港口作业天数分析方法研究

谷文强，孙英广

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230）

摘要：本文通过对国内外通用规范和标准的研究，针对港口工程港口作业天数要求、影响因素和分析方法进行详细地论述和总结，给出了各国规范中对于码头不可作业天数的限制要求，分析从船舶进港、进港后船舶操纵、船舶靠泊、船舶系泊、装卸作业和船舶离泊整个作业过程的影响因素，并给出各作业过程在没有相关试验结果情况下的作业环境条件限制标准，最后给出了港口作业天数的分析方法和增加港口作业天数的具体措施。

关键词：港口不可作业天数；母港；挂靠港；船舶操纵；船舶系泊；装卸作业

引 言

在国际工程项目中，国外业主和国际咨询工程师经常提出港口作业天数的要求，因为港口作业天数会直接影响码头的吞吐量和经济效益。

港口作业天数是指从船舶进港到离港整个过程中的港口允许安全作业的总天数。在需要引航的时候，尚应考虑引航员上下船的环境作业条件要求对作业天数的影响。

笔者根据对欧美国家和中国的规范进行研究后，针对港口工程港口作业天数要求、影响因素和分析方法进行了详细的分析和总结，供参港口工程项目的广大技术人员参考。

1 各国规范中的港口作业天数要求

1.1 中国规范作业天数要求

中国规范中仅有对液化天然气码头作业天数的要求，其他码头没有明确规定。

根据《液化天然气码头设计规范》（JTS165-5-2016）[1]，液化天然气码头全年可作业天数应根据设计船型，综合分析液化天然气船舶进出港航行、靠泊、装卸、系泊和离泊全过程的有关气象、水文条件确定。海港液化天然气码头最长连续不可作业天数不宜超过5天。

1.2 英国规范作业天数要求

根据英国规范《Maritime works-Part 1-1：General-Code of Practice for Planning and Design for Operations》（BS 6349-1-1：2013）[2]，开敞式原油码头的年不可作业天数一般不能超过5%～10%，并且全年5%的不可作业天数不能集中在三个月内。

根据英国规范《Maritime works-Part 2： Code of Practice for the Design of Quay Walls, Jetties and Dolphins》（6349-2：2010）[3]，油码头和气体码头的年不可作业天数一般不可超过10%。

1.3 美国国防部规范（UFC）作业天数要求

美国国防部设计规范 UFC《Military Harbors and Coastal Facilities》[4]中规定，航空母舰港口的作业天数要求如下：

母港的年作业天数不少于339天，相当于每月连续不可作业天数不能超过2天；

挂靠港或船厂码头的年作业天数不少于 300天，相当于每月连续不可作业天数不能超过5天。

1.4 西班牙规范作业天数要求

西班牙规范《Actions in the Design of Maritime and Harbor Works》（ROM 0.2-90）[5]关于不可作业天数的要求如表1所示。

表1 不可作业天数要求（ROM）

注：1）表中的不可作业天数取决于不可提前预测的环境因素（风、浪、流、气象潮、能见度等）或可提前预测的因素（天文潮等）。表中的数值没有考虑禁止夜航的情况，当禁止夜航时，区域可使用时间缩短，则区域利用率增加，不可作业天数要求将更严格；
2）表中的最小要求是基于区域利用率30%的情况，而利用率基于区域总的可利用时间（已经减去因为任何原因造成的不可作业天数：水位、环境条件、夜航等）计算。如果区域利用率小于20%，则最大不可作业天数应为表中的数值的两倍。同样的，如果区域利用率大于40%，则最大不可作业天数应为表中的数值的一半；中间值可以用差值求得；
3）渔船和休闲船的极限环境作业条件可根据表中的不可作业天数计算。

水域范围 港口类型 区域 最大不可作业天数通行所有类型船舶 200小时/年或20小时/月船舶通行水域（航道、口门、操纵水域等）受到广泛关注的港口 仅通行渔船和休闲船 20小时/年或4小时/月通行所有类型船舶 300小时/年或30小时/月避风港 仅通行渔船和休闲船 20小时/年或4小时/月其他港口 通行所有类型船舶 400小时/年或40小时/月客运码头、集装箱码头、渡轮和具有定期航线的码头 200小时/年或20小时/月船舶停泊区域（锚地、系泊水域、港池、码头、泊位等） 专用码头 散货船和没有定期航线的码头 500小时/年或50小时/月专用码头 散货船和没有定期航线的码头 600小时/年或60小时/月任意类型 所有码头 40小时/年或20小时/月客运码头、集装箱码头、渡轮和具有定期航线的码头 200小时/年或20小时/月

1.5 国际航运协会规范（PIANC）作业天数要求

根据PIANC规范《Criteria for the (Un) Loading of Container Vessels》[6]，某些集装箱码头业主或者运营商要求集装箱码头当装卸效率低于 90%时，年不可作业天数不应超过2%，也有些其他业主或者运营商要求十年内的不可作业天数不应超过2%。

1.6 《Port Designer’s Handbook》作业天数要求

根据《Port Designer’s Handbook》[7]，码头作业年作业天数应不少于90%～95%，其中单月作业天数不应少于 85%；油码头和气体码头的年不可作业天数一般不可超过10%。

1.7 各国规范中港口作业天数设计总结

码头作业天数主要影响码头的通过能力，因此应根据码头的吞吐量要求和码头规模进行比较分析，并最终由业主确认。不同码头类型和货种可能具有不同的作业天数要求。

2 港口作业影响因素分析

2.1 概述

港口作业天数的影响因素包括通航船舶操纵作业的环境限制条件、引航员登船限制条件、带缆艇和拖轮作业限制条件等。从船舶进港到离港整个过程中，在不同区域位置船舶操纵作业受到不同的环境作业条件影响。如果过程中任何一个环节因环境条件影响而不能作业，则整个过程都受到影响，港口被视为不可作业。

2.2 引航员登船

引航员登船有引航艇和直升飞机两种方式。

根据 PIANC规范《Availability of Ports and Terminals》[8]，当通过引航艇登船时，一般环境限制条件为目视观测波高3m，风速20m/s。当通过直升飞机登船时，环境限制条件一般由当地的航空管理局规定。下面列出了阿姆斯特丹港引航员采用直升飞机登船的环境限制条件。

1）对于装备了导航仪的直升飞机，环境限制条件如下：

①最小云层高度45.7m

②最小水平能见度800m

③最大风速28m/s

2）对于没有装备导航仪的直升飞机，环境限制条件如下：

①最小云层高度91.4m

②最小水平能见度1500m

③最大风速28m/s

3）当直升飞机夜间作业时，必须装备导航仪。

2.3 船舶进港和进港后的操纵作业

船舶进港和进港后的操纵作业的环境限制条件，可以通过船舶操纵试验得出。下面列出了PIANC规范《Harbor Approach Channels Design Guidelines》[9]中各种限制条件下所采用的标准。

1）在没有相关试验结果时，船舶在口门附近的环境限制条件可以采用如下标准：

①在海平面以上10m高度的一分钟平均风速VW,1min≤15m/s

②在水深为船舶吃水一半位置的一分钟平均流速VF,1min≤1.0m/s

③有效波高HS≤3.0m

2）船舶在制动水域操纵作业的环境限制条件可以采用如下标准：

①VW,1min≤10m/s

②VF,1min≤1.0m/s

③HS≤2.0m

3）船舶在回旋水域操纵作业的环境限制条件可以采用如下标准：

没有拖轮协助情况下：

①VW,1min≤10m/s

②VF,1min≤0.5m/s

③HS≤2.0/3.0m（取决于操纵类型）

有拖轮协助情况下：

①VW,1min≤10m/s

②VF,1min≤0.1m/s

③HS≤1.5/2.0m（取决于拖轮类型）

能见度对于船舶进港和操纵的影响，取决于船舶尺度、导助航设施、通信系统和水上交通密度，根据《Port Designer’s Handbook》[7]，一般情况下，能见度达到500～1000m，船舶能够进港并在港内操纵；但是对于油气码头，能见度小于1000～2000m时，船舶不能进港作业。

2.4 船舶靠泊作业

船舶靠泊作业的主要影响因素也是风、浪、流和能见度等环境因素，根据 PIANC 规范《Availability of Ports and Terminals》[8]，船舶靠泊作业需要配置足够的拖轮，使得通过拖轮的协助靠泊船舶的速度能够降低到 0.1～0.15m/s。具体的环境限制条件和拖轮配置要求可以通过船舶操纵试验详细论证。

2.5 船舶系泊和装卸作业

船舶系泊和装卸作业的环境作业标准，可以根据系泊船舶允许运动量标准、缆绳受力限制标准、护舷受力标准等限制条件，通过系泊试验分析计算得出。

PIANC规范《Harbor Approach Channels-Design Guidelines》[9]中，给出了码头极限环境作业条件，如表2所示，并说明了这些值应该是最大值，具体取值应根据码头的具体情况确定，例如根据码头投资和作业天数要求等因素确定码头的极限环境作业条件。

2.6 船舶离泊

当船舶装卸作业完成或者遇到紧急情况时，船舶需要离泊。船舶离泊的时候需要拖轮协助，由于船舶系泊的允许环境条件经常大于拖轮允许作业环境标准，因此船舶离泊的环境条件标准一般由拖轮的配置确定。而拖轮允许作业波高，取决于拖轮的性能，一般是1.5～2.0m，对于某些高性能拖轮，允许作业波高可以达到3.5m。

表2 码头极限环境作业条件

注：①V10,1min指距海平面10 m高度的1分钟平均风速；②Vc,1min指深度为50%船舶吃水位置的1分钟平均流速；③Hs指有效波高，周期的影响应在更精确的研究中考虑；④纵向作用指风、流或浪与船舶纵轴的夹角在±45°之内；⑤横向作用指风、流或浪与船舶横轴的夹角在±45°之内；⑥这种作业工况与人员上下船要求相关；⑦这种工况与船舶上的人员可以接受的极限有关；⑧其他船舶限制条件按照码头设计荷载确定；⑨雷暴也会影响装卸作业，尤其是对于油气码头，当发生雷暴时一般需要停止作业。

工况 船型 纵向作用 横向作用 纵向作用 横向作用 纵向作用 横向作用绝对风速V10,1min/(m·s-1) 绝对流速Vc,1min/(m·s-1) 有效波高Hs/m油轮＜30 000 DWT 22 20 1.5 0.7 1.5 1.0装卸作业标准油轮30 000～200 000 DWT 22 20 1.5 0.7 2.0 1.2油轮＞200 000 DWT 22 20 1.5 0.7 2.5 1.5散货船（装） 22 22 1.5 0.7 1.5 1.0散货船（卸） 22 22 1.5 0.7 1.0 0.8液化气船＜60 000 m³ 22 16 1.5 0.5 1.2 0.8液化气船＞60 000 m³ 22 16 1.5 0.5 1.5 1.0杂货船、工业渔船 22 22 1.5 0.7 1.0 0.8集装箱船、滚装船和渡轮 22 22 1.5 0.5 0.5 0.3班轮和邮轮 22 22 1.5 0.5 0.5 0.3船舶在码头系泊渔船 22 22 1.5 0.7 0.6 0.4油轮和液化气船 30 25 2.0 1.0 3.0 2.0班轮和邮轮 22 22 1.5 0.7 1.0 0.7休闲船 22 22 1.5 0.7 0.4 0.2

3 港口作业天数分析方法

从港口所在区域的多年水文气象数据资料中选取一个典型年的数据，根据船舶从进港到离港的各个阶段的作业环境条件限制标准，即可计算出港口可作业天数。当港口作业天数不满足相关规范要求、业主要求或者吞吐量要求时，可以通过一系列措施增加港口作业天数，具体措施如下：

1）增加航道宽度和深度；

2）增加制动水域尺度；

3）增加操纵水域尺度；

4）通过增加防波堤长度等改善港内掩护条件；

5）配置性能较高或者较多的拖轮。

4 结 语

港口作业天数往往对工程设计影响较大，本文结合国外规范和有关标准给出了各国规范中对于码头不可作业天数的限制要求；分析了从船舶进港、进港后船舶操纵、船舶靠泊、船舶系泊、装卸作业和船舶离泊整个作业过程的影响因素；提出从船舶进港到离港的各作业过程在没有相关试验结果情况下的作业环境条件限制标准，同时给出了一种港口作业天数的分析方法和增加港口作业天数的具体措施。供有关设计人员参考。

参考文献：

[1] JTS 165-5-2016液化天然气码头设计规范[S].

[2] British Standards Institution (2013) BS 6349： Maritime Works-Part 1-1： General-Code of Practice for Planning and Design for Operations[S]. London： BSI.

[3] British Standards Institution (2010) BS 6349： Maritime Works-Part 2： Code of Practice for the Design of Quay Walls, Jetties and Dolphins[S]. London： BSI.

[4] Military Harbors and Coastal Facilities[S]. UFC 4-150-06

[5] ROM 0.2-90 (1990)： Action in the Design of Maritime and Harbor Works[S]. English version. Madrid：Ministerio de Obras Publicas.

[6] PIANC (International Navigation Association) (2012). Criteria for the (Un) Loading of Container Vessels[S]. Report of Working Group 115. Brussels： PIANC.

[7] Carl A, Thoresen. Port Designer’s Handbook[S]. Third Edition, 2014. Published by ICE Publishing.

[8] PIANC (International Navigation Association) (1979). Methods for Analyzing Wind, Wave, and Swell Data to Estimate on an Annual Basis the Number of Days, and the Maximum Duration of Periods During Which Port and Ship Operations Will Be Impeded by These Elements (Availability of Ports and Terminals)[S]. Report of Working Group 1. Brussels： PIANC.

[9] PIANC (International Navigation Association) (2014). Harbor Approach Channels-Design Guidelines, Report of Working Group 49. Brussels： PIANC.

Study on Analysis Method for Determining Number of Port Operation Days

Gu Wenqiang, Sun Yingguang

(CCCC-FHDI Engineering Co., Ltd., Guangzhou Guangdong 510230, China)

Abstract:According to the study of international and Chinese standards and codes, an introduction to the requirements, factors and analysis for the number of port operation days is made in detail, which leads to the restrictive conditions for the number of port non-operation days stipulated in the codes issued by different countries. The factors affecting an integral operation process are analyzed, involving ship approaching port, ship berthing & mooring, cargo handling and ship leaving the port. In addition, the restrictive standard for the port operation conditions are given subject to no available test results. Finally, suitable analysis methods for determining the number of port operation days are put forward and the measures for increasing port availability are proposed.

Key words:number of port non-operation days; home port; port of call; ship maneuvering; ship mooring; handling operation

中图分类号：U691

文献标志码：A

文章编号：1004-9592（2017）04-0018-04

DOI： 10.16403/j.cnki.ggjs20170405

收稿日期：2017-04-07

作者简介：谷文强（1984-），男，高级工程师，主要从事港口与航道工程设计和研究工作。