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国外港口是如何迎合船舶大型化趋势

UpdateTime:2018/6/14 16:09:13

汉堡港

自2011年,马士基以18270TEU的3E级船订单超越所有竞争对手。但随后就出现超大型大船订单的新一轮热潮。据估计,目前全球在建和在役的18000TEU至23000TEU船达到131艘。业内人士预测,在这一轮订造热潮过去之后,未来几年就会出现24000TEU船的订单,从而把船舶大型化趋势推进到一个新的高度。那么,船舶大型化趋势对港口会有哪些影响?港口业是如何迎合船舶大型化趋势的?

航道水深、宽度及船闸障碍

大型船舶的进入对于许多并不具备深水条件的港口来说常常是一个挑战,比如沙质航道的港口和河口港。这类港口有一些可以挂靠大型船舶,比如安特卫普港汉堡港伦敦港。大型船舶的进入对于河道或进港航道的疏浚有更高的要求。除了疏浚保持进港航道的维护之外,大型船舶也需要更深的通道要求更加集中的疏浚。据荷兰分析机构Dynamar的数据,在北欧目前有11个码头能够提供17米的泊位岸边水深。在德国威廉港的欧门公司(Eurogate)码头有18米水深,在鹿特丹港的Euromax 1码头有19.6米至20米)。

这不是一个非此即彼的问题,因为需要的吃水取决于潮汐和船舶的装载因素(即满载率)。装载因素取决于具体贸易航线的港序设计。一艘船舶非满载时比满载时的吃水要浅。基于这个原因,一些水深并不是很够的港口仍然能够满足大型船舶的进入,如果这些船舶处在港口闭环内允许较少载货量的话(例如在远东-北欧航线上欧洲最后一个港口的情形)。潮汐作用的不同使得船舶在某个特定的涨潮时间内可以驶入港口,尽管平时航道并不是足够深。

汉堡提供了一个很好的例子来阐述进港航道的问题。目前挂靠汉堡港的最大型船舶只能在潮窗时间内以不超过14.8米的最大吃水进港。在潮窗时间之外,最大允许的吃水仅仅只有12.8米。如此,拥有16米吃水的最大型集装箱船不能在满载状态下挂靠这个易北河口的港口。对于内河港口汉堡港来说,许多这类船舶的宽度也越来越受到限制。

疏浚在许多地方是一个敏感的问题。它会引起当地政府和民众的强烈反对,因为这涉及到对环境和生态系统的破坏。在汉堡,由环境保护的非政府组织机构发起的司法案件已经延迟了易北河的疏浚计划,还诉至欧洲法院。

许多疏浚工作不仅可以提升河道的深度,也会拓宽河道。疏浚的成本往往非常大,而且取决于许多因素,例如土壤类型。疏浚的外部成本(例如环境影响的货币价值)更难以估算。

拥有船闸系统的河道将面临另外一个额外的挑战,因为这些船闸限制船舶的规模,在许多情况下需要以更大的船闸来替换或补充。在阿姆斯特丹不能建设一个集装箱码头的原因可能是通向港口的船闸系统太陈旧。最近宣布新船闸的投资的一个理由是在未来可以吸引新的集装箱货源。安特卫普港提出了将新加坡国际港务集团(PSA)和地中海航运设在斯海尔德河东岸的PSA/MSC母港码头迁移至西岸的Deurgangdok港池的提案,以避开对大型船舶有瓶颈制约的一个船闸。

碍航桥梁

由于越来越大的船舶的高度在逐渐增加,所以一些大桥也成为船舶进入港口的障碍。现有的一些大桥已经成为邮轮进入港口码头的障碍。例如在悉尼,码头被迫建在悉尼海港大桥之外,邮轮不能在城市河道中进一步航行。悉尼海港大桥桥下净空只有49米间距,而现有的最大邮轮“海洋绿洲”号有高达72米的空高,这意味着这艘船不能通过世界上任何净空最大的大桥(65~73.5米之间)。在集装箱船舶的建造中,船舶的高度也在迅速上升。在目前的船舶设计中,扩大船舶容量的主要途径是增加集装箱堆码的层数,而不是增加船舶的长度和宽度,这也降低了进入位于大桥背后的码头的可能性。

在许多情况下,这将意味着港口的某些部分对于最大型的船舶来说无用,这将导致港口的重新选址。汉堡港提供了一个有趣的例子。1972年在汉堡易北河上建成完工的克尔布兰德大桥不仅是城市标志性地标之一,而且每天有超过30,000艘运输船舶通过桥下水路到达港口。这座大桥位于港口的中部,桥下净空是53米,而马士基的3E级船的最高处离水面有58米,这就意味着它们不能从桥下上溯到达汉堡港务仓储公司(HHLA)所经营的Altenwerder集装箱码头。

在一些情况下大桥被抬高或拆旧建新来方便大型船舶的通过。比如纽约和新泽西港口管理局正在着手进行巴约纳大桥的抬高工程。巴约纳大桥建于1931年,经过几次改造加固达到了现在这种状况。目前大桥下的净空大约是46米,容量超过7,000TEU的船无法进入港口的码头泊位。因此,港口管理局筹资10亿美元做这个项目,以将桥下净空提高到65.5米,方便船舶进出。除了增加港口货运量以外,纽约新泽西港还把这一项目作为减缓船舶对环境影响的一种手段,因为新型的大船越来越倾向于环境友好型。新大桥也使交通更加安全,不仅允许自行车和行人通行,而且能满足未来运量大幅度增长的需要。项目已在今年完工。

长滩港正在着手一项更加大动干戈的措施,即对在1968年投入使用的基洛德·戴斯蒙德大桥实施完全替换。整个工程需要12.6亿美元的成本,完全重新设计了一座更宽更高的大桥(从现在的47米净空提高为62.5米)。新的大桥既能允许更大型的船舶进出,又提供了更大的道路通过能力。项目的建设已经开始,但是预期竣工时间推迟了两年,预期的成本迄今为止已超支了3亿美元,因为如此基础设施的设计实践极其复杂,还考虑到了该地区地震多发的特点。

建设新大桥的效果不单是能够提高港口的货运量。纽约/新泽西港和长滩港的大桥扩建工程也使新桥能够满足更多的交通流量,且使得用户更加安全。随着大桥的老化,更加需要额外的通过能力和安全性。巴约纳大桥的改造升级也将使行人和自行车的通行更加方便和安全,同时使得新泽西州和斯塔顿岛有更好的连接。然而,如果大桥还没有达到其生命周期的终点,那么替换大桥的代价可能会非常大。

码头的长度和强度

更大型的运输船舶给现有码头施加了越来越大的压力。在大数情况下,许多码头在当初建设的时候,都没有料到船舶容量的变化会如此之快。现在在许多港口,码头岸壁需要加高、加固和加长,以满足最大型的船舶停靠。

大型船舶往往有更深的吃水。码头岸壁的设计把船舶的吃水作为一个最重要的因素来确定一个码头必要的岸壁深度。如果船舶容量提升,那么为了让船舶安全挂靠,更深的码头岸壁是非常重要的。据估计,对于一艘20,250TEU的船来说,岸壁的深度要达到25.84米。对于几十年以前建造的许多现有老旧港口码头来说,岸壁的深度尤其重要。

大型船舶不仅影响码头岸壁的深度,而且影响码头岸线的长度。这对于码头岸壁设计和能力的保持更具有挑战性。事实上,船舶容量的增加对码头的受力有着重要的影响。一个码头岸壁对于挂靠码头的船舶来说通常有着几个基本的功能。它必须要要有足够的承受力以及可靠泊、停靠的能力来保证船舶在港口的安全。船舶容量的不断增加对这些因素都有影响,因而影响码头岸壁的设计及其参数。

更高更大的起重机、集装箱处理设备和堆垛机对码头岸壁承受能力提出了更高的要求。一个码头岸壁的受力来自于码头上所有负载施加的水平和垂直两个方向的力,常常是以千牛顿/平方米(kN/m2)的单位来计量。例如,在鹿特丹港的Euromax集装箱码头(ECFR)的起重机能够伸展至23列集装箱,每台起重机在码头岸壁的陆地一侧有2721千牛顿/平方米的附加压力。当起重机沿着码头岸线移动的时候,它们平均分散这些力。但是在处理集装箱的操作情况下,这些力就集中在较小的区域。

集装箱对附加重量也有作用。一个装满货物的集装箱最大重量相当于对码头有着75千牛顿的附加压力,如果五个集装箱依次堆码起来,那么就会转化为高达350千牛顿的附加压力(De Gijt and Broeken, 2013)。为了满足未来更大型船舶,码头岸壁的设计需要有高达100牛顿/平方米的承受力。

码头岸壁也受到大船的压力。船的排水量越大,吸收的能量也就越多。停靠在码头岸壁的船的重力,通过绳子传递到系船柱上,这可以根据重力的大小通过函数的形式计算出来。这些力是码头岸壁设计中的重要部分,也能够确定一艘船在泊位的时候,有足够需要的技术来拉紧它。大型集装箱船舶的排水量超过250,000吨,转化为在码头岸壁上的系船柱的力超过2,500千牛顿(Tisheh, 2015)。

大体上,维持岸壁深度是影响价格的最重要因素,以鹿特丹为例,大约占75%的比重。码头岸壁越深,码头的造价就越高。附加重量对建设成本也有着重要的影响,其成本占比最高可达10%(De Gijt,2010)。除了建设成本以外,建造一个新的码头岸壁不但会产生与设计、工程和疏浚相关的许多其他成本,而且在建设过程中将会发生完全的交通中断,继而产生码头吞吐量的损失。

起重机配置

就吊臂高度向外延伸跨度而言,巨型船舶给起重机也带来了巨大的挑战。最新的大型船舶需要一个能够处理23列集装箱宽度的起重机。与第一代3E级船相比,提高容量的主要途径是多加了一层高(从原来的10层增加为11层),这意味着相应的集装箱码头上的起重机也需要变得更高。这些挑战有时候可以通过某些小技巧来解决,但是在许多情况下这些只能提供一个暂时的解决方法。

一些港口正在为迎接更大型的集装箱船舶做准备,其规模甚至超过了对2019年的预期船型。在北欧港口中,伦敦门户港(London Gateway)和威廉港(Wilhelmshaven)在2015年就率先拥有能够处理25列集装箱延伸度的岸边起重机。鹿特丹、安特卫普、费利克斯托和格但斯克这4个港口目前已经拥有或即将拥有这类起重机。目前在北欧的港口中有167台龙门起重机可以从23列提升为25列集装箱宽度。在2018-2024年间,至少有另外213台起重机计划加入或预期会加入25列宽的巨型起重机行列中(Dynamar, 2015b)。

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