第四章 码头及码头平面设计,4.1 港口规模确定 4.2 减少船舶在港时间 4.3 码头布置型式 4.4 港口陆域尺度 4.5 海港码头平面布置 4.6 河港码头布置特点 4.7 港口竖向尺度,4.1 港口规模确定,港口规模一般包括： 码头建筑物长度(各类泊位的数量)； 水域面积(调头水域、航道、港池、锚地等)； 防波堤长度； 仓库、堆场、停车场等面积； 办公楼、机修间、机械库等生产辅助建筑物规模； 铁路、道路的数量和等级； 港区供水、供电、供油等 生活辅助设施规模； …….,码头是港口营运的中心，港口其它设施必须与码头相适应， 也就是说，港口规模取决于码头规模即各类泊位数的多少4.1 港口规模确定,影响泊位数 S 的主要因素,港口吞吐量Q ， 旅客、货物； 船型及其周转量； 装卸效率的高低确定港口规模主要解决两方面的问题： 泊位的大小——来港船型 泊位的多少——吞吐量、船舶数量、装卸效率等,4.1 港口规模确定,港口泊位数估算 粗略估算港口的泊位数 S ：,Q ——码头年作业量 P ——单个泊位设计通过能力；可按下式估计, ——泊位系数1.2～1.5； t ——船舶平均占泊时间（日/艘）； N ——考虑时段的天数； ——船舶平均装卸量（吨/艘）。
4.1 港口规模确定,,现行规范泊位通过能力计算公式,4.1 港口规模确定,泊位数优化 S 太多→港口设施经常出现闲置，造成投资浪费 S 太少→许多船舶、旅客排长队等待，给船、客带来损失,S优应满足的条件(只考虑港、船因素),——港口有 S 个泊位时平均在港口的船舶数,港口泊位数优化：考虑港、船、客货各方面的因素，使得客货在港口转运的总费用最省以cb表示每泊位每天的营运费用（元/泊·日） cs 表示每船在港一天所需费用（元/艘·日） 在时段N天内船舶总费用为（港口有S个泊位）,4.1 港口规模确定,泊位数 S 不同就导致 Cs 的变化，泊位数优化就是取 S 值使得 Cs 最小，即,将 Cs 的表达式代入整理得 S优应满足的条件为：,方法：调整 S 值使上式得到满足——试算 关键：给定 S 后如何计算平均在港船舶数,有关泊位参数的概率表达,设：S ——港口泊位数 Pn——有 n 艘船在港的概率 Fn——N 天内有 n 艘船在港的天数，Fn=NPn,4.1 港口规模确定,泊位利用率ρs ρs就是泊位利用的天数与泊位总天数的比值 设有n艘船在港则： n≤S 时，泊位利用的天数即为船天数 nFn,有空泊位,无船待泊 n＞S 时，泊位全部被占用，泊位利用天数为SFn，有船待泊,4.1 港口规模确定,平均装卸船数,平均等待船数,4.1 港口规模确定,港口吞吐量 Q 设：平均一个泊位的日装卸量为 R (t/泊·日) 则： Q = R · 泊位被利用的天数,不难看出以上各量有如下关系：,注意到ρs≤1恒成立，得港口最少泊位数为:,4.1 港口规模确定,船舶到达分布 船舶到达港口是随机的,在 t 时段内到达港口 n 艘船舶的概率：, ——船舶的平均到达率,但有规律——按某种概率分布到达港口 泊松流——相继到达的两艘船舶的间隔时间 T服从指数分布 概率密度：,4.1 港口规模确定,大量统计资料表明，多数港口的船舶到达服从泊松分布，如图是我国某港口1996年2301艘到港船舶的统计资料，从图中可看出该港的船舶到达基本上服从泊松分布，在港口系统规划中，船舶的到达通常按泊松流考虑。
4.1 港口规模确定,船舶占泊时间分布 船舶占泊时间——从靠泊到离开的总时间 T ，一般服从指数分布或者2阶爱尔兰分布k 阶爱尔兰分布:,4.1 港口规模确定,μ ——平均装卸船率,k 阶爱尔兰分布,4.1 港口规模确定,P72图4-3有误,排队理论的应用(只介绍M/M/S/ 排队模型的结果),M/M/S/ 排队条件： 第一，船舶按泊松流到达港口； 第二，船在港装卸占泊时间服从指数分布； 第三，船一到港，只要有空闲泊位就必须停靠，不得等待特定泊位，并按先到先靠的原则进行排队，不得插队； 第四，当船舶足够多时，不论排队多长，船舶不得中途离港4.1 港口规模确定,据排队论可得到有 n 艘船舶在港的概率为,P0,s——有S个泊位时，无船在港（n=0）的概率4.1 港口规模确定,有了Pn,s 就很容易求得有关参数,4.1 港口规模确定,设 n=i+s 有:,4.1 港口规模确定,船舶的平均等待时间是人们极为关注的港口参数，可根据平均等待的船舶数求得4.1 港口规模确定,其它排队模型 M/E2/S/ 排队模型 ——船舶到港为泊松分布 占泊时间为二阶爱尔兰分布,E2/E2/S/ 排队模型 ——船舶到港和占泊时间为二阶爱尔兰分布,注意：各排队模型的差别很大，选取的模型必须符合港口实际。
4.1 港口规模确定,,,,,,,,,例题,某港口件杂货作业区2020年的预测吞吐量为Q=1500万吨，设计装卸能力R=8000吨/泊位-日，设泊位营运费cb=16000元/泊位-日，船舶艘天费cs=45000元/船舶-日，船舶平均载货量ξ=16000吨，货物平均价格cG=3500元/吨，现金贴现率i=8%，取N=365天，试： 1.写出货物换装总费用表达式； 2.导出最优泊位数应满足的条件； 3.计算合理泊位数(按M/M/S/模型)； 4.按合理泊位数建设时船舶的平均等待时间0.65＞0.28＞0.21 S=8,4.1 港口规模确定,作业2(可以习题4.3代替),某港口件杂货作业区2020年的预测吞吐量为Q=430万吨，设计装卸能力R=4500吨/泊位-日，设泊位营运费cb=45000元/泊位-日，船舶艘天费cs=82000元/船舶-日，船舶平均载货量ξ=12000吨，货物平均价格cG=4000元/吨，现金贴现率i=8%，取N=365天，试： 1.按M/M/S/模型计算合理泊位数； 2.按合理泊位数建设时船舶的平均等待时间4.1 港口规模确定,件杂货、散货库场总面积,仓库堆场面积,式中： A —— 库场总面积（m2） q —— 单位有效面积的货物堆存量（t/m2） Kk —— 库场总面积利用率（堆场70～80%，仓库50～75%，取决于仓库结构） E —— 库场所需容量（t）,计算方法——根据货种、堆高、库场地面强度等确定,4.1 港口规模确定,其中： Qh—— 年货运量（t） Kr ——货物最大入库场百分比（%） Tyk ——库场年营运天数（d） αk ——堆场容积利用系数，件杂货1.0，散货0.6～0.9 tdc ——货物平均堆存期（d） （可取7～15天，前方库场不宜超过10天） Hmax ——月最大货物堆存吨天（td） ——月平均货物堆存吨天（td）,4.1 港口规模确定,集装箱,4.1 港口规模确定,式中：Ns——堆场箱位数(TEU)； Nl——集装箱堆放层数； As——堆场容量利用率(%)； Ey——堆场所需容量(TEU)，按下式计算：,油库/罐容量E0,4.1 港口规模确定,式中： ——所储油品密度(t/m3)； y——容积利用系数，取0.85～0.95。
其它设施,根据有关参数和相关标准计算,增加港口设施 增建码头泊位、提高泊位装卸效率,例：设某港口原有泊位S=2， =0.35艘/天， Tb =1/μ= 4天，根据计算： TW =3.844天，与Tb 接近，很不合理为改善这种状态，提出以下两方案比选： ①增建2个泊位，装卸能力不变（泊位数增加一倍） ②改进装卸工艺，装卸能力提高一倍， Tb =2天 用M/M/S模型计算： 增建泊位： = 0.35，S = 4， Tb = 4， ρS = /μS=0.35， TW =0.092 → T在港 =4.092天 提高效率： = 0.35，S= 2， Tb =2， ρS = /μS=0.35， TW =0.28 → T在港 =2.28天,4.2 减少船舶在港时间的措施,4.2 减少船舶在港时间的措施,管理措施---泊位组 把可以统一进行装卸的一些泊位组织在一起统一调度管理，称为泊位组例： 设某港有相同的两个区，A、B，各有4个泊位，装卸能力为μ=0.25艘/泊-天（Tb=4天），每区的船舶平均到港率 =0.7艘/日，按M/M/S模型计算时有： 两区独立： =0.7，S=4， Tb =4， ρS = /μS=0.7， TW / Tb =0.357 → TW =1.428天 两区合并： =1.4，S=8， Tb =4， ρS = /μS=0.7， TW / Tb =0.113 → TW =0.452天,4.2 减少船舶在港时间的措施,管理措施---速遣 速遣是将几个泊位的设备集中使用，使某些船只迅速离港的调度方式，例如：港口有两个泊位，刚巧两艘船同时到达,船舶1,船舶2,两艘船同时作业(Tb=4天),船舶1,船舶2,两艘船分别作业，装卸设备集中使用(Tb=2天),两艘船都在4天后离港,,有一艘船在2天后离港，并且未增加另一艘船的在港时间,,4.2 减少船舶在港时间的措施,4.3 码头布置型式,4.3 码头布置型式 码头——供船舶停靠的水工建筑物 泊位——船舶停靠所占用的空间，具有三个要素： 长度：占用的码头岸线长度 宽度：占用的水域宽度——与码头宽度不同 深度：停泊船舶需要的水深,码头分类,按贸易：内贸、外贸 按用途：客运、货运、客货兼用、工作船码头 按货种：件杂货、集装箱、油、干散货、渔码头、…… 按布置：顺岸、突堤、挖入式、堤内式、岛式,4.3 码头布置型式,,4.3 码头布置型式,,,4.3 码头布置型式,码头平面布置,突堤式：码头岸线与自然岸线成较大角度或垂直 优：占岸线短，需建防波堤时，堤的长度短，便于管理 缺：阻碍水流，占水域大 突堤式码头广泛用于海港中,4.3 码头布置型式,青岛港,大连港东西港区,4.3 码头布置型式,顺岸式：码头岸线与自然岸线基本平行 优缺点与突堤式码头对应，顺岸式码头广泛用于河港,4.3 码头布置型式,,,上海外高桥港区,上海外高桥港区,挖入式：码头港池在向岸的陆地一侧开挖而成 以往多用于河港或河口港，60年代以来也见于海港 小河船集疏，但不占深水岸线，海船运输。
4.3 码头布置型式,4.3 码头布置型式,,岛式及栈桥式： 一般为开敞式码头，不设防波堤，用于大型散货船、油船、液体化工船，解决船舶的吃水问题 码头远离岸边，与岸边无陆域连接 油码头 —— 输油管埋在水底,4.3 码头布置型式,,,4.3 码头布置型式,,,4.3 码头布置型式,堤内式布置：沿防波堤内侧布置码头 一般可节省投资，尤其是斜坡式防波堤更为明显,连云港港,4.3 码头布置型式,4.4 港口陆域尺度 码头泊位尺度——含水域 码头泊位三要素：长、宽、深,,泊位长度L L=设计船型长度 Lc+适当的富裕量,4.4 港口陆域尺度,,折角布置时折角处泊位：,4.4 港口陆域尺度,双侧停船,：船长系数,单侧停船,泊位宽度B B=设计船型宽度 Bc+适当的富裕量,泊位水深D（码头前沿水深） D=设计船型吃水 T + 适当的富裕量,4.4 港口陆域尺度,k ——水体密度影响系数：海水k=1，淡水k=1.03(海船) Z1——龙骨富裕，与水底土质有关，淤泥0.2m，松砂0.3m， 夹砂块状土和密砂0.4m，岩石0.6m Z2——波浪富裕，按实测或模拟结果确定 估算方法：良好掩护——Z2=K1H-Z1 开敞式——Z2=K1H K是系数，顺浪0.3，横浪0.5～0.7；H是设计波高，取允许波高，当Z20时取Z2=0,4.4 港口陆域尺度,Z3——吃水富裕 配载不均匀引起，干散货和液体散货取0.15m，滚装船按下表取，其他船型取0 Z4——备淤富裕，不淤积的港口取0，淤积的港口不小于0.4m Z5——浚深富裕，一般取0.3～0.5m,4.4 港口陆域尺度,kT,Z1。