陸俊琳

摘 要：作為"綠色港口、智慧港口"建設(shè)的重要舉措——集裝箱自動(dòng)化碼頭的建設(shè)已在全國各大港口展開，建設(shè)之前的經(jīng)濟(jì)論證，建成之后的生產(chǎn)運(yùn)營，特別是當(dāng)前國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)形勢下如何最大限度的發(fā)揮自動(dòng)化碼頭的作用，在新一輪港口競爭中，如何凸顯自動(dòng)化碼頭的優(yōu)勢，是本文論述的重點(diǎn)。本文就自動(dòng)化集裝箱碼頭應(yīng)用及建設(shè)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化;集裝箱碼頭;應(yīng)用

引言

全自動(dòng)化集裝箱碼頭（ 簡稱自動(dòng)化碼頭） 能夠降低運(yùn)營成本和生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，提升作業(yè)效率和服務(wù)質(zhì)量，利于節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)，已成為集裝箱碼頭未來發(fā)展的方向。然而，由于碼頭生產(chǎn)作業(yè)工況復(fù)雜，自動(dòng)化設(shè)備繁多且各系統(tǒng)耦合度較高，對自動(dòng)化碼頭設(shè)備控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)提出更加嚴(yán)苛的要求。

一、自動(dòng)化碼頭概述

自動(dòng)化集裝箱碼頭按照水平運(yùn)輸是否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化分為半自動(dòng)化集裝箱碼頭和全自動(dòng)化集裝箱碼頭。半自動(dòng)化集裝箱碼頭堆場實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，水平運(yùn)輸和岸橋裝卸仍保留人工操作;全自動(dòng)化集裝箱碼頭除在岸橋跟集裝箱船之間著箱作業(yè)保留人工遠(yuǎn)程操控外，整個(gè)碼頭作業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

二、自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)面臨的決策問題

（一）堆場布局選擇

自動(dòng)化集裝箱碼頭堆場為封閉式堆場，實(shí)行自動(dòng)化集裝箱作業(yè)，禁止車輛和人員進(jìn)入。集裝箱碼頭堆場根據(jù)堆場布置方向，即堆場主要作業(yè)設(shè)備的軌道方向或行走軌跡方向，可分為平行岸線式和垂直岸線式。由人工碼頭改造而成的自動(dòng)化集裝箱碼頭多采用平行岸線式;新建的自動(dòng)化集裝箱碼頭多采用垂直岸線式，碼頭與堆場間采用自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備不進(jìn)入箱區(qū)，在空間上可以將海側(cè)的自動(dòng)化車流與陸側(cè)人工駕駛的集卡車輛自然分離，避免作業(yè)沖突，使碼頭與堆場間的水平運(yùn)輸距離最短。

（二）裝卸工藝選擇

（1）岸橋+自動(dòng)跨運(yùn)車+自動(dòng)化軌道吊

該工藝碼頭裝卸作業(yè)采用單小車岸橋，水平運(yùn)輸采用自動(dòng)跨運(yùn)車（A-SHC），堆場作業(yè)采用自動(dòng)化軌道吊。堆場均為垂直碼頭岸線布置，跨運(yùn)車和外集卡分別在堆場集裝箱區(qū)的兩端與軌道吊進(jìn)行作業(yè)交接。由于跨運(yùn)車的導(dǎo)航及定位精度相對AGV較低，因此目前采用該工藝系統(tǒng)的自動(dòng)化碼頭，大多采用了分步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的策略，即近期水平運(yùn)輸采用人工駕駛，以保證作業(yè)安全和效率，工藝系統(tǒng)3個(gè)環(huán)節(jié)中僅實(shí)現(xiàn)堆場作業(yè)的自動(dòng)化，待相關(guān)技術(shù)進(jìn)一步成熟后跨運(yùn)車再升級為無人駕駛，實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)輸和堆場作業(yè)的自動(dòng)化。其代表性碼頭有倫敦Gateway碼頭。

（2）岸橋+自動(dòng)導(dǎo)引車+自動(dòng)化輪胎吊

該工藝碼頭裝卸作業(yè)采用單小車岸橋或雙小車岸橋，水平運(yùn)輸設(shè)備為自動(dòng)導(dǎo)引車，堆場作業(yè)設(shè)備為自動(dòng)輪胎吊（ARTG）。目前，只有日本名古屋港TobishimaTCB碼頭為節(jié)省工程投資和減小地震危害，堆場采用自動(dòng)化輪胎吊，港內(nèi)水平運(yùn)輸采用AGV，堆場平行碼頭岸線布置。

（3）岸橋+自動(dòng)跨運(yùn)車

該工藝碼頭裝卸作業(yè)采用單小車岸橋，水平運(yùn)輸設(shè)備和堆場作業(yè)設(shè)備由堆垛型自動(dòng)化跨運(yùn)車統(tǒng)一完成。澳大利亞布里斯班Patrick碼頭采用了與傳統(tǒng)跨運(yùn)車碼頭類似的裝卸系統(tǒng)和平面布局，水平運(yùn)輸和堆場裝卸均采用自動(dòng)化跨運(yùn)車，堆場的堆箱高度為2層，堆場面積利用率較低，外集卡在自動(dòng)化堆場陸側(cè)端的封閉區(qū)域進(jìn)行提、送箱。這種方案具有作業(yè)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少、流程簡單、工程投資低等特點(diǎn)，但堆場容量最小，只適用于規(guī)模較小、對堆場容量要求不高的自動(dòng)化碼頭。

（三）設(shè)備選型

（1）岸橋

自動(dòng)化集裝箱碼頭岸橋分為單小車岸橋和雙小車岸橋。雙小車岸橋?qū)鹘y(tǒng)單小車的裝卸動(dòng)作進(jìn)行分解，配置兩個(gè)小車機(jī)構(gòu)，并通過中轉(zhuǎn)平臺接力完成集裝箱的裝卸。雙小車岸橋的優(yōu)勢在于雙小車設(shè)計(jì)理論上可以壓縮岸橋的整體作業(yè)時(shí)間，提高裝卸效率20%左右，但是雙小車岸橋由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜價(jià)格高昂，且對地面、軌道等基礎(chǔ)設(shè)施的要求高，整體投資較大。

（2）水平運(yùn)輸設(shè)備

自動(dòng)化碼頭的水平運(yùn)輸設(shè)備主要有自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）和自動(dòng)跨運(yùn)車（A-SHC）兩種。AGV采用在運(yùn)行路線上設(shè)置導(dǎo)向磁釘作為導(dǎo)引方式，是自動(dòng)化集裝箱碼頭應(yīng)用最普遍的水平運(yùn)輸工具，按照功能可分為L-AGV和AGV+伴侶兩種。L-AGV工作時(shí)，由AGV升降平臺對設(shè)置在堆場海側(cè)交接區(qū)的固定集裝箱支架進(jìn)行起、落箱，能夠達(dá)到AGV無需被動(dòng)等待堆場設(shè)備作業(yè)的目的，減少AGV及軌道吊等待時(shí)間，從而減少AGV的配置數(shù)量，提高堆場的整體裝卸效率。AGV與伴侶工作時(shí)，將舉升裝置安置在交接區(qū)的支架上，實(shí)現(xiàn)AGV與自動(dòng)軌道吊的快速交接，可降低AGV自身質(zhì)量減小能源消耗。自動(dòng)跨運(yùn)車在取箱端和落箱端可以使得岸橋和場橋可以直接向地上取落箱，將碼頭的水平運(yùn)輸、堆場的堆箱作業(yè)以及岸橋的裝卸船作業(yè)分離開來，構(gòu)成了裝卸船和堆場堆存的有效緩沖，既提高了作業(yè)效率，同時(shí)又沒有降低堆場利用率。

三、自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)策略

（一）自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)考慮因素

綜合自動(dòng)化集裝箱碼頭的特點(diǎn)以及建設(shè)和運(yùn)營的需求，自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)重點(diǎn)考慮的因素可歸分三類：一是成本因素，即投入多少錢才合適，考慮近期成本和遠(yuǎn)期成本等問題;二是效率因素，采用什么樣的技術(shù)裝備，選擇什么樣的工藝模式能夠使碼頭效率最大化;三是發(fā)展因素，包括技術(shù)設(shè)備的更新、工藝的改進(jìn)和擴(kuò)建等。

（二）自動(dòng)化集裝箱碼頭整體建設(shè)方案

（1）新建半自動(dòng)化集裝箱碼頭/傳統(tǒng)集裝箱碼頭改造方案

這類碼頭建設(shè)時(shí)，建議堆場布局采用平行岸線式布置方式的封閉式堆場，裝卸工藝采用傳統(tǒng)單小車岸橋+集卡+自動(dòng)化軌道吊ARMG。此方案適合中小型港口，優(yōu)點(diǎn)是最大程度利用現(xiàn)有基建設(shè)施和作業(yè)設(shè)備，投資小，技術(shù)成熟，建設(shè)周期短，見效快。

（2）新建全自動(dòng)化集裝箱碼頭方案

一次性建設(shè)方案：堆場布局采用垂直岸線式布置方式的封閉式堆場，裝卸工藝為雙小車岸橋+自動(dòng)導(dǎo)引車AGV+自動(dòng)化軌道吊ARMG。

此方案能夠一次性實(shí)現(xiàn)碼頭全自動(dòng)化作業(yè)，適合后方陸地縱深有限、對堆場容量和堆場面積利用率要求高，且追求短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)的大型港口。優(yōu)點(diǎn)是利用先進(jìn)技術(shù)最大程度降低人工成本，極大提升碼頭作業(yè)效率和吞吐量，提升碼頭作業(yè)的安全性和規(guī)范化程度;缺點(diǎn)是一次性投資巨大、技術(shù)要求高、建設(shè)難度大且短時(shí)間內(nèi)無法達(dá)到設(shè)計(jì)裝卸效率。

分步建設(shè)方案：堆場布局采用垂直岸線式布置方式的封閉式堆場，裝卸工藝為雙小車岸橋和自動(dòng)化軌道吊ARMG，前期水平運(yùn)輸保留人工操作。此方案適合不追求短時(shí)間內(nèi)整體實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的大型港口，前期建設(shè)完成基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，實(shí)現(xiàn)岸邊裝卸和堆場作業(yè)自動(dòng)化，后期隨著技術(shù)成熟逐漸實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)省一次性投資，與傳統(tǒng)集裝箱碼頭相比能夠明顯提升整體效率，后期在水平運(yùn)輸設(shè)備上可以使用技術(shù)成熟更加先進(jìn)的無人集卡或者無人跨運(yùn)車代替AGV。

（三）自動(dòng)化集裝箱碼頭機(jī)械設(shè)備規(guī)劃方案

在追求碼頭整體效率的建設(shè)方案中，常以機(jī)械設(shè)備為切入點(diǎn)進(jìn)行規(guī)劃，其中優(yōu)先考慮的對象是岸橋。以自動(dòng)化岸橋作為起點(diǎn)，在能夠滿足橋吊的最大裝卸效率的前提下考慮AGV的速度和數(shù)量等參數(shù);當(dāng)集裝箱到達(dá)自動(dòng)化堆場時(shí)，再考慮不造成集裝箱海側(cè)交換區(qū)擁堵的前提下，ARMG所需要達(dá)到的裝卸效率。

四、結(jié)束語

經(jīng)過長期的測試和實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用驗(yàn)證，目前本系統(tǒng)能夠很好地滿足自動(dòng)化碼頭各項(xiàng)生產(chǎn)業(yè)務(wù)需求。同時(shí)，本系統(tǒng)也在不斷進(jìn)行優(yōu)化升級，以達(dá)到持續(xù)提升碼頭作業(yè)效率、節(jié)能降耗等目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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