馮蓬蓬

摘要 隨著經(jīng)濟(jì)全球化和區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的發(fā)展， “一路一帶”的建設(shè)，中國(guó)人口紅利的退去，碼頭面臨吞吐量和員工工資同時(shí)不斷增長(zhǎng)巨大壓力。因此，港口企業(yè)正面臨著提高碼頭裝卸作業(yè)效率，提高服務(wù)質(zhì)量以及管理水平，有效的降低運(yùn)營(yíng)成本的挑戰(zhàn)。自動(dòng)化碼頭成為碼頭發(fā)展的必然趨勢(shì)，本文從碼頭發(fā)展的歷史及自動(dòng)化碼頭的相關(guān)技術(shù)自動(dòng)化碼頭建設(shè)的技術(shù)問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)化碼頭 一路一帶 技術(shù)分析

麥肯錫在2017年1月發(fā)布的報(bào)告《可實(shí)現(xiàn)的未來(lái)：自動(dòng)化、就業(yè)和生產(chǎn)力》中提及到，自動(dòng)化技術(shù)的人機(jī)合作才能創(chuàng)造美好的未來(lái)。近年來(lái)隨著環(huán)境友好社會(huì)、綠色經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、低碳經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略的提出，港口的自動(dòng)化進(jìn)程也在加快。

亞洲經(jīng)濟(jì)的騰飛，“一路一帶”戰(zhàn)略的引領(lǐng)，2016年全球十大港口，7個(gè)來(lái)自中國(guó)，中國(guó)已經(jīng)成為世界經(jīng)濟(jì)的橋頭堡。港口作為貨物運(yùn)輸集散的中心，發(fā)揮著舉足輕重的作用，更是供應(yīng)鏈的重要樞紐和價(jià)值提升的關(guān)鍵。隨著人口紅利的失去，勞動(dòng)力成本與日俱增，碼頭正面』臨吞吐量與員工工資不斷增長(zhǎng)的巨大壓力。但是港口的自動(dòng)化水平整體仍然不高，廈門遠(yuǎn)海、上海洋山、青島港集裝箱自動(dòng)化碼頭走在了前列，本文擬從技術(shù)上分析自動(dòng)化碼頭的設(shè)備及工藝優(yōu)勢(shì)。

1 自動(dòng)化碼頭現(xiàn)狀

美國(guó)麥肯錫全球研究所正在進(jìn)行一項(xiàng)關(guān)于自動(dòng)化技術(shù)及其影響的研究項(xiàng)目，在其2017年1月發(fā)布的（Afuturethatworks：Automation， employment， andproductivity）中，麥肯錫報(bào)告強(qiáng)調(diào)人機(jī)協(xié)作才能創(chuàng)造更好的未來(lái)。對(duì)港口企業(yè)而言，自動(dòng)化碼頭就是人機(jī)合作。

1.1 概念

自動(dòng)化碼頭是指碼頭利用先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)設(shè)備，通過(guò)對(duì)信息的獲取、分析、處理等活動(dòng)，讓碼頭在少數(shù)人的操控下自動(dòng)進(jìn)行碼頭各種經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。主要有堆場(chǎng)作業(yè)、岸邊作業(yè)、水平作業(yè)和控制系統(tǒng)組成。

堆場(chǎng)作業(yè)是集裝箱裝卸、轉(zhuǎn)運(yùn)、保管的作業(yè)，指的是從車到場(chǎng)或從場(chǎng)到車的過(guò)程，主要用到的設(shè)備是集裝箱正面吊、跨運(yùn)車、軌道式龍門吊、輪胎式龍門吊等。

集裝箱正面吊是用來(lái)裝卸集裝箱的起重機(jī)，流動(dòng)機(jī)械，能用于20英尺、40英尺集裝箱裝卸作業(yè)，可上下也可左右，靈活，作業(yè)效率高?？邕\(yùn)車承擔(dān)水平運(yùn)輸和集裝箱的堆場(chǎng)作業(yè)，機(jī)動(dòng)性靈活，效率高，輪壓低。軌道式龍門吊，是橋式起重機(jī)，造價(jià)高，輪胎式龍門吊胎壓高，但是跨度和高度都比跨運(yùn)車大。

岸邊作業(yè)是從岸到集裝箱船或從船到岸的作業(yè)，進(jìn)口集裝箱由裝卸橋（橋吊）卸下貨物裝在底盤車或AGV車上，出口貨物時(shí)由裝卸橋?qū)⒓b箱安放在集裝箱船上。集裝箱船擺放的集裝箱層數(shù)越高，需要裝卸橋起升高度越大，對(duì)裝卸橋要求越大。集裝箱船寬度大，裝卸橋的外伸距越大。裝卸橋經(jīng)歷了5代發(fā)展，已經(jīng)由最早的低起重，短跨距、伸距，己發(fā)展到高起重，長(zhǎng)跨距、伸距，效率也提升。

水平作業(yè)是指從岸邊到堆場(chǎng)或從堆場(chǎng)到岸邊的作業(yè)，目前水平作業(yè)多是集裝箱卡車或AGV完成。集裝箱卡車是人駕駛，AGV車自動(dòng)化碼頭中最為廣泛應(yīng)用的水平轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備。由中央控制室，無(wú)人駕駛，精確定位，自動(dòng)導(dǎo)航，污染性小，逐漸代替集裝箱卡車。隨著岸橋技術(shù)的發(fā)展，AGV也實(shí)現(xiàn)了從只運(yùn)載一個(gè)集裝箱到運(yùn)載多個(gè)集裝箱的跨越式發(fā)展。

1.2 自動(dòng)化碼頭的演變

最早一代的集裝箱自動(dòng)化碼頭代表是上世紀(jì)90年代的荷蘭鹿特丹港ECT碼頭，岸橋是單小車結(jié)構(gòu)，水平運(yùn)輸是AGV小車沿固定圓形路線，堆場(chǎng)采取軌道吊，當(dāng)時(shí)自動(dòng)化導(dǎo)引車還是內(nèi)燃機(jī)而非現(xiàn)在的電驅(qū)動(dòng)。

二代集裝箱自動(dòng)化碼頭的代表是德國(guó)漢堡港CTA碼頭，岸橋是雙小車結(jié)構(gòu)，水平運(yùn)輸改換了靈活路線的AGV小車，堆場(chǎng)仍然采取軌道吊，只是增加到2個(gè)軌道吊，穿越式布置，利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對(duì)路徑規(guī)劃和設(shè)備調(diào)度進(jìn)行了優(yōu)化處理。AGV小車不再沿著固定路線，而是雷達(dá)導(dǎo)航通過(guò)，效率更高。兩臺(tái)軌道吊能夠很好的應(yīng)付事故，但是相應(yīng)的投資也增大。

第三代自動(dòng)化碼頭代表是鹿特丹港Euromax碼頭，雙小車岸橋+AGV+ARMG。與第二代相比，堆場(chǎng)軌道吊采取了接力式對(duì)稱布置，AGV的驅(qū)動(dòng)也由內(nèi)燃機(jī)升級(jí)電力驅(qū)動(dòng)以減少碳排放，每個(gè)箱區(qū)都有AGV通道。

第四代代表，分別是廈門遠(yuǎn)海自動(dòng)化碼頭、上海洋山港四期自動(dòng)化碼頭，青島港集裝箱自動(dòng)化碼頭，都是由中國(guó)振華重工建設(shè)，填補(bǔ)了自動(dòng)化碼頭的空白。

2 集裝箱碼頭的裝卸工藝

裝卸工藝是指集裝箱碼頭在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)集裝箱位移的方法和程序。裝卸工藝不斷改進(jìn)，提高港口的生產(chǎn)效率，但是現(xiàn)有的集裝箱碼頭的自動(dòng)化程度不足，主要有以下工藝：

2.1 裝卸橋一拖掛車

該種工藝投資較小，但是裝卸效率低下，實(shí)現(xiàn)“門對(duì)門”的服務(wù)，存儲(chǔ)能力有限，假設(shè)在堆場(chǎng)堆存則需要使用正面吊等設(shè)備。

2.2 裝卸橋一拖掛車一輪胎吊（龍門吊）

該種工藝投資較大，裝卸效率也高，存儲(chǔ)能力有了提升，是常見(jiàn)的形式，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。全自動(dòng)軌道式龍門集裝箱起重機(jī)ARMG采用電力驅(qū)動(dòng)，清潔環(huán)保，全自動(dòng)輪胎式龍門集裝箱起重機(jī)ARTG采用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，各有優(yōu)勢(shì)。

2.3 裝卸橋一跨運(yùn)車（叉車）等流動(dòng)機(jī)械

該工藝投資適中，設(shè)備組合靈活，但是自動(dòng)化程度較低，叉車裝卸效率低，跨運(yùn)車胎壓受限。

2.4 裝卸橋-AGV自動(dòng)導(dǎo)引車一輪胎吊（龍門吊）

該工藝?yán)肁GV代替了傳統(tǒng)的拖掛車，堆場(chǎng)內(nèi)每個(gè)箱道都設(shè)置AGV通道，既節(jié)省了油耗，又提高了效率，AGV自動(dòng)導(dǎo)引車可以按照既定軌道運(yùn)行，也可以GPS定位行駛。

2.5 岸橋一高架式軌道式運(yùn)輸系統(tǒng)一全自動(dòng)軌道式龍門起重機(jī)

該工藝采用利用高架式軌道運(yùn)輸系統(tǒng)取代水平運(yùn)輸設(shè)備，避免對(duì)地面交通造成干擾，空間利用效率高，但是投資較大。

岸橋裝卸也隨著效率的要求和技術(shù)的改進(jìn)發(fā)生了變化，原來(lái)的雙40英尺岸橋是吊具下可同時(shí)起吊2個(gè)40英尺或4個(gè)20英尺集裝箱。目前普遍采用雙箱雙小車岸橋，一個(gè)是海側(cè)小車，一個(gè)陸側(cè)小車，兩小車一高一低，交替工作，提高了工作效率。主小車的起升高度是40米以上，方便對(duì)大船進(jìn)行裝卸作業(yè)，后小車主要作用中轉(zhuǎn)平臺(tái)，將集裝箱裝在AGV車上，后車速度比前車快。

總的來(lái)說(shuō)裝卸工藝就是岸邊、堆場(chǎng)、堆場(chǎng)到岸邊三部分的貨物移動(dòng)，根據(jù)不同需求，場(chǎng)橋和岸橋間會(huì)有幾種不同的方案，比如岸和場(chǎng)間可以跨運(yùn)車、拖掛車、AGV車，岸和場(chǎng)間還可以增加擺渡橋，這就形成了二橋三車，三橋五車等結(jié)構(gòu)。

3 集裝箱自動(dòng)化碼頭可能存在的問(wèn)題

AGV自動(dòng)化導(dǎo)引小車的使用給集裝箱裝卸提供便利的同時(shí)，但同時(shí)其導(dǎo)航設(shè)備與系統(tǒng)投資高昂，使得很多港口企業(yè)望而卻步。同時(shí)AGV小車可采用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)模式也可采取電驅(qū)動(dòng)，內(nèi)燃機(jī)也給碼頭運(yùn)行過(guò)程中帶來(lái)巨大的噪音污染與廢氣污染，電力驅(qū)動(dòng)存在快速充電問(wèn)題。AGV自動(dòng)導(dǎo)航小車依賴GPS或者北斗導(dǎo)航轉(zhuǎn)運(yùn)，但是系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障，沒(méi)有拖掛車事故率低。而且一旦AGV運(yùn)行數(shù)量增多，系統(tǒng)路線優(yōu)化的壓力增大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)運(yùn)車輛容易發(fā)生碰撞、堵塞，從而給集裝箱的裝卸造成了額外的負(fù)擔(dān)。

另外傳統(tǒng)的港機(jī)設(shè)備是人來(lái)判斷形狀，自動(dòng)化碼頭則需要技術(shù)代替駕駛員對(duì)集裝箱識(shí)別，在任何天氣下無(wú)論是惡劣天氣還是正常狀況，都必須穩(wěn)定的操作，機(jī)器偶爾發(fā)生故障會(huì)帶來(lái)效率不穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)集裝箱自動(dòng)化碼頭演進(jìn)以及對(duì)自動(dòng)化碼頭工藝的分析，可知碼頭自動(dòng)化是未來(lái)的趨勢(shì)，大型岸橋是首選，而雙箱雙小車是最匹配AGV小車的工藝方案。隨著港口對(duì)效率和穩(wěn)定的要求，工藝上注定還要提升，比如碰撞、搖擺、導(dǎo)航、續(xù)航等問(wèn)題都有待改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1]王榮明，張國(guó)維，龍友，高效集裝箱碼頭裝卸工藝方案探討[J].水運(yùn)工程，2006 （10）：116 -119，

[2]嚴(yán)立，新型集裝箱自動(dòng)化碼頭裝卸工藝方案[J]，現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2017 （03）：168 -168.

[3]張以穎，吳青，自動(dòng)化碼頭建設(shè)對(duì)我國(guó)港口的影響分析 以廈門遠(yuǎn)海自動(dòng)化碼頭為例[J].航海，2016 （02）：65-68.

[4]梁燕，吳富生，葉軍.一種新型立體軌道式自動(dòng)化集裝箱碼頭及其效能分析[J].中國(guó)機(jī)械工程，2012，23 （02）：135-138.