定坚实的硬件

8、基础,更是宁波,舟山港口资源整合一体化的"第一道丰碑",使宁波一舟山港成为名符其实的上海国际航运中心集装箱枢纽港的南翼,从而促进我国沿海港口集装箱运输体系的形成.因此,金塘大浦口集装箱码头工程设计和建设必须以高标准,高水平进行,建设成结构安全,系统最优,效率最高,能耗最省,可持续发展的高品质岛屿式世界一流港口.长期以来,港口规划及设计所面临的最大的有较强的专业性和针对性,投资巨大,规划设计时考虑的主要问题就是如何利用有限的投资,规航运业的发展却是持续的.装卸方式的改进,作业效率的提高,运营船舶的演化,管理方式和经何设计出能最大限度地适应未来航运需要的港口?92?水运工程20

9、09卓越来越成为港口工程界必须思考的问题.针对本工程,需着重考虑从船舶继续大型化,港口高效信息化,向现代物流发展等方面适应航运业未来发展.另外,本工程港外将会诞生一些为本工程和后续的上岙,木岙等集装箱码头工程服务的专业公司,从事机械维修,拆装箱,修洗箱,餐饮,发展,将码头社会功能剥离出来利用社会化服务,降低建设和经营成本.2.3充分考虑海岛建港特点,体现海岛码头特色本工程是在海岛建设大型集装箱码头,港口建设具有前期依托条件较差,陆域形成成本较高,供给(水,电,油等)成本较高,陆岛大桥集疏运通道单一等特点,设计到施工及运营管理均应考虑应对异常情况,确保港区运营的高可靠性,避免出现明显的瓶颈;充分

10、考虑以上海岛建港特点,充分利用自然资源和社会资源,体现海岛码头特色,提高突发事件应对能力.自然环境及生态环境是自然界长期演化达到程所在金塘岛大浦口湾湾内拥有天然的深水岸线,湾内东侧陆域大多为农田和盐田,地势平坦,宽的同时,尽可能保持金塘岛的自然地貌,风物,保护海岛上的生态平衡等,使未来的金塘岛具有自然特色,建设的码头工程具有良好的国际形象.2.5从总体布局出发,考虑分期实施本工程建设5个全集装箱泊位,起步将建设为2个泊位,起步工程将奠定整个港区的基本格局.平面布置应从整个工程的总体布局出发,并考虑建设逐步推进,分期实施的特点等因素.3总平面布置优化主要内容3.1.1码头长度【-】本工程5个泊位

11、连续布置,泊位总长较长,组合比较灵活,其中具有代表性的组合有3种,分别为:1)近期主导组合,即"1个10万吨级+3个5万吨级+2个2万吨级泊位"2)中期主导组合,即"2个10万吨级十2个3万吨级+2个2万吨级泊位"3)远期大型泊位组合,即"2个l0万吨级+3个7万吨级泊位".按规范计算,泊位总长分别为1785m,1738m,1774m.综合考虑上述泊位组合,大浦口湾内近岸地形条件,与北侧工作船码头安全距离等因素,设计泊位总长取为1774m.本工程码头为栈桥式高桩码头,码头宽度既要满足集装箱装卸船作业等生产营运的需要,又不能过宽,造成浪

12、费.码头宽度由前轨前沿,两轨之间以及后轨后沿三部分宽度组成.1)前轨至码头前沿宽度考虑系缆墩及前方水电管沟布置,并考虑岸桥与船舶之间的安全距离,通常取34m.本工程设计船型较大,参考类似工程,取为3.5m.2)为满足到港15万吨集装箱船舶装卸需要,仅考虑岸桥本身结构需要,两轨之间宽度30m即可以满足.本工程陆域纵深较大,只要合理利用堆场,设备充足,就不会成为港口能力的瓶颈.而栈桥式码头相对顺岸式布置码头存在车流密度大,灵活性稍差等不足,码头装卸船将可能成为港口能力的制约因素.为适应集装箱船舶大型化,装卸高效化的要求,保证码头上车流运行通畅,并考虑岸桥进一步发展整机稳定性要求等因素,适当加大轨距

13、是必要的.此外,为提高单机效率,本工程选用了部分双40ft箱岸桥,每台岸桥需要2条并行的作业车道,对于码头宽度的要求也要高于普通岸桥.因此,码头岸桥轨距采用35m.度通常不超过14m,少量舱盖板宽度达到15.9m.本工程为栈桥码头,从适应船型发展,满足作业需要,保证安全的角度,适当加宽舱盖板区宽度很有必要.该宽度加宽至20.5m,既可以满足超宽舱盖板堆放需要,又能在堆存普通舱盖板时保证后方留有一个辅助车道,可以防止栈桥端部堆放的舱盖板堵塞栈桥而影响通行,码头更好用.第12期赵有明,等:宁波一舟山港金塘港区大浦口集装箱码头工程总平面布置优化?93?另外,国内已建的宁波北仑四期,五期码头面宽度均为

14、55m,上海外高桥一期五期码头面宽度分别为43m,50m,50111,54.5m,58.5m.从码头面宽度演变过程可以看出,集装箱运输船舶大型化给码头作业的高效化不断提出新的要求,码头面宽度也相应加宽.综上所述,码头平台宽度选取为59ITI.3.1.3码头前沿线方位选择2-6本码头所在岸线为天然深水岸线,码头区水域为外海开敞水域,近岸水下地形,潮流,波浪等条件复杂.码头前沿线布置应与当地风,浪,流及地质条件相适应,确保船舶装卸作业,靠离泊操船安全,确保码头安全,并尽可能降低码头造价.除南北两侧岬角附近外,大浦口湾内20111水深左右等深线基本与常风向,强风向和强浪向相平顺.为尽可能降低码头造价

15、,减小码头淤积,码头前沿线位置应基本位于天然水深处,布置在两侧岬角以里,码头和港池尽可能少疏浚;码头前沿线的走向以适应该处的主导潮流流向为主,尽可能减小水流对船舶靠离泊和安全作业的影响.同时,为充分利用岸线资源,码头前沿线必须顺直布置.为优化设计,设计对码头岸线位置及走向进行了专题论证,并安排了"潮流数模及泥沙回淤分析","船舶靠离泊模拟试验"和"码头系缆力试验"三项专题研究.潮流数模计算分析了工程前后码头及船舶明:新建海堤对码头前沿水流具有明显的归顺作用,透空式码头对水流有一些影响,但并不明显;工程建设后涨,落潮流的平均流速和最大流

16、速均有所下降;码头前沿水流主导流向位于码头中部,靠近两端岬角处水流流向与主导后码头前沿水流主导流向在145.左右,码头前沿线走向大致在136.151.码头前沿线走向在136o15lo范围内,波浪对码头作业条件的影响基本一致,即S,SSE,SE,WNW,NW向波浪均为顺浪,W,WSW,SWS,SW向波浪均为横浪.系泊船舶在波浪,水流和风等因素的作用下将产生运动,船舶运动量直接影响码头的装卸效率.对不同码头前沿线走向下的船舶系泊试验,分别进行了波浪和水流共同作用,单纯波浪作用下的船舶运动量,缆绳张力及船舶撞击能量的多结论:波高增大,船舶运动量增大;船舶载重量增加,船舶运动量减小;同等条件下水位变化

17、,船舶运动量差异不大;波浪与潮流同向叠加作用时,船舶运动量明显增大;潮流流向与码头前沿线夹角在5o以内时,潮流对船舶横向移动影响不明显.根据码头前沿线潮流流速计算,工程后码头前沿停泊水域流速不大,因此码头前沿线的布置应尽可能减小横流与横浪叠加对码头装卸作业的影响.码头前沿水域流场具有北部涨潮流速大于落潮流速,南部落潮流速大于涨潮流速的特点,码头前沿线走向取小于145.时,北端涨潮流与岸线走向的夹角变小;码头前沿线走向取大于145o时,南端落潮流与岸线走向的夹角变小.因此,码头前沿线的走向应以考虑中部码头前沿线主导流向为主,兼顾两端水流流向.分析潮流计算结果,涨,落潮时岸线中部前沿线水流主导流向

18、分别约在338o,145o,考虑北部的涨潮流速稍大于南部的落潮流速的特点,码头前沿线的走向应选择在150o左右.另外,本工程码头前沿附近水下地形变化较大,码头前沿线位置和走向改变时,引起码头工程量明显变化.5个码头轴线走向见图3.因此,综合分析码头建设费用,对水深及地质的适应,泊岸衔接等其他因素,最终确定码头前沿线布置在两个岬角连线以内,5个集装箱码头连续顺岸布置在一18m等深线附近,码头轴线方位为150.30,与等深线基本一致.1)世界主要集装箱港口单个泊位实际吞吐量.纵观世界主要集装箱港口,由于港口自然条?94?水运工程2009点Ni,誉霉图35个码头轴线方案示意图件与发展速度上的差异,目

19、前欧美港口的能力普遍较为富余,欧洲港口单泊位实际吞吐量一般不超过40万TEUa,北美港口不超过30万TEU/a;亚洲主要集装箱港口的单泊位吞吐量一般在50万箱吞吐量为65万TEU/a左右;2003年深圳盐田港区单泊位实际完成的集装箱吞吐量创造了100万TEU/a的最高记录;上海外高桥五期也曾达到过100万TEU/a.2)世界主要集装箱港口百米岸线的吞吐量.亚洲港口的每百米岸线吞吐量普遍较高,一般在16万22万TEU之间,而欧美港口则为吞吐量最高曾达到了22.5万TEU,深圳盐田港区约为21.5万TEU.3)本工程码头通过能力.通过能力核算.按照国内现有集装箱单个泊位实际完成吞吐能力50万90万

20、TEU/a计算,本工程5个泊位码头总的通过能力约250万450万TEU/a.按照码头每百米岸线实际完成吞吐能力l5万23万TEU/a计算,本工程1774m岸线码头总的通过能力约280万410万TEU/a.港口各环节能力匹配.为提高港口综合通过能力,设计应在适应吞吐量发展,船型发展,提升经营管理和服务水平不等式:P配套P集疏P堆场P码头综上,设计码头通过能力控制为450万TEU/a.码头后方集装箱堆场堆存能力,港内外道路和闸口通过能力,配套工程能力等环节需要满足前述不等式,其能力及平面布置按480万TEU/a设计.新建大堤布置在既有大堤海侧05m水深附近(图4),总长约1862m;大堤走向与码头

21、平行,与码头间的垂直净距为178m,其布置对湾内潮流具有较好的理顺作用.,一.,I图4总平面布置同时,新建大堤相对刚性,沉降较小,而紧贴大堤侧陆域经处理后,一定时期内会有较大的沉降.参考上海外高桥和宁波四期,五期的实际作法和使用经验,为便于建成初期及使用一定时间后,引桥陆端和后方陆域高程的衔接,在新建大堤后沿布设了30m宽的高程衔接缓冲带.3.3引桥布置【.7早期集装箱码头堆场顺岸线方向区块长度通常在200250m,随着集装箱运输船舶的大型化,场区块长度大小与到港船型,堆场内集卡通道布置方案,生产组织管理习惯等多种因素有关,由于涉及的因素较多,堆场区块长度确定尚没有定论.从堆场作业的角度看,堆

22、场长度200m,第12期赵有明,等:宁波一舟山港金塘港区大浦口集装箱码头工程总平面布置优化?95?有利的方面是单机作业干扰少,集卡车在堆箱区块内的行走距离短,运行效率提高;不利的方面长度>200m,单条堆场需多机作业,堆场堆存容量高.本工程为离岸式栈桥码头,由于堆场纵向道路通常与码头栈桥是一一对应的,从码头前沿装卸船作业角度看,两座栈桥之间的净距离稍长于一条主力设计船型的船长是较为合理的,可以通过调整船位,减小大船装卸时集卡车绕远并在堆场前方道路上掉头的几率,减少码头前沿通过性车流量,对于保证高效作业有好处.此外,栈桥与码头连接处也是前方车辆容易堵塞的地方,减利于码头分期实施.本

23、工程到港以第五代以上集装箱船为主,船型长度超过300m,对应于5个泊位,堆场推荐分成6块,堆场道路通过6座引桥和码头相通,堆场宽度和引桥间距在300330m之间,适宜单条堆场多机作业.3.3.2引桥长度,宽度本工程引桥与码头及新建大堤都正交布置,长度均为178m.参考类似工程,结合道路交通仿真分析,根据交通量大小分别设置引桥宽度,1,#6引桥与码头和堆场两端相连,交通量较小,宽度设置为18m,为双向4车道;中间4座引桥交通量较大,均设置为25m,为双向6车道.除局部码头区外,本工程水域水深均大于20m,无需疏浚.考虑优越的水深条件,工程水域尺度设计全部按15万吨集装箱船考虑.其中,由于港池潮流

24、以南北向往复流为主,且流速较大,回旋水域按椭圆形设置,长轴,短轴分别取为3倍,2倍设计船长.陆域纵深尺度是反映港口适应快速发展,拓着集装箱船舶大型化的发展,世界各主要集装箱枢纽港均向着深水和大型化方向发展,建设的大码头单个泊位岸线长度已超过300m,陆域纵深也有较大的提高.欧美等国港口土地资源相对丰富,欧洲主要港口的集装箱码头纵深一般是在5007001TI之间,单泊位陆域面积在15万26万mz之间;北美主要港口的集装箱码头纵深更大一些,一般在7501200m之间,单泊位陆域面积大多在30万mz以上.亚洲早期主要港口建设的集装箱泊位纵深大多不超过400m,例如香港港,新加坡港,高雄应集装箱船舶的

25、大型化发展及港口平均装卸箱量的增加,近年来亚洲主要港口新建的集装箱码头面积也有所扩大,韩国釜山神仙台码头陆域纵深近750m,单泊位陆域面积达26万m2;上海港外高桥四期及五期码头陆域纵深更是达到了1250m,单泊位陆域面积达45万ma;宁波四期陆域纵深为6401TI,807ITI.本工程5个专业化集装箱泊位单个泊位长度为330377m,为世界港口先进水平,均能满足国际干线班轮的靠泊要求.本工程通过近岸围填造陆,南侧开山回填形成规则陆域,陆域平面范围北起北侧排水河南缘至南侧山体,东起规划环岛公路西至拟建大堤和码头,陆域纵深为9601100m,其中一线重箱堆场纵深可达500m,单个泊位陆域面积约4

26、4万m,为世界领先水平.现代集装箱港区功能自码头向后方沿陆域纵深方向主要有4个功能区:码头区,堆场区,辅建区和物流园区(为拓展港口物流,配套服务的空间,为延伸港口产业链创造了基础性条件).1)码头前沿作业区宽度为59m.2)根据运量及其发展的需求,本工程陆域由海侧向陆域为新建大堤,30m宽的绿化缓冲带,585m范围全部布置为堆箱区.堆场分为一,二,三线堆场,其中一线堆场约321m布置了8排重箱,二线堆场约255m布置了5排重箱和1排空箱,三线堆场布置在后方区块内;危险品箱区布?96?水运工程2009血的无外伸臂轨道式龙门起重机作业,空箱区采用空箱堆高机作业,危险品箱区采用较小型轨道式场桥作业.

27、3)结合港区的自然地形,在依托条件好的陆域东北侧,邻近交通便利的环岛公路的场区内集中设置整个港区的综合管理服务区和生产辅助区,这也有利于起步建设.4)为使本工程和后续上岙工程建设具有较强的可持续发展条件,用规模经济的观点整合港口资源,需在环岛公路的东侧规划为港口物流园区用地,并尽早建设,使港口物流活动与本工程有机衔接.根据陆域功能分区,堆场顺岸分区及道路交通仿真分析,本工程大门内道路大体呈"横三竖七"布置,分别为纬一路纬三路,经一路经七路.由于本工程为全天候的较强潮流港口,船舶须顶流靠泊,停靠船舶的船头朝向不定,而堆场内的车流方向是固定的,码头前沿与堆场车流方要求,缓解堆场

28、区块内通道和堆场间道路的车流压力,理顺车流,保证车流通畅,须在堆场前沿新建大堤内侧布置一条横向路(即纬一路),路宽为25m,为双向六车道.纬二路设置在重箱第8条和第9条之间,车流量相对较小,路宽为9m,为双向二车道.路是车辆进大门进堆场送取箱出大门的主通道,也是整个港区的横向主通道,车流量大,布置路宽25m,为双向六车道.对应于引桥宽度,堆场区经一路和经七路道路宽均为l6m,经二路经六路道路宽均为25m.集装箱运输因为具有便捷,安全,低廉,高效的优越性,所以在交通运输中得到了迅猛发展.集装箱大门布置直接关系到集疏运是否畅通,影响港区的效率,是集装箱港区最重要的环节之一.现代集装箱码头的闸口管理

29、大都从传统的人道口识别放行系统,大大提高了集装箱闸口的通过能力.1)大门车辆过闸交通量和闸道数.吞吐量达250万TEU时,计算高峰日过闸交通量和单向最大小时交通量分别为8464辆,d,508辆,h,需设置进出大门闸道数分别为12道,9道;吞吐量达480万TEU时,高峰13交通量和单向最大小时交通量分别为16252辆/d,975辆/ll,需设置进出大门闸道数分别为23道,18道.2)大门布置.大门布置有分开和合一布置两种形式,其中出港大门分开布置,避免了进出港车流过于集中,相互车流影响小,为设计推荐采用布置方式.根据堆场布置,考虑便于港外车辆送取箱行车路径,减小车辆行程,将集装箱进出大门分别正对

30、经二路和经六路布置,大体与港外环岛公路呈正交布置.进港大门布置了10闸道(含2个超高车道,供超限箱集卡通行),大门北侧预留了车道扩建的位置;大门外东距环岛公路约220m,大门前留有约22070m车辆等候进闸的缓冲停车区,可以容纳120多辆集卡;在大门内南侧设置缓冲停车场,以应对非正常情况造成的车流高峰,置了8闸道(含2个超高车道),大门北侧也预留了车道扩建的位置;在出口大门内侧布置了约80辆车辆缓冲停车区.本工程主要建筑物布置在陆域的中北侧,既满足总体生产要求,又满足北侧起步和分期建设的需要.生产生活管理区,生产区建筑物分别集中布置.结合集装箱大门分开布置的方式,生活管理区和辅助生产建筑物主要

31、布置在进港大门南侧后方区块内和前方大堤内侧30m宽缓冲带内.1)综合楼,集卡受理中心,生活楼,总降压站等.满足本工程管理公司办公,兼顾船务公司,理货,货主(代),货运等港口相关企业办公服务的需要,以及海关,国检等管理办公的需要,建筑面第12期赵有明,等:宁波一舟山港金塘港区大浦口集装箱码头工程总平面布置优化?97?积为12000m2;布置在进港大门南侧,位于整个港区最为显赫的位置,交通便利,是来港人员的"第一道风景线".生活楼和总降压站布置在综合楼的西侧和南侧,与综合楼形成相对独立集中布置的管理,生活区.集卡受理中心布置在进港大门北侧,便于集卡送取箱在进大门前办理手续.2)海关查验场区,公路拆装箱库.海关查验场区紧邻环岛公路布置在港区围墙内出港大门的北侧,处于港区中心地带位置,相对独立,靠环岛公路布置,便于海关查验的对外交通,也有利于对整个港区管理;查验区占地面积约5.0万m,可以布置海关,国检等各类查