魯碧祥，蔡薇

（1.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北武漢430071；2.武漢理工大學(xué)，湖北武漢430063）

防城港鋼鐵基地20萬噸級(jí)礦石碼頭船型綜合經(jīng)濟(jì)論證

魯碧祥1，蔡薇2

（1.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北武漢430071；2.武漢理工大學(xué)，湖北武漢430063）

隨著經(jīng)濟(jì)全球化和船舶大型化趨勢(shì)的增加，沿海散貨碼頭的設(shè)計(jì)等級(jí)逐步提高。在可行性研究階段，為了確定防城港鋼鐵基地礦石碼頭的靠泊等級(jí)，根據(jù)貨種、流量和流向，結(jié)合國外裝船港的條件以及世界礦石運(yùn)輸船隊(duì)的構(gòu)成和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，依次從多航線配船、運(yùn)輸系統(tǒng)的角度，采用必要費(fèi)率（RFR）指標(biāo)對(duì)船型進(jìn)行經(jīng)濟(jì)論證。從運(yùn)輸系統(tǒng)的角度綜合考慮，在給定的運(yùn)量、航道和航線運(yùn)量配比條件下，防城港鋼鐵基地項(xiàng)目2個(gè)20萬噸級(jí)礦石碼頭的運(yùn)輸系統(tǒng)能取得最佳經(jīng)濟(jì)性。建議建設(shè)2個(gè)20萬噸級(jí)鐵礦石泊位。此方法可供同類大型碼頭設(shè)計(jì)參考。關(guān)鍵詞：礦石碼頭；航線配船；非線性規(guī)劃；運(yùn)輸系統(tǒng)；船型論證

1 工程概述

武鋼與柳鋼于2005年12月實(shí)施重組發(fā)起設(shè)立廣西鋼鐵（集團(tuán)）有限公司。武鋼與柳鋼聯(lián)合重組后結(jié)合柳鋼異地改造，相應(yīng)淘汰現(xiàn)有落后產(chǎn)能，在廣西防城港建設(shè)現(xiàn)代化鋼鐵項(xiàng)目。防城港鋼鐵基地項(xiàng)目的規(guī)模為1 000萬t鋼，設(shè)計(jì)年產(chǎn)鐵850萬t、鋼（坯）920萬t、鋼材860萬t，項(xiàng)目年總運(yùn)量為5 721萬t（含柳鋼運(yùn)輸量650萬t），其中水路運(yùn)量3 488萬t，其中鐵礦石進(jìn)港量2 078萬t（含柳鋼600萬t）。為了解決項(xiàng)目原料和成品的集疏運(yùn)問題，擬在防城港企沙港區(qū)建設(shè)配套的專用碼頭[1]。2009年9月完成碼頭工程可行性研究報(bào)告[1]（含礦石碼頭船型論證專題報(bào)告[2]）。2012年5月防城港鋼鐵基地項(xiàng)目獲得國家發(fā)改委核準(zhǔn)，2015年碼頭初步設(shè)計(jì)獲交通運(yùn)輸部批復(fù)[3]，建設(shè)內(nèi)容包含20萬噸級(jí)（水工結(jié)構(gòu)按靠泊25萬噸級(jí)散貨船設(shè)計(jì)）礦石碼頭2個(gè)。2016年先期建成1個(gè)20萬噸級(jí)（水工結(jié)構(gòu)按靠泊25萬噸級(jí)設(shè)計(jì)）礦石碼頭。

在可行性研究階段，為了確定礦石碼頭的靠泊等級(jí)，根據(jù)貨種、流量和流向，結(jié)合國外裝船港的條件以及世界礦石運(yùn)輸船隊(duì)的構(gòu)成和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，依次從多航線配船、運(yùn)輸系統(tǒng)（船舶、港口、航道）的角度，采用必要費(fèi)率（RFR）指標(biāo)對(duì)擬建碼頭的設(shè)計(jì)船型進(jìn)行經(jīng)濟(jì)論證。此方法可供同類大型碼頭設(shè)計(jì)參考。

2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

由于市場(chǎng)與政策的原因，本碼頭前期工作的時(shí)間跨度很長。數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)年為2008年。當(dāng)時(shí)防城港漁澫港區(qū)20萬噸級(jí)礦石碼頭已建成投產(chǎn)，與之配套的15萬噸級(jí)航道工程尚在建設(shè)中。

選取澳大利亞、巴西、南非和印度為鐵礦石輸出地，主要考慮下列4條航線：澳大利亞丹皮爾港—防城港、巴西圖巴朗港—防城港、南非薩爾達(dá)尼亞灣港—防城港、印度維沙卡帕特南港—防城港。

國外鐵礦石輸出港當(dāng)時(shí)的限制條件見表1。

表1 鐵礦石輸出港的限制條件Table 1Restrictive conditions of the iron ore loading ports

根據(jù)運(yùn)輸方式，選取船型經(jīng)濟(jì)論證方案如下：

巴西圖巴朗港—防城港航線，船型分別為30萬噸級(jí)、25萬噸級(jí)、20萬噸級(jí)和15萬噸級(jí)，運(yùn)距約12 000 n mile；

南非薩爾達(dá)尼亞灣港—防城港航線，船型同上，運(yùn)距約7 100 n mile；

澳大利亞丹皮爾港—防城港航線，船型分別為25萬噸級(jí)、20萬噸級(jí)、15萬噸級(jí)和10萬噸級(jí)，運(yùn)距約為3 000 n mile；

印度維沙卡帕特南港—防城港航線，船型分別為10萬噸級(jí)、7萬噸級(jí)、5萬噸級(jí)，運(yùn)距約2 820 n mile。

霧是由近似為球形的霧滴粒子組成，半徑通常在1～60 μm之間.由于霧的粒子半徑不全部相同，霧的消光特性是粒子群中全部粒子消光效果的疊加.因此在研究霧滴粒子的光散射問題時(shí)，特別是針對(duì)平流霧和輻射霧這兩種霧介質(zhì)，采用基于Mie散射理論的多粒子散射研究方法，可以得到比較可靠的結(jié)果.

主要營運(yùn)和經(jīng)濟(jì)計(jì)算參數(shù)：

1）營運(yùn)率：90%（330 d）；

2）裝載率：單程滿載，單程空載；

3）鐵礦石年總運(yùn)量2 078萬t，貨源配比取值為澳大利亞40%、巴西30%、南非20%、印度10%，對(duì)應(yīng)的年運(yùn)量分別為831萬t、623萬t、416萬t、208萬t。

3 船隊(duì)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算與比選

先編程上機(jī)計(jì)算各方案單一航線的必要費(fèi)率[4-5]，結(jié)果表明：船型最大者為優(yōu)。

再分析航線配船的經(jīng)濟(jì)性。航線配船是在必須完成年貨運(yùn)量的前提下，尋求船型最佳搭配，使得整個(gè)船隊(duì)的必要費(fèi)率較小。它采用非線性規(guī)劃方法[6]，在計(jì)算過程中對(duì)各船型進(jìn)行取整搭配，使剩余運(yùn)力最小，即讓船隊(duì)年運(yùn)輸能力最接近必須完成的年貨運(yùn)量。

先分析單一航線貨源的配船，即在由某一航線單獨(dú)承擔(dān)總運(yùn)量的情況下，合理安排各船型的搭配。計(jì)算表明：巴西航線的船隊(duì)?wèi)?yīng)以20萬噸級(jí)、25萬噸級(jí)散貨船運(yùn)輸為主。

經(jīng)編程上機(jī)計(jì)算，定配比下多航線配船的結(jié)果如下：

1）巴西圖巴朗港—防城港航線的礦石運(yùn)輸船隊(duì)，年運(yùn)量623萬t，從運(yùn)輸成本最低的角度出發(fā)，應(yīng)考慮選擇6艘20萬噸級(jí)和1艘15萬噸級(jí)散貨船運(yùn)輸。

2）澳大利亞丹皮爾港—防城港航線的礦石運(yùn)輸船隊(duì)，年運(yùn)量831萬t，考慮選擇2艘20萬噸級(jí)、1艘15萬噸級(jí)散貨船運(yùn)輸。

3）南非薩爾達(dá)尼亞灣港—防城港航線的礦石運(yùn)輸船隊(duì)，年運(yùn)量416萬t，考慮選擇2艘25萬噸級(jí)和1艘20萬噸級(jí)散貨船運(yùn)輸。

4）印度維沙卡帕特南港—防城港航線的礦石運(yùn)輸船隊(duì)，年運(yùn)量208萬t，考慮選擇10萬噸級(jí)和5萬噸級(jí)散貨船各1艘運(yùn)輸。

具體船隊(duì)構(gòu)成方案及費(fèi)率見表2。

表2 多航線船隊(duì)構(gòu)成方案及必要費(fèi)率Table 2The schemes of multi-routing fleet composition and their RFRs

4 運(yùn)輸系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算與比選

按運(yùn)輸系統(tǒng)（船舶、碼頭、航道、貨物）的綜合必要費(fèi)率指標(biāo)進(jìn)行比選，綜合必要費(fèi)率最小的方案即為最優(yōu)方案。考慮到鐵礦石的貨值不大，為簡化計(jì)算，貨值利息必要費(fèi)率忽略不計(jì)。

根據(jù)運(yùn)量、航線和發(fā)送港的裝運(yùn)條件，結(jié)合比選結(jié)果，巴西航線的可選船型最大。在多條航線的船靠泊同一個(gè)泊位的前提下，礦石碼頭的等級(jí)取決于巴西航線的最大船型，與其他航線的最大船型無關(guān)。在單一貨源航線和定配比情況下分別對(duì)巴西航線進(jìn)行運(yùn)輸系統(tǒng)論證，結(jié)果見表3、表4?？梢?，單獨(dú)考慮巴西航線運(yùn)輸系統(tǒng)，2個(gè)20萬噸級(jí)鐵礦石碼頭及相匹配的船隊(duì)能達(dá)到運(yùn)輸系統(tǒng)的最佳經(jīng)濟(jì)性。

表3 單一貨源巴西航線各方案綜合必要費(fèi)率Table 3Overall RFRs of the schemes for Brazilian route from a single source of goods

表4 定配比巴西航線各方案綜合必要費(fèi)率Table 4Overall RFRs of the schemes for Brazilian route with a given route shipping ratio

多航線定配比條件下運(yùn)輸系統(tǒng)各方案的綜合必要費(fèi)率見表5。由此可見，綜合考慮多航線鐵礦石運(yùn)輸系統(tǒng)，2個(gè)20萬噸級(jí)鐵礦石碼頭及相匹配的船隊(duì)仍能達(dá)到運(yùn)輸系統(tǒng)的最佳經(jīng)濟(jì)性。

表5 運(yùn)輸系統(tǒng)各方案綜合必要費(fèi)率Table 5Overall RFRs of the schemes for transportation system

5 結(jié)語

在項(xiàng)目可行性研究階段，為了確定礦石碼頭的靠泊等級(jí)，根據(jù)貨種、流量和流向，結(jié)合國外裝船港的條件以及世界礦石運(yùn)輸船隊(duì)的構(gòu)成和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，依次從多航線配船、運(yùn)輸系統(tǒng)的角度，采用必要費(fèi)率（RFR）指標(biāo)對(duì)擬建碼頭的設(shè)計(jì)船型進(jìn)行經(jīng)濟(jì)論證。

主要結(jié)論如下：

1）根據(jù)國外裝船港條件、散貨船船隊(duì)構(gòu)成和發(fā)展趨勢(shì)以及定配比下的年運(yùn)量，防城港鋼鐵基地項(xiàng)目鐵礦石運(yùn)輸船隊(duì)的經(jīng)濟(jì)船型如下：巴西航線、澳大利亞、南非航線以20萬噸級(jí)散貨船運(yùn)輸為主，印度航線以10萬噸級(jí)散貨船運(yùn)輸為主。

2）從運(yùn)輸系統(tǒng)的角度綜合考慮，在給定的運(yùn)量、航道和航線運(yùn)量配比條件下，防城港鋼鐵基地項(xiàng)目2個(gè)20萬噸級(jí)礦石碼頭的運(yùn)輸系統(tǒng)能取得最佳經(jīng)濟(jì)性。

因此，建議建設(shè)2個(gè)20萬噸級(jí)礦石泊位。

由于國內(nèi)外鋼鐵市場(chǎng)持續(xù)不景氣，業(yè)主決定先期只建1個(gè)20萬噸級(jí)礦石泊位，暫時(shí)不考慮柳鋼600萬t/a的運(yùn)量。

[1]防城港鋼鐵基地項(xiàng)目專用碼頭工程工程可行性研究報(bào)告[R].武漢：中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，2009.

The feasibility study report of the special terminals for the iron and steel base in Fangcheng Port[R].Wuhan:CCCC Second Harbor Consultants Co.,Ltd.,2009.

[2]防城港鋼鐵基地項(xiàng)目專用碼頭工程工程可行性研究專題報(bào)告專題一：船型論證[R].武漢：中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，2009：12-42.

Special report 1 for the feasibility study report of the special terminals for the iron and steel base in Fangcheng Port:ship type demonstration[R].Wuhan:CCCC Second Harbor Consultants Co.,Ltd., 2009:12-42.

[3]交通運(yùn)輸部.關(guān)于防城港鋼鐵基地項(xiàng)目專用碼頭初步設(shè)計(jì)的批復(fù)[Z].北京，2015.

Ministry of Transport.Reply of the preliminary design of the special terminals for the iron and steel base in Fangcheng Port[Z].Beijing,2015.

[4]張德洪，顧家駿.運(yùn)輸船舶船型技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證方法[M].2版.北京：人民交通出版社，1989：97-104，207-209.

ZHANG De-hong,GU Jia-jun.Technical and economic demonstration method for ship type of transport ships[M].2nd ed.Beijing: China Communications Press,1989:97-104,207-209.

[5]王彩當(dāng).內(nèi)河船型技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證[M].北京：人民交通出版社，1996：369-378.

WANG Cai-dang.Technical and economic demonstration of inland river ship type[M].Beijing:China Communications Press,1996: 369-378.

[6]XIE Xin-lian,JI Zhuo-shang,YANG Yu.Nonlinear programming for fleet planning[J].International Shipbuilding Progress,1993,40 (1):93-103.

Comprehensive economic demonstration of 200 000-dwt-class ore terminals for the iron and steel base in Fangcheng Port

LU Bi-xiang1,CAI Wei2
（1.CCCC Second Harbor Consultants Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei 430071,China; 2.Wuhan University of Technology,Wuhan,Hubei 430063,China）

With the growing trends of the economic globalization and the upsizing of ship,the design classes of coastal bulk cargo terminals are gradually increasing.At the stage of the feasibility study,in order to determine the berthing grade of the ore terminals for the iron and steel base in Fangcheng Port,according to the kinds of goods,quantity and directions,combined with an analysis about the conditions of foreign loading ports,the world ore fleet's structure and development trend,successively from the perspectives of ship routing and transportation system,the article makes economic demonstrations on the ship types, with an indicator of the required freight rate(RFR).With a comprehensive consideration from the perspective of the transportation system,the transportation system of the two 200 000-dwt-class ore terminals for the iron and steel base in Fangcheng Port can get the best economic performance under the given conditions of the freight volume,the channel and the route shipping ratio.The construction of the two 200 000-dwt-class ore terminals was proposed.This method can be used as reference for the design of similar large terminals.

ore terminal;ship routing;nonlinear programming;transportation system;ship type demonstration

U652.72

A

2095-7874（2017）06-0028-04

10.7640/zggwjs201706006

2017-01-23

2017-03-09

魯碧祥（1966—），男，湖北天門市人，高級(jí)工程師，技術(shù)經(jīng)濟(jì)專業(yè)。E-mail：438071158@qq.com