平原流域适应性船型设计关键指标研究

刘长铭，王一鸣，张化英

(河南省交通运输厅航务局, 河南 郑州 450016)

0 引言

2007年，国务院发布的《全国内河航道和港口布局规划》将全国内河航道形成长江干线、西江航运干线、京杭运河、长江三角洲高等级航道网、珠江三角洲高等级航道网、十八条主要干支流高等级航道等[1]。

为了响应国家航道建设规划，河南省先后开展了沙颍河周口至省界航道升级改造工程以及上游周口至平顶山段航道建设工程、淮河淮滨至息县升级改造工程等。2012年，交通运输部颁布的《京杭运河、淮河水系过闸运输船舶标准船型主尺度系列》于2013年4月1日实施[2]。2014年，交通运输部修订发布了《内河运输船舶标准化管理规定》，强制要求新建、改建内河运输船舶，应当符合交通运输部制定的内河运输船舶标准船型指标体系中的强制性要求。

为了规范河南省运输船舶船型设计，同时为了适应升级改造的航道，充分发挥运输船舶的装载能力，提高船舶营运经济性，促进河南籍船舶回船籍港营运，研发设计适应河南航道环境的标准船型已是迫在眉睫。针对这种情况，课题组对河南省沙颍河、淮河及其支流的航道水深、弯道桥梁情况进行了充分的调研，结合航道实际情况，对设计的标准船型的主尺度、船舶线型、空间布局、LNG改建可行性等进行了研究，设计了4种适应河南省航道环境的“宽深比大、全高小”的适应性船型。

1 船型设计的航道边界因素

2016年10月，课题组随船沿沙颍河考察了航道的水深、航道宽度、弯道情况、沿途桥梁通航净空高度等情况，深入到漯河港调研了散货码头、集装箱码头的装卸能力和场地情况，以及货物的流向和流量情况。

1.1 航道及桥梁情况

沙颍河在河南境内的410 km航段(见图1)已经或即将按天然和渠化河流的Ⅳ级航道标准建设，但综合航道水深、桥梁净高、船闸尺度来看，沙颍河在不同区间段的航行条件却不尽相同：

图1 沙颍河航道基本情况

(1)沙颍河周口至省界段。该航段航道水深在4.0 m以上，船闸尺度为：闸室有效长度260 m×口门宽23 m×门槛水深4.5 m，桥梁通航净高达到7 m以上，常年通航1 000～1 500 t货船。

(2)沙颍河周口至漯河段。该航段航道水深约为3～4 m，船闸尺度为：闸室有效长度120 m×口门宽12 m×门槛水深3 m，桥梁通航净高达到7 m的占少数，大部分桥梁通航净高为5 m。

(3)沙颍河漯河港至北汝河口段(建设中)。该航段航道通航水深2.3 m以上，船闸尺度为：闸室有效长度120 m×口门宽18 m×门槛水深3.2 m，桥梁改建后通航净高可达到7 m。

1.2 营运船舶现状

课题组到沙颍河周口和漯河段进行了深入调研，搜集到沙颍河过闸船舶数据近700份，综合分析过闸船舶情况。目前沙颍河上行驶的多为单船，偶尔可见拖船船队。根据调研资料显示：沙颍河周口段船舶多为500～1 000 吨级船舶；由于船闸宽度限制，超过1 000总吨船舶基本没有，500吨级以下船舶由于运营经济性不高，占比也比较小。

目前，载重量最大的1 000 吨级船舶总长65 m，船宽小于11 m，船舶全高大于7 m，吃水大于3.4 m。800吨级船舶总长约为55 m，型宽小于10 m，全高最高约6.5 m，吃水最大为3.2 m。沙颍河上运营的吨位较大的典型船舶尺度参数见表1[3]。

表1 典型干货船主要尺度

1.3 货物种类及流量

沙颍河作为豫东南及皖北地区的水运主通道，是连接河南省腹地和长江干线、京杭运河交通的重要组成部分，水上航运以建材、煤炭、杂件、粮食、集装箱运输为主导货源。河南作为全国的产粮大省和产煤基地，货物出口品种主要是煤炭和粮食制品，运往华东的江浙沪地区；货物进口品种主要是沙石建材、件杂货等。

2015年后随着整个沙颍河升级改造工程的完工，航道运输条件有了较大的改善，水路货运量进入了快速增长期。分析预测：2020年后水运量进入平稳增长期；2020年沙颍河周口至省界航道升级改造工程航道水运量约802.4万t，占整个沙颍河航道总量40%；郑埠口船闸的货运量2020年为525万t，其中上水运量137万t、下水运量388万t。

2 船型设计关键指标的确定

对于同类型的货船，在运输距离相同的前提下，船舶载重量越大，运输成本越低，经济性也就越好。在满足国家标准船型主尺度要求的前提下，尽可能地设计出载重量较大的船型，不但可以提高船舶的经济性，也可以更充分地发挥航道通行能力。另外，在货物周转量一定的前提下，提高船舶的装载能力，可以有效减少航道的船舶数量，从而提高船舶航行的安全系数。因此，船型关键指标的确定，是船舶设计的基础，也是至关重要的部分。

2.1 船舶主尺度

按照交通运输部公布的京杭运河、淮河水系过闸运输船舶标准船型主尺度系列要求，结合河南省航道水深、弯道、桥梁环境实际情况，新开发的货船标准船型主尺度在满足《京杭运河、沙颍河-淮河干线过闸干散货船、液货船标准船型主尺度系列》中京淮货-8和京淮货-10要求的前提下进行优化设计；集装箱船型在满足《京杭运河、沙颍河-淮河干线过闸集装箱船标准船型主尺度系列》中京淮集-4和京淮集-6要求的前提下优化设计。

2.2 船舶布置及操纵性

考虑到桥梁通航净空高度的限制，在船舶舱室布置上需要尽可能减小船舶的水上高度，驾驶室的布置可以采用前置驾驶室或者升降驾驶室形式。前置驾驶室对船舶造价影响很小，同时可以显著改善驾驶视线，提高航行安全性。驾驶室升降技术作为一个成熟可靠的技术，在实船设计建造中多有采用，船队正常营运过程中，可在1～2 min内完成升、降的全过程，航行过程中不影响船队通过限制高度的桥梁，且维护费用极低，但升降驾驶室会增加3%左右的船舶造价。

内河航道的特点是航道狭窄、弯曲半径小、船舶密度大，对船舶的操纵性能要求高，双机双桨双舵型船相对单机单桨单舵型船，在螺旋桨直径不受限制的情况下，虽然螺旋桨推进效率略有损失，但可以显著提高船舶的操纵性，减少船舶碰撞几率，提高航行安全[4]。

2.3 集装箱船箱数的确定

根据资料显示，集装箱产品的型号很多，外形尺寸差别很大，长度主要以6.069、12.192 m为主，高度主要以2.591、2.896 m为主，宽度均为2.438 m。其中，高度为2.591 m的集装箱为主流产品，约占到市场份额的70%，故集装箱船的研制应把6.069 m长、2.591 m高的标准集装箱作为主要货源。

船舶主尺度要素按适用航道允许的最大船舶尺度来确定。船舶尺度等要素确定以后，装箱层数主要取决于桥梁高度和船舶稳性、强度等技术性能的要求[5]。

3 适应性标准船型设计定型

综合交通行业船舶建造政策要求、船舶安全航行的要求，本着实事求是、因地制宜的原则，结合河南省平原流域航道实际情况，制定出机动货船和集装箱的4种标准船型，其要素见表2。制定标准船型目的就是将较大吨位的机动货船、较多箱位的集装箱船，用于沙颍河和淮河干线航道上的省内和省际的运输；将较小吨位的机动货船、较少箱位的集装箱船，用于等级偏低的涡河、沱河等支流航道上的省内区间运输。

表2 标准船型尺度要素表

4 结语

近年来，为了提高船舶过闸效率，交通运输部门大力推进内河船舶标准化，但标准船型在各个地区营运又受到当地航道水深、航道宽度、桥梁净空高度等因素的影响。本文结合河南省沙颍河、淮河及其支流航道情况，在现有标准船型基础上，优化船舶空间布局和线型，采用前置驾驶室、可放倒桅杆，配备测深系统、防碰撞预警系统等，并在设计中考虑改装成LNG动力船舶的可行性，研发设计出4种适应当地航道环境的“宽深比大、全高小”的标准船型。经过实船验证，在保证船舶载货量的前提下，新设计的船型可以明显降低船舶高度，有效改善船舶在多桥梁、多弯道、水深较浅航道的通航能力。