摘要：本文介绍了航道宽度设计的影响因素，详细介绍了国内外规范和标准中的航道宽度设计方法，通过系统对比和分析，指出了各国规范航道宽度设计的特点、局限性和存在问题。根据大量国内外港口工程项目和船舶操纵试验经验，进一步对国外规范和中国规范做了对比和总结，最终给出合理设计建议。
关键词：航道宽度；影响因素；对比和分析
引言
在港口工程中，对于航道宽度的设计，《海港总体设计规范》给出了明确的计算方法。随着船舶的操纵性能和导助航设施等方面技术发展，本文结合对国内外规范的系统研究，对于航道宽度的设计方法进行了对比和分析，提出更为精确的设计方法供同行探讨。
1国内外规范中航道宽度设计方法
1.1中国规范设计方法
根据《海港总体设计规范》(JTS 165-2013)，航道通航宽度可由下列公式计算)。
单线航道:W=A+2c
双线航道:W=2A+b+2c
式中:W为航道有效宽度，m；A为航迹带宽度，m；c为船舶与航道底边线间的富裕宽度，m；b为船舶间的富裕宽度，m，取设计船宽B，当船舶交会密度较大时，该富裕宽度可适当增加；n为船舶漂移倍数；L为设计船长，m；γ为风、流压偏角，°；B为船舶宽度，m。
影响航道尺度的因素复杂时，航道通航宽度应进行船舶操纵模拟试验验证，必要时可结合实船观测等方式确定航道通航宽度。
1.2日本规范设计方法
根据日本规范《Technical Standards and Commentaries for Port and Harbor Facilities in Japan》，航道宽度可通过下列公式进行计算:
式中:WBM为基本操船宽度，m；WIF为考虑相互力影响的富裕宽度，m；CSF为安全系数；WWF为考虑风力影响的富裕宽度，m；WCF为考虑水流力影响的富裕宽度，m；WYM为考虑船舶回转影响的富裕宽度，m；WDD为考虑船舶侧面偏移影响的富裕宽度，m；WBA为考虑侧壁影响的富裕宽度，m；WPA为考虑船舶会遇影响的富裕宽度，m；WOV为考虑船舶超越影响的富裕宽度，m；a、b、c为系数，采用表1中的数值。
表1 系数a、b、c取值
1.3英国规范(BS 6349)设计方法
英国规范《Maritime Works-Part 1-1:GeneralCode of Practice for Planning and Design for Operations》 (BS 6349-1-1:2013)中对于航道宽度的概念设计基本是引用国际航运协会(PIANC)规范《Harbor Approach Channels》中的概念性描述，仅介绍了航道宽度设计的影响因素，包括船速，横风，横流，顺流，波浪情况，导航情况，底质类型，水深，危险品货物等。对于各参数详细取值英国规范建议参考PIANC中的规定。
该规范中指出作为一般性的指导意见，单向航道宽度一般为船宽的4～6倍。在有小船超越的航道中，航道宽度取6～8倍的大船船宽。对于300000DWT以上的大型油轮，建议航道宽度取5～7倍的船宽。大型油轮的航道应避免设计为双向航道。
英国规范BS6349-1-1:2013中推荐通过数值模拟试验确定航道平面尺度，包括快速仿真试验(Fast-time Simulation)和实时仿真试验(Real-time Simulation)等手段。
2国内外航道宽度设计案例分析
国际航运协会(PIANC)规范《Harbor Approach Channels-Design Guidelines》中的航道水深设计方法在海外港口工程项目中认可度最高，使用范围最广，下面以巴拿马某LNG码头工程为实例，使用PIANC规范和中国规范计算航道宽度，同时与船舶操纵模拟试验结果进行对比。
本工程中拟建设码头最大设计船型为17万m³LNG船舶，船长294.5m，船宽46.4m，船舶满载吃水11.6m。船舶在进港航道中的航速按照6kn考虑。由于码头位于天然优良港湾内，进港航道掩护条件较好，航道设计风速根据气象条件按照7.5m/s考虑，横向流速小于0.1m/s，没有横向波浪。
2.1按照中国规范计算航道宽度
根据《海港总体设计规范》(JTS 165-2013)，航道通航宽度由航迹带宽度和船舶与航道底边间的富裕宽度组成。单线航道通航宽度可按下式计算:
单线航道W=A+2c
式中:c为船舶与航道底边线间的富裕宽度，m，由于航速6kn，则c取设计船型型宽B=46.4m；n为船舶漂移倍数，横向流速0.1m/s，则n取1.81，风、流压偏角γ=3º；航道宽度W=111.9+2×46.4=204.7m。航道设计宽度取205m。
2.2按照国外规范计算航道宽度
PIANC《Harbor Approach Channels-Design Guidelines》详细介绍了航道宽度的概念设计方法和详细设计方法，概念设计方法即为基本操纵带宽度与其他各影响因素导致的富裕宽度之和，基本考虑了相关影响因素，计算简单便捷，在国外工程项目中得到了广泛的认可和使用，本节通过该规范的概念设计方法进行航道宽度计算，具体计算见表2。
因此按照PIANC规范的概念设计方法计算航道宽度，得出航道设计宽度为144m。
需要说明的是，此方法仅适用于项目前期设计阶段，在施工图设计阶段，航道设计宽度应通过船舶操纵试验进行验证和确定。
表2 有掩护开挖航道宽度计算(PIANC)
2.3按照船舶操纵模拟试验确定航道宽度
巴拿马LNG码头项目采用了船舶操纵模拟试验确定航道宽度，试验采用全任务模拟器进行操纵模拟，船舶操纵试验结论如下:
（1）当船舶进港船速较低时应采用4艘拖力为50t的全回转拖轮协助船舶进港，其中两艘布置在船头，两艘布置在船艉，以保证船舶在速度较低的情况下仍然能够保持方向。
（2）船舶航速应保持在5kn左右以保证舵效，并且避免撞击航道边的现有码头和停靠船舶。
（3）船舶操纵试验结果表明在风速小于15kn，横流小于0.2kn的情况下航道宽度125m可满足船舶操纵要求，但是考虑到距离航道边有现有码头和停靠船舶的安全距离(考虑为0.5倍船宽，即23m)，则航道设计宽度建议取为148m。
2.4小结
从设计案例中可以看出，由于进港航道掩护良好，没有横浪作用，因此国内外规范对于船舶操纵带宽度计算结果较为一致，主要差别在船岸富裕宽度的取值。PIANC规范取值较小，中国规范取值较大。而船舶操纵试验结论与PIANC规范较为一致。
3结语
根据大量的国内外工程项目和船舶操纵模拟试验经验，在中国港口工程项目具体设计中仍需注意以下问题:
（1）在横浪较大的区域，国内外规范对于船舶操纵带宽度的计算可能会有一定差异，中国规范中没有考虑横浪和斜向波浪对于船舶操纵带宽度的影响。
（2）根据船舶操纵模拟试验以及实际船舶操纵，导助航设施对于航道宽度的设计影响较大。中国规范中没有明确规定导助航设置对于航道宽度设计的影响，而国外规范给出了针对不同导助航设施配置的船舶操纵带宽度增加值。
（3）不同类型的船舶，操纵性能差异较大，航行时的航迹带宽度的差异也较大。国外规范中根据船舶操纵性能进行划分，给出不同类型船舶的基本航迹带宽度取值方法。中国规范中的航迹带宽度计算方法并没有体现船舶操纵性能差异对航迹带宽度的影响，但针对不同类型的船舶，船岸富裕宽度取值不同，并且在计算船岸富裕宽度时综合考虑了船舶操纵性能、货品危险性等因素。
而国外港工工程项目，可以按照所允许使用的国际标准进行初步设计。
基于上述结论，为了更准确的确定航道宽度，建议可先通过理论方法初步计算航道宽度，再通过船舶操纵模拟试验进一步验证和确认。
参考文献
[1]中华人民共和国行业标准.JTS165-2013海港总体设计规范[S].
论文作者:王明晗,钱柯炜
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/21
标签：宽度论文; 航道论文; 船舶论文; 富裕论文; 方法论文; 航迹论文; 中国论文; 《基层建设》2019年第20期论文;