2 集装箱船舶合理配载设计Word文档格式.docx
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船舶稳性是指船舶受外力(如风力、浪涌)作用而发生倾斜,当外力消失后自动回到原来平衡位置的能力,它是衡量航行安全的最重要指标。
由于集装箱船多在甲板上配载大量的集装箱,受风面积较大,并且重心高度很高,因此稳性的矛盾显得尤为突出。
2.2.2集装箱船对船舶配载的影响
根据规模经济的规律,在一定范围内扩大生产规模能降低平均生产成本"
有报告以跨太平洋航线为例128.3942],对6000TEu的超巴拿马型船和4000TEU的最佳巴拿马型船的经济性进行了比较,结论是前者的单位成本比后者降低了21%强"
因此自1995年以来,4000TEU以上的大型船舶的竣工量迅速增长,进入2000年以后,集装箱船的大型化进一步加快,40OOTEU以上的船舶占新船竣工量的比例接近2/3"
最大型号的船舶所装载的集装箱量由1980年的3057TEU增加到2001年的8736TEU,2001年世界上服役最大的集装箱船,载箱能力己达到8736TEU"
据悉,中海正在和韩国的三星重工造船厂为建造9000TEU型集装箱船舶展开谈判;
另外,铁行渣华最近也表示,该公司正计划建造载箱能力高达10000TEU的集装箱船"
同时,荷兰学术界正在继续研究2010年前引进马六甲最大型集装箱船的可行性"
这种可以装载18000TEU的集装箱船将达到东南亚的马六甲海峡所限制的最大尺寸和吃水"
8000乃至10000TEU以上的集装箱船舶在设计制造上是可行的,从而为集装箱船舶的超大型化提供了技术支持"
而这种不断增大的趋势仍在继续如此巨无霸的船型,在为船公司带来良好经济性的同时,对船舶配载工作的也产生了巨大的影响"
同时,由于集装箱船需要处理的数据非常庞大,这对配载软件的性能,包括各种辅助功能以及计算效率提出了更高的要求"
2.2.3箱船舶配载要求
随着集装箱货物国际多式联运的发展,种类繁多、性质、包装且不同的货物进入了集装箱运输领域。
与此同时,从事集装箱运输的管理人员,以及操作人员不断增多,为确保货运质量的安全,装箱货物在运输途中的装载、系固等工作非常重要,尤其是海上运输阶段。
为了避免货损、设备损坏及人身伤亡事故的发生,集装箱货物在配载过程中应注意许多事项,包括:
1.充分利用船舶的装载能力;
集装箱船一般首部箱位较少,故在配载时极易产生过大的尾吃水。
尾吃水过大就需要用压载水来调整,就会增压载重量,减少集装箱的装载量。
所以在配载时应注意轻重集装箱的合理搭配,尽量达到满舱满载。
2.确保船舶具有一定的稳性;
稳性对船舶航行安全是至关重要的
3.保证船体的强度不受破坏;
4.保持具有适当的吃水差;
船舶是不允许有首倾的,因为这会造成螺旋桨产生空泡,但也不宜有过大的尾倾,因为这会增加船舶的吃水,减少装载量,而且还会影响航速。
因此集装箱船应具有适当的吃水差,以保证具有良好的操纵性。
5.保证集装箱及货物的运输质量;
6.符合中途港装卸集装箱的要求,尽量避免倒箱;
选择集装箱船一般途中均需要靠多个中途港,因此配载时必须注意港序,避免中途港倒箱。
倒箱不仅是经济损失,还会贻误船期,应尽量减少。
但是某些航线上的船舶,其箱位少而挂港又多,后港箱压在前港箱上面的情况也不可避免。
7.符合码头取箱规则;
这样便于提高场地作业效率,减少桥吊等箱时间,提高桥吊作业效率。
8.尽可能在时间和空间上避开干扰作业路作业的各种因素;
9.确保作业机械装船作业时合理有序地移动;
10.要注意特种箱的配载;
各种特种箱都有特殊的配载要求,这些要求必须满足,例如危险货物集装箱必须按国际危规的要求配载。
2.3课题设计步骤
2.3.1集装箱船的配载方法与过程
1集装箱船箱位的表示方法
为准确表明每一个集装箱在船上位置,将集装箱的箱位用代码编号来表示,目前,集装箱的箱位代码是采用150厅CIO4委员会第13次大会上通过的N600号文件规定的方法。
它是以集装箱在船上呈纵向布置为前提,每一箱位坐标以六位数字表示的。
其中最前两位表示行号(或称为“排号”),中间两位表示列号,最后两位表示层号。
行号、列号和层号的每组代码不足10者在前一位置零。
l)行号(BsyNo.)
作为集装箱箱位的纵向坐标。
自船首向船尾,在装20ft箱的箱位上依次以01、03、05、07.二等奇数表示。
当纵向两个连续2Oft箱位上被用于装载40ft集装箱时,则该40ft集装箱箱位的行号以介于所占的两个20ft箱位奇数行号之间的一个偶数表示。
2)列号(RowNo.)
作为集装箱箱位的横向坐标。
以船舶纵中剖面为基准,自船中向右舷以01、03、05、等奇数表示,向左舷以02、04、06、08„偶数表示。
若船舶纵中剖面上存在一列,则该列的列号取为00.
3)层号(TierNo.)
作为集装箱箱位的垂向坐标。
舱内以全船舱内最低层作为起始层,自下而上以02、04、06、08.二等偶数表示。
舱面也以全船舱面最低层作为起始层,自下而上以82、84、86、88„等偶数表示。
舱内和舱面非全船最低层的层号大致上以距船舶基线高度相同,其层号亦相同的原则来确定。
显然,全船每一集装箱箱位,都对应于唯一的以六位数字表示的箱位坐标;
反之,一定范围内的某一箱位坐标,必定对应于船上一个特定而唯一的装箱位置。
2集装箱船的配载过程
随着集装箱运输业的不断发展,集装箱专业码头及其相应的辅助设施的发展也日臻完善。
集装箱停港时间短,配载计划编制的工作量大,船舶性能指标核算的要求高,装卸公司在船舶装箱前通常需要在堆场上对集装箱堆码位置和顺序进行调整以适应集装箱的装船顺序。
因此,编制集装箱配载计划,通常需要借助于计算机,在船公司或其代理、装卸公司及集装箱船长和大副共同参与下,依靠电传、计算机网络和EDI技术等现代信息技术进行文件传送,并经历预配、初配和审核三个过程。
l)预配过程
集装箱船舶的配载,一般首先由船公司或集装箱码头专门设置的配载中心根据航次订舱并结合堆场的实际情况来进行集装箱的预配,其任务是将航次订舱单上所列的集装箱按照集装箱箱位的选配原则和满足装卸顺序和快速装卸等要求在集装箱的行位总图上作大致安排,并编制船舶航次在某装载港的集装箱预配图。
预配方案通常需要通过计算机配载计算系统进行粗略的核算,以确认各项性能指标符合要求。
由于航次订舱单上往往无法提供集装箱箱号和其他一些细节资料,因此,预配图有时仅仅是在行箱位总图上确定每一个卸货港的集装箱在船上的装载区域。
该图绘制后需及时送交集装箱装卸公司进行初配。
2)初配过程
集装箱装卸公司掌握着航次计划装船的集装箱的动态和详细资料,并负责这些箱的集聚和安排在堆场上的位置。
为保证集装箱装船过程有序而迅速,在装船前装卸公司通常需要将集装箱按一定顺序安排于码头特定的堆场上,并编制集装箱装船顺序表。
为保证航次装船集装箱在码头堆场上的堆码顺序与“集装箱预配配载计划”相吻合,集装箱装卸公司的配载人员按照“集装箱预配配载计划”,结合集装箱在堆场上的具体位置借助计算机装载计算系统在集装箱的行箱位总图和行箱位图上按规定格式填入详细的集装箱数据,形成初配配载计划。
3)审核过程
集装箱船船长和大副了解本船和航线的详细情况,并对船、货的安全负责。
因此由装卸公司编制的集装箱初配配载计划必须在集装箱装船作业开始前送交集装箱船船长和大副作全面审核和核算。
必要时,应对初配配载计划作适当的修改。
只有经船长和大副核准并签字后,初配配载计划才能作为指导船舶装箱作业的正式配载计划。
2.3.2集装箱船配载方案优化
1集装箱船舶纵向受力优化
强度和扭转强度,而尤以总纵强度为主。
对于扭转强度和横向强度可以在配载时控制各行箱位上各种载荷重量分布和力矩左右对称,尽量使扭矩最小。
对于局部强度可在纵向受力的优化模型中以约束条件来处理,使各部位集装箱垂向累计重量不超过甲板或舱底的允许堆积负荷而得到满足。
因此,集装箱船受力优化问题可以考虑使集装箱在船上合理的纵向分布有利于船舶所受到的弯矩和剪力,使船体所受的静水弯矩最小。
在油水等储备的纵向分布确定后,约束条件仅与集装箱参数有关。
由于每行箱位集装箱的重量分为甲板和舱内两个部分,设和分别表示在某一箱位上甲板和舱内所能承载的最大重量,则每排(行)集装箱重量的限制为P(i)≤P1+P2,综上所述,集装箱纵向受力的线性优化模型可表示为:
n
minMs(n)≤M’(n)+∑P(i)·
Xn(i);
i=1
ai·
ni≤P(i)≤bi·
ni
St{0≤P(i)≤P1+P2(i=1,2.......n)
∑P(i)=P
式中,Ms(n)为船体站点n处的静水弯矩;
M'
(n)为该站点除集装箱以外的其他重量(包括压载水重量)和船舶浮力产生的静水弯矩P(i)·
Xn(i);
为该站点集装箱重量产生的静水弯矩;
P(i)为第i排(行)集装箱重量;
ni为第i排(行)集装箱容量;
ai为空箱集装箱重量;
bi为最重集装箱重量;
P为集装箱总重量;
u为集装箱总行位数。
假设所有箱位均装有集装箱,如果实际装箱数少于总箱位容量,则空余箱位重量取0
2最少压载量的确定及优化
集装箱船的稳性特点决定了它必须依靠压载来保证稳性,但压载会减少船舶的集装箱载重力,增加航行阻力.这里提供一种通过在预定压载方案下求取稳性范围,并使初稳性上限值hu接近且略大于GM*的方法来确定最少压载量的方法.GM的上限值hu可由将全部承运的集装箱从舱底自下而上按重量由大到小的顺序配船后求得.而GM的下限值hl则可按上述相反的顺序将集装箱配船后求得.要在配载时能得到与GM*相吻合的GM值且压载量最少,应有GM*∈{hl,hu}且GM*≈hu.如果在预定压载方案下计算的hl,hu使得GM*|{hl,hu},或GM*比hu小很多,则可按GM*-hu=DGM通过调整压载方案对初稳性的上限值进行调整.根据调整稳性的一般计算公式计算出需要在具体位置调整的压载量.在实际操作时,应修正自由液面的影响.考虑到优化纵向受力、中途油水消耗等需要,应有一定的富裕压载量.
3集装箱箱位的确定和优化
编制配载计划,在确定集装箱的装载位置时,首先要熟悉航次挂靠港顺序,平均箱重,特殊箱对配载的要求,然后总体上划定各港集装箱在船上的区域,按先特殊箱后普通箱,先末港后初港,同时满足保证货物运输质量要求的原则选配具体的箱位。
特殊箱包括危险货物箱、冷藏箱、超高箱、超长箱、超宽箱、通风箱和动物箱等,在配载时有各自的配载要求。
这里以危险货物箱和冷藏箱为例来说明其配载要求。
1)危险箱的箱位选择
在预配时,应首先了解航次货运任务中危险货物集装箱的数量、类别、危险货箱的配载和隔离要求。
一般在舱面配载时,便于经常检查、良好通风,有驱散毒气,腐蚀品渗漏时便于处理,危急时便于开箱抛海。
而舱内配载遮蔽条件好,不会受海水冲击,环境温度较低而且较稳定,便于施放C仇灭火。
具体货位和配载方法的选择应严格按照《国际危规》的要求进行。
《国际危规》规定,装有可挥发易燃蒸汽危险货物的封闭式集装箱或开敞式集装箱如果选配于舱内,则不应与可提供热源的冷藏箱或加热箱装于同一舱室;
如果选配于舱面,则这类封闭式箱在纵向和横向都应与这些可能的火源保持不小于4.8m距离。
这类开敞式箱与这些可能的火源应“隔离一整个舱室或货舱”的距离。
装有海洋污染物的集装箱,应尽可能选配于舱内;
若只限于舱面装载时,则应优先选配于舱面防护或遮蔽条件良好的处所。
装有第4.3类遇水放出易燃气体物质和有温度控制要求的危险货集装箱,其选配的箱位应能避免受阳光直射,能保持阴凉,温差变化较小和不易受上浪海水冲击的部位。
2)冷藏集装箱的箱位
此类箱多数由于在其箱位附近需要设置外接电源插座和监控插座,因此,船舶所能提供的此类箱的箱位和数量是固定的,一般位于舱面第一层。
2.4集装箱船舶配载优化设计软件模拟
使船舶保持适当的稳性
中小型集装箱船在满载情况下经常面临稳心高度偏小的问题,为了在提高载箱率的同时使船舶保持适当的稳性,配载通常遵循“上轻下重”的原则。
因此,船舶稳心高度较小,空载状态下可达15m以上,船舶在风浪中摇摆周期短、频率高,利于航行安全。
为此特意将船舱内3层堆放重量较大运程较远的集装箱,如图1.、2所示:
保证船舶纵强度安全
超大型集装箱船的船体较长,配载不当可能导致船舶弯矩超限,因此,配载时应注意:
(1)靠近船中的8~9个40英尺贝位应多配载重箱,且越靠近船中,配载的重箱应越多;
(2)靠近船尾及船首的3~4个40英尺贝位应配载轻箱,且越靠近船尾和船首,配载的集装箱应越轻。
如图3、4所示:
确保中途港装卸集装箱的要求,尽量避免倒箱
选择集装箱船一般途中均需要靠多个中途港,因此配载时必须注意港序,避免中途港倒箱。
因此,需把运程最远且装箱重量最大的集装箱放置于船舶最底层,依次向上堆码集装箱,如图5所示:
在确保绑扎强度的前提下提高载箱率
甲板上配载集装箱必须考虑堆重限制和绑扎强度2大因素,其中,绑扎强度对集装箱堆高层数的影响较大。
理论上,超大型集装箱船甲板上可装载8层集装箱,但如果箱型、箱重搭配不合理,可能连7层都无法装载,导致船舶载箱率下降。
经研究,要在8500TEU和9600TEU集装箱船的甲板上装载7层甚至8层集装箱,可采取以下方法:
(1)甲板上最外档全部配置平箱;
(2)甲板上第1层和第2层配载较重的重箱,并严格遵循“上轻下重”的原则。
如图6:
各项参数如图7所示:
2.2.3课题设计方法
(1)调整集装箱船强度的一些实用方法
大型集装箱船的船长在300m左右,其舱宽占船宽接近90%,集装箱载荷沿船舶纵向和横向分布对船体总纵强度和扭转强度影响极大。
应当尽可能减少利用打压载水的方法来改善船体受力状况的做法。
在集装箱预配实践中,从均衡船体纵向受力考虑,通常安排重箱的顺序可设置为:
先船舯部,再船前部,最后才是船舯后部。
就集装箱轻重而言,一般两个20′箱要比一个40′箱重,即应将较多的20′箱安排于船舯及舯前部。
另外,从减小船体扭矩考虑,在集装箱预配中,必须要保证所配各行位上的集装箱载荷对船中线面的横向力矩(右倾力矩被定义为正,左倾力矩被定义为负)的代数和接近于零。
(2)调整集装箱船纵倾的压载方法
总体上,应尽可能采用合理调整集装箱载荷沿船长的分布,而不是依靠过多打入压载水的方法,来满足集装箱船应具有的适当吃水差要求。
由于多数大型集装箱船的燃油舱位于舯部和舯前部,因此,实用的做法是:
开航时保持艏尖舱空载而艉尖舱压入少量的压载水(一般在200~300t左右),以抵消船舯前部所载燃油对船舶纵倾的影响。
船舶在航行途中随着燃油的消耗艉倾增大时,则应逐渐排出艉尖舱内压载水直至船抵港前排尽为止,以保持船舶在航行时的纵倾状况基本不变。
这样,就既能达到船舶在航程中的压载水压入总量相对较小,同时又能保持船舶处于较佳的纵倾状况,从而改善船舶的快速性和耐波性。
(3)均衡港口各装卸桥作业区域的集装箱作业量的一些方法
集装箱船预配员通常都负责特定某一航线上的集装箱船配载,因此,对所负责航线上船舶各挂靠港的装卸设备、工班作业效率、作业习惯等都比较熟悉。
应当按照特定船舶船舱位置、尺度和挂靠港的装卸设备类型、数量、作业效率等情况,兼顾不同港口装卸桥相互间应留出的间隔是一个还是一个半40′箱距,划定船上各装卸桥的作业区域,并尽可能保持在各作业区域内所配集装箱作业量(应按自然箱数计)比较接近,以达到均衡港口各装卸桥作业区域的集装箱作业量和缩短船舶在港停泊时间的目的。
(4)特殊集装箱配载的一些实用方法
非国际标准集装箱(如12ft长集装箱、8.2ft宽集装箱等)若配于舱面,则应在船舶两舷外侧选配1~2列标准箱并加强系固,以减轻中间非标箱的系固(受风)压力(如同冷藏箱)。
舱内装载高箱时容易造成舱容浪费,大型集装箱船舱内每个列上只要装载一个高箱常常会浪费一个货箱的舱容,所以对于高箱订舱比例特别大的装箱港,在舱内配载时,高箱必须避免平铺,而应当同列垂直装载,以免造成多个箱位的损失。
若某些超大型集装箱船挂靠泊位所配的集装箱装卸桥的前伸距(海侧)小于船宽,则挂靠此类泊位的集装箱在配载时,应注意尽可能将集装箱配置于靠近船舶中线面的箱位上,以免为操作外档集装箱而需船舶掉头操作。
在油价高起的今天,合理配载已经被赋予了更广泛的含意。
在保持传统意义上的保证船舶稳性和满舱满载之外,还应将重点放到在确保稳性前提下如何争取尽可能减少压载水的打入量以减小吃水,如何争取使船舶处于最佳纵倾状态以提高航速或降低油耗,以及如何争取在装卸港通过均衡配置集装箱以提高集装箱的作业效率,确保船舶准班运行上来。
在航运市场竞争日益激烈的今天,合理配载在船公司降本增效中起着重要的作用,每个集装箱预配员都要通过合理配载来为船公司达到效益最大化目标做出贡献。
2.2.4检查配载完成后的各项指标
完成配载后要检查船身的各项指标是否符合开航标准,如不符合要调整本次配载的方案。
指标情况如图8所示:
检查船身稳定性,稳定性是船舶配载中非常重要的一项指标。
在本次使用的软件中是坐标图的形式展现的,集中有一条基准线,要在基准线内完成配载才可以完成配载任务。
本次配载的稳定性结果如图9所示:
总结
经过两周的学习,在老师的带领和指导下完成了本次港口物流课程设计的实训课程。
两周以来对港口整个作业流程包括货代、船代、卖方、买方等有了更深刻的理解。
同时也通过软件对船舶配载进行了模拟操作,基本掌握了有关船舶配载物流作业的基本流程和注意要点。
而且最后在课程设计中还模拟了一个自认为合理的配载方案。
在这两周的学习过程中,可能是因为本次课是大学最后一门课的原因,我个人感觉是上得比以前的任何实训课要认真很多倍,即使自己以后很有可能不会从事跟港口以及船舶有关的工作,但是却悟出了任何学习的目的并不是要求我们在日后的生活或者工作中用到,而更多是锻炼我们的自主学习的能力。
而恰好本次实训课老师也只提供了选题,讲解了基本的操作方法,把更多的时间留给我们自己操作,在这过程中我感觉对我自己提升很大。
相信此项能力能用到以后工作学习生活的任何一方面,也为自己的大学课程画上了一个圆满的句号。
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