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摘 要：由于视觉航标的直接标识作用，在来往船舶频密、水文地理情况复杂的港口水域加强视觉航标建设，充分发挥视觉航标的助航作用是实现港口良性交通管理的必要前提。本文结合蓬莱中柏京鲁船业舾装码头灯桩配布实践，分析了码头灯塔、灯桩配布的意义和原则，对灯塔、灯桩设计配布的决定因素进行了分析和研究。
关键词：港口航标配布；视觉航标；灯塔灯桩的设计
0.引言
自古以来沿海地区就因港而兴，因港而荣。2011年1月，国务院批复了《山东半岛蓝色经济区发展规划》，趁着建设山东半岛蓝色经济区和胶东半岛高端产业聚集区两大战略机遇的东风，以发展特色港口经济为突破口，港口基础设施建设速度加快，与港口关联紧密的大型临港工业得到了大力发展。船舶制造业是山东半岛蓝色经济区建设重点项目，关乎产业结构调整和优化升级等重点工作。
蓬莱中柏京鲁船业有限公司位于山东蓬莱西城临港工业区，是以船舶制造为主营业务并兼顾海洋工程制造业务的大型企业，是山东省船舶工业“十二五”发展规划确定的重点造船企业，也是山东省、烟台市确定的重点建设项目。 正在筹建京鲁船业舾装码头重大项目工程，分为一期工程、二期工程，一期工程已建泊位5个，二期工程拟建泊位8个。根据国家规范和标准，拟在舾装码头配布3座码头灯桩。
1.灯塔、灯桩配布的意义和原则
近岸水域地形特征表现为：岸线形状不规则，水深较浅且空间及时间上的变化大，碍航物较多，可航水域弯曲等。船舶在近岸水域上航行、操纵受到岸形、水深、碍航物、航路自然状态的制约。港口水域一般包括港池或停泊区、各类锚地、进出口水道、调头区等，由于它是船舶航行的出发地、目的地和中转地，故港口及其附近水域的船舶密度最大，交通最拥挤并容易出现交通阻塞甚至交通事故。港口水域是船舶运输的终端，也是水陆交通运输的枢纽，是近岸水域中的特殊水域，所以，港口交通管理是船舶交通管理中优先考虑的内容，港口航标的助航作用更是重中之重。近岸水域上，尤其是港口及进港航道上，多设有各种视觉航标（如灯塔、灯桩、灯浮标等）。
航标配布是一项技术性很强的技术工作，它必须经过图上分析、实地勘测、图上作业、试航检验等基本过程。在港口水域，航标配布的基本原则如下：
（1）根据航道条件与运输需要，通过技术经济论证，合理确定航标的配布类别。
（2）航标配布应注意岸标与浮标的之间有效结合，务使每一标志发挥最大作用。由于岸标作用可靠，受自然界影响所导致失常的因素远较浮标少，因此应注意发挥岸标的作用。
（3）航标的配布和选型要合理、可靠、经济，满足船舶航行安全的要求，并有利于航标人员的管理维修等等。
航标的总体配布设计内容主要有以下两项：
（1）航标配布的位置
（2）航标的种类及其有效的助航性能
2.灯塔、灯桩设计配布的决定因素
灯塔、灯桩设计配布需综合考虑航道的基本特征，如航道的走向、宽窄、等级、航道的水深及航道周边的环境状况，对应地提出灯塔、灯桩的主要设计要求，如建造位置、建设高度、颜色设置与灯具选择等。从建筑角度理解，只要满足通信导航专业对灯塔、灯桩提出的最基本要求，其它的就可以结合实际自由发挥了，通常最基本的要求是满足安放相关通讯导航设备以及形状、高度、颜色等符合其专业规范。
（1）位置
根据港口码头泊位与航道的相对位置合理选择灯塔、灯桩的位置，必须使灯塔、灯桩醒目、容易察看。具体位置的选择需考虑以下几点：
第一需了解灯塔、灯桩的覆盖范围及就近的水、陆域地形高程及周围障碍物；
第二附近有无树林及高大建构筑物对灯塔、灯桩的视觉通廊造成影响；
第三背景是否纯净，是否有利于凸显塔身。
因此灯塔、灯桩较适宜的位置一般为山岬、悬崖边，不宜位于码头后方陆域，以免占用有限且宝贵的码头堆场资源和被装载机械碰撞，同时，应选择若干位置进行综合比较选择最佳地点。
（2）高度
由于地球表面为一曲面，故灯塔、灯桩塔身必须具有充分的高度，并在顶部装设灯具等发光设备，以便使远距离的船舶容易察见，在高度设计过程中，结合专业的要求进行相关计算，如合理的视距范围、设计船型的眼高、垂直张角与灵敏度等，通过专业的公式计算且符合规范规定就可以计算出灯塔、灯桩的合理高度。
（3）颜色及灯质
颜色在通导的国家标准中亦有明确规定，总的可分为单一色以及两种颜色相间两种模式，两种颜色又分为横带相间和竖条相间。左侧、右侧、专用、东南西北等方位均有一一对应的颜色规定，航海人员均比较熟悉。颜色是白天才能看到的，夜间则主要依靠灯器的灯光性质，即灯质：它包含三个因素即灯光颜色、节奏和周期，颜色有红色、绿色、黄色；节奏就是指灯光周期性明暗变化的规律；周期是指有节奏的灯光自开始到以同样的节奏重复时所经历的时间间隔。
（4）外部环境因素影响
灯塔、灯桩外部影响因素比较多，从大的方面来说可分为自然环境因素和人文环境因素。自然环境因素如气温、降水、风雾、雷电等气象条件；波浪、潮汐、潮水、潮流等水文条件；地形、地貌、地震等地质条件。人文环境如工程地点所属城市的地理区位、历史文化、结构类型及当今城市的性质与发展方向等。
（5）环境协调性
所谓环境协调是指具体分析项目建设用地及周边相关范围内环境对设计的影响以及灯塔、灯桩建成后对周围环境的反影响，在这种影响与反影响之间寻求一种均衡的协调关系，协调四周一定范围之内的人工建筑、人文环境以及自然环境等。
（6）结构设计
灯塔、灯桩的常用结构形式可分为钢筋混凝土结构和钢结构两大类。钢筋混凝土结构抗腐蚀性较强，结构寿命长，维护保养相对简单，投入少，防盗措施容易设置，缺点是施工相对麻烦。钢结构施工较容易，造价适宜，但防腐蚀工作量大，1～2年需要油漆一次，维护费用较大。随着社会的发展，经济实力的提高，现在建设的灯塔、灯桩筒壁采用200-250厚钢筋混凝土剪力墙结构。 灯塔、灯桩的电气设计主要包括建筑物供电、环保和防雷等几个主要部分。
供电电源有条件采用市电时就尽量采用，不具备市电条件的一般采用柴油发电机自行发电，现在较多的是采用太阳能、蓄电池的方式供电。
环保一般是采用绿色能源智能控制系统，光源采用LED等新型光源。
灯塔、灯桩所处区域往往比较空旷，灯塔、灯桩就是此区域高耸、孤立的建筑物，也是雷击的高危目标，因此灯塔、灯桩的防雷设计就较一般建筑物不同，需特别对待。
3.蓬莱中柏京鲁船业舾装码头灯桩设计、配布实例
根据灯塔、灯桩的功能作用分析，灯桩更适合于本案例，被设置于航道附近港口、防波堤处，灯光射程一般小于15海里，用于标识初见陆地的位置或作为导标的一部分；标识航道或航道附近的碍航物及危险物；标识航道或可航水道的侧面界限。
（1）配布原则：
进港航道公用栾家口作业区航道，航道标识清晰，进港航道与回旋水域无需配布灯浮标。
舾装码头泊位较多，为了保障船舶安全靠离泊位，需在重要泊位点配布灯桩。
考虑到舾装码头作业粉尘较大，采用维护周期长、视觉效果好的材料制作灯桩桩身。
（2）灯桩位置
为了清晰地标识重要的泊位位置，保障船舶安全靠离泊位，在一期工程西突堤码头北端配布灯桩1座，在二期工程1#泊位西端配布南码头灯桩和5#泊位西端配布北码头灯桩1座。
效果下图所示：
（3）灯桩设计：
高度：根据灯桩设计规范，灯桩高度一般为3m～3.5m，其灯光射程小于15n mile时其灯高可按公式H=0.29βD（H—灯桩的灯高（m），β—船舶观察灯桩的垂直角，D—灯桩的作用距离）计算。
据上式，西突堤码头灯桩、南码头灯桩取垂直角3’，灯光射程6海里，计算灯光焦面在平均大潮面以上的高度为9.7米。鉴于码头顶部标高2m，码头灯桩桩身高度取8m。北码头灯桩灯光射程为8海里，计算灯光焦面在平均大潮面以上的高度为12.9m。鉴于码头顶面标高2m，码头灯桩桩身高度取10.0m。
结构：桩基为钢筋混凝土；桩身为超高分子量聚乙烯钢管结构，直径1.0m，外设爬梯，抗风强度为50m/s，桩身颜色西突堤码头灯桩为黑白相间的横条，南码头灯桩为红色，北码头灯桩为红白相间横条；桩顶设不锈钢围栏和避雷针。安装完好的灯桩垂直误差小于10。
灯器及灯质：码头灯桩采用LED灯器，功率为12v20w；西突堤码头灯桩灯质为快闪红，南码头灯桩灯质为定红，北码头灯桩灯质为等明暗红4s。
供电：灯器采用市电供电，桩身内置DUPS-14VDC不间断电源柜，蓄电池容量200AH，220VAC接入不间断电源柜，再由电源柜提供12VDC电源供给灯器。
码头建设工程尚未完全完成，当前仅完成西突堤码头灯桩和北码头灯桩的配布。灯桩图片如下图所示：
4.结束语
“十二五”期间是航标发展的重要战略机遇期，航标建设规范化、科技信息化是航标发展的动力与源泉。由于视觉航标特有的直观性，在未来10至15年内，视觉航标仍将是港口和操纵自由度受限制水域的基本助航手段。本文以蓬莱中柏京鲁船业舾装码头航标灯桩为实例研究了港口灯塔灯桩的的设计和配布，并且得出中柏京鲁船业舾装码头灯桩设计配布合理，合乎规范。
由于本人在蓬莱航标管理站工作，水平和能力有限，文中难免有不妥之处，敬请各位领导、专家指正，也欢迎大家针对视觉航标的配布和设计多提宝贵建议，帮助我们进一步提高完善，在航标管理中发挥更大的作用。
参考文献：
[1]刘君《浅析港口水域的航标管理》中国水运2010年7月.
[2]郭建国《港口水域航标配布的综合评判》大连海事大学硕士学位论文2000.
[3]姜立得《航标灯塔设计研究》华南理工大学工程硕士学位论文2011年.
[4]袁锦标《谈航标位置的维护管理》航海科技1996年.
关键词：港口航标配布；视觉航标；灯塔灯桩的设计
0.引言
自古以来沿海地区就因港而兴，因港而荣。2011年1月，国务院批复了《山东半岛蓝色经济区发展规划》，趁着建设山东半岛蓝色经济区和胶东半岛高端产业聚集区两大战略机遇的东风，以发展特色港口经济为突破口，港口基础设施建设速度加快，与港口关联紧密的大型临港工业得到了大力发展。船舶制造业是山东半岛蓝色经济区建设重点项目，关乎产业结构调整和优化升级等重点工作。
蓬莱中柏京鲁船业有限公司位于山东蓬莱西城临港工业区，是以船舶制造为主营业务并兼顾海洋工程制造业务的大型企业，是山东省船舶工业“十二五”发展规划确定的重点造船企业，也是山东省、烟台市确定的重点建设项目。 正在筹建京鲁船业舾装码头重大项目工程，分为一期工程、二期工程，一期工程已建泊位5个，二期工程拟建泊位8个。根据国家规范和标准，拟在舾装码头配布3座码头灯桩。
1.灯塔、灯桩配布的意义和原则
近岸水域地形特征表现为：岸线形状不规则，水深较浅且空间及时间上的变化大，碍航物较多，可航水域弯曲等。船舶在近岸水域上航行、操纵受到岸形、水深、碍航物、航路自然状态的制约。港口水域一般包括港池或停泊区、各类锚地、进出口水道、调头区等，由于它是船舶航行的出发地、目的地和中转地，故港口及其附近水域的船舶密度最大，交通最拥挤并容易出现交通阻塞甚至交通事故。港口水域是船舶运输的终端，也是水陆交通运输的枢纽，是近岸水域中的特殊水域，所以，港口交通管理是船舶交通管理中优先考虑的内容，港口航标的助航作用更是重中之重。近岸水域上，尤其是港口及进港航道上，多设有各种视觉航标（如灯塔、灯桩、灯浮标等）。
航标配布是一项技术性很强的技术工作，它必须经过图上分析、实地勘测、图上作业、试航检验等基本过程。在港口水域，航标配布的基本原则如下：
（1）根据航道条件与运输需要，通过技术经济论证，合理确定航标的配布类别。
（2）航标配布应注意岸标与浮标的之间有效结合，务使每一标志发挥最大作用。由于岸标作用可靠，受自然界影响所导致失常的因素远较浮标少，因此应注意发挥岸标的作用。
（3）航标的配布和选型要合理、可靠、经济，满足船舶航行安全的要求，并有利于航标人员的管理维修等等。
航标的总体配布设计内容主要有以下两项：
（1）航标配布的位置
（2）航标的种类及其有效的助航性能
2.灯塔、灯桩设计配布的决定因素
灯塔、灯桩设计配布需综合考虑航道的基本特征，如航道的走向、宽窄、等级、航道的水深及航道周边的环境状况，对应地提出灯塔、灯桩的主要设计要求，如建造位置、建设高度、颜色设置与灯具选择等。从建筑角度理解，只要满足通信导航专业对灯塔、灯桩提出的最基本要求，其它的就可以结合实际自由发挥了，通常最基本的要求是满足安放相关通讯导航设备以及形状、高度、颜色等符合其专业规范。
（1）位置
根据港口码头泊位与航道的相对位置合理选择灯塔、灯桩的位置，必须使灯塔、灯桩醒目、容易察看。具体位置的选择需考虑以下几点：
第一需了解灯塔、灯桩的覆盖范围及就近的水、陆域地形高程及周围障碍物；
第二附近有无树林及高大建构筑物对灯塔、灯桩的视觉通廊造成影响；
第三背景是否纯净，是否有利于凸显塔身。
因此灯塔、灯桩较适宜的位置一般为山岬、悬崖边，不宜位于码头后方陆域，以免占用有限且宝贵的码头堆场资源和被装载机械碰撞，同时，应选择若干位置进行综合比较选择最佳地点。
（2）高度
由于地球表面为一曲面，故灯塔、灯桩塔身必须具有充分的高度，并在顶部装设灯具等发光设备，以便使远距离的船舶容易察见，在高度设计过程中，结合专业的要求进行相关计算，如合理的视距范围、设计船型的眼高、垂直张角与灵敏度等，通过专业的公式计算且符合规范规定就可以计算出灯塔、灯桩的合理高度。
（3）颜色及灯质
颜色在通导的国家标准中亦有明确规定，总的可分为单一色以及两种颜色相间两种模式，两种颜色又分为横带相间和竖条相间。左侧、右侧、专用、东南西北等方位均有一一对应的颜色规定，航海人员均比较熟悉。颜色是白天才能看到的，夜间则主要依靠灯器的灯光性质，即灯质：它包含三个因素即灯光颜色、节奏和周期，颜色有红色、绿色、黄色；节奏就是指灯光周期性明暗变化的规律；周期是指有节奏的灯光自开始到以同样的节奏重复时所经历的时间间隔。
（4）外部环境因素影响
灯塔、灯桩外部影响因素比较多，从大的方面来说可分为自然环境因素和人文环境因素。自然环境因素如气温、降水、风雾、雷电等气象条件；波浪、潮汐、潮水、潮流等水文条件；地形、地貌、地震等地质条件。人文环境如工程地点所属城市的地理区位、历史文化、结构类型及当今城市的性质与发展方向等。
（5）环境协调性
所谓环境协调是指具体分析项目建设用地及周边相关范围内环境对设计的影响以及灯塔、灯桩建成后对周围环境的反影响，在这种影响与反影响之间寻求一种均衡的协调关系，协调四周一定范围之内的人工建筑、人文环境以及自然环境等。
（6）结构设计
灯塔、灯桩的常用结构形式可分为钢筋混凝土结构和钢结构两大类。钢筋混凝土结构抗腐蚀性较强，结构寿命长，维护保养相对简单，投入少，防盗措施容易设置，缺点是施工相对麻烦。钢结构施工较容易，造价适宜，但防腐蚀工作量大，1～2年需要油漆一次，维护费用较大。随着社会的发展，经济实力的提高，现在建设的灯塔、灯桩筒壁采用200-250厚钢筋混凝土剪力墙结构。 灯塔、灯桩的电气设计主要包括建筑物供电、环保和防雷等几个主要部分。
供电电源有条件采用市电时就尽量采用，不具备市电条件的一般采用柴油发电机自行发电，现在较多的是采用太阳能、蓄电池的方式供电。
环保一般是采用绿色能源智能控制系统，光源采用LED等新型光源。
灯塔、灯桩所处区域往往比较空旷，灯塔、灯桩就是此区域高耸、孤立的建筑物，也是雷击的高危目标，因此灯塔、灯桩的防雷设计就较一般建筑物不同，需特别对待。
3.蓬莱中柏京鲁船业舾装码头灯桩设计、配布实例
根据灯塔、灯桩的功能作用分析，灯桩更适合于本案例，被设置于航道附近港口、防波堤处，灯光射程一般小于15海里，用于标识初见陆地的位置或作为导标的一部分；标识航道或航道附近的碍航物及危险物；标识航道或可航水道的侧面界限。
（1）配布原则：
进港航道公用栾家口作业区航道，航道标识清晰，进港航道与回旋水域无需配布灯浮标。
舾装码头泊位较多，为了保障船舶安全靠离泊位，需在重要泊位点配布灯桩。
考虑到舾装码头作业粉尘较大，采用维护周期长、视觉效果好的材料制作灯桩桩身。
（2）灯桩位置
为了清晰地标识重要的泊位位置，保障船舶安全靠离泊位，在一期工程西突堤码头北端配布灯桩1座，在二期工程1#泊位西端配布南码头灯桩和5#泊位西端配布北码头灯桩1座。
效果下图所示：
（3）灯桩设计：
高度：根据灯桩设计规范，灯桩高度一般为3m～3.5m，其灯光射程小于15n mile时其灯高可按公式H=0.29βD（H—灯桩的灯高（m），β—船舶观察灯桩的垂直角，D—灯桩的作用距离）计算。
据上式，西突堤码头灯桩、南码头灯桩取垂直角3’，灯光射程6海里，计算灯光焦面在平均大潮面以上的高度为9.7米。鉴于码头顶部标高2m，码头灯桩桩身高度取8m。北码头灯桩灯光射程为8海里，计算灯光焦面在平均大潮面以上的高度为12.9m。鉴于码头顶面标高2m，码头灯桩桩身高度取10.0m。
结构：桩基为钢筋混凝土；桩身为超高分子量聚乙烯钢管结构，直径1.0m，外设爬梯，抗风强度为50m/s，桩身颜色西突堤码头灯桩为黑白相间的横条，南码头灯桩为红色，北码头灯桩为红白相间横条；桩顶设不锈钢围栏和避雷针。安装完好的灯桩垂直误差小于10。
灯器及灯质：码头灯桩采用LED灯器，功率为12v20w；西突堤码头灯桩灯质为快闪红，南码头灯桩灯质为定红，北码头灯桩灯质为等明暗红4s。
供电：灯器采用市电供电，桩身内置DUPS-14VDC不间断电源柜，蓄电池容量200AH，220VAC接入不间断电源柜，再由电源柜提供12VDC电源供给灯器。
码头建设工程尚未完全完成，当前仅完成西突堤码头灯桩和北码头灯桩的配布。灯桩图片如下图所示：
4.结束语
“十二五”期间是航标发展的重要战略机遇期，航标建设规范化、科技信息化是航标发展的动力与源泉。由于视觉航标特有的直观性，在未来10至15年内，视觉航标仍将是港口和操纵自由度受限制水域的基本助航手段。本文以蓬莱中柏京鲁船业舾装码头航标灯桩为实例研究了港口灯塔灯桩的的设计和配布，并且得出中柏京鲁船业舾装码头灯桩设计配布合理，合乎规范。
由于本人在蓬莱航标管理站工作，水平和能力有限，文中难免有不妥之处，敬请各位领导、专家指正，也欢迎大家针对视觉航标的配布和设计多提宝贵建议，帮助我们进一步提高完善，在航标管理中发挥更大的作用。
参考文献：
[1]刘君《浅析港口水域的航标管理》中国水运2010年7月.
[2]郭建国《港口水域航标配布的综合评判》大连海事大学硕士学位论文2000.
[3]姜立得《航标灯塔设计研究》华南理工大学工程硕士学位论文2011年.
[4]袁锦标《谈航标位置的维护管理》航海科技1996年.