他山之石，國外港口如何迎合船舶大型化趨勢
2018-06-14 12:14 來源：阿法牛AlphaBull
2011年，馬士基以18270TEU的3E級船訂單超越所有競爭對手。隨后就出現大船訂單的新一輪熱潮。據估計，目前全球在建和在役的18000TEU至23000TEU船達到131艘。業內人士預測，在這一輪訂造熱潮過去之后，未來幾年就會出現24000TEU船的訂單，從而把船舶大型化趨勢推進到一個新的高度。那么，船舶大型化趨勢對港口會有哪些影響？港口業是如何迎合船舶大型化趨勢的？
1.航道水深、寬度及船閘障礙
大型船舶的進入對于許多并不具備深水條件的港口來說常常是一個挑戰，比如沙質航道的港口和河口港。這類港口有一些可以掛靠大型船舶，比如安特衛普、漢堡和倫敦門戶港。大型船舶的進入對于河道或進港航道的疏浚有更高的要求。除了疏浚保持進港航道的維護之外，大型船舶也需要更深的通道要求更加集中的疏浚。據荷蘭分析機構Dynamar的數據，在北歐目前有11個碼頭能夠提供17米的泊位岸邊水深。在德國威廉港的歐門公司（Eurogate）碼頭有18米水深，在鹿特丹港的Euromax 1碼頭有19.6米至20米）。
這不是一個非此即彼的問題，因為需要的吃水取決于潮汐和船舶的裝載因素（即滿載率）。裝載因素取決于具體貿易航線的港序設計。一艘船舶非滿載時比滿載時的吃水要淺。基于這個原因，一些水深并不是很夠的港口仍然能夠滿足大型船舶的進入，如果這些船舶處在港口閉環內允許較少載貨量的話（例如在遠東-北歐航線上歐洲最后一個港口的情形）。潮汐作用的不同使得船舶在某個特定的漲潮時間內可以駛入港口，盡管平時航道并不是足夠深。
漢堡提供了一個很好的例子來闡述進港航道的問題。目前掛靠漢堡港的最大型船舶只能在潮窗時間內以不超過14.8米的最大吃水進港。在潮窗時間之外，最大允許的吃水僅僅只有12.8米。如此，擁有16米吃水的最大型集裝箱船不能在滿載狀態下掛靠這個易北河口的港口。對于內河港口漢堡來說，許多這類船舶的寬度也越來越受到限制。在易北河下游的一些區段，進港和出港的船舶不能在此交會。這種類型船舶的容量對于港口的調度室來說是一個持續的挑戰，這樣掛靠需要許多預先的計劃。漢堡港務管理局已經投資配備了高級的計算機系統來克服這種困難。
疏浚在許多地方是一個敏感的問題。它會引起當地政府和民眾的強烈反對，因為這涉及到對環境和生態系統的破壞。在漢堡，由環境保護的非政府組織機構發起的司法案件已經延遲了易北河的疏浚計劃，還訴至歐洲法院。
許多疏浚工作不僅可以提升河道的深度，也會拓寬河道。疏浚的成本往往非常大，而且取決于許多因素，例如土壤類型。疏浚的外部成本（例如環境影響的貨幣價值）更難以估算。
擁有船閘系統的河道將面臨另外一個額外的挑戰，因為這些船閘限制船舶的規模，在許多情況下需要以更大的船閘來替換或補充。在阿姆斯特丹不能建設一個集裝箱碼頭的原因可能是通向港口的船閘系統太陳舊。最近宣布新船閘的投資的一個理由是在未來可以吸引新的集裝箱貨源。安特衛普港提出了將新加坡國際港務集團（PSA）和地中海航運設在斯海爾德河東岸的PSA/MSC母港碼頭遷移至西岸的Deurgangdok港池的提案，以避開對大型船舶有瓶頸制約的一個船閘。
2.礙航橋梁
由于越來越大的船舶的高度在逐漸增加，所以一些大橋也成為船舶進入港口的障礙。現有的一些大橋已經成為郵輪進入港口碼頭的障礙。例如在悉尼，碼頭被迫建在悉尼海港大橋之外，郵輪不能在城市河道中進一步航行。悉尼海港大橋橋下凈空只有49米間距，而現有的最大郵輪“海洋綠洲”號有高達72米的空高，這意味著這艘船不能通過世界上任何凈空最大的大橋（65~73.5米之間）。在集裝箱船舶的建造中，船舶的高度也在迅速上升。在目前的船舶設計中，擴大船舶容量的主要途徑是增加集裝箱堆碼的層數，而不是增加船舶的長度和寬度，這也降低了進入位于大橋背后的碼頭的可能性。
在許多情況下，這將意味著港口的某些部分對于最大型的船舶來說無用，這將導致港口的重新選址。漢堡港提供了一個有趣的例子。1972年在漢堡易北河上建成完工的克爾布蘭德大橋不僅是城市標志性地標之一，而且每天有超過30,000艘運輸船舶通過橋下水路到達港口。這座大橋位于港口的中部，橋下凈空是53米，而馬士基的3E級船的最高處離水面有58米，這就意味著它們不能從橋下上溯到達漢堡港務倉儲公司（HHLA）所經營的Altenwerder集裝箱碼頭。
對于漢堡港務倉儲公司來說，由于它還經營著其他許多碼頭，所以一個碼頭的通道受不受限制不是一個緊迫的問題。但是，如果船舶容量還是按照過去幾年的速度繼續增長的話，那就會成為問題。類似的情形在歐洲其他地方也可以看到，比如瑞典的哥德堡港，大多數碼頭都改在遠離城市中心的區域進行了重新開發，其部分原因是阿爾弗斯大橋只有45米的凈空高度，阻礙船舶進入老港碼頭。
在一些情況下大橋被抬高或拆舊建新來方便大型船舶的通過。比如紐約和新澤西港口管理局正在著手進行巴約納大橋的抬高工程。巴約納大橋建于1931年，經過幾次改造加固達到了現在這種狀況。目前大橋下的凈空大約是46米，容量超過7,000TEU的船無法進入港口的碼頭泊位。因此，港口管理局籌資10億美元做這個項目，以將橋下凈空提高到65.5米，方便船舶進出。除了增加港口貨運量以外，紐約新澤西港還把這一項目作為減緩船舶對環境影響的一種手段，因為新型的大船越來越傾向于環境友好型。新大橋也使交通更加安全，不僅允許自行車和行人通行，而且能滿足未來運量大幅度增長的需要。項目已在今年完工。
長灘港正在著手一項更加大動干戈的措施，即對在1968年投入使用的基洛德·戴斯蒙德大橋實施完全替換。整個工程需要12.6億美元的成本，完全重新設計了一座更寬更高的大橋（從現在的47米凈空提高為62.5米）。新的大橋既能允許更大型的船舶進出，又提供了更大的道路通過能力。項目的建設已經開始，但是預期竣工時間推遲了兩年，預期的成本迄今為止已超支了3億美元，因為如此基礎設施的設計實踐極其復雜，還考慮到了該地區地震多發的特點。
3.碼頭的長度和強度
更大型的運輸船舶給現有碼頭施加了越來越大的壓力。在大數情況下，許多碼頭在當初建設的時候，都沒有料到船舶容量的變化會如此之快。現在在許多港口，碼頭岸壁需要加高、加固和加長，以滿足最大型的船舶停靠。
大型船舶不僅影響碼頭岸壁的深度，而且影響碼頭岸線的長度。這對于碼頭岸壁設計和能力的保持更具有挑戰性。事實上，船舶容量的增加對碼頭的受力有著重要的影響。一個碼頭岸壁對于掛靠碼頭的船舶來說通常有著幾個基本的功能。它必須要要有足夠的承受力以及可靠泊、停靠的能力來保證船舶在港口的安全。船舶容量的不斷增加對這些因素都有影響，因而影響碼頭岸壁的設計及其參數。
更高更大的起重機、集裝箱處理設備和堆垛機對碼頭岸壁承受能力提出了更高的要求。一個碼頭岸壁的受力來自于碼頭上所有負載施加的水平和垂直兩個方向的力，常常是以千牛頓/平方米(kN/m2)的單位來計量。例如，在鹿特丹港的Euromax集裝箱碼頭（ECFR）的起重機能夠伸展至23列集裝箱，每臺起重機在碼頭岸壁的陸地一側有2721千牛頓/平方米的附加壓力。當起重機沿著碼頭岸線移動的時候，它們平均分散這些力。但是在處理集裝箱的操作情況下，這些力就集中在較小的區域。
集裝箱對附加重量也有作用。一個裝滿貨物的集裝箱最大重量相當于對碼頭有著75千牛頓的附加壓力，如果五個集裝箱依次堆碼起來，那么就會轉化為高達350千牛頓的附加壓力（De Gijt and Broeken, 2013）。為了滿足未來更大型船舶，碼頭岸壁的設計需要有高達100牛頓/平方米的承受力。
碼頭岸壁也受到大船的壓力。船的排水量越大，吸收的能量也就越多。停靠在碼頭岸壁的船的重力，通過繩子傳遞到系船柱上，這可以根據重力的大小通過函數的形式計算出來。這些力是碼頭岸壁設計中的重要部分，也能夠確定一艘船在泊位的時候，有足夠需要的技術來拉緊它。大型集裝箱船舶的排水量超過250,000噸，轉化為在碼頭岸壁上的系船柱的力超過2,500千牛頓（Tisheh, 2015）。
據悉，歐門港務集團（Eurogate）在漢堡港的碼頭能夠滿足1,200千牛頓的系船柱拉力（每根拖繩），使它成為全歐洲最強固的拖繩之一。當船舶靠近岸壁停靠的時候（以千牛頓/平方米為衡量單位），泊位力或由船舶產生的動能補充而至，這將確定氣囊需要吸收的能量。對于一艘大型集裝箱船以0.1米/秒的速度和5o的夾角靠泊的時候，釋放在碼頭岸壁的能量是1595千牛頓·米(Tisheh, 2015)。
所有這些因素意味著過去對碼頭岸壁的要求正在隨著船舶容量大小的變化而變化，挑戰著接受這些大型船舶停靠碼頭的能力，除非碼頭管理當局決定升級改造碼頭岸壁。改造碼頭岸壁需要大量的投資資金和時間。由于土質和氣候條件對碼頭岸壁的技術要求有很大的影響，所以不同港口之間的成本有著巨大的差異。然而對于一個新結構來說，由于建造物料的基本成本和船舶容量的最低需求比較明確，所以其建造成本常常可以被大致估計。鹿特丹港口局的計算顯示，為深海集裝箱船舶建造的新岸壁，根據不同類型的碼頭，每米直線距離的岸壁結構的成本在23,545歐元和44,400歐元之間（Tisheh, 2015）。
大體上，維持岸壁深度是影響價格的最重要因素，以鹿特丹為例，大約占75%的比重。碼頭岸壁越深，碼頭的造價就越高。附加重量對建設成本也有著重要的影響，其成本占比最高可達10%（De Gijt,2010）。除了建設成本以外，建造一個新的碼頭岸壁不但會產生與設計、工程和疏浚相關的許多其他成本，而且在建設過程中將會發生完全的交通中斷，繼而產生碼頭吞吐量的損失。
4.起重機配置
就吊臂高度向外延伸跨度而言，巨型船舶給起重機也帶來了巨大的挑戰。最新的大型船舶需要一個能夠處理23列集裝箱寬度的起重機。與第一代3E級船相比，提高容量的主要途徑是多加了一層高（從原來的10層增加為11層），這意味著相應的集裝箱碼頭上的起重機也需要變得更高。這些挑戰有時候可以通過某些小技巧來解決，但是在許多情況下這些只能提供一個暫時的解決方法。
一些港口正在為迎接更大型的集裝箱船舶做準備，其規模甚至超過了對2019年的預期船型。在北歐港口中，倫敦門戶港(London Gateway)和威廉港(Wilhelmshaven)在2015年就率先擁有能夠處理25列集裝箱延伸度的岸邊起重機。鹿特丹、安特衛普、費利克斯托和格但斯克這4個港口目前已經擁有或即將擁有這類起重機。目前在北歐的港口中有167臺龍門起重機可以從23列提升為25列集裝箱寬度。在2018-2024年間，至少有另外213臺起重機計劃加入或預期會加入25列寬的巨型起重機行列中（Dynamar, 2015b）。（徐劍華 董超）
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