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随着外贸运输需求量的高速增长，在未来的长江经济带发展中，航运业必将处于举足轻重的地位，以黄金水道为纽带的长江经济带的发展也定将成为我国未来航运需求的主要增长点。长江干线中的南京、张家港、南通、镇江、武汉、重庆、芜湖、江阴和安庆9个港口，现共拥有15个集装箱专用泊位，长江干线已形成了从事国际集装箱装卸作业的港口群体。根据统计分析，集装箱吞吐量主要集中在南京、张家港和南通港。长江适箱货物分布的特点是武汉以下适箱货物运量约占长江全线适箱货物总运量的90％以上，并且下游省市外贸出口货物中，工业制成品所占比重较中上游省市大。如此巨大的资源，为洋山国际集装箱中转枢纽港提供了资源保障。 目前，长江水系经营内支线集装箱运输的船公司有几十家，开辟内支航线一百多条，挂靠30多个港口，拥有集装箱船一百余艘。其中，自航船占90％以上。这些船舶的技术状况只能满足长江A级航区内河船舶规范的要求。由于出长江口到洋山港，要通过约70海里的一段海上航行，该海域属海上II类航区，其中航行的船舶必须满足II类航区海船规范的要求，只满足内河船舶规范要求的现役长江集装箱船，在结构、性能和技术上是无法胜任这一段海上航行的。当然，可以用海船从事长江港口与洋山港之间的集装箱运输，但这势必导致不佳的经济性。 长江中下游是洋山港的主要腹地，大量的国际集装箱将经由长江水路和公路进行集疏。随着集装箱运量的快速增长，公路运输必然对东海大桥造成越来越大的压力。充分发挥水运“量大价廉”的优势，减少东海大桥运输压力，长江中下游与洋山港之间进行江海联运势在必行。长江中下游与洋山港江海联运集装箱船既通长江又通海上II类航区，营运环境复杂多变，对船舶的各种结构、性能和技术提出了更高要求。因此要充分研究长江中下游沿线主要港口与洋山港江海联运集装箱船型的技术特征，并提出相应航线上的优秀船型方案。这对洋山港的营运具有极大的现实意义和经济意义。
§1 江海联运环境 1、航道环境 长江中下游沿线各主要集装箱港口至上海(吴凇口)的距离如表15－1所列。 表15－1
吴凇口至洋山港海上距离为130公里(70海里)左右。 2、港口状况 长江流域经济的繁荣促进了集装箱运输业的发展。目前长江中下游干线已开辟集装箱运输业务的主要港口有南京港、张家港港、南通港、镇江港、武汉港、太仓港、常熟港、芜湖港、江阴港、泰州港等。这些港口国际集装箱泊位现状如表15－2所列。 表15－2 长江中下游沿线港口国际集装箱泊位现状
§2长江中下游干线港口与洋山港之间江海联运集装箱船的技术特点 1、船型 目前我国已经建造的中小型集装箱船有100TEU，200TEU，300TEU，412TEU，500TEU等系列，它们适合于长江、沿海、近洋航行，在设计和建造方面都积累了许多经验，为进一步研究开发提供了宝贵的资料。但是，这里所研究的江中运距长，海上运距短的江船出海型集装箱船还少见，往往都是用海船来运输。 因此，有必要结合长江和东海的环境来研究合适的江船出海型船舶，并提出技术经济性能优良的船型 为了增加船舶的载重能力，提高船舶的营运经济性，并考虑到长江航道水深的限制，江海联运集装箱船傅汝德数较低，方形系数较大，属浅吃水偏肥大型船。 2、线型 考虑到江海联运集装箱船在枯水期时要在挂靠港装卸载荷，吃水变化较大，首部一般不设球鼻。后体线型设计成双尾鳍线型，这样，既减小了阻力，又给螺旋桨供应充足的水流，从而提高了螺旋桨的推进效率。 3、主尺度和船型系数 江海联运集装箱船，吃水较浅，为了满足排水量的要求，一般采用缩短船长，增大船宽的办法，这也有利于减轻船体钢料重量，降低造价，提高船舶经济性。当然，船宽的确定，还要考虑到集装箱船横向排箱的特点，船宽呈阶梯形变化。另一方面，考虑船舶的横摇周期及海上航行时船的耐波性，增加船宽也有限度。由于吃水减少引起的排水量减少完全靠船宽增加尚不足以弥补，因此方形系数又比较大，为了改善船舶在海上航行时的大倾角稳性，船舶的型深也较普通江船大。 4、吃水 由于受到长江枯水航道深度的影响，为了全年通航，只好从内河航道水深限制来考虑船舶的设计吃水。但为了提高载重量系数，改善江海联运船吃水浅引起的不利的经济性，充分利用长江洪水期的潜在效益，可设计成变吃水来提高装载量。船舶设有最大吃水或结构吃水状态，枯水期适当减载，洪水期满载甚至超载(在船舶强度允许的情况下)。出海时，在下游港加载，进江时，在下游港减载，通过这些方法来获得较好的经济效益。 吃水到底取多少，这要作更深入的分析研究。 据长江航道局提供的资料，长江中下游从武汉到上海，以安庆黄颡口的水深为最浅。南京至长江口沿线，以白峁沙的水深为最浅。两处水深随月份变化如图15－1所示。船舶减载期及减载负载率根据此图估算确定。
从年箱运量最大，经济性最有利出发，航行于长江中游(武汉至北仑)的江海联运船的结构吃水为5.1米，设计吃水取3.6米。对于载箱量小于200TEU的船舶，考虑到尺度和尺度比的合理性，结构吃水取4－5.10米之间。 5、稳性 这里研究的江海联运集装箱船的航线是长江中下游干线港口到上海洋山港区，在长江中属A级航区，海上属II类航区。在海上要满足海船规范的要求，它比内河船规范要求高。海船的稳性问题侧重于大倾角稳性，在横风，横浪同步横摇中，应保证完整稳性。内河船当然也要满足这种稳性的要求，但侧重于初稳性，急流稳性的要求。 另外，江海联运集装箱船的压载量较大，一般可达载重量的15－30%，船舷设有顶边水舱，船首设有压载深舱，供调整纵倾及调节船舶重心之用。 综上分析，江海联运集装箱船的初稳性高 米为宜。 6、适航性 江海联运集装箱船的适航性要满足海上航行的要求。为了提高适航性，除可设置减摇装置外，从船舶布置角度也可采取相应措施，如增加双层底高度，降低初稳性高度。对长江口至北仑港所处东海海域的海况进行统计分析，其波浪的周期和发生的频率如表15－3所列。 表15－3 东海海域波浪周期和发生频率
可见波浪周期小于8秒的波浪发生概率最大，接近和超过70％，因此，要求船的横摇周期以不小于8秒为宜。最大横摇角为30度。 7、操纵性 江海联运集装箱船的操纵性和小舵角的应舵性，要满足江内航行的要求。为了满足江内航行时的操纵性，江海联运集装箱船一般采用双机，双桨，双舵，再配以双尾鳍型线。 8、快速性 江海联运集装箱船具有较大的船宽，在航行时易引起斜流和流线分离，增加船的剩余阻力，也降低推进效率。且方形系数较大，难与较大的傅汝德数相配合，以取得较小的阻力。在长江中航行，航速过高会给周围小船带来不良后果，且给江岸的堤坝造成不利影响。所以江海联运船的航速比同类海船低，其傅汝德数在0.175－0.225之间，航速一般为8.5－13.8节。国内500－1000吨级的江海联运船航速为8.5－10节；1000-5000吨级的江海联运船航速为9.5－12.0节；5000吨级以上的为12.0－13.8节。国外俄罗斯、德国的江海联运船的航速范围为8.5－12.0节。 但考虑到长江水流速度4公里/小时的影响，以及海上航行时有8-10%的失速率，航速不能太低。集装箱船是班期船舶，对船舶到港、离港时间要求较严，航速更不能太低。另一方面，江海联运船由于主尺度的变异，耐波性较差，在海上常有剧烈的摇摆，如果航速过高，将使其在海上的运动过于剧烈。 综合上述各方面因素，江海联运集装箱船的航速范围宜为12－14节。 9、推进性能 由于江海联运集装箱船属于浅吃水偏肥大船型，螺旋桨直径受吃水限制，不宜采用单桨而用双桨。双桨有利于吸收主机功率，使螺旋桨直径相对较大，或可避免过高的转速，有利于推进效率。艉部由于采用双尾鳍线型，船身效率较高，推进效率也较高。 另一方面，可考虑采用导管螺旋桨。 10、总布置 江海联运集装箱船的上层建筑均设在船的尾部，有利于货舱方整，增加货舱利用率，提高船舶的装载率。在满足船员居住条件，舾装布置和操作地位的前提下，应尽可能减少上层建筑的侧投影面积并降低其重心，以减少受风面积有利于稳性。 上层建筑高度应适应过长江中大桥要求，结构上应考虑避免尾部振动。 长江水含泥沙率为千分之三，压载水带来大量泥沙沉淀，顶边水舱装压载水有利于耐波性及排泥沙。 首部设有首楼，尾部设有尾楼。这样既有利于避免首部甲板上浪及尾部舵机舱室的布置，又可提高船舶的形状稳性臂，有利于大倾角稳性。 11、船体结构 由于船宽吃水比，船长型深比都较大，船舶横剖面较扁平，甲板和船底板材距中和轴距离都相对较小，而且由于装载集装箱的需要，货舱的开口一般都较大。为了提高船舶的纵总强度，增加横剖面模数，船体结构采用双层底和双层舷，骨架为混合结构式。
§3长江中下游主要港口至洋山港江海联运优秀集装箱船型方案研究 集装箱船的载箱量反映了船舶的装载能力，同时也反映了船舶的主尺度。因此，载箱数是集装箱船最重要的特征参数之一。船舶的航速对它的运输能力，经济效益有密切关系，是船舶的又一个重要技术参数。因此，把集装箱船舶的载箱数和航速确定为表征船型方案的最主要参数。所谓优秀船型是指它的载箱量和航速能使其在营运中既满足营运要求又达到最优的经济效益。 我们研究的是长江中下游主要港口与洋山港之间，国际集装箱江海联运的运输船型，其服务的航线一端是洋山港，另一端则可能是武汉港、九江港、芜湖港、南京港、镇江港、张家港港和南通港等。长江干线港口的选择主要考虑货源的集散，航道的条件等因素。武汉港地处京广铁路的中点又兼有长江、汉水航运之利，素有“九省通衢”之称，特别是长江直通出海，使武汉市“内联九省，外通海洋”，是我国东西南北运输的重要枢纽。武汉是华中大城市，工业发达，货源充足。再加上长江轮船总公司和长江集装箱运输公司均设在武汉，易对船舶货源的集疏运环节直接管理。因此，确定武汉港作为江海联运航线的另一终端港是合理的。考虑到水深的充分利用和港口集装箱的组织，此航线可以兼顾九江、芜湖。也就是说，在武汉－九江－芜湖一线，考虑开发一种集装箱船型，可常年在洋山港与长江中游干线港口之间进行联运。 南京以下，长江下游由于水深较大，航道条件优越，各港箱源充沛，可作为 另一条典型航线。此航线以南京港为终端，兼靠镇江港、张家港港、南通港，在此线上，考虑开发另一种到洋山港的江海联运集装箱船型。 5、船型优选 所谓船型优选，即要找出在保证技术性能的前提下，能使船舶经济性最佳的船舶载箱数和航速，以及相应的主尺度。其计算流程如图15－2所示。 必须指出，实际营运中，来回航程的装载率，空箱率都是变化的、不确定的、随机的，因此必须采用随机模拟的方法，才能真正反映客观实际。
图15－2 长江中下游港口与洋山港之间的远洋国际集装箱江海联运系统是洋山港集装箱集疏运系统中一个主要的子系统。为了获得好的经济效益，运输船型必须考虑到长江水位变化的特点，采用变吃水，并对江海联运集装箱船的船型、尺度进行优化。通过对各技术、营运、经济参数的分析研究，建立它们相互关系的数学模型，形成主尺度生成模块，船舶营运模块，船舶经济性模块。用合适的经济指标，通过营运状态的随机模拟和船型方案的选优，并经过敏感性分析，得到两条典型航线上的优秀船型方案，它们是： （1）南京港－洋山港航线，江海联运集装箱船的载箱量为260TEU，航速为12节，垂线间长×船宽×型深×吃水为 82×17.5×8.0×5.6 (米)。 （2）武汉港－洋山港航线，江海联运集装箱船的载箱量为160TEU，航速为12节，垂线间长×船宽×型深×吃水为 72.3×15.0×7.8×4.6 (米)。
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