CC BY
30
УДК 656.615
DOI 10.52375/20728689_2022_2_243
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ПРИЧАЛОВ В МАЛЫЕ КОНТЕЙНЕРНЫЕ ТЕРМИНАЛЫ
Кузнецов А.Л., д.т.н., профессор, ФГБОУВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова», e-mail: [email protected] Галин А.В., д.т.н., доцент, ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова», e-mail: [email protected], Валькова С.С., к.т.н, заведующий кафедры «Эксплуатация и управление транспортом» ФГБОУ ВО «Дальрыбвтуз», e-mail: [email protected] Сампиев А.М., к.э.н, директор по производству АО «ЛЕНМОРНИИПРОЕКТ», e-mail: [email protected]
Бурное развитие контейнерных технологий в конце XX — начале XXI века вызвало соответствующий рост портовой инфраструктуры. При этом действие эффекта масштабной экономии и высокий порог вхождения в бизнес создали преимущества для крупных специализированных контейнерных терминалов. Для малых терминалов экономические соображения и деловая среда ведения бизнеса существенно ограничили возможности, значительно повышая предпринимательские риски. Единственной нишей для них была сильная вертикальная интеграция с владельцами специфических грузопотоков, превращавшая их в зависимое звено соответствующей логистической цепи. Кризис, вызванный пандемией и получивший дальнейшее развитие вследствие известных геополитических процессов, кардинально изменил рельеф транспортно-логистической индустрии. Эти тектонические изменения носили не плавный и постепенный характер, они напоминали и напоминают смену картинок в калейдоскопе, подвергнутому непрерывной тряске. В результате кризиса у больших предприятий появились большие проблемы, у малых — появились большие возможности. В то же время, даже наличие большого опыта перевалки различных грузов у операторов традиционных портов не отменяет необходимости ясного и адекватного понимания ими специфики работы с контейнерными грузами, которые являются не просто удобной формой нео-балка. Установка на тот или иной причал пары кранов, по своим характеристикам способных переваливать контейнеры, не превращают порт в контейнерный. Проблем и опасностей намного больше, но их анализ может быть отложен до принятия решения о морском грузовом фронте. Как правило, в небольших терминалах именно этот инфраструктурный элемент накладывает основные ограничения, которые последовательно формируют весь его операционный облик и возможности. Настоящая статья посвящена методике планирования основных технологических решений инфраструктурных объектов данного класса.
Ключевые слова: контейнер, грузовой терминал, вместимость склада.
TECHNOLOGICAL TRANSFORMATION OF UNIVERSAL BERTHS INTO SMALL
CONTAINER TERMINALS
Kuznetsov A., Doctor of Technical Sciences, Professor, FSBEIHE «Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping»,
e-mail: [email protected]
Galin A., Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, FSBEI HE «Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping»,
e-mail: [email protected]
Valkova S., Candidate of Technical Sciences, Head of the Department of Operation and Transport Management, FSBEI HE «Dalribvtuz», e-mail:
Sampiev A., Candidate of Economic Sciences, Production Director of JSC «LENMORNIIPROEKT», e-mail: [email protected]
The rapid development of container technologies at the end of the 20th and the beginning of the 21st century caused a corresponding growth in port infrastructure. At the same time, the effect of economies of scale and the high threshold for entering the business created advantages for large, specialized container terminals. For small terminals, economic considerations, and the business environment for doing business have severely limited opportunities, greatly increasing entrepreneurial risks. The only niche for them was a strong vertical integration with the owners of specific cargo flows, turning them into a dependent link in the corresponding logistics chain. The crisis caused by the pandemic and further developed because of well-known geopolitical processes has radically changed the landscape of the transport and logistics industry. These tectonic changes were not smooth and gradual, they resembled and still resemble the change of pictures in a kaleidoscope subjected to continuous shaking. As a result of the crisis, big enterprises have big problems, small ones have big opportunities. At the same time, even if operators of traditional ports have extensive experience in handling various cargoes, it does not eliminate the need for a clear and adequate understanding of the specifics of working with containerized cargo, which is not just a convenient form of neo-bulk. The installation of a pair of cranes on a particular berth, which, according to their characteristics, are capable of handling containers, does not turn the port into a container one. There are many more problems and dangers, but their analysis can be postponed until a decision is made on the sea cargo front. As a rule, in small terminals, it is this infrastructure element that imposes the main restrictions that consistently shape its entire operational appearance and capabilities. This article is devoted to the methodology for planning the main technological solutions for infrastructure facilities of this class.
Keywords: container, cargo terminal, warehouse capacity
Морской грузовой фронт как основной модератор грузопотока
Несмотря на то, что «Нормы технологического проектирования морских торговых портов» рекомендуют начинать проектирование с определения потребности в причалах для обработки расчетного грузопотока, т.е. решать «прямую задачу технологического проектирования», в случае малых терминалов уместно рассматривать задачу в обратной постановке: «какой грузопоток может быть обработан на причале (причалах) терминала?» Как правило, в случае рассматриваемых малых терминалов задача упрощается еще и за счет сужения спектра судов-представителей.
Принципиально, перемещение контейнеров между судном и причалом может быть выполнено следующими способами:
1. Накатная погрузка (ро-ро суда).
2. Судовые средства (краны, стрелы на борту судна).
3. Универсальные портальные перегрузочные краны (ПК).
4. Мобильные портовые краны (mobile harbor cranes, MHC).
5. Контейнерные перегружатели судно-берег (ship-to-shore handlers, STS).
Перечисленное оборудование показано на рис. 1.
Накатная погрузка и использование судовых средств в данном разделе не рассматривается. Каждое оборудование имеет свой собственный технологический цикл движения, включающий перемещение, позиционирование, захват и освобождение грузозахватного приспособления (спредера), что условно показано на рис. 2.
Очевидно, что большее число составных компонент рабочего цикла и сложность позиционирования, связанная с поворотом крана и утрате при этом параллельности оси спредера линии причального фронта, делает больше длительность цикла поворотных кранов. К этому добавляется и различия в скорости рабочих движений, связанные с особенностями кинематических схем и запасовке грузовых
Рис. 1. Оборудование морского грузового фронта контейнерного терминала
линий для работы на судно производительность причалов для рассматриваемого оборудования составит 47, 32 и 29 движения соответственно. Ко времени выполнения грузовых операций добавляется время стоянки под производственными операциями, составляющее t
U.C. Т-,
постоянную величину . В этом случае полное время стоянки у причала составляет сумму времени выполнения грузовых операций
канатов. Справочные и статистические данные позволяют оценить типовые значения длительности рабочих циклов в 100 сек для STS,
180 сек для МНС и 200 сек для ПК. Поскольку часовая произво-
р _ 3600
Ч
, соответствующие
дительность оборудование есть значения составляют 36, 20 и 18 движений в час соответственно.
А>
Время грузовых операций на судне чистой вместимости
к к
ТЕи, коэффициентом загрузки нсл и 1еи-факторе состав-
ляет величину
т
?ру< к -Р
(са прич (1)
Производительность причала связана с производительностью
Р .. П
4 и количеством размещенных на нем линии " соотношением
К с
''-"и стоянки под производственными операциями ' ' , т.е.
т =т +t
N..
(2)
Если длительность навигации в порту составляет """ месяцев, потери рабочего времени по метеоусловиям характеризуются
к к
значением мет. а причал используется с коэффициентом мн .
В этом случае имеющийся бюджет рабочего времени причала есть
Т, . =N -30-24-к -к
окюж пав .мет зан (3)
За это время причал сможет принять
При типовом размещении двух
Рис.2.Технологический цикл работы оборудования
вклад которых в грузопоток составит пропускная способность причала составит
(4)
t
. Отсюда
а
-АЛ
■ п„
(5)
.
Все эти результата: сведены в табл. 1.
Очевидно, что годовая пропускная способность причала в этом случае есть функция нескольких переменных, т.е.
QHp = F(®,P,,tnJ
(6)
Результаты табл. 1 приведены для судна чистой вместимостью 1500 ТЕи. Изменение пропускной способности причала в зависимости от вместимости судна представителей приведены на рис. 3.
В то же время следует понимать, что оцениваемая таким образом пропускная способность есть величина, характеризующая мощность соответствующей операции. На практике, все проводимые рассуждения будут относиться к стоимости создания инфраструктуры под эту мощность, а доходность операций будет определяться эксплуатационной производительностью, т.е. степенью использования мощности (обычно на уровне 50-60%). Порт или терминал, вложившийся в приобретение ПК, возможно будет зарабатывать несколько меньше, чем выбравший иные альтернативу, но и будет окупаться намного быстрее.
Кроме того, установка STS на причалах малых терминалов лишает их обратимости, т.е. возможности возвращения к обработке
традиционного вида грузов. Это может поставить его в угрожающую рыночную позицию, поскольку при возобновлении нормальной работы контейнерной системы грузораспределения конкурентоспособность малого терминала по сравнению с крупными специализированными портами будет ниже.
МНС, кроме высоких требований к конструкции и покрытию причала, менее удобен в обслуживании из-за сложной гидравлики и электроники. Кроме того, его размещение у борта судна блокирует железнодорожные пути на причале, столь типичные для старых проектов портовой компоновки.
Расчет вместимости склада
Грузопотоки любого направления на терминале протекают через связанную цепь технологических элементов: морской грузовой фронт, склад, тыловой грузовой фронт и связывающие их систем внутренней терминальной транспортировки (рис. 4).
Как было сказано ранее, пропускная способность цепи определяется пропускной способностью самого слабого, т.е. лимитирующего звена, которым в рассматриваемом случае обычно является морской грузовой фронт. Именно его пропускная способность формирует
расчетный грузопоток через терминал При среднем сроке хранения груза
365
Q=a
.
склад полностью об-
новляет свое содержимое ХР раз в год, что составляет коэффициентом оборачиваемости. При среднем объеме единовременного
Таблица 1. Расчетные параметры и результаты
Наименование Обозначение ЕД STS МНС PC
Длительность рабочего цикла Тц сек 100 150 200
Часовая производительность оборудования Рчас час-1 26 1S 16
Чистая грузоподъемность судна D0 TEU 200
ТЕЯ фак-тор K.teu 1,5
Коэффициент загрузки К исп 1
Загрузка судна D0 TEU 200 0 0
Число технологических линий и 2
Производительность причалов Р прич Двчас 46,8 32,4 28.8
Время грузовых операций Тгруз час 6 8 9
Время производственных стоянок Ыгруз час 4 4 4
Вре\и стоянки судна V причала Т пс час 10 12 13
Длительность навигации Тсуд мес 12 12 12
Коэффициент потерь по метеоусловиям Nnae 0.9
Занятость причала К мет 0.5
Доступный бюджет рабочего времени Тбюдж час ЗШ
Количество обслуженных судов Тсуд 401 318 293
Гр\-зопоток через причал Опр TEU 160363 127158 117292
Рис. 3. Изменение пропускной способности от вместимости судне
МГФ скл ТГФ
ВТТ1 ВТТ2
■ ш
W
Рис. 4. Терминал как цепь протекания грузопотоков
В зависимости от используемого оборудования необходимо по-разному обеспечить доступ к ячейкам штабеля, что будет влиять на валовую площадь склада.
Несмотря на обилие разнообразного технологического оборудования, видов использующих его транспортно-технологических схем (ТТС) не так уж много. В зависимости от грузопотока и вида грузов на терминалах в практике используются пять основных классов транспортных схем, при этом тип транспортно-технологической системы определяется оборудованием, используемым для складских операций:
- схема с портовыми шасси (полуприцепами и тягачами);
- схема с фронтальными погрузчиками;
- схема с портальными складскими перегружателями;
- схема с козловыми пневмоколесными перегружателями;
- схема с козловыми рельсовыми перегружателям. Схемы с портовыми шасси требуют больших площадей для
организации склада контейнеров, и не используется практически нигде, кроме не имеющих ограничений по операционной площади портов США. Схемы с фронтальными погрузчиками (мачтовыми или стреловыми, т.е. ричстакерами) характерны для малых терминалов и начальных этапов развития. Основными схемами, используемыми в современной операционной практике контейнерной грузообработ-ки по всему миру, являются последние три из вышеприведенного списка, имеющие следующую распространенную аббревиатуру и разновидности:
- схема с SC, прямая и смешанная;
- схема с RTG, неавтоматизированная и автоматизированная;
- схема с ЯМС, неавтоматизированная и автоматизированная. Внутри этих категорий существует большое разнообразие конкретных вариантов контейнерных транспортно-технологических схем, различающихся в основном комбинациями технологического оборудования, используемого для горизонтальной транспортировки.
Рис. 5. Технологическое оборудования для работы на складе
Р
хранения склад, таким образом, обеспечивает обработку гру-
Т.
зопотока . Поскольку грузопоток через терминал
был определен ранее ограничениями МГФ, вместимость склада может быть найдена как
т
365 (7)
и при типовом среднем сроке хранения 7 суток составит величину
Е = 150000 ■ -— = 3000ТЕП
.
При размещении этого количества контейнеров на складе в
штабелях со средней операционной высотой ^. площадь основания штабеля (измеренная в терминальных наземных слотах, 1^.5.) составит
Геометрическая площадь одного наземного слота составляет 15 м2, откуда чистая площадь основания штабеля есть
8п —15 — м и
, (10)
На контейнерном терминале для выполнения складских операций могут использоваться различные виды оборудования (рис. 5).
Схемы с SC. Схемы с SC делятся на две категории: прямую и смешанную, в зависимости от способа доставки контейнеров от причала к складу. В прямой системе SC забирает контейнер на причале у крана, перемещает его к месту хранения и помещает в штабель; на тыловом фронте SC осуществляет погрузку/разгрузку тягача с трейлером. В смешанной схеме с SC контейнеры перемещаются между причалом и складом с помощью иного оборудования (тягача с трейлером, « шаттла», роботизированной тележки), а SC забирает контейнер с прилегающего транспортного проезда и помещает его в штабель. SC отличаются маневренностью, гибкостью использования и сравнительно высокой скоростью перемещения. Парк SC может быть легко увеличен при росте грузопотока.
Этот тип оборудования, тем не менее, не отличается высокой надежностью, имеет плохой обзор из кабины оператора, характеризуется значительными затратами на обслуживание и коротким сроком службы. В то же время SC удобны при небольшом грузопотоке и наличии относительно большой территории. Различные модификации SC (в первую очередь дизель-электрические модели с гидростатическим приводом, более надежные, быстрые и меньше загрязняющие окружающую среду) оставляют спрос на этот вид техники стабильно высоким, особенно в европейских портах.
SC способны образовывать штабель в 1 над 2, 1 над 3 ярусов. Статистика показывает, что только 10 % от всех SC складируют 1 над 3 (в основном на терминалах Азии).
Схемы с RTG. Базовая конструкция RTG сегодня практически полностью стандартизирована. Этот вид техники характеризуется большой эффективностью использования площади, скоростью работы и приспособленности к автоматизации. RTG отличаются операционной гибкостью, поскольку не установлены на рельсах. В этой схеме контейнеры складируются в 6-8 рядов с оставлением в пролете портала специально выделенной полосы для терминального шасси (например, тягача с трейлером). Шасси осуществляют перемещение контейнеров от причала к площадке складирования.
Из-за большого собственного веса RTG необходимо строительство усиленного бетонного покрытия под колесами портала. В местах поворота для выезда из штабеля иногда устанавливают специальные площадки из железобетона или стальных листов (при нескольких парах колес под каждой опорой это необязательно вследствие появления некоторого радиуса обкатки, снижающего трение при развороте на месте и связанный с этим износ покрышек). В основной массе RTG меньше и легче, чем RMG. По этой причине их использование более предпочтительно на терминалах, которые строятся на намывной территории и на территориях, где усиление покрытие (например, сваями) требует слишком больших затрат. Хотя RTG могут образовывать штабель высотой 1 над 7 ярусов, примерно 45 % этих машин во всем мире имеют высоту 1 над 4. Около 80 % SC образуют штабель шириной в 6 рядов.
В подавляющем числе случаев SC производят складирование 1 над 4 по высоте и в 6 рядов по ширине (+1 проезд для тягача с трейлером).
Схемы с RMG. Конструктивно RMG представляет собой козловой кран, который перемещается по рельсам и имеет консоли, позволяющие обслуживать зоны вне пролета портала. RMG не требует организации особой зоны передачи внутри портала, необходимой для системы с RТG. Под консолями RMG располагаются полосы, на которых происходит передача контейнеров с технологического или внешнего транспорта. Схема с RMG обеспечивает высокую плотность складирования (ТЕи/ га), сочетающееся с высокой скоростью работы. Размеры и конструкция
RMG формируются в соответствии с требованиями, предъявляемых оператором терминала. Типичный «широкий» RMG имеет возможность складирования 1 над 4 по высоте и 12 рядов по ширине. В целом, этот тип оборудования характеризуется большей высотой и шириной образуемого штабеля, он легче в управлении, более надежен и долговечен, чем RTG.
В то же время, RTG обычно более дорогостоящи, менее гибки в эксплуатации, поскольку возникает сложность при перемещении их между рабочими зонами терминала. Стоимость RMG значительно снизились за последние годы, поскольку быстро начали появляться все новые и новые производители этого оборудования. Примерно 75 % всего количества RMG в мире способны штабелировать в 1 над 3 по высоте; 14 % - 1 над 4, остальных RMG достигают показателя 1 над 5 с тенденцией к увеличению. Обычно организуется 2-3 проезда под консолью с каждой стороны RMG, причем половина из них используется для организации буферного склада контейнеров.
При высокой «плотности» штабелирования и широких «пролетах» появляются непроизводительные перемещения, оказывающие влияние на выбор перегрузочного оборудования и сравниваемые характеристики производительности различных видов техники.
Выборка контейнеров предполагает серию малых перемещений тележки, крана и спредера. В результате большее влияние на эффективность перегрузочного процесса имеют соотношения интенсивностей поступления магистральных/портовых тягачей и степени использования объема штабеля, чем высоты складирования и технических характеристик кранов. Сравнительный технологический разрез штабелей при использовании различного оборудования приведен на рис. 6.
Рис. 6. Сечения штабелей при различных схемах терминалов
-
d
| ЩШ и 1
Se 2
3
_ L
W
1 2 3
1 2 Ne S2
SO
SI
Рис. 7. Площадь основания штабеля и всего склада для RMG, RTG и RS
Рис. 8. Площадь основания штабеля и всего склада для SC
Структура формирования площади под основание склада для систем с использованием КМО, КТО и КБ показана на рис. 7, структура для SC приведена на рис. 8.
Результаты расчетов требуемой площади складов для определенного выше объема единовременного хранения (вместимости склада) при разных технологических схемах приведены в табл. 2.
Валовая площадь контейнерного склада при использовании различных складирующих систем для расчетного значения единовременного хранения в 3000 ТЕи будет составлять 3,8 га для КТО, 4,6 га для КМО, 5,4 га для АКВ и 8,1 га для ЯЗ. для КТО и SC строительства усиленного покрытия под дорожками качения и разворота, для КБ усиленного покрытия на всей территории склада (до 90 т/м2).
Расчет производительности тылового фронта
Как правило, стандартный контейнерный поезд имеет вместимость 120 ТЕи, т.е. вклад одного состава в грузопоток терминала составляет . Если каждые сутки на терминале будет обрабатываться один состав, пропускная способность железнодорожного фронта составит . Недостающая мощность железнодорожного тылового фронта может быть компенсирована за счет использования автотранспорта. Обрабатываемая автотранспортом разница составит около 30 000 ТЕи, или около 20 000 контейнеров. Поскольку каждый контейнер завозится и вывозится одним автомобилем, а обратная загрузка обычно мала, в неделю интенсивность визитов составит около 400, или при пятидневной рабочей неделе 80 автомобилей.
Если каждые вторые сутки на терминал будут прибывать еще один состав, эта величина вырастет до . В этом случае пропускная способность железнодорожного фронта будет полностью соответствовать расчетному грузопотоку, и автотранспорт может быть исключен.
Выводы
1. Современное состояние отечественной индустрии контейнерных перевозок характеризуется сильным внешним давлением, геополитическом и экономическим.
2. Оказываемое давление вызывает необходимость изменение ориентации и конфигурации всей контейнерной транспортно-технологической системы страны.
3. Малые порты получают не только возможности, но и определенное преимущество в этом процессе трансформации.
4. Технологические изменения, связанные с реализацией этих возможностей, обладают определенной спецификой, которая раскрыта в данном исследовании.
Литература:
1. Градостроительный кодекс РФ от 29.12.2004 N 190-ФЗ (ред. от 30.12.2021) (с изм. и доп., вступ. в силу с 01.01.2022).
2. Нормы технологического проектирования морских портов. СП 350.1326000.2018 (утв. приказом Минтранса России от 01.03.2018 № 75; введен в действие с 01.09.2018).
3. Положение о порядке разработки и согласования Ходатайства (Декларации) о намерениях инвестирования в строительство и реконструкцию объектов инфраструктуры морского порта. СтО 14649425-0002-2016 (утв. приказом ФГУП «Росморпорт» от 24.06.2016 № 294).
4. Положение о составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию (утв. постановлением Правительства Российской Федерации от 16.02.2008 № 87 (с изменениями на 09.04.2021)).
5. Кузнецов А. Л. Генезис моделей развития портов в современной транспортной науке/ А. Л. Кузнецов, А. В. Галин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2015. - № 2 (30). - С. 141-153.
Таблица 2. Площадь склада для различных технологических схем
Объем складирования Е ТЕи 3000
Схема складирования КМО КТО ее КБ
Ширина стека ряд 8 б 12 4
Длина стека 1 ТЕИ 30 30 30 30
Высота стека Ь ярус 5 4 4 3
Емкость стека е ТЕи 1200 720 1440 360
Число стеков Ке 3 4 2 8
Ширина проезда б м 20 20 2 20
Длина основания стека м 200 200 200 200
Ширина основания стека ы1 40 35 56 30
Площадь стека Бе м1 8000 7000 22400 6000
Площадь стека без проезда. 50 м* 24000 28000 44800 48000
Площадь вертикального проезда ЙК м* 800 700 0 600
Площадь горизонтального проезда 5Ь м1 12800 16800 8800 32800
Площадь склада Б м1 37600 45500 53600 81400
Площадь склада га 3,76 4,55 5,36 8,14
Площадь складировании ТЕи/га 798 659 560 36Р
6. Галин А. В. Обобщенная имитационная модель процессов развития портов // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2015. - № 6 (34). - С. 43-51.
7. Галин А.В. Сухие порты как часть транспортной инфраструктуры. Направления развития//Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2014. № 2 (24). С. 87-92.
8. Галин А.В. Разработка модели специализированного порта на основе приоритета грузопотоков// Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2016. № 2 (36). С. 27-33.
9. Кузнецов А. Л. Роль имитационного моделирования в технологическом проектировании и оценке параметров грузовых терминалов / А. Л. Кузнецов, А. В. Кириченко, В. А. Погодин, В. Н. Щербакова-Слюсаренко // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - 2017. - № 2. - С. 93-102. DOI: 10.24143/2073-1574-2017-2-93-102.
10. Кузнецов А. Л. Имитационное моделирование как инструмент расчета наземных контейнерных терминалов / А. Л. Кузнецов, А. В. Кириченко, А. С. Ткаченко, Г. Б. Попов // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - 2018. - № 1. - С. 100-108. DOI: 10.24143/2073-1574-2018-1-100-108.
