耿衛(wèi)寧 宋海濤

自動化集裝箱碼頭已經(jīng)成為現(xiàn)代化大型集裝箱碼頭的發(fā)展趨勢。自動化集裝箱碼頭建設(shè)投資動輒達幾十億元甚至上百億元，能否如期上線運營，達到設(shè)計預(yù)期目標，并如期收回成本，是每個自動化碼頭運營商面臨的難題。自動化集裝箱碼頭建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，涉及碼頭設(shè)計、水工土建、設(shè)備選型、軟件選配、系統(tǒng)測試等環(huán)節(jié)，尤其是自動化集裝箱碼頭規(guī)劃設(shè)計的科學性、合理性是決定碼頭建設(shè)成功與否的首要條件。

1 制定自動化集裝箱碼頭建設(shè)的預(yù)期目標

合理的預(yù)期目標是一切規(guī)劃設(shè)計的基礎(chǔ)。自動化集裝箱碼頭的規(guī)劃設(shè)計應(yīng)當根據(jù)本港實際情況，確定合理的預(yù)期目標。

1.1 確定碼頭預(yù)期上線運營時間

一般情況下，自動化集裝箱碼頭從立項和規(guī)劃設(shè)計到投入運營需要5年建設(shè)周期。迄今為止，所有自動化集裝箱碼頭的投入運營時間都或多或少比預(yù)期上線運營時間有所延誤，甚至有的自動化集裝箱碼頭的實際投入運營時間比預(yù)期晚了數(shù)年，由此可見自動化集裝箱碼頭建設(shè)的復(fù)雜性。搶工期、搶進度會給自動化集裝箱碼頭將來的運營帶來很大隱患，科學地確定碼頭預(yù)期上線運營時間對按部就班、扎實穩(wěn)妥地推進自動化集裝箱碼頭建設(shè)至關(guān)重要。

1.2 確定碼頭預(yù)期生產(chǎn)指標

碼頭的運營狀況通過諸多生產(chǎn)指標來體現(xiàn)。自動化集裝箱碼頭因應(yīng)用電控技術(shù)和信息化技術(shù)可以精確計算很多人工碼頭無法計算的指標。自動化集裝箱碼頭的生產(chǎn)作業(yè)主要由計算機系統(tǒng)主導(dǎo)，人工只負責制定規(guī)則和策略，其最大的優(yōu)點是生產(chǎn)作業(yè)持續(xù)穩(wěn)定并具有一定經(jīng)濟性，其缺點是人工很難干預(yù)碼頭生產(chǎn)節(jié)奏，短時間內(nèi)想提高某幾個生產(chǎn)指標非常困難，而人工碼頭卻可以靠人工突擊操作改善生產(chǎn)節(jié)奏。

1.3 確定投資收益率和投資回收期

自動化集裝箱碼頭因其巨大的投資，短時間內(nèi)的收益不會高于人工碼頭；但隨著自動化集裝箱碼頭持續(xù)穩(wěn)定運營，其總體收益回報會高于人工碼頭。自動化集裝箱碼頭的投資者應(yīng)具有長遠的發(fā)展眼光，合理地確定投資收益率和投資回收期。

2 確定自動化集裝箱碼頭操作工藝和平面布局

一方面，自動化集裝箱碼頭的預(yù)期生產(chǎn)指標決定了碼頭的操作工藝；另一方面，自動化集裝箱碼頭的平面布局設(shè)計（見圖1）必須符合操作工藝。自動化集裝箱碼頭平面布局設(shè)計的關(guān)鍵點包括閘口、堆場布局、堆場堆碼方式等。

2.1 自動化集裝箱碼頭的操作工藝

（1）“半自動橋吊+自動導(dǎo)引小車+自動軌道吊”配置類型 海側(cè)使用半自動橋吊，水平運輸使用自動導(dǎo)引小車，堆場使用自動軌道吊，代表碼頭有荷蘭鹿特丹港的Euromax碼頭、日本名古屋港的TCB碼頭等。此類自動化碼頭的優(yōu)點是自動化程度高，缺點是自動導(dǎo)引小車與橋吊需要耦合。

（2）“半自動橋吊+人工跨運車+自動軌道吊”配置類型 海側(cè)使用半自動橋吊，水平運輸使用人工跨運車，堆場使用自動軌道吊，代表碼頭有西班牙巴塞羅那港的巴塞南歐碼頭、英國的倫敦門戶碼頭等。此類自動化碼頭的優(yōu)點是跨運車與橋吊和軌道吊都不需要耦合，缺點是自動化程度較低。

2.2 自動化集裝箱碼頭平面布局關(guān)鍵點

（1）閘口 閘口是自動化集裝箱碼頭的“咽喉”，所有進出港區(qū)的集裝箱都在閘口交接。閘口設(shè)計要考慮碼頭集裝箱吞吐量、集疏港峰值、口岸監(jiān)管模式、與市政道路的對接等諸多要素，閘口的數(shù)量、位置、功能設(shè)計等直接影響閘口的通過能力。全球主要自動化集裝箱碼頭多采用二道閘口模式，第一道閘口為光學字符識別信息采集閘口，第二道閘口為碼頭業(yè)務(wù)處理閘口。青島前灣智能集裝箱碼頭為提高碼頭安防等級，增加碼頭安防控制閘口，獨創(chuàng)三道閘口模式，成為行業(yè)內(nèi)的新亮點。

（2）堆場布局 堆場設(shè)計要考慮碼頭集裝箱吞吐量、進出口集裝箱比例、堆存周期、裝卸船效率與收發(fā)箱效率的均衡等諸多要素。自動化集裝箱碼頭堆場布局分為平行岸壁式和垂直岸壁式：由人工碼頭改造而成的自動化集裝箱碼頭多采用平行岸壁式；新建的自動化集裝箱碼頭多采用垂直岸壁式，其優(yōu)點是在空間上將岸邊裝卸船作業(yè)與堆場收發(fā)箱作業(yè)分離，避免作業(yè)沖突。

（3）堆場堆碼方式 自動化集裝箱碼頭堆場堆碼方式分為聯(lián)鎖塊式和箱位梁式。聯(lián)鎖塊式堆碼方式的優(yōu)點是施工方便，堆碼靈活，便于維修；箱位梁式堆碼方式的優(yōu)點是防沉降性較好。

3 確定自動化集裝箱碼頭機械電控設(shè)備和生產(chǎn)控制軟件

3.1 自動化集裝箱碼頭的機械電控設(shè)備現(xiàn)狀

當前全球排名靠前的港口設(shè)備供應(yīng)商有中國的上海振華重工（集團）股份有限公司、瑞士的卡爾瑪公司、美國的特雷克斯公司等。上海振華重工（集團）股份有限公司生產(chǎn)的橋吊占全球70%以上的份額，其首創(chuàng)的橋吊整機發(fā)運技術(shù)使橋吊在發(fā)運前就可以完成單機測試，大大縮短用戶組裝、測試設(shè)備的時間，在行業(yè)內(nèi)占據(jù)很大優(yōu)勢。當前全球排名靠前的港機電控設(shè)備供應(yīng)商有瑞士的ABB集團、法國的施耐德公司、日本的西門子公司和安川公司等。全球主要自動化集裝箱碼頭橋吊配置見表1。

3.1.1 船邊裝卸機械（橋吊）

（1）方案1（單小車橋吊方案） 陸側(cè)橋吊腿處設(shè)置雙集裝箱平臺；單小車類型為“單卷揚機+雙起升吊具上架”；在陸側(cè)橋吊腿處的平臺上（可放2個45英尺集裝箱）進行解鎖處理。

（2）方案2（單小車橋吊方案） 單小車類型為“單卷揚機+雙起升吊具上架”；在橋吊軌距內(nèi)的地上進行解鎖處理。

（3）方案3（雙小車橋吊方案） 陸側(cè)橋吊腿處設(shè)置平臺，配備單起升門架橋吊；海側(cè)小車類型為“單卷揚機+雙起升吊具上架”；門架小車類型為單卷揚機，其可與單個自動導(dǎo)引小車交互；在陸側(cè)橋吊腿處的平臺上（可放2個45英尺集裝箱）進行解鎖處理。

（4）方案4（雙小車橋吊方案） 陸側(cè)橋吊腿處設(shè)置平臺，配備雙起升門架橋吊；海側(cè)小車類型為“單卷揚機+雙起升吊具上架”；門架小車類型為雙起升小車，以便進行雙起升操作；在陸側(cè)橋吊腿處的平臺上（可放2個45英尺集裝箱）進行解鎖處理。

3.1.2 水平運輸機械（自動導(dǎo)引小車或跨運車）

從作業(yè)效率指標來考量，跨運車因不需要耦合，其作業(yè)效率高于自動導(dǎo)引小車；不過，迄今為止，自動化碼頭采用的跨運車都是人工跨運車，自動跨運車雖已研發(fā)成功，但未投入使用。英國的倫敦門戶碼頭目前正在實施人工跨運車升級為自動跨運車的項目，但遇到的困難較多，進展緩慢。具體來看，自動化集裝箱碼頭水平運輸機械的配備方案有：（1）自動導(dǎo)引小車；（2）帶舉升自動導(dǎo)引小車+支架；（3）人工跨運車；（4）自動跨運車。

3.1.3 堆場裝卸設(shè)備

自動化集裝箱碼頭堆場裝卸設(shè)備的配備方案有：（1）水平式電動輪胎吊；（2）水平式懸臂梁式軌道吊；（3）垂直式軌道吊；（4）垂直式懸臂梁式軌道吊；（5）垂直式軌道吊+穿梭小車。自動化集裝箱碼頭堆場裝卸設(shè)備與水平運輸設(shè)備配置如圖2所示。

3.1.4 小結(jié)

集裝箱作業(yè)是流程化作業(yè)，是多場景、多環(huán)節(jié)的協(xié)同作業(yè)，木桶效應(yīng)決定作業(yè)過程中最薄弱環(huán)節(jié)的效率就是整體作業(yè)效率，因此，單純地提高某個環(huán)節(jié)的效率毫無意義。實踐證明，水平運輸效率和堆場裝卸效率可以通過優(yōu)化機械配置得到有效提升，只有海側(cè)橋吊效率在橋吊技術(shù)沒有重大突破前不會有較大的提升。自動化集裝箱碼頭應(yīng)根據(jù)其目標效率選擇橋吊類型，并根據(jù)橋吊類型配置相應(yīng)類型和數(shù)量的水平運輸設(shè)備和堆場裝卸設(shè)備。

3.2 自動化集裝箱碼頭生產(chǎn)控制軟件現(xiàn)狀

當前，自動化集裝箱碼頭生產(chǎn)控制軟件的選擇范圍十分有限，已經(jīng)上線運營的只有美國Navis公司的SPARCS3.5和N4系統(tǒng)。近年，韓國的CyberLogitec軟件公司開始進軍自動化集裝箱碼頭生產(chǎn)控制軟件市場，成功開發(fā)自動化集裝箱碼頭生產(chǎn)控制軟件；但因自動化集裝箱碼頭項目的復(fù)雜性，還沒有碼頭敢于嘗試未經(jīng)過驗證的生產(chǎn)控制軟件，如何邁出軟件應(yīng)用的第一步，對CyberLogitec軟件公司是巨大的考驗。相信不久的將來，Navis公司壟斷自動化集裝箱碼頭生產(chǎn)控制軟件市場的狀況會有所改變。

3.3 全球主要自動化集裝箱碼頭軟硬件配置

全球主要自動化集裝箱碼頭生產(chǎn)控制系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)和電控設(shè)備配置比較見表2。

自動化集裝箱碼頭軟硬件配置應(yīng)遵循以下原則：（1）選擇有與成功自動化集裝箱碼頭合作經(jīng)驗的軟硬件供應(yīng)商；（2）選擇經(jīng)成功自動化集裝箱碼頭驗證的軟硬件產(chǎn)品；（3）選擇經(jīng)成功自動化集裝箱碼頭驗證的軟硬件配置。

4 自動化集裝箱碼頭規(guī)劃建設(shè)應(yīng)注意的 問題

4.1 組建專業(yè)的項目管理團隊

國外自動化集裝箱碼頭建設(shè)有專業(yè)的項目管理團隊，提供從最初的構(gòu)思、測算、模擬、規(guī)劃、設(shè)計到后續(xù)施工、測試、試運營等全方位服務(wù)。專業(yè)團隊因其自身的經(jīng)驗和素質(zhì)，在項目進度的控制、風險的規(guī)避等方面具有很大優(yōu)勢。我國沒有專門的自動化集裝箱碼頭建設(shè)團隊，一般由碼頭運營商從其內(nèi)部挑選優(yōu)秀的碼頭從業(yè)者組建項目團隊。碼頭運營與碼頭建設(shè)是二個截然不同的領(lǐng)域，無形中給碼頭建設(shè)增加很多不確定因素和風險，這種現(xiàn)狀短期內(nèi)無法改變；因此，專業(yè)的項目管理團隊除應(yīng)納入優(yōu)秀的碼頭從業(yè)者之外，還應(yīng)增加優(yōu)秀的項目管理人員。

4.2 自動化操作的配置及人工解決客戶化服務(wù) 需求

各個口岸都有自己的口岸特色，每個自動化集裝箱碼頭運營商都致力于采用最適合自己的自動化配置，給客戶提供最優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。自動化的前提是標準化，不能寄希望于用自動化的系統(tǒng)處理所有客戶化服務(wù)的問題，一些作業(yè)量較小的客戶化服務(wù)應(yīng)盡量采取人工處理的方式，以降低自動化系統(tǒng)復(fù)雜程度和碼頭運營風險。

4.3 選擇合適的供應(yīng)商

自動化集裝箱碼頭建設(shè)是一個系統(tǒng)項目，涉及各供應(yīng)商及各種軟硬件的整合等。在選擇供應(yīng)商方面，應(yīng)選擇熟悉的供應(yīng)商，以便有效溝通，且應(yīng)選擇在相關(guān)技術(shù)、項目方法和測試方法等方面經(jīng)驗豐富的供應(yīng)商?？傊?，選擇有豐富合作經(jīng)驗的供應(yīng)商以及經(jīng)過驗證的軟硬件組合會有效降低項目風險。

4.4 充分考慮軟硬件測試的重要性和困難性

自動化集裝箱碼頭上線運營前必須通過測試，測試類型分為實驗室測試、實船測試、單機種單機測試、單機種多機測試、多機種聯(lián)合測試、壓力測試、跑量耐久測試、全場聯(lián)合測試等。自動化碼頭的每一臺單機、每一個系統(tǒng)和每一個工況流程都必須經(jīng)過大量的測試取得如期的結(jié)果后才能上線運營。測試應(yīng)當遵循由易及難、由點及面、由模擬及現(xiàn)實的原則：最初可以先進行實驗室測試，從單系統(tǒng)、雙系統(tǒng)到多系統(tǒng)、全系統(tǒng)，逐步增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性；設(shè)備方面可以由單機、單環(huán)節(jié)測試至多機、全流程測試，逐步接入多機種、多設(shè)備。

4.5 設(shè)計初期需要考慮政府職能部門監(jiān)管問題

自動化集裝箱碼頭建設(shè)需要較長的周期，在規(guī)劃設(shè)計之初就需要考慮港口監(jiān)管模式可能發(fā)生的改變，準備備選方案，不能因只考慮生產(chǎn)操作的便利性而忽略監(jiān)管問題。為此，可以在籌備初期就與港口監(jiān)管部門溝通，就自動化碼頭建設(shè)的大體思路和方向達成一致，力求事半功倍。

5 結(jié)束語

目前，我國自動化集裝箱碼頭建設(shè)蓬勃發(fā)展，雖然起步略晚于國外自動化集裝箱碼頭，但因為擁有可供借鑒的經(jīng)驗和自動化控制技術(shù)新發(fā)展的優(yōu)勢，在設(shè)計初期就提出了相對于國外自動化集裝箱碼頭自動化程度更高、作業(yè)效率更高、綠色環(huán)保程度更高的要求和目標。相信我國自動化集裝箱碼頭一定會引領(lǐng)未來自動化集裝箱碼頭發(fā)展的新潮流。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2016-09-21）