Содержание процедуры проектирования
Жизненный цикл проекта по вводу в эксплуатацию современных морских перегрузочных комплексов (терминалов) как объектов транспортной инфраструктуры проходит стадии проектного цикла: от инициирования бизнес-идеи до пуско-наладочных работ при завершении строительства. Конкретные названия этапов и их содержание имеют различные наименования в зависимости от национальных особенностей, сложившегося глоссария в отрасли, требований к проектному управлению от заказчика и инвесторов.
Жизненный цикл крупного портового проекта в рамках многостадийного подхода характеризуется длительностью в 5-7 лет от момента инициации проекта до ввода в эксплуатацию. Завершение одного из этапов является вехой начала работ последующего более детализированного этапа.
Нормативная база в РФ закрепляет обязательное двухстадийное проектирование, в рамках которого необходимо разработать проектную и рабочую документацию. В упрощенном виде процесс проектного цикла включает предпроектные проработки, проектную документацию с прохождением государственных экспертиз, рабочую документацию, строительство. В мировой практике основными стадиями реализации крупных проектов являются «Оценка», «Выбор», «Определение», «Реализация», которые обладают различными требованиями к детализации.
Разбивка на стадии необходима в связи с тем, что ввод в эксплуатацию новых объектов требует значительных капитальных вложений, а уверенность в экономической рентабельности возникает при получении более подробных исходных данных.
Стадия концептуального проектирования «Оценка» зачастую выполняется внутри холдинга-инвестора, стадия «Выбор» - с точечным привлечением инженерных и консалтинговых компаний на отсутствующие внутри компании компетенции, а на стадиях «Определение» и «Реализация» активно вовлекаются третьи стороны:
- специализированные подрядчики: проектные институты, инжиниринговые и консалтинговые компании, EPC-подрядчики и поставщики;
- финансовые организации: банки, партнеры-инвесторы, институты государственного развития, долгосрочные клиенты, трейдеры;
- разрешительные органы: Федеральное агентство по рыболовству (Росрыболовство), Федеральное агентство морского и речного транспорта (Росморречфлот), Государственная экологическая экспертиза, ФАУ «Главгосэкспертиза России»;
- надзорные органы: Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор), Федеральная таможенная служба и др.;
- эксплуатирующие организации: стивидор терминала, ФГУП «Росморпорт», судоходные компании, железнодорожные компании.
Каждая из стадий предполагает различную степень участия третьих сторон. Координацию и удовлетворение интересов всех сторон выполняет холдинг-инвестор, предоставляя ограниченные необходимые объемы информации для заинтересантов. Процедура проектирования подразумевает развитие во времени и является процессом, который в идеале должен строиться на базе последовательного и согласованного методического базиса, чтобы предоставляемая информация не имела противоречий. Но разная степень представлений об объекте, рост объема и сложности структуры релевантной информации о нем, многовариантность, увеличение трудоемкости и детализации от стадии к стадии делают создание такого базиса сложной проблемой с теоретической и практической точки зрения.
Зачастую в существующей сегодня практике последовательность относительно независимых этапов имеет фрагментарные связи через обособленные документы и технические задания, которые при проектировании в РФ опираются на методические рекомендации СП 350.1326000.2018 «Нормы технологического проектирования морских портов».
Для морских портовых перегрузочных комплексов до разработки проектной документации по требованию государственных органов разрабатывается декларация о намерениях инвестирования в строительство и реконструкцию объектов инфраструктуры морского порта, ключевым элементом которой являются основные технические решения.
Процедура проектирования во многих случаях выполняется различными организациями и специалистами. Самые подробные технические задания, которые являют собой концентрированный формат представлений об объекте, развитых предшествующими участниками и даже подробные отчеты о проведенных работах, не в состоянии отразить полноту картины. Многие сделанные при расчетах важные методические предположения, допущения, критерии, не выражаемые формальными средствами опыт и интуиция (или их отсутствие) отсутствуют в технических заданиях. Таким образом проект может терять обоснованность при переходах с этапа на этап. Появление на поздних стадиях проектирования новых обстоятельств требует внесения изменений в текущий проект. Подобные изменения могут привести к полной утрате экономической эффективности проекта, поскольку де-факто могут выводить параметры проектируемого объекта за границы допустимых областей, принятых на ранних стадиях.
Одним из наиболее важных и длительных этапов при реализации строительных проектов является этап проектирования, когда прорабатываются различные варианты компоновок терминала, выполняется подбор технологического оборудования. Ранние предпроектные проработки по своей природе носят предварительный характер, характеризуются рассмотрением многочисленных вариантов и сжатыми сроками выполнения. Необходимость придания им конкретной формы и структуры содержания, устанавливаемая официальными документами, входит в противоречие с этим. Разрешение данного противоречия необходимо искать в использовании теории искусственного интеллекта и методов цифровизации. Для того, чтобы эти решения были обоснованы, необходимо разрабатывать углубленные методы анализа. Такие цифровые инструменты проектирования позволят снизить сроки прохождения ранних предпроектных стадий, проанализировав все возможные варианты различных комбинаций решений.
Разработанная система технологического проектирования перевалочных комплексов навалочных грузов представляет является первым в РФ реализованным цифровым инструментом для поддержки принятия решений на ранних проектных стадиях о составе и технологии использования специализированного оборудования для перевалки навалочных грузов. При ее реализации использованы научные, проектные и эксплуатационные источники информации, реализованы обоснованные расчетные алгоритмы.
Данные о судах
За прошлые 50-60 лет развитие судостроения и глобализация мировой торговли привели к значительному укрупнению судовых партий. Изначально в начале и середине XX века использовались малотоннажные суда, затем в 1970-1985 гг. стали появляться суда класса Panamax, в дальнейшем суда-балкеры для навалочных грузов достигли дедвейта вплоть до 400 000 т.
Обобщенная классификация судов-балкеров
| Класс |
Дедевейт, т |
Комментарий |
| Small Handysize |
до 24 999 |
Используются для коротких плаваний в прибрежной торговле, большинство судов оснащено судовыми кранами |
| Large Handysize |
25 000 - 39 999 |
Суда средней вместимости |
| Handymax |
40 000 - 49 999 |
Широко применяются в портах с ограничениями по осадке и длине судна |
| Large Handymax |
50 000 - 59 999 |
| Panamax |
60 000 - 79 999 |
Ограничения определяется размерами шлюзов Панамского канала |
| Post Panamax |
80 000 – 99 999 |
В сравнении с Panamax имеют меньшую осадку для портов с ограниченной осадкой и большую ширину. Изначально не имели возможности проходить через Панамский канал, но такая возможность появилась с расширением канала в 2016 году |
| Mini Capesize |
100 000 - 129 999 |
Суда Capesize обладают габаритами, не позволяющими выполнять проводку судов через Панамский или Суэцкий канал. В названии обозначена необходимость огибать южные мысы (cape) континентов: Горн (Южная Америка) или Доброй Надежды (Африка) |
| Capesize |
130 000 - 180 000 |
| Very Large Bulk Carrier (VLBC) |
180 000 – 210 000 |
Для транспортировки крупных партий навалочных грузов между наиболее глубоководными портами мира |
| Very Large Ore Carrier (VLOC) |
210 000 – 404 000 |
Для транспортировки руды, обладающей большой насыпной плотностью |
Часть источников отмечает существование региональных наименования категорий балкерных судов, которые созданы с особенностями (длина, ширина, осадка) под конкретные грузопотоки в связи с ограничениями по швартовым операциям в порту или судоходной глубиной моря, канала.
Региональные категории судов-балкеров
| Региональная категория |
Типичный дедвейт, т |
Класс |
Параметры |
Ограничение |
| Seawaymax |
28 500 |
Handysize |
длина до 225,6 м;
ширина до 23,8 м;
осадка до 8,1 м
|
канал морского пути Святого Лаврентия (США) |
| Kamsarmax |
82 000 |
Panamax |
длина до 229 м |
порт Камсар (Гвинея) |
| Dunkirkmax |
175 000 |
Capesize |
ширина до 45 м;
длина до 289 м
|
порт Дюнкерк (Франция) |
| Newcastlemax |
185 000 |
VLBC |
ширина до 50 м;
длина до 300 м
|
порт Ньюкасл (Австралия) |
| Setouchmax |
205 000 |
VLBC |
осадка до 16,1 м |
глубина внутреннего Японского Моря |
| Malaccamax |
300 000 |
VLOC |
осадка до 20,5 м |
Малаккский пролив (Индонезия) |
Обобщенная взаимосвязь классификаций по дедвейту и региональным группам приведена ниже.
Проектирование морского порта невозможно без информации о характеристиках планируемых к обслуживанию судов. Зачастую на ранних предпроектных этапах имеется частичная информация о составе и характеристиках судов. Для разработанной цифровой системы технологического проектирования перевалочных комплексов навалочных грузов авторами выполнено обобщение по характеристикам всего мирового флота судов-балкеров (порядка 10 тыс. судов).
Наиболее востребованными судами средней вместимости, которые способны выполнять экономически эффективную транспортировку угля на длинные и короткие расстояния, являются Large Handysize (~2200 шт., 21,5%), Large Hadymax (~2000 шт., 19%) и Panamax (~1800 шт., 17,5%). Современные специализированные российские терминалы принимают суда-балкеры с классом Panamax-Capesize (60-180 тыс. т дедвейт), универсальные терминалы с грейферной механизацией суда Panamax и менее тоннажные.
В международной практике используются аппроксимирующие зависимости характеристик судов от дедвейта. Впервые подобные зависимости для судов-балкеров были приведены в 1983 году в справочнике UNCTAD по проектированию портов в развивающихся странах – были продемонстрированы графические кривые без численных зависимостей. В дальнейшем аппроксимирующие зависимости находятся в зоне внимания профессионалов и научного сообщества.
Авторами установлены аппроксимирующие зависимости характеристик (длина, ширина, осадка) для балкеров, транспортирующих уголь. В анализ вошли порядка 11 тыс. существующих и планируемых к строительству угольных балкеров дедвейтом 15 000 – 210 000 т (из общего количества судов были исключены суда VLOC для транспортировки руды, а также суда-лейкеры для озер США и Канады). Выявленные зависимости применяются в автоматическом режиме в цифровой системе технологического проектирования.
Данные о портовых бассейнах РФ
Для получения надежных результатов цифровым инструментам необходимо большое количество информации. Часть из них (например, грузооборот и тип груза) являются исходными данными конкретного проекта. Другая – во многом зависит от того, в каком регионе будет располагаться новый порт. В частности, к такой информации относится состав судов и неравномерность судозаходов.
В практике работы проектных организаций принято получать состав судов у холдинга-инвестора внутри технического задания. Однако на ранних стадиях проектирования у инвестора может не быть такой информации. Чтобы устранить данное противоречие, авторами проанализированы статистические данные о судозаходах в морские порты России за период 2016-2021 гг. Порты группировались по ближайшим морям.
Ниже на рисунке представлено распределение судов-балкеров в судозаходах в морские порты России. Средний дедвейт составляет 50 000 т.
Состав судов по дедвейту в портовых бассейнах РФ (морях)
| Море |
Тип судна |
| Small Handysize |
Large Handysize |
Handymax |
Panamax |
Capesize |
VLOC |
| Японское + Охотское море | 8% | 44% | 27% | 14% | 7% | 1% |
| Черное море | 8% | 46% | 30% | 14% | 3% | 0% |
| Балтийское море | 3% | 41% | 19% | 30% | 7% | 0% |
| Баренцево море | 3% | 41% | 7% | 42% | 8% | 0% |
| Карское море | 4% | 88% | 7% | 0% | 0% | 0% |
| Берингово море | 34% | 9% | 47% | 9% | 1% | 0% |
Определен средний коэффициент неравномерности, который для всех портов РФ составляет 1,11.
Коэффициенты неравномерности в портовых бассейнах РФ (морях)
| Море | Коэффициент неравномерности | Количество судозаходов |
| Японское + Охотское море | 1,13 | 22328 |
| Черное море | 1,21 | 10945 |
| Балтийское море | 1,11 | 9161 |
| Баренцево море | 1,05 | 3072 |
| Карское море | 1,78 | 162 |
Технологическое оборудование
Для обработки различных видов транспорта на терминале имеются грузовые фронты, в первую очередь морской (МГФ) и железнодорожный (ЖГФ). Стыковка видов транспорта, помимо перемещения между грузовыми фронтами через склад при одновременном приеме судов и железнодорожного подвижного состава может осуществляться передачей материала по прямому варианту, между ЖГФ и МГФ. В то же время требование высокой интенсивности погрузки судна во время его стоянки у причала и противоположное требование равномерного поступления материала по железной дороге делают такую передачу относительно редкой.
Для согласования возникающего различия между требуемой периодически интенсивной погрузкой судна и желательным равномерным приемом материала от железной дороги приводит к необходимости склада, на котором накапливается объем груза для максимально быстрой погрузки судна. Очевидно, что минимальный объем склада к моменту прихода судна должен быть примерно равен объему судовой партии.
Для сглаживания последствий от неравномерного захода судов в порт, объем хранимого груза может увеличиваться: опоздание судна требует необходимости накапливать избыточное количество, завозимое ЖГФ; раннее прибытие судна требует наличие некоторого страховочного запаса, поскольку железная дорога может не успеть завезти требуемый объем в сократившийся интервал.
Объем хранения, обеспечивающий своевременное обслуживание всех заходящих в порт судов, составляет технологическую компоненту общего объема склада. Кроме того, склад порта может использоваться и в своей прямой логистической функции - для хранения груза в интересах клиента. Это может быть вызвано колебаниями цен при торговле на споте, сезонностью потребления, торговыми конфликтами и прочими факторами, вызывающими рассогласование спроса и предложения на уголь.
Наконец на терминале могут выполняться дополнительные операции, связанные с добавлением стоимости груза. Простейшими из них является очистка материала от посторонних включений и дробление до необходимых по размеру фракций. Другим примером является раздельное хранение угля по маркам, а также смешение марок угля (блендирование). Эти операции, как правило, выполняются в разрыве между отдельными штабелями, увеличивая общую площадь для их размещения и привлекая дополнительное оборудование.
Еще одну группу операций составляет отбор проб для определения качественных характеристик экспортируемого материала и взвешивание в ходе погрузки. Эти операции выполняются динамически на маршрутах транспортировки материала конвейерными линями. Восстановление сыпучести, которое формально можно было бы отнести к дроблению, на самом деле выполняется из технологических соображений, поскольку смерзшийся в глыбы уголь не может обращаться в технологической системе терминала. Операция восстановления сыпучести выполняется по мере необходимости при поступлении материала на терминал, т.е. на ЖГФ.
Морской грузовой фронт, склад и железнодорожный грузовой располагаются в различных местах, выбор которых выполняется на основе специфических требований к ним и ведомственных регламентов. Передача материала между этими локациями осуществляется соответствующими системами внутритерминальной транспортировки.
С точки зрения логистической цепи прохождения материала все морские перегрузочные комплексы (порты, отдельные терминалы) имеют общую идентичную структуру технологических зон. Терминалы навалочных грузов в РФ в большинстве случаев являются экспортно-ориентированными, т.е. груз поступает в железнодорожных вагонах на терминал и отгружается на причалах в морские суда.
Для цифровой системы технологического проектирования перевалочных комплексов навалочных грузов авторами проанализирован весь перечень оборудования, который систематизирован по технологическим зонам терминала.
Функциональная цепь прохождения навалочного груза через технологические зоны и оборудование терминала является сложной, поскольку все выполняемые элементами операции раскрываются через отдельные действия схемы. Обязательные технологические процессы формируют логистическую цепь, которая состоит из совокупности операций, связанных причинно-следственными зависимостями с параллельными и последовательными действиями.
Технологические операции, выполняемые каждым элементом этой функциональной схемы, реализуются различным оборудованием. Это оборудование может быть специализированным с машинами непрерывного транспорта (вагоноопрокидыватель, конвейеры, стакеры, реклаймеры, судопогрузочные машины) или универсальным (грейферный кран, транспортировка самосвалами).
Логистическая цепь навалочных терминалов со специализированными машинами непрерывного транспорта
Логистическая цепь навалочных терминалов с универсальным оборудованием
Показанные операции соответствуют наиболее полным моделям прохождения материала через логистическую цепь. В зависимости от внешних условий те или иные операции или звенья цепи могут отсутствовать. Например, в летнее время может отсутствовать необходимость восстановления сыпучести и разогрева вагонов.
В цифровой системе технологического проектирования перевалочных комплексов навалочных грузов выбор специализированной или универсальной схемы осуществляется, когда пользователь выбирает машины на морском грузовом фронте (судопогрузочные машины или краны). Затем пользователь благодаря интуитивно-простому интерфейсу конфигурирует оборудование в складской зоне и на железнодорожном грузовом фронте. Для выбранной схемы механизации и оборудования в автоматическом режиме формируется логистическая цепь со всеми необходимыми технологическими операциями и выполняется расчет производительности оборудования.