面向船舶大型化的渤海湾适航客滚船船型尺度研究

高嵩, 李响, 刘文迪

高嵩，李响，刘文迪. 面向船舶大型化的渤海湾适航客滚船船型尺度研究[J]. 水利水运工程学报，2024（3）：108-117.. DOI: 10.12170/20230508001
引用本文: 高嵩，李响，刘文迪. 面向船舶大型化的渤海湾适航客滚船船型尺度研究[J]. 水利水运工程学报，2024（3）：108-117.. DOI: 10.12170/20230508001
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（GAO Song, LI Xiang, LIU Wendi. Research on key dimensions of seaworthy ro-ro passenger ship types for large-scale ships in Bohai Bay[J]. Hydro-Science and Engineering, 2024（3）: 108-117. （in Chinese））. DOI: 10.12170/20230508001
Citation: （GAO Song, LI Xiang, LIU Wendi. Research on key dimensions of seaworthy ro-ro passenger ship types for large-scale ships in Bohai Bay[J]. Hydro-Science and Engineering, 2024（3）: 108-117. （in Chinese））. DOI: 10.12170/20230508001
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面向船舶大型化的渤海湾适航客滚船船型尺度研究

  • 交通运输部水运科学研究院，北京 100088

基金项目: 交通运输战略规划政策研究项目（2022-6-4）
详细信息
    作者简介:

    高　嵩（1989—），男，黑龙江大庆人，副研究员，硕士，主要从事船舶运输经济与标准化研究。E-mail：gaosong@wti.ac.cn

    通讯作者:

    李　响（E-mail：lixiang@wti.ac.cn）

  • 中图分类号: U692.6

Research on key dimensions of seaworthy ro-ro passenger ship types for large-scale ships in Bohai Bay

  • China Waterborne Transport Research Institute, Beijing 100088, China

摘要

    摘要
  • 摘要:

    为科学指导渤海湾客滚运输船舶合理大型化，统筹过海运输发展与安全，厘清客滚船大型化发展历程，研判市场需求、企业运营、行业管理等影响因素与供需矛盾。系统梳理客滚运输航线及港口布局特征，分析客滚运输企业及船舶运力结构分布，找准船港航一体化发展需求导向。基于海港总体设计规范中通航基础设施尺度的计算方法，采用逆向工程思维推导船型计算式，匹配调整理论结果、归并数值，提出渤海湾4种客滚船大型化标准船型，确定船舶总长、型宽、满载吃水、吨级等主要参数，研判提出渤海湾30个客滚泊位的大型化船型并开展适用性评价。对引导渤海湾新建省际客滚船标准化、序列化发展，强化船舶适港、适航安全保障性具有技术支撑作用。

    Abstract:

    The rational expansion of passenger ro-ro transport ships in the Bohai Bay requires scientific guidance, ensuring the coordinated development and safety of cross-sea transportation. This study aims to clarify the development process of large-scale passenger ro-ro ships, considering market demand, enterprise operations, industry management, and other factors influencing supply and demand. Additionally, it systematically examines the layout characteristics of passenger ro-ro transportation routes and ports, as well as analyzes the structural distribution of passenger ro-ro enterprises and ships’ transport capacity. Furthermore, it identifies the demand orientation for the integrated development of ships, ports, and shipping. The calculation method of navigation infrastructure dimensions in the overall design specification for seaports is referenced, and a reverse engineering approach is employed to derive the calculation formula of ship type. By matching and adjusting the theoretical results and consolidating the values, four large-scale standard ship types for ro-ro passenger ships in the Bohai Bay are proposed, including their main parameters such as overall length, molded width, full load draft, and gross tonnage. Finally, the applicability of the proposed large-scale ship types for 30 ro-ro passenger berths in the Bohai Bay is evaluated, providing technical support for guiding the standardization and serialization development of new interprovincial ro-ro passenger ships in the region, and enhancing the safety and security of ships’ port operations and seaworthiness.

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  • 客货滚装船简称客滚船，是指用于载运旅客、车辆和货物的船舶，因其具有快速、便捷、易装卸、运输效率高等特点，在经济发达地区的内海、海湾、海峡和沿海岛屿间的中短途水运中广泛应用[1]。近年来，渤海湾客滚船持续往大型化发展，导致部分新建船舶尺度超过航道及港口的安全极限[2]。新时期如何保障水路客运高质量发展、服务人民群众出行需要，对渤海湾省际客滚船运输保通保畅、有力有序发展提出了“统筹发展与安全”的新要求[3]。通过梳理现阶段渤海湾客滚运输行业与船舶大型化发展的内在联系与需求特征，分类开展渤海湾客滚运输船的大型化标准船型论证，分析船舶与港口码头、航道等基础设施的最佳匹配状态，确定船舶进出港、靠离泊时满足安全要求的最大船型主尺度。

    1.   渤海湾客滚船大型化发展分析

    渤海湾客滚运输历经30余年，逐步走向了船舶大型化的高质量发展之路，回顾总结历程[4]，大致可分为4个时期：粗放发展期（20世纪末10年）、整顿治理期（21世纪初10年）、自主建造期（2010—2020年）和品质提升期（2020年至今）。在船舶工业技术进步及低碳智能航运背景下，渤海湾客滚船需持续大型化更新换代。渤海湾客滚船大型化发展的主要影响因素有以下3个方面。

    （1）市场需求端。渤海湾客运数量为（500~600）万人次，车运市场保持年均5%的增幅，2019年达到了客运量超600万人次、车运量超140万辆次的高峰，2020年起受疫情影响，营运天数及班次减少，车、客运量有所下降。随着国内经济回暖和居民消费收入稳步提高，私家车逐渐普及，车、客同运的需求得到恢复性增长，客滚船向大型化、专业化、邮轮化快速发展。运量增长需求与运力控制准入具有博弈的特征，决定了单船运能增加有助于满足民生交通出行的增量需要。

    （2）企业运营端。针对大连—烟台航线典型客滚船的实际经营数据进行经济性匡算（表1，一般划分船舶吨级时，货物滚装船采用DWT（载重吨），汽车滚装船和客货滚装船采用GT（总吨））。表1直观显示了船舶吨级GT越大，其内部收益率、单航次收入等经济指标越好，可见船舶竞争力与经济效益具有正相关性，但也涉及船龄、吨级、船用设施设备、船员服务水平等综合供给质量，大型船舶仅是提高经济性的必要条件。

    表  1  大连—烟台航线典型客滚船经济性匡算
    Table  1.  Economic evaluation of conventional ro-ro passenger vessels along the Dalian-Yantai route
    实船代号 吨级/万t 造价/亿元 年运营成本/万元 年运营收入/万元 内部收益率/% 单航次利润/万元
    A 2 3.7 8 000 8 300 −0.5 0.5
    B 3 4.2 9 100 12 000 6.7 5.4
    C 3 4.1 9 100 13 000 9.2 6.9
    D 3 3.2 9 600 13 000 10.0 5.8
    E 3 3.3 7 900 8 000 −1.7 0.4
    F 4 3.8 11 000 16 000 12.3 7.8
    　　注：数据来源于渤海湾省际客滚运输企业调研资料分析。
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    （3）行业管理端。海船建造技术标准及安全管理要求的不断完善，为现有客滚船安全运行提供了重要保障，其抗风等级对船舶大型化的依存度已减弱。如《山东省客滚船运输安全管理方法》及《山东省港口条例》均实施“逢七不开”制度并严格执行，从船舶开航源头规避了恶劣天气航行带来的安全隐患，使船舶航行安全对船舶大型化的依存度逐渐减弱。

    综上可知，市场运量持续向好发展是驱动船舶大型化的主要因素，经济效益与抗风等级是船舶持续大型化的诱导因素，可以通过调整运营模式、提升技术标准、完善监管措施等加以应对。另一方面，随着船舶持续大型化，船舶适港、适航的技术尺度匹配性矛盾已逐步显现，因船长较大存在一定靠泊风险。2020年和尚岛东港区将原16号、17号泊位改扩建为1个3万吨级客货滚装泊位，兼顾4万吨级船舶靠泊。据此，针对船舶持续大型化发展与港航尺度适配性问题进行专项研究。

    2.   渤海湾客滚船运输发展情况

    2.1   渤海湾客滚运输航线情况

    渤海湾客滚运输涉及7个港口6条航线，包括烟台—大连、烟台—旅顺、威海—大连、蓬莱—旅顺、龙口—旅顺、东营—旅顺等，旅顺—东营航线目前暂停运营。其中，烟台—大连航线的车道线占有率、客位占有率占比均超过50%，已成为渤海湾客滚运输的主要航线（表2）。主要运输货物包括轻工日用货物（占比约70%）、农林牧渔货物（占比约13%）、快递车（占比10%）、空车（占比约4%）、机械设备（占比约2%）等。

    表  2  2022年渤海湾客滚运输航线运力情况
    Table  2.  2022 Bohai Bay ro-ro passenger transportation route capacity situation
    航线总车道线/m车道线占有率/%总客位/人客位占有率/%
    烟台—大连28 07165.6921 04158.16
    威海—大连5 35012.527 14919.76
    龙口—旅顺3 9869.333 1428.68
    旅顺—东营2 0004.681 4003.87
    蓬莱—旅顺1 9934.661 5714.34
    旅顺—烟台1 3303.111 8765.19
    总计42 73010036 179100
    　　注：数据来源于辽宁省、山东省交通运输主管部门调研整理。
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    2.2   渤海湾客滚运输船舶情况

    渤海湾省际客滚运输船舶共有24艘，隶属4家航运企业，其中，渤海轮渡集团股份有限公司、中海客运有限公司占据市场主体地位，二者合计车道线占有率88.3%、客位占有率82.3%，相应承担了约84%的货运量和86%客运量。此外，还包括中铁渤海铁路轮渡有限责任公司、威海海大客运有限公司从事渤海湾省际客滚运输，详见表3。

    表  3  2022年渤海湾客滚船运力明细
    Table  3.  2022 Bohai Bay ro-ro passenger ship capacity breakdown
    序号企业船名建造年吨级/t载客/人总长/m型宽/m满载吃水/m
    1渤海轮渡集团股份有限公司渤海珍珠200924 0241 571164.025.06.1
    2渤海玉珠200924 0241 571164.025.06.1
    3渤海宝珠201024 0241 571164.025.06.1
    4渤海翡珠201024 0241 571164.025.06.1
    5渤海翠珠201234 3002 038178.828.06.8
    6渤海晶珠201234 3002 038178.828.06.8
    7渤海钻珠201534 3001 804179.528.06.8
    8渤海玛珠201534 3001 804179.528.06.8
    9中华复兴201944 2001 689212.028.66.5
    10中远海运客运有限公司棒棰岛199515 5601 200134.823.45.8
    11普陀岛200516 2341 428137.323.45.8
    12葫芦岛200516 2341 428137.323.45.8
    13龙兴岛201024 5721 400167.525.26.1
    14永兴岛201124 5721 400167.525.26.1
    15长山岛201224 5721 400167.525.26.1
    16吉龙岛202143 1951 375208.028.66.6
    17祥龙岛202143 1951 375208.028.66.6
    18万荣海200811 5851 108129.920.45.0
    19万通海201024 1051 618164.025.06.1
    20中铁渤海铁路轮渡有限责任公司中铁渤海1号200624 975580182.624.85.8
    21中铁渤海2号200724 975580182.624.85.8
    22中铁渤海3号200825 040716182.624.85.8
    23威海市海大客运中华富强202037 8832 262186.028.66.5
    24生生2201320 8262 160165.024.05.0
    　　注：数据来源于渤海轮渡集团股份有限公司。
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    （1）船长分布。主要船长区间为149.9~169.9 m，占比为43%，其次是169.9~189.9 m、129.9~149.9 m，占比均为22%。其中，最大船长为212.0 m，最小船长为129.9 m，平均船长170 m。

    （2）吨级分布。吨级20 000~25 000 Gt区间船舶有12艘，占比50%，其次是4艘吨级34 000 Gt客滚船。平均吨级27 292 Gt，最大吨级44 200 Gt，最小吨级11 585 Gt。

    （3）船龄分布。24艘客滚船舶的平均船龄为12年，按照《老旧运输船舶管理规定》“船龄在10年以上的客滚船为二类老旧海船”对标分析，渤海湾老旧客滚船有17艘，其中1艘客滚船船龄达到28年。

    综上可见，渤海湾客滚运输市场航线布局契合需求，经营主体相对稳定，但老旧船舶具有潜在更新换代需求，推动客滚运输企业不断发展大型船舶，也引起了船舶大型化发展与港航基础设施尺度不适应等新问题。因此，有必要前瞻规划、科学计算渤海湾客滚船大型化标准船型，为新造船舶提供尺度参考，确保船舶安全有序在港作业。

    目前，已有学者对客滚船型论证开展研究，骆行有等[5]结合滚装船船型及其布置特点，从耐波性和干舷安全角度开展波浪运动下的数值模拟分析，综合比选了长江江海直达滚装船优秀适航船型；李照[6]运用技术经济理论分析不同客滚船型方案，综合比选了台湾海峡客滚船经济适用船型；万正田等[7]针对客滚船结构布置特征和总纵强度校核特点，阐述双层底、车辆舱等典型区域结构设计难点及应对措施。总体而言，现有研究多是针对客滚船自身性能，缺少与通航基础设施的适港性、适航性等综合尺度论证。同时，交通运输主管部门针对琼州海峡出台了专项管理规定[8]，明确了新建客滚船舶尺度、吨级等要求，从市场准入上设定门槛，为琼州海峡客滚船舶合理大型化发展提供指导，也为渤海湾基于港航一体化的大型化标准船型设定提供了重要方法与经验。

    3.   客滚船大型化标准船型论证方法与理论计算

    3.1   研究依据及思路

    《海港总体设计规范》（以下简称“海港规范”）作为交通运输行业强制性标准[9]，适用于新建、改建和扩建的海港工程的水域、陆域、装卸工艺及相应配套设施的总体设计，规定了设计船型是用于确定码头、港池和航道尺度的船型，按其确定的尺度能保证所有使用通航基础设施的船舶均能安全操作。研究基于海港规范设计方法推导船型计算公式，并依据海港规范中客货滚装船设计船型尺度要求（表4）关联船舶吨级与尺度对应关系，保证设计合理性。同时，依据港口经营许可证或码头竣工验收材料，确保船舶吨级不超过相应码头泊位的最大靠泊能力，保证设计安全性。

    表  4  《海港总体设计规范》客货滚装船设计船型尺度（节选）
    Table  4.  Design ship dimensions for passenger and freight ro-ro ships (excerpt)
    船舶吨级/t设计船型尺度/m
    总长型宽型深满载吃水
    5 000（4 501~7 500）13626.012.05.7
    10 000（7 501~12 500）16726.013.76.3
    20 000（12 501~27 500）19227.015.26.7
    30 000（27 501~45 000）20529.417.97.2
    50 000（45 001~65 000）21231.919.07.3
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    研究遵循参数选取→方法设计→理论计算→标准制定→适用评价的总体思路，按照以下步骤开展：

    （1）确定船型参数。基于码头、泊位、港内水域、口门、航道、锚地等海港规范设计方法，选择船舶吨级、尺度（总长、型宽、满载吃水）为大型化标准船型参数，确保与现有规范客滚船参数一致。

    （2）制定计算公式。利用公式倒推法确定各参数计算式，同一参数具有不同计算式时取最小值，以满足全部基础设施的通航要求。

    （3）获取理论数值。梳理港航基础设施现状、水文气象特征等公式参数，计算得到不同泊位各船型总长、型宽、满载吃水等参数的理论计算值。

    （4）设计尺度标准。针对船舶总长的理论计算值结果繁杂、裕度较大特点，化繁为简归并理论值，确定总长标准系列，进而根据船舶靠泊作业实际调整型宽、满载吃水结果，吨级通过船舶实际参数匹配，并形成大型化船型标准系列。

    （5）评价适用情况。针对全部港口所有泊位进行船型系列匹配，认定同一港口不同泊位的最大船型为该港口大型化标准船型，进而开展船型总长与各港口泊位长度的适应性分析，确保结果实用性。

    3.2   计算公式与参数取值

    （1）船舶总长。根据泊位、港内水域、口门、锚地等4个维度计算。其中，L1为根据泊位长度计算得出的总长，利用单个一字形布置及两端富裕长度确定；L2为根据回旋水域计算得出的总长，考虑风浪流条件及船舶自身性能等因素；L3为根据口门计算得出的总长，考虑适应航道近远期规划及通航条件；L4为根据锚地计算得出的总长，考虑系泊及水深情况。取上述四者最小值为船舶总长L：

    $$L=\min \left(L_1, L_2, L_3, L_4\right)=\min \left(L_{\mathrm{b}}-2 d, 0.6 D_{\mathrm{H}}, 0.9 B_{\mathrm{K}}, R-3 h-90\right) $$ (1)

    式中：Lb为泊位长度；d为富裕长度；DH为回旋圆直径；BK为口门宽度；R为单锚泊水域系泊半径；h为锚地水深。根据海港规范，富裕长度$ d $一般小于20 m，在计算中取10 m；口门宽度不宜小于（0.8~1.0）L；因渤海湾7级以上大风天数极少，利用锚地计算船长时取R−3h−90。

    （2）船舶型宽。根据航迹带宽度、船舶间富裕宽度、船舶与航道底边的富裕宽度组合计算，针对渤海湾单线航道情况，确定船舶型宽计算公式：

    $$ B=(W-2 c) / n-L \sin \gamma $$ (2)

    式中：B为船舶型宽；W为航道通航宽度；c为船舶与航道底边线间的富裕宽度；n为船舶漂移倍数；γ为风、流压偏角。根据2022年国家海洋信息中心公布的渤海湾地区大三山、老铁山、成山角等3个水道观测点实测数据，得出渤海湾横流平均值为0.61 m/s，结合船舶漂移倍数与横流对应关系，n取1.5，根据风、流压偏角与横流的对应关系，γ取10；考虑到客滚船航速大于6节，c取0.75B。

    （3）满载吃水。根据码头、航道2个维度分别计算船舶满载吃水数值，主要满足码头前沿按设计低水位时保证安全停靠要求（T1），以及航道设计水深及水文通航特征情况（T2），综合取最小值为船舶满载吃水：

    $$ T=\min \left(T_1, T_2\right)=\min \left(D_1-Z_1-Z_2-Z_3-Z_4, D_2-Z_0-Z_1-Z_2-Z_3-Z_4\right) $$ (3)

    式中：T为满载吃水；D1为码头前沿设计水深；D2为航道设计水深；Z0为船舶航行时船体下沉量；Z1为龙骨下最小富裕深度；Z2为波浪富裕深度；Z3为船舶装载纵倾富裕深度；Z4为备淤深度。根据海港规范，结合渤海湾风浪流、土质特性情况，Z0取1.01 m，Z1取0.3 m，Z2取0 m，Z3取0.1 m，Z4取0.1 m。

    其他参数取值见表5。

    表  5  客滚运输通航基础设施参数取值
    Table  5.  Parameter values for navigation infrastructure of ro-ro passenger transport
    序号 港口 港区泊位 泊位长度/
    m    		 回旋圆
    直径/m    		 口门宽度/
    m    		 单锚泊水域系
    泊半径/m    		 锚地水深/
    m    		 码头前沿设计
    水深/m    		 航道设计
    水深/m    		 航道通航
    宽度/m
    1大连大港港区13号200600271517328.510.7270
    2大港港区14-15号262600271517328.510.7270
    3大港港区16号180600271517329.110.7270
    4大港港区17号224600271517329.110.7270
    5大港港区18号2026002715173210.610.7270
    6和尚岛东港区16-17号2514242634531210.613.4150
    7和尚岛东港区18号3024242634531211.013.4150
    8和尚岛东港区19号2634242634531211.013.4150
    9和尚岛东港区20号271336263453128.013.4150
    10和尚岛西港区1号196328380454127.117.5350
    11和尚岛西港区3号218380380454127.117.5350
    12和尚岛西港区4号213380380454107.117.5350
    13旅顺旅顺新港2号泊位193384210578409.310.5250
    14旅顺新港3号泊位2423842106055012.010.5250
    15烟台芝罘湾港区K11号2063604005131411.013.0120
    16芝罘湾港区K12号208360400513147.513.0120
    17芝罘湾港区K16号213360400513147.813.0120
    18芝罘湾港区K17-K18号4273604005131410.213.0120
    19芝罘湾港区K19号2133604005131710.213.0120
    20芝罘湾港区1-2号324420845450178.08.0130
    21芝罘湾港区4号180420845450178.08.0130
    22芝罘湾港区5号210420845450178.08.0130
    23蓬莱东港区K3号238360300399238.011.8150
    24东港区K4号238360300431178.011.8150
    25龙口龙口港区1号215400400399127.515.5200
    26龙口港区2号288400400489138.915.5200
    27威海威海港客滚1号240430300585109.09.1160
    28威海港客滚2号240430300585169.09.1160
    29东营东营港客滚4号210960600505167.516.0180
    30东营港客滚5号239960600505147.516.0180
    　　注：数据来源于渤海湾省际客滚运输企业调研资料整理。
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    3.3   船型参数计算结果分析

    根据总长、型宽、满载吃水公式得到30个泊位船型参数理论计算值见表6。

    表  6  船型参数计算结果及富余量比较
    Table  6.  Calculation results of ship type parameters and the comparison of surplus
    序号 泊位 总长/m 泊位长富余量/m 型宽/m 满载吃水/m 码头前沿水深富余量/m
    1 大港港区13号 180 20 75.0 8.0 0.5
    2 大港港区14-15号 242 20 69.8 8.0 0.5
    3 大港港区16号 160 20 76.7 8.6 0.5
    4 大港港区17号 204 20 73.0 8.6 0.5
    5 大港港区18号 182 20 74.8 9.2 1.4
    6 和尚岛东港区16-17号 231 20 30.8 10.1 0.5
    7 和尚岛东港区18号 237 65 30.3 10.5 0.5
    8 和尚岛东港区19号 237 26 30.3 10.5 0.5
    9 和尚岛东港区20号 218 53 31.8 7.5 0.5
    10 和尚岛西港区1号 176 20 102.0 6.6 0.5
    11 和尚岛西港区3号 198 20 100.2 6.6 0.5
    12 和尚岛西港区4号 193 20 100.6 6.6 0.5
    13 新港港区2号 173 20 69.0 8.8 0.5
    14 新港港区3号 189 53 67.6 9.0 3.0
    15 芝罘湾港区K11号 186 20 24.5 10.5 0.5
    16 芝罘湾港区K12号 188 20 24.3 7.0 0.5
    17 芝罘湾港区K16号 193 20 23.9 7.3 0.5
    18 芝罘湾港区K17-K18号 234 193 20.5 9.7 0.5
    19 芝罘湾港区K19号 193 20 23.9 9.7 0.5
    20 芝罘湾港区1-2号 234 90 27.3 6.5 1.5
    21 芝罘湾港区4号 160 20 30.0 6.5 1.5
    22 芝罘湾港区5号 190 20 27.5 6.5 1.5
    23 东港区K3号 218 20 31.8 7.5 0.5
    24 东港区K4号 218 20 31.8 7.5 0.5
    25 龙口港区1号 195 20 50.4 7.0 0.5
    26 龙口港区2号 228 60 45.0 8.4 0.5
    27 威海港客滚1号 220 20 35.0 7.6 1.4
    28 威海港客滚2号 220 20 35.0 7.6 1.4
    29 东营港客滚4号 190 20 44.2 7.0 0.5
    30 东营港客滚5号 219 20 41.8 7.0 0.5
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    （1）船舶总长。船舶总长主要与泊位长度进行比较，最小富余量为20 m，理论计算值可行。同时考虑船舶结构、航行安全等因素，一方面渤海湾具有强季风特征（波长15~20 m），为使船舶具备较好的耐波性，船舶两柱间长应不小于5倍波长，加上船舶艏部外飘，船舶总长应不小于120 m为宜。另一方面考虑客舱在结构防火方面要求每个主竖区最大长度不能超过48 m，渤海湾客滚船主竖区一般为2~4个，加上艏艉的锚绞区，船舶总长以120~240 m为宜。本例计算的30个泊位的理论船舶总长为160~242 m，基本符合要求。

    （2）船舶型宽。考虑航行安全，船舶型宽应不小于波长为宜，同时考虑车辆舱布置需要，每条车道宽3 m，每舷留不小于0.6 m宽的消防通道，通常主甲板车道6~10条，船舶型宽以20~32 m为宜。由于船舶型宽计算值与航道通航宽度正相关，因渤海湾航道条件较好，部分通航宽度较大，故计算得到30个泊位的船舶型宽理论值区间为20.5~102.0 m，型宽裕度较大，应进行缩减。

    （3）满载吃水。对比客滚运输通航基础设施参数，显示渤海湾码头前沿水深均小于航道水深、锚地水深，故将满载吃水与码头前沿水深这一主要限制因素比较，最小富余量为0.5 m，理论计算值可行。

    4.   船型标准设计及适用性分析

    4.1   渤海湾客滚船船型标准设计

    鉴于船型参数的理论计算结果复杂繁冗，各参数匹配性不足，船型标准设计聚焦船港航一体化发展主要尺度矛盾，选择以船舶总长为基准，采用参数取值下调、上调、匹配、沿用等方法综合确定标准，以实现尺度集约化、标准化、序列化发展（表7）。

    表  7  大型化标准船型总长标准确立原则及对标分析
    Table  7.  Principles and benchmarking analysis for the establishment of the total length standard of large-scale standard ship types
    序号总长/m确立原则
    遵循船舶代际特征覆盖现有船型尺度归并理论计算结果对标海港规范
    1142 10 000~20 000 t（11 585~16 234 t）129.9~137.3 m区间4艘船160 m理论值2例136 m
    2172 20 000~25 000 t（20 826~24 572 t）164.0~167.5 m区间9艘船173~190 m理论值9例167 m
    319225 000~40 000 t（24 975~37 883 t）178.8~186.0 m区间8艘船193~204 m理论值6例192 m
    4212 40 000~50 000 t（43 195~44 200 t）208.0~212.0 m区间3艘船218~242 m理论值13例212 m
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    综合确定标准为：一是兼顾现有船型尺度，遵循下调原则，24艘客滚船总长为129.9~212.0 m，大型化标准船型总长标准取值下浮后仍须覆盖现有总长；二是归并理论计算结果，遵循上调原则，30个泊位的理论计算值应能划归到不同船型标准，且理论值应大于标准值；三是适用船舶代际特征，遵循匹配原则，基于渤海湾四代客滚船总长变化及船龄实际情况，相应划定为4种大型化标准船型标准；四是实现标准简约规范，遵循沿用原则，依据海港规范中船型总长136、167、192、212 m等4个尺度标准，沿用或微调其中参数，进行末位数字一致性处理。

    进一步根据标准制定有关要求[10]，船型编号设定为BH-KG*序列，BH代表航行区域为渤海湾，KG代表船舶类型为客滚船，*代表尺度系列序号。其中，船型BH-KG4沿用海港规范212 m船长船型标准；船型BH-KG3基于海港规范192 m船长船型标准，兼顾渤海轮渡公司现有客滚船船型实际，将型宽由27 m上调为28 m，满载吃水由6.7 m上调至6.8 m；船型BH-KG2针对海港规范167 m船长船型标准，按照长宽比等比放大，将型宽由26.0 m上调至26.5 m，满载吃水由6.3 m上调至6.4 m；BH-KG1针对海港规范136 m船长船型标准，结合中铁轮渡公司现有客滚船实际，将满载吃水由5.7 m上调至5.8 m。以吨级为推荐性参数，主要根据营运船舶实际情况、海港规范船型标准、港口经营许可证或码头竣工材料等综合确定渤海湾客滚船大型化标准船型尺度（表8）。

    表  8  渤海湾客滚船大型化标准船型尺度系列
    Table  8.  Scale series of the standardized ship types for large-scale ro-ro passenger ships in Bohai Bay
    船型编号总长/m型宽/m满载吃水/m吨级/万t
    BH-KG114226.05.81~2
    BH-KG217226.56.42~3
    BH-KG319228.06.83~4
    BH-KG421231.97.34~5
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    同时，为保证大型化标准船型尺度系列应用更具灵活性，借鉴强制性国标有关船型尺度的下浮情况[11]，规定本尺度系列中船舶型宽可下浮但不超过2%，船舶总长可下浮但不超过10%，且已覆盖现有船型尺度。此外，满载吃水、吨级2个参数取值供参考使用。

    4.2   渤海湾客滚船大型化标准船型系列适用性分析

    为留有安全裕度，将船舶总长理论计算值下调匹配，确定各泊位大型化标准船型（表9），且均满足船舶前后泊位富裕长度均至少10 m的要求，确保客滚船能够安全靠泊码头泊位。

    表  9  渤海湾客滚船各泊位船型匹配分析
    Table  9.  The analysis of matching ship types for various berths of ro-ro passenger ships in Bohai Bay
    泊位大型化标准船型 现有船舶符合数量/艘 现有港区泊位符合情况
    BH-KG1 4 大港港区16号，芝罘湾港区4号
    BH-KG2 13 大港港区13号、18号，和尚岛西港区1号，旅顺新港2号泊位，芝罘湾港区K11号、K12号，芝罘湾港区5号，东营港客滚4号
    BH-KG3 21 大港港区17号，和尚岛西港区3号、4号，旅顺新港3号泊位，芝罘湾港区K16号、K19号，龙口港区1号
    BH-KG4 24 大港港区14-15号，和尚岛东港区16-17号、18号、19号、20号，芝罘湾港区K17-K18号，芝罘湾港区1-2号，东港区K3号、K4号，龙口港区2号，威海港客滚1号、2号，东营港客滚5号
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    需要关注的是：大港港区16号泊位、芝罘湾港区4号泊位长度均为180 m，仅能停靠BH-KG1标准船型，需进行改扩建；旅顺新港2号泊位受泊位长度限制仅能停靠BH-KG2标准船型，3号泊位受口门宽度限制仅能停靠BH-KG3标准船型，在胶东半岛北岸与大连港合作开展客滚运输时应注重市场差异化、互补性定位。此外，30个港区泊位中，适用于BH-KG3标准船型标准的有7个泊位，能够满足现有的21艘船舶停靠；适用于BH-KG4标准船型标准的有13个泊位，能够满足现有全部24艘船舶停靠，这表明本标准与市场匹配度较高。同时，为适应中华复兴、吉龙岛、祥龙岛号等第四代客滚船停靠需要及未来船舶大型化靠泊需求，建议参考芝罘湾港区K17-K18号泊位、和尚岛东港区16、17号泊位的二合一改扩建模式，加强整合码头泊位资源，实现码头岸线集约利用，提升港口通过能力。

    5.   结　语

    正值渤海湾客滚运输进入到以“统筹发展与安全”为导向的市场复苏期和规制完善期，需要助力渤海湾客滚船舶大型化、高质量发展之路。研究总结渤海湾客滚船大型化发展历程，分析客滚运输市场发展、行业管理、企业运营对船舶大型化的影响，结合船港航要素发展现状及需求特征，提出了客滚船大型化标准船型计算方法及标准，填补了本领域技术标准空白，对标提出了渤海湾客滚船大型化船型标准系列并开展适应性评价，与现有船舶的基础设施匹配度较高，为新建客滚船提供尺度约束，有助于科学指导渤海湾客滚船大型化、标准化、系列化发展。研究结果为相关船型尺度标准、政策文件编制提供参考，为客滚运输网络服务功能、服务能力及服务水平等的提升提供必要技术支撑。

  • 表  1   大连—烟台航线典型客滚船经济性匡算

    Table  1   Economic evaluation of conventional ro-ro passenger vessels along the Dalian-Yantai route

    实船代号 吨级/万t 造价/亿元 年运营成本/万元 年运营收入/万元 内部收益率/% 单航次利润/万元
    A 2 3.7 8 000 8 300 −0.5 0.5
    B 3 4.2 9 100 12 000 6.7 5.4
    C 3 4.1 9 100 13 000 9.2 6.9
    D 3 3.2 9 600 13 000 10.0 5.8
    E 3 3.3 7 900 8 000 −1.7 0.4
    F 4 3.8 11 000 16 000 12.3 7.8
    　　注：数据来源于渤海湾省际客滚运输企业调研资料分析。
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    表  2   2022年渤海湾客滚运输航线运力情况

    Table  2   2022 Bohai Bay ro-ro passenger transportation route capacity situation

    航线总车道线/m车道线占有率/%总客位/人客位占有率/%
    烟台—大连28 07165.6921 04158.16
    威海—大连5 35012.527 14919.76
    龙口—旅顺3 9869.333 1428.68
    旅顺—东营2 0004.681 4003.87
    蓬莱—旅顺1 9934.661 5714.34
    旅顺—烟台1 3303.111 8765.19
    总计42 73010036 179100
    　　注：数据来源于辽宁省、山东省交通运输主管部门调研整理。
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    表  3   2022年渤海湾客滚船运力明细

    Table  3   2022 Bohai Bay ro-ro passenger ship capacity breakdown

    序号企业船名建造年吨级/t载客/人总长/m型宽/m满载吃水/m
    1渤海轮渡集团股份有限公司渤海珍珠200924 0241 571164.025.06.1
    2渤海玉珠200924 0241 571164.025.06.1
    3渤海宝珠201024 0241 571164.025.06.1
    4渤海翡珠201024 0241 571164.025.06.1
    5渤海翠珠201234 3002 038178.828.06.8
    6渤海晶珠201234 3002 038178.828.06.8
    7渤海钻珠201534 3001 804179.528.06.8
    8渤海玛珠201534 3001 804179.528.06.8
    9中华复兴201944 2001 689212.028.66.5
    10中远海运客运有限公司棒棰岛199515 5601 200134.823.45.8
    11普陀岛200516 2341 428137.323.45.8
    12葫芦岛200516 2341 428137.323.45.8
    13龙兴岛201024 5721 400167.525.26.1
    14永兴岛201124 5721 400167.525.26.1
    15长山岛201224 5721 400167.525.26.1
    16吉龙岛202143 1951 375208.028.66.6
    17祥龙岛202143 1951 375208.028.66.6
    18万荣海200811 5851 108129.920.45.0
    19万通海201024 1051 618164.025.06.1
    20中铁渤海铁路轮渡有限责任公司中铁渤海1号200624 975580182.624.85.8
    21中铁渤海2号200724 975580182.624.85.8
    22中铁渤海3号200825 040716182.624.85.8
    23威海市海大客运中华富强202037 8832 262186.028.66.5
    24生生2201320 8262 160165.024.05.0
    　　注：数据来源于渤海轮渡集团股份有限公司。
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    表  4   《海港总体设计规范》客货滚装船设计船型尺度（节选）

    Table  4   Design ship dimensions for passenger and freight ro-ro ships (excerpt)

    船舶吨级/t设计船型尺度/m
    总长型宽型深满载吃水
    5 000（4 501~7 500）13626.012.05.7
    10 000（7 501~12 500）16726.013.76.3
    20 000（12 501~27 500）19227.015.26.7
    30 000（27 501~45 000）20529.417.97.2
    50 000（45 001~65 000）21231.919.07.3
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    表  5   客滚运输通航基础设施参数取值

    Table  5   Parameter values for navigation infrastructure of ro-ro passenger transport

    序号 港口 港区泊位 泊位长度/
    m    		 回旋圆
    直径/m    		 口门宽度/
    m    		 单锚泊水域系
    泊半径/m    		 锚地水深/
    m    		 码头前沿设计
    水深/m    		 航道设计
    水深/m    		 航道通航
    宽度/m
    1大连大港港区13号200600271517328.510.7270
    2大港港区14-15号262600271517328.510.7270
    3大港港区16号180600271517329.110.7270
    4大港港区17号224600271517329.110.7270
    5大港港区18号2026002715173210.610.7270
    6和尚岛东港区16-17号2514242634531210.613.4150
    7和尚岛东港区18号3024242634531211.013.4150
    8和尚岛东港区19号2634242634531211.013.4150
    9和尚岛东港区20号271336263453128.013.4150
    10和尚岛西港区1号196328380454127.117.5350
    11和尚岛西港区3号218380380454127.117.5350
    12和尚岛西港区4号213380380454107.117.5350
    13旅顺旅顺新港2号泊位193384210578409.310.5250
    14旅顺新港3号泊位2423842106055012.010.5250
    15烟台芝罘湾港区K11号2063604005131411.013.0120
    16芝罘湾港区K12号208360400513147.513.0120
    17芝罘湾港区K16号213360400513147.813.0120
    18芝罘湾港区K17-K18号4273604005131410.213.0120
    19芝罘湾港区K19号2133604005131710.213.0120
    20芝罘湾港区1-2号324420845450178.08.0130
    21芝罘湾港区4号180420845450178.08.0130
    22芝罘湾港区5号210420845450178.08.0130
    23蓬莱东港区K3号238360300399238.011.8150
    24东港区K4号238360300431178.011.8150
    25龙口龙口港区1号215400400399127.515.5200
    26龙口港区2号288400400489138.915.5200
    27威海威海港客滚1号240430300585109.09.1160
    28威海港客滚2号240430300585169.09.1160
    29东营东营港客滚4号210960600505167.516.0180
    30东营港客滚5号239960600505147.516.0180
    　　注：数据来源于渤海湾省际客滚运输企业调研资料整理。
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    表  6   船型参数计算结果及富余量比较

    Table  6   Calculation results of ship type parameters and the comparison of surplus

    序号 泊位 总长/m 泊位长富余量/m 型宽/m 满载吃水/m 码头前沿水深富余量/m
    1 大港港区13号 180 20 75.0 8.0 0.5
    2 大港港区14-15号 242 20 69.8 8.0 0.5
    3 大港港区16号 160 20 76.7 8.6 0.5
    4 大港港区17号 204 20 73.0 8.6 0.5
    5 大港港区18号 182 20 74.8 9.2 1.4
    6 和尚岛东港区16-17号 231 20 30.8 10.1 0.5
    7 和尚岛东港区18号 237 65 30.3 10.5 0.5
    8 和尚岛东港区19号 237 26 30.3 10.5 0.5
    9 和尚岛东港区20号 218 53 31.8 7.5 0.5
    10 和尚岛西港区1号 176 20 102.0 6.6 0.5
    11 和尚岛西港区3号 198 20 100.2 6.6 0.5
    12 和尚岛西港区4号 193 20 100.6 6.6 0.5
    13 新港港区2号 173 20 69.0 8.8 0.5
    14 新港港区3号 189 53 67.6 9.0 3.0
    15 芝罘湾港区K11号 186 20 24.5 10.5 0.5
    16 芝罘湾港区K12号 188 20 24.3 7.0 0.5
    17 芝罘湾港区K16号 193 20 23.9 7.3 0.5
    18 芝罘湾港区K17-K18号 234 193 20.5 9.7 0.5
    19 芝罘湾港区K19号 193 20 23.9 9.7 0.5
    20 芝罘湾港区1-2号 234 90 27.3 6.5 1.5
    21 芝罘湾港区4号 160 20 30.0 6.5 1.5
    22 芝罘湾港区5号 190 20 27.5 6.5 1.5
    23 东港区K3号 218 20 31.8 7.5 0.5
    24 东港区K4号 218 20 31.8 7.5 0.5
    25 龙口港区1号 195 20 50.4 7.0 0.5
    26 龙口港区2号 228 60 45.0 8.4 0.5
    27 威海港客滚1号 220 20 35.0 7.6 1.4
    28 威海港客滚2号 220 20 35.0 7.6 1.4
    29 东营港客滚4号 190 20 44.2 7.0 0.5
    30 东营港客滚5号 219 20 41.8 7.0 0.5
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    表  7   大型化标准船型总长标准确立原则及对标分析

    Table  7   Principles and benchmarking analysis for the establishment of the total length standard of large-scale standard ship types

    序号总长/m确立原则
    遵循船舶代际特征覆盖现有船型尺度归并理论计算结果对标海港规范
    1142 10 000~20 000 t（11 585~16 234 t）129.9~137.3 m区间4艘船160 m理论值2例136 m
    2172 20 000~25 000 t（20 826~24 572 t）164.0~167.5 m区间9艘船173~190 m理论值9例167 m
    319225 000~40 000 t（24 975~37 883 t）178.8~186.0 m区间8艘船193~204 m理论值6例192 m
    4212 40 000~50 000 t（43 195~44 200 t）208.0~212.0 m区间3艘船218~242 m理论值13例212 m
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    表  8   渤海湾客滚船大型化标准船型尺度系列

    Table  8   Scale series of the standardized ship types for large-scale ro-ro passenger ships in Bohai Bay

    船型编号总长/m型宽/m满载吃水/m吨级/万t
    BH-KG114226.05.81~2
    BH-KG217226.56.42~3
    BH-KG319228.06.83~4
    BH-KG421231.97.34~5
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    表  9   渤海湾客滚船各泊位船型匹配分析

    Table  9   The analysis of matching ship types for various berths of ro-ro passenger ships in Bohai Bay

    泊位大型化标准船型 现有船舶符合数量/艘 现有港区泊位符合情况
    BH-KG1 4 大港港区16号，芝罘湾港区4号
    BH-KG2 13 大港港区13号、18号，和尚岛西港区1号，旅顺新港2号泊位，芝罘湾港区K11号、K12号，芝罘湾港区5号，东营港客滚4号
    BH-KG3 21 大港港区17号，和尚岛西港区3号、4号，旅顺新港3号泊位，芝罘湾港区K16号、K19号，龙口港区1号
    BH-KG4 24 大港港区14-15号，和尚岛东港区16-17号、18号、19号、20号，芝罘湾港区K17-K18号，芝罘湾港区1-2号，东港区K3号、K4号，龙口港区2号，威海港客滚1号、2号，东营港客滚5号
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    • 参考文献(11)
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    • 施引文献(2)

  • 期刊类型引用(1)

    1. 段吉鸿，亓振涛. 基于数字孪生技术的水利运输最优路径自动化规划系统. 电子设计工程. 2025(05): 40-44+50 . 百度学术

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出版历程
  • 收稿日期:  2023-05-07
  • 网络出版日期:  2023-12-17
  • 刊出日期:  2024-06-14

目录

摘要
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  • 1.   渤海湾客滚船大型化发展分析

  • 2.   渤海湾客滚船运输发展情况

  • 2.1   渤海湾客滚运输航线情况

  • 2.2   渤海湾客滚运输船舶情况

  • 3.   客滚船大型化标准船型论证方法与理论计算

  • 3.1   研究依据及思路

  • 3.2   计算公式与参数取值

  • 3.3   船型参数计算结果分析

  • 4.   船型标准设计及适用性分析

  • 4.1   渤海湾客滚船船型标准设计

  • 4.2   渤海湾客滚船大型化标准船型系列适用性分析

  • 5.   结　语

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