论计算机技术在水运工程中的运用

[摘要]计算机模拟技术作为有效的系统分析方法之一，目前广泛应用于国内外的港口工程设计当中。而筒仓是由钢筋混凝土或者刚才制成的垂直圆筒形结构的大型存储容器，在水运工程中的运用也及其广泛，并对筒仓的合理规模运用计算机模拟技术进行了设计。计算机模拟技术是为了方便用户和充分发挥计算机效能的各种程序的统称，它也可以是程序系统和软件设备。它主要包括各种程序语言设计、操作系统以及设计语言等等。下文是本人结合多年的工作经验对计算机模拟技术特点在港口中的应用进行分析和探讨。

[关键字]计算机模拟技术；系统分析方法；港口工程；设计

1.模拟技术综述

模拟技术也被称为仿真技术，按照传统意义上来讲模拟技术主要包括两类：离散型模拟、连续型模拟。而以下所讨论的主要是离散型模拟，近些年来，模拟技术应用到的领域主要有：商业、交通运输、工业、军事等一些领域，被用于系统的设计、分析以及预测和诊断评估等诸多方面。因为模拟技术通常较研究的领域的“系统”方面，因此，通常比较复杂，因为构成其的元素较多而且之间的关系也很复杂，它具有不可试验性和随机性等特特点。在具体的系统研究模拟技术的时候主要包括以下几个步骤：

1.1对系统进行分析

对构成系统中的每一个部件中的元素进行数学规律上的系统规则定量化以及描述。

1.2模型构造

对系统分析后的结果来进行概念的模型构造，利用计算机语言把它转变为仿真模拟模型。

1.3模拟实验

一般情况下，仿真模拟模型都需要经过大量的实验来最终得出问题的最佳答案。但是可以结合最小综合成本的方式来实现和优化设计方案，然而，当计算成本有变化的时候还可以借助直接考察系统的运行效果来进行设计方案的比较。

在建立模拟模型的时候所需要的辅助软件包括，简单的编程语言有：SIMAN、GPSS等等；用复杂编程的高级语言如：VB、VC等；无需编程可视化的建模技术主要有Arena等。模拟技术从表现形式上可以分为动画模拟和数值模拟两种。其中，动画模拟又可以分为三维、二维动画，它和普通的动画软件效果不同，它的显示画面也是由仿真模拟驱动来完成的，随着系统中的各个构成单元的变化而发生变化的，可以形成动画的效果。

2.计算机模拟技术在港口码头工程设计中的应用

2.1码头装卸系统模拟技术在我国的应用和发展

上个世纪80年代末期，中交第一个航务工程勘察设计院有限公司的前身——交通部第一航务工程勘察设计院承担了对秦皇岛港媒码头二期工程的设计任务，对当时来说是我国最大的一个引进外资建设的港口码头工程，因为当时我国处在刚刚改革开放的时候，针对港口工程设计方面还不是很了解，这其中就有计算机模拟技术的应用。因此，南开大学和交通部第一航务工程勘察设计院以及中国科学院应用数学研究所进行合作来进行相关研究，并且在1992年开发出了“煤炭出口码头模拟模型”，成功的应用在了秦皇岛港媒码头的三期工程的设计当中。

另外，在交通部第一航务工程勘察设计院承担的国内的一些主要集装箱和散货码头工程的设计中都广泛的应用了计算机仿真模拟系统，所以，以下是针对黄骅港煤码头的三期工程为例子，介绍计算机模拟仿真技术在煤炭出口设计当中的应用。

2.2黄骅港煤码头工程的应用实例

因为在环境保护方面黄骅港煤码头的要求比较高，因此选用筒仓来代替露天的堆场是首选的方案之一。因为我国在港煤码头所采用的筒仓都是以大规模的群为先例，筒仓群的合理运用是有待进步的关键技术问题之一。此外，因为考虑到码头装船船体的利用率就会降低，因此设计人员就对煤码头的四期建设提出了采取栈桥码头两头靠船的设计方案，并且在码头上配备四台旋转式的装船机器。

2.2.1筒仓的合理规模

在黄骅港码头三期工程布置方案的设计条件下，通过对筒仓和码头的装卸工艺系统的仿真模拟，该仿真模拟模型主要包括卸车、装船以及堆厂等三个子系统，它涉及到泊位的数量、等级以及品种的比例、煤炭运量和到船型的比例、配煤的要求、数量、装卸设备的数量、类车编组、完好的额定能力和效率，以及对船和车到港所需要的随机分布函数等一系列的因素。

为了能够合理的运用筒仓，分别针对每线进行设计筒仓的情况，分为五组进行模拟实验。方案中的筒仓仓容分别为：84、96、108、120以及132万t，当筒仓达到一定大的规模以后，筒仓仓容的主要变化量是考卸车系统的作业影响来决定的。不同规模的仓容在进行卸车的时候列车平均等候时间和在港排队的长度，详见图1。

我们从图1中的模拟实验结果看来，随着筒仓仓总仓容的不断增加；列车在港的平均排队长度和平均等候时间都相应的减少。根据仿真模拟的试验来看，当总仓容为84万t的时候列车的评价在港时间为3.25h／列，很显然，如果进一步对仓容进行减少的话，将会对卸车系统的运转带来不利的影响；而当总仓容超过108万t的时候，列车在港的排队等候时间和排队长度的趋势将会变得平缓，对卸车系统的影响也相应的减少了。因此，考虑到筒仓建设的费用较高和在管理的过程中会提高水平等，建设总仓容为96万t33个筒仓的设计方案比较合理。

虽说模拟技术在我国的港口工程设计中有一定的应用，但是还是不是很广泛。针对国内的一些码头装卸系统来说，在大宗散货类的码头中应用比较广泛。

而对于集装箱码头来说，多台装卸桥进行同时作业，堆场作业往往需要在水平的位置上非配多点的特点。集装箱船要按照一定的顺序来将集装箱抵达到目的港来重新堆放。由此可见，集装箱集港的时间和装卸船的顺序不一致，为了避免出现倒箱，码头堆场的分配是涉及诸多因素的复杂的一个过程。就目前的国内集装箱码头的装卸系统模拟模型来说，过程比较简化，涉及到的堆场作业以及车流组织的模拟结果很难反映出实际的情况。建议对集装箱码头的现场资料调研分析进行加强，并且抽象的归纳出符合实际的概念模型。

3.总结

计算机模拟技术作为港口规划设计的重要辅助手段，已逐渐被国内外一些企业或设计部门所采用。在今后的大型码头投标项目当中，计算机模拟技术也将作为重要的技术之一。