全球集装箱货物运输量迅速增加,专家预测到2011年和2020年,仅在东北亚区域内转运的货物就将达到132万TEU和210万TEU。从目前世界集装箱海洋运输格局来看,装载量为7000-8000TEU的集装箱船是各条航线的运营主力。而在建的更大船舶,多数属于9600TEU以上船型。12000TEU的大型集装箱船(VLCS)在2010年左右将在主要干线投入运营。远东地区的各个主要港口如釜山港、上海港、神户港、高雄港和香港港等都在进行强有力的竞争,争相成为该区域的航运中心。
单凭目前的港口设施和货物装卸手段,港口运输系统无法在24h内有效地处理VLCS的转运,而正是这至关重要的24h,能决定船舶的下一航向。因此,为了在竞争中保持领先地位,未来的集装箱港口需要重新布局物流结构,并应用新式的自动集装箱吊机和货物处理系统。同时,为了满足日益增加的运输需求,必须为VLCS的货物转运发展新的港口技术。
在以为VLCS开发新一代的港口技术为主要目标的项目中,包括一种名为混合型码头(Hybrid Quay Wall,HQW)的新型港口操作系统。这是一个集装箱快速自动处理系统,同时也是一个智能交通系统。HQW本质上是一个超大型的可移动浮桥结构,该浮桥由助推器定位,包括系泊系统和连接陆地泊位的靠岸桥梁。HQW也是一个整体智能操作系统,不仅能够支持船舶的双面装卸,并且可以结合现有的陆基泊位、集装箱吊机、转运起重机和自动跨运车等直接向接驳船舶转运。HQW具有可伸缩的泊桥,泊桥宽度可伸展到6000-8000TEU船舶船体宽度的2倍以上。这样一来,在不装卸超大型集装箱船舶的情况下,HQW码头可以同时接纳2艘较小型的集装箱船。由于具有灵活的移动性,HQW可沿着2个或3个现有的陆基泊位进行装卸操作,最大限度地提高泊位系统的装卸生产率。
为了检验开发HQW码头的可行性,有关专家在韩国的釜山新港西码头进行物理模型试验。试验中将HQW与桩柱系泊系统结合使用,在另外一侧(水面)额外添加岸吊,实现浮动码头的双侧同时装卸操作。
图1显示一个操作中的HQW混合型码头的截面,图中左侧是停靠陆基泊位的大型集装箱船,HQW同时对右侧的驳船进行装卸操作。
图l 作业中的HQW码头
显而易见,HQW的使用能增加港口对集装箱船舶的装卸能力。从釜山港的数据来看,为15000TEU级集装箱船设计的HQW如果装备4台岸吊,装卸大型船舶可以达到746967TEU/a的处理能力,如果装备2台小岸吊,则可以用于2000TEU的接驳船舶。如果将HQW与陆基常规泊位相结合操作(如釜山新港西码头的设计模式),泊位的生产率将到达1413632TEU/a,是目前装备5台岸吊的陆基泊位的生产率666665TEU/a的212%。假设该港口转运模式是使用堆场牵引车或轨道龙门吊机实现集装箱从码头到堆场的转运,移动HQW和现有的3个陆基泊位结合使用,装卸4000TEU船舶的生产率将达到l813634TEU(提高151%)。这意味着HOW和陆基泊位的结合使用确实是可以在相当程度上提供额外的生产力和转运处理能力的。
综合考虑HQW和陆基泊位组成的混合型码头所需要的投资建设费用、设备、维修费用、劳动力和能源等因素,单个陆基泊位结合使用HQW装卸超大型集装箱船,收益与成本之比是1.55,而与3个陆基泊位结合使用时的收益与成本之比达到1.86。尽管生产率在很大程度上受各种因素(如物流和码头业务等)的影响,并且HQW在操作方面仍具有不确定性,但从经济角度看,HQW具有很大的可行性。
要对HQW混合型码头的安全性、稳定性和操作性等进行全方位评估,需要精确计算HQW码头和集装箱船之间的相互动态响应,同时应考虑HQW,集装箱船和陆基泊位3者之间的流体力学作用,因为2个浮体之间的相对作用力大于陆基泊位和沿岸集装箱船之间的相对作用力。即使是在暴风雨条件下,这些相对运动必须限制在能保持装卸作业正常进行的安全允许范围之内。
多项试验结果表明,HQW码头不仅能在理想设计环境下保持动态稳定,而且在实际的水文环境下也具有良好的操作性。在釜山港的实际水文环境中,其波高只达到HQW码头设计波高的1/4。鉴于釜山港的不良环境,如果HQW码头系统能在釜山新港成功操作并被证明具有很高操作性,HQW码头就可被广泛应用于世界各地的其他海运枢纽和转运港。