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edushare 發表於 2012-9-25 16:01

貨櫃船解析/大船微妙平衡 搖擺幅度有學問

2012/09/17  【聯合報╱本報記者郭錦萍】
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貨櫃船越造越大,航行時如何維持平衡,是個大學問。圖中是貨櫃船在台北港掉頭,前後各有一艘小船往順時鐘方向推大船,這時大小船人員都得高度戒備。 記者曾吉松/攝影

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為了讓運能達到最大化,貨櫃船的尺寸愈來愈大,以船隊數量在全球名列前茅的長榮海運為例,有數十艘能承載7000、8000個TEU(20呎標準櫃)的大船。這些船動輒有300公尺長以上,如何讓不同重量的貨櫃擺放位置,既能讓航行安全,又能讓貨品裝卸有效率,是個既有物理、也有數學的問題。

大型貨櫃船一個航程去向可能就要靠泊十個港口,每個港口都有貨櫃要上裝或下卸,上下的貨重不見得相同,加上船隻在航行過程會不斷消耗燃油,在這些不停的變動中維持船舶穩定度與船體應力平衡,需要不斷的計算。

船隻要確保航行安全,要考慮立體的力學平衡,這包括橫向、縱向及垂直平衡。

搭小船時,大家都知道不能都坐同一邊,這指的就是橫向平衡的概念。貨船的橫向平衡,簡單來說,就是要儘可能把貨物均勻放在船中線的兩側;若不能放在中線上,就要設法把同樣的重量放在另一舷。

長榮海運船航務本部副總經理林沛樵指出,船橫向擺動(也稱橫搖)周期,受重量的重心位置影響。重量愈往船底處集中,左右搖擺的速度會加快,搖擺的周期會變短。

若重量愈往高處集中,船搖擺的速度會變緩,往復的周期較長,理論上,這種擺動方式船上的人員會感覺較舒適。不過,一旦擺動超過船隻的安全限度,產生「傾覆力矩」,船就可能因搖不回來而翻覆。

有多年航海經驗的大副王聰馨表示,較合理的擺動幅度,約在一側是10到15度間,即最多是在30度間擺動。若超過這個範圍,不見得船會翻過去,但有些人就會感覺「很恐怖」了!

至於縱向(指的是船首至船尾方向)平衡,林沛樵舉了個例子,以現在台北港很常見的300公尺大船來說,若把重量分布兩端,在海上若遇到兩波峰正好在船的兩端,受應力影響,船體有可能會從中間折斷;若波峰出現在船中間,船也可能折斷。

但若都把過多的貨櫃放在船的中間,雖有利於抵消船體的應力,但對裝卸作業效率,卻很不方便,會增加作業時間,不但會讓靠港費用增加,也可能因壓縮航行時間,船得耗用更多燃油好趕上後續期程。

重量的垂直分配也會影響船隻穩定度。若重量太集中於上甲板以上,會造成穩度變小,反之若重量太集中於艙底,穩定度會增加,但過大的穩定度,船舶橫搖周期短,若遇上天候惡劣,會因橫搖劇烈,容易造成貨櫃移動及人員不適。但若穩定度過小,船舶反應遲鈍,操縱不靈活,進港口要靠碼頭時,就得花很多時間,才能「喬好位置」。

前述都是理論上的狀況,但在實際操作時,因為每個港口出口貨的特性不同(如有的港是出口石材為主、有的是輕質玩具的出口港),加上為了節省停靠港口的時間,必須讓貨櫃快速裝卸最有效率,所以貨櫃裝載位置,不大容易完全符合理想要求。

船長林家裕說,這時,就得靠「壓艙水」來調整各處的重量。壓艙水可以互通,也可鎖在特定位置。所以每到一處停泊後,就會視貨物的位置和重量,壓艙水的量和儲放的位置也要跟著調整。

林沛樵表示,大船因貨載分配不當而造成船體結構斷裂的例子,在國際間並不罕見。也曾有貨櫃船因超載,開不了船的例子。今日的航運應用許多科技,數學、物理、電腦能力是現代船員必備的技能。所以一艘三、四百公尺的船,通常只有十幾名工作人員,因為多數工作都由電腦代替了,唯一的例外是船上的廚師。

edushare 發表於 2012-9-25 16:03

貨櫃船解析/掌握重心質心位置 保船安全

2012/09/17  【聯合報╱本報記者郭錦萍】

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台北港貨櫃碼頭管理站,港務人員藉由密集攝影機,可直接指揮碼頭吊車人員堆疊貨櫃。 記者曾吉松/攝影

貨櫃船一次能載的貨愈多,每個物件分攤的運費成本愈低,但如何在載最多貨重又能安全抵達目的地間找到平衡,需要繁複的計算。

在實際的操作上,船上的大副從貨物要運上船艙之前,就要開始預先計算。包括因每個港口有不同數量的貨櫃要上或下,支撐船隻的肋骨在每一站的應力都不同,而一艘船可能有300多根龍骨的應力要計算。

航程中船隻會消耗多少燃油或加油,這些都會造成重量的變動,所以整個航程中,船隻的應力,一直在改變,取得平衡安全與載貨的對策也要跟著變動。

從船舶本身重量、承載的貨物及乘客的重量,及燃油及壓艙水等的重量的綜合作用,可以算出船隻的重心位置(G)。

同時,船隻在水面會承受水的浮力,這股作用的集中點,會落在水面下體積的幾何中心,這個中心點稱為浮心(B)。

當船靜止處於正浮位置時,重心和浮心會在同垂直線上。當船傾向一側時,浮心的位置會跟著改變。

當船傾斜時使船體之浮力中心外移,對船舶穩定性非常重要,這種特性不僅是依靠乾舷,船的寬度及船型也會影響;例如較低、較寬的船,以及船舷之外傾,均可使浮力中心有較多之外移。

當船小角度傾斜時,浮力作用線與船中線的交點,稱為穩定中心或質心(M),重心和質心間的距離稱為「定傾高度(GM)」,船長或大副等人必須隨時掌握GM值,從而了解船隻的穩定情形。

GM值的狀況分三種:

當M在G之上方時(GM>0),表示船在略傾時會形成「扶正力矩」,這種狀況可視為穩定平衡(Stable equilibrium)。

當M與G重疊時(GM=0),表示船隻在略傾時無力矩產生,形成「隨遇平衡」(Neutral equilibrium)。

當M在G之下方時(GM<0),則該船在略傾時產生「傾覆力矩」,而為不穩定平衡(Unstable equilibrium)。

舉個簡單的例子。一對情侶約會划小船,兩個人原本前後坐著,小船安穩舒適,男朋友提議換位置,兩人若站起來,重心就會變高、遠離質心,這時只要動作大一點,很容易就形成傾覆力矩,造成翻船。

大船的狀況也一樣,GM若太大,船體橫搖的角速度大,周期小,人會感覺不舒服,貨物也被容易滑動,許多貨櫃落海或人員摔傷都在在這種狀況下發生。

此外,船體橫搖易與波浪同步,導致橫搖愈演愈烈,船體受橫向變形應力大,對船體結構也有影響,因此船舶GM值的大小要控制在多少,就必須作仔細考慮。

在300公尺長大船服務的長榮海運大副王聰馨表示,以他的經驗,GM值若低於70公分時,船舶的操縱反應會變得遲緩;正常較佳的狀況,應該是維持在1公尺左右;尤其在進出港口時,必須能適度搖擺,GM值不能太小。

edushare 發表於 2012-9-25 16:04

貨櫃解析/顯示器指引 裝卸機具天上飛

2012/09/10  【聯合報╱本報記者郭錦萍】

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貨櫃船進台北港後,快速裝卸貨櫃,以節省後續航行油費。 記者曾吉松/攝影

很多人印象中的港口可能還停留在:搬運工人進進出出,人車雜沓、擁擠吵雜... 這些現在幾乎都看不見了。以位於新北市八里的台北港為例,在碼頭上沒看到幾個人,數十部巨大的裝卸機具,飛快在我們頭上作業,全是無人操作。

台北港董事長陳志哲表示,台北港的貨櫃碼頭採電腦自動化儲櫃系統,在這裡的操作人員的工作和機場的航管員類似,這裡堪稱台灣最高科技的港口。

陳志哲解釋,台北港有一套進出站車及櫃號自動辨識系統(OCR),外來載送貨櫃的卡車一抵達港口管制點,就會領到一個比手機大一些的顯示器,指示車子到那個點去裝、卸貨,而且港區內密布訊號監測點,司機該做什麼動作,也都會透過顯示器通知,好比「港區塔台」的管制室也會從顯示幕,同步監看碼頭地面、空中的立體作業情形。

陳志哲說,台北港使用的都是無人操作門式機(專司把貨櫃從停放區放到外場卡車上或反向操作)或橋式機(用在把貨櫃從場內卡車捉到船上或反向操作),但為求作業更安全,在車上卸櫃上下拖車時都還是會由管制室遠端操控台,由人員透過設在門式機上的六台監視器,確認安全才執行。

陳志哲指出,大型貨櫃港的貨櫃,數量多時可達數萬個,每個貨櫃要送去的地點各不相同,港口管理單位、航運公司及貨運承攬商,必須透過電腦連線,才有辦法在最短時間,把每個貨櫃排在對的地方、送到對的船上、排在對的艙位、送到對的港口。只要其中一個環節搞錯了,要再找回來,都是「翻箱倒櫃」的大工程,而且成本高昂。

edushare 發表於 2012-9-25 16:08

貨櫃解析/卡車吊油輪上 貨櫃海運起源

2012/09/10  【聯合報╱本報記者郭錦萍】

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貨櫃船上,貨櫃堆疊較下層會再扣上交叉纜線,以免滑動。 記者曾吉松/攝影

今天到處可見的貨櫃,發明不過半個世紀,但因貨櫃的便利,造就了當年日本的經濟爆發,更是中國大陸崛起的關鍵因素。

航運業者一般公認,貨櫃是美國人發明的,但確切發明者已不可考。一開始僅是公路運輸業者為解決理貨的麻煩,打造一些大小一致的車體。早期跨海運輸不發達,「外國貨」在以前所以很貴,是因為運輸費太貴,但真正貴的其實是陸地上的運輸。美國有人研究,一趟海上要航行4、5千哩的跨洋運輸,兩邊岸上總共可能只有40哩路就要占一半運費。

根據美國「BOX」一書作者的研究,1956年4月26日,58個鋁製卡車車體被吊上美國新澤西州紐華克港的一艘名為「理想-X號」的舊油輪,五天後運抵德州休斯頓港,這段航程應是貨櫃海運的起源。

[b]早期貨物散裝 費時費工[/b]

在沒有標準化貨櫃的時代,所有貨物都是散裝貨,每換一次交通工具,就要清點一次、重新包裝,費時又費工。但有了貨櫃之後,因為規格標準化,不管是上下卡車、火車、船舶,只要一種工具就可搬各家的箱子。

因理貨時間和人力大幅降低,運輸費用大大節省,所以只要製造成本夠低,就算長程運輸也可維持商品競爭力,也推動國際貿易盛行。

[b]貨櫃興起 和越戰有關 [/b]

貨櫃在幾十年間就席捲全球,到處可見,和越戰有關。

1970年代末期,美國深陷越戰的泥淖中,為了讓戰爭快點結束,美國把大量戰備物資用貨櫃送到越南,但當年越南港口沒啥設備、卸貨效率低落,美國人乾脆幫越南建造全新的貨櫃碼頭。

從此越太平洋貨櫃船運絡繹不絕,但回程的空船怎麼辦?當時日本工業產品崛起,貨櫃船的回程就到日本載銷往美國的產品,也因這個契機,造就了後來20年日本經濟的高成長。

貨櫃很快就形成全球統一規格,則和碼頭工人有關。

早年,港口碼頭必須依靠人力作業,就算是貨櫃化的初期,仍要由人手操作機具,碼頭工人若不配合,貨就不能及時送抵,所以碼頭工人不但薪水高,且都有強大的工會支持;在台灣,碼頭工作到幾年前都還是世襲制。最先打破這個局面的是美國,他們把所有工作都改成自動化,先決要件即是貨品必須規格化。理論上,以現在發展出來的貨櫃系統,除了運送的卡車外,幾乎全程都可以不必用到人工。

edushare 發表於 2012-9-25 16:11

貨櫃船解析/回收廢棄貨櫃 變身時尚宿舍

2012/09/17  【聯合報╱本報記者郭錦萍】

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這棟色彩繽紛的樓房,是倫敦港區小有名氣的貨櫃屋。 圖/取自網路

有經濟調查單位統計過,全球的貨物有90%是透過貨櫃船運送。根據全球最大貨櫃出租買賣業者TEXTAINER集團估算,他們每年平均生產300萬個20呎標準櫃,一年要淘汰100萬個貨櫃。你有沒有想過,那些不再用來裝貨在海上旅行的貨櫃,都到那裡去了?

在台灣常可看到貨櫃改裝的檳榔攤,或工地臨時辦公室,它們通常是隨便放,也不太維修。

但在國外,近幾年受環保概念影響,不少建築師發現的貨櫃的好處,美國紐約有家建築公司,從2007年起開始把廢棄的貨櫃,透過切割、焊接、加上門窗等,改造成時髦的住家或辦公室,大受歡迎。

荷蘭建築師更用貨櫃,蓋了全球最大的貨櫃屋城,現在是大學生的宿舍,每個貨櫃就是個單人套房,有空調、浴室、廚房。

根據建造這個貨櫃屋城業者公布的資料,以1萬平方公尺的學生宿舍為例,貨櫃屋與磚混結構房屋相比,施工用水量是磚混結構房屋的1/30,混凝土用量是1/50;減少施工和裝修垃圾約99%,建材回收率比傳統建築提高70%,建築工期縮短50%,總體節能約40%。

而且貨櫃可承載5萬磅重量,最高可以疊到8層樓。

英國的都市空間規劃組織,2001年時也曾在倫敦碼頭區,由著名建築師蓋了一個「貨櫃城市(Container City)」,有趣的是,建築師花了五月內做工程規劃、改造貨櫃,但組裝只花了4天。他們用了個15個貨櫃組成一個四層樓的建物。現在這裡是個藝術村。

長榮海運表示,貨櫃也是海運公司的資產,打造一只20呎的貨櫃,大約要2500美元,40呎的貨櫃一只則要4000美元,約合台幣12萬元。

理想的情形下,貨櫃運東西到A地後,櫃子應該再裝貨品至B地。但回程沒有貨品可載也是常有的事,例如許多非洲地區,製造業不發達,沒東西可以出口,貨櫃運貨到此,常得空櫃而回,航運公司會計算,若運回不敷成本,就會把貨櫃在當地賣掉。所以貨櫃屋在這些地區也很普遍。

edushare 發表於 2012-9-25 16:12

貨櫃解析/必學單字大閱兵

2012/09/10  【聯合報╱本報記者郭錦萍】

container 貨櫃

cargo vessel(cargo ship)貨船

deck 甲板

pier 碼頭

Panama Canal 巴拿馬運河

延伸閱讀

箱子:貨櫃造就的全球貿易與現代經濟生活/李文森(Marc Levinson)/財信出版

現代運輸學/張有恆/華泰文化

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