隋曉

近年來，出于安全、效率和能耗等方面的考慮，世界各大港口紛紛建設自動化集裝箱碼頭，特別是進入21世紀后，自動化集裝箱碼頭如雨后春筍般涌現(xiàn)，例如，德國漢堡港CTA碼頭一期于2002年10月投產(chǎn)，荷蘭鹿特丹港Euromax碼頭于2008年投入運營。世界經(jīng)濟快速發(fā)展對集裝箱碼頭生產(chǎn)作業(yè)提出更高要求。本文在分析傳統(tǒng)集裝箱碼頭堆場布局形式及作業(yè)模式弊端的基礎(chǔ)上，介紹自動化集裝箱碼頭堆場布局形式及作業(yè)模式，分析其在安全、效率、能耗等方面的優(yōu)勢。

1 傳統(tǒng)集裝箱碼頭堆場作業(yè)模式

在傳統(tǒng)集裝箱碼頭堆場作業(yè)模式下，堆場布局采用順岸式，當碼頭基礎(chǔ)設施確定后，堆場管理成為碼頭經(jīng)營人面臨的主要難題。傳統(tǒng)集裝箱碼頭堆場作業(yè)模式主要存在以下問題。

（1）內(nèi)外集卡在堆場箱區(qū)間穿梭行駛，司機停車、下車的情況時有發(fā)生，給碼頭生產(chǎn)管理帶來諸多安全隱患。

（2）當堆場容量固定不變時，集裝箱吞吐量的增長勢必引起堆場利用率上升，若不及時進行堆場整理，則會導致裝船翻箱率上升，裝船效率下降。

（3）堆場利用率上升可能導致不同船期船舶的出口箱區(qū)相互占用的情況，一旦船期延誤，很有可能造成作業(yè)線路沖突，導致裝船效率下降。

（4）為保證重點船舶的裝卸效率，碼頭有時會采取限制外集卡車流的做法，例如推遲外集卡的入港時間、臨時更改出口箱的收箱場區(qū)等。這些做法雖然在一定程度上能夠確保前方堆場作業(yè)順暢，但給后續(xù)作業(yè)或其他場區(qū)作業(yè)帶來不利影響。

（5）在集裝箱吞吐量增長而場地機械配置未能及時跟上的情況下，若堆場安排不考慮實際作業(yè)情況，則會出現(xiàn)機械利用率低下、機械單箱作業(yè)成本上升的現(xiàn)象，導致碼頭作業(yè)效率下降，作業(yè)成本上升。

2 自動化集裝箱碼頭堆場作業(yè)模式

2.1 區(qū)域設置

目前，較先進的自動化集裝箱碼頭大多采用垂直式堆場布局形式（見圖1）。

垂直式布局形式的堆場可以通過堆場自身將碼頭海側(cè)作業(yè)車流與陸側(cè)作業(yè)車流有效分開。在海側(cè)區(qū)域作業(yè)的自動導引運輸車（Automated Guided Vehicle，AGV）不進入陸側(cè)作業(yè)區(qū)域，在陸側(cè)區(qū)域作業(yè)的內(nèi)外集卡不進入海側(cè)作業(yè)區(qū)域（特殊作業(yè)除外）；因此，不會出現(xiàn)傳統(tǒng)集裝箱碼頭內(nèi)外車輛交互的現(xiàn)象，實現(xiàn)通過堆場自身的物理隔離有效梳理裝卸船作業(yè)和收發(fā)箱作業(yè)車流（見圖2）。

自動化集裝箱碼頭堆場是完全封閉的區(qū)域，AGV在海側(cè)交換區(qū)交接集裝箱，內(nèi)外集卡在陸側(cè)交換區(qū)交接集裝箱，AGV和集卡不進入自動化堆場內(nèi)部區(qū)域，集裝箱由自動堆垛起重機（Automated Stacking Crane， ASC）完成裝卸。除工作人員可通過門禁進出場區(qū)外，外來人員無法進入自動化堆場，從而有效解決堆場外來人員管理問題。

由于自動化堆場需要按照生產(chǎn)計劃及時、準確地實現(xiàn)堆場機械的實時調(diào)度，完成堆場進出箱任務，并實現(xiàn)堆場集裝箱信息管理，因此，自動化集裝箱碼頭堆場管理的核心是碼頭操作系統(tǒng)（Terminal Operation System，TOS）。堆場計劃人員通過調(diào)整堆場的堆碼參數(shù)來實現(xiàn)不同堆碼策略，TOS自動為進入堆場的集裝箱派發(fā)最合適的位置，很多因素（包括堆場內(nèi)軌道吊繁忙程度、交換區(qū)車道繁忙程度、堆場空閑程度、集裝箱類型（進口、出口、中轉(zhuǎn)）、箱型、船名和航次、船舶中轉(zhuǎn)港、集裝箱質(zhì)量等級等）均可能影響集裝箱的最終位置。

2.2 堆碼原則

自動化堆場的收箱區(qū)域覆蓋整個堆場，各種類型的收箱區(qū)域相互重疊，以實現(xiàn)集裝箱在堆場內(nèi)的分散堆碼，從而避免裝卸船或收發(fā)箱時軌道吊集中作業(yè)，有利于提高場地機械利用率和作業(yè)效率。

在自動化堆場作業(yè)模式下，集裝箱在堆場計劃劃定的收箱區(qū)域內(nèi)被安排到最佳的堆存位置。對于出口集裝箱，系統(tǒng)在計劃場位時為其盡量安排靠近裝船泊位所對應的場區(qū)，并將其最終場位安排到靠近海側(cè)交換區(qū)的位置，以縮短出口裝船的運輸距離；對于進口集裝箱，集裝箱卸船后的最終場位被安排到靠近陸側(cè)交換區(qū)的位置，以提高ASC的裝車效率，縮短提箱車輛在港時間，有效控制碼頭內(nèi)作業(yè)的外集卡數(shù)量。

與此同時，TOS自動優(yōu)化堆場區(qū)域內(nèi)的作業(yè)指令順序，實現(xiàn)作業(yè)指令的最佳配置，并根據(jù)各作業(yè)指令的“移動時間”給出最優(yōu)的作業(yè)順序。由于集裝箱平均分散堆碼在各箱區(qū)內(nèi)，當某個箱區(qū)內(nèi)的裝卸船指令較多時， TOS自動將外集卡的收發(fā)箱指令派發(fā)至作業(yè)不繁忙的箱區(qū)。

3 自動化集裝箱碼頭堆場管理優(yōu)化

在自動化集裝箱碼頭堆場作業(yè)模式下，堆場計劃人員的日常工作側(cè)重于管理。一旦堆場內(nèi)集裝箱的某項信息被修改，TOS會判斷當前位置是否是最佳位置，并自動生成歸、并、轉(zhuǎn)集裝箱指令。此外，堆場計劃人員無須隨著船舶進出港和集裝箱進出閘而頻繁制訂收箱計劃和安排收箱區(qū)域，從而減輕堆場計劃人員的勞動強度。

4 自動化集裝箱碼頭堆場的優(yōu)勢

自動化集裝箱碼頭堆場在機械作業(yè)效率和能耗方面的表現(xiàn)均優(yōu)于傳統(tǒng)集裝箱碼頭堆場。傳統(tǒng)集裝箱碼頭堆場機械大多采用輪胎式龍門起重機（Rubber-Tyred Gantry Crane， RTG）和軌道式龍門起重機（Rail-Mounted Gantry Crane， RMG），而自動化集裝箱碼頭堆場機械采用ASC。與RTG和RMG相比，ASC在作業(yè)效率方面具有明顯優(yōu)勢（見表1）。

從能耗和環(huán)保的角度來看：RMG和ASC均通過電網(wǎng)供電驅(qū)動，具有綠色環(huán)保、無污染、使用成本低等優(yōu)點；RTG通過發(fā)電機組燃燒柴油驅(qū)動，從長遠趨勢來看，油價仍將居高不下，且以柴油為動力源會造成環(huán)境和噪聲污染，加之候箱時發(fā)電機組空轉(zhuǎn)也會消耗柴油，從而導致成本增加。具體來看：常規(guī)RTG（堆5過6，額定起吊能力）的單箱耗油量為2.0～2.2 L；RMG的單箱耗電量為2.0～ h；ASC的單箱耗電量為 h。由此可見，RMG和ASC的能耗遠低于RTG，使用電網(wǎng)供電驅(qū)動的能耗和環(huán)保優(yōu)勢可見一斑。

5 結(jié)束語

目前我國自動化集裝箱碼頭建設已經(jīng)起步，這符合我國產(chǎn)業(yè)安全、高效、綠色環(huán)保的發(fā)展趨勢?？梢灶A見，在未來的集裝箱海運領(lǐng)域，自動化集裝箱碼頭將占據(jù)越來越重要的地位。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2015-09-23）