◎ 王浩 中交水運規(guī)劃設計院有限公司

目前，我國集裝箱碼頭的運營作業(yè)中，裝卸工藝的系統(tǒng)方式始終都是一個重要環(huán)節(jié)，在碼頭總體設計過程中占有舉足輕重的影響。對于港口來說，集裝箱的裝卸工藝屬于一個生產(chǎn)作業(yè)方式，主要是將碼頭貨物進行裝卸、運輸、拆裝箱和查驗等作業(yè)，為此在碼頭裝卸中，應高度重視集裝箱裝卸工藝設計，不斷優(yōu)化與升級集裝箱裝卸工藝，以有效提高碼頭裝卸作業(yè)中的人力機械的使用效率，促使港口物流運輸更加經(jīng)濟合理，更為高效、安全的完成裝卸作業(yè)，實現(xiàn)碼頭裝卸工作效益的明顯提升，港口機械發(fā)展歷程如圖1所示。

圖1 港口機械發(fā)展歷程

1.當前集裝箱的碼頭裝卸工藝存在的問題

（1）港內(nèi)集裝箱卡車空駛嚴重。在眾多的港口作業(yè)過程中，集裝箱卡車（集卡）的運輸往往存在線路單一問題，特別是隨著集裝箱船舶大型化，碼頭前沿集卡的運行在大多數(shù)的時間始終處于一種狀態(tài)或較為單一的狀態(tài)，比如裝卸船、拆解鎖、堆場堆取箱和拆裝箱查驗等，當集卡完成該項作業(yè)后，通常情況下會空駛回去進行第二次作業(yè)，由此導致集卡的大部分時間都處于空缺狀態(tài)，利用率較低，提高了作業(yè)的成本，降低了碼頭競爭性。

（2）港外集裝箱卡車組織雜亂。通常在港內(nèi)、港外的集裝箱卡車（集卡），都是根據(jù)噸位進行貨物的拉運，往往司機較為注重貨物的重量、可出車的次數(shù)，所以拉運輕小貨物的意愿性較低，加之很多集卡存在嚴重的組織混亂現(xiàn)象，從而很多調(diào)度難以真正落實，由此一來，不僅會導致港外集卡的利用率低下，交貨的時間較長，還會影響港口的正常運營。

（3）裝卸工藝設備配置不合理?，F(xiàn)有很多碼頭的裝卸工藝設備都是按照集裝箱船舶的噸級和集裝箱數(shù)量，來分配集裝箱場橋，但是部分船舶是不需要進行全部集裝箱裝卸的，倒箱率較高和單船裝卸箱量較小，導致集裝箱場橋的配置不合理，利用率不高。加之堆場作業(yè)的出勤數(shù)量都是由當天需要作業(yè)船舶的數(shù)量所決定，并非當天需要進行堆場裝卸作業(yè)的集裝箱數(shù)量所決定，所以根據(jù)這一要求進行配置，便會導致集裝箱堆場的裝卸工藝作業(yè)設備的工作量不平衡，由此造成資源浪費。

2.集裝箱碼頭裝卸工藝方案

2.1 集裝箱船舶裝卸工藝

專業(yè)化集裝箱碼頭裝卸船作業(yè)通常采用岸邊集裝箱裝卸橋(簡稱岸橋)。岸橋按照起重能力以及小車形式的不同通?？梢苑譃槠胀ò稑?、雙40英尺箱岸橋、雙小車岸橋、雙小車雙40英尺岸橋等（見圖1～4）。

圖1 常規(guī)岸橋

圖2 雙小車岸橋

圖3 雙40英尺岸橋

圖4 雙小車雙40英尺岸橋

2.2 集裝箱水平運輸裝卸工藝

集裝箱卡車（底盤車）裝卸工藝，即碼頭水平運輸，裝卸方法為船舶貨物卸載時，利用集裝箱裝卸橋，在掛車上直接放置卸下的貨物，隨后借助牽引車幫助，按順序?qū)⒇浳锒逊旁诙褕?，這種裝卸工藝無需相對繁瑣的操作環(huán)節(jié)，具有較高的運輸能力，且搬運便捷，并且不會損壞貨物，十分適用于遠距離卸貨。目前用于集裝箱碼頭的水平運輸設備主要采用傳統(tǒng)集卡、傳統(tǒng)跨運車（Shuttle）、智能型集卡（ICT）、智能導引運輸車（IGV）、自動導引運輸車（AGV）和無人駕駛跨箱搬運車（ASH，其優(yōu)勢在于占地小且節(jié)約費用）。

2.3 集裝箱堆場裝卸工藝

集裝箱碼頭的堆場裝卸設備主要采用跨運車、高架行車、輪胎式集裝箱場橋（RTG）和軌道式集裝箱場橋（RMG）。RTG作業(yè)方式技術成熟、靈活方便、使用經(jīng)驗豐富，但存在能耗大、噪聲和廢氣污染嚴重等。RMG具有維修成本低，對位精度高，穩(wěn)定性好，更大的跨度和堆碼高度，堆存高度與碼頭運營成本相對關系如圖5所示。

圖5 堆存高度與成本相對關系

3.集裝箱碼頭裝卸工藝系統(tǒng)優(yōu)化策略

3.1 提升自動化裝卸工藝設備比重

船舶大型化、航運聯(lián)盟常態(tài)化、港口創(chuàng)新發(fā)展成為常態(tài)，全球范圍內(nèi)對綠色智慧港口的需求提升到了新高度，未來集裝箱碼頭將向“三低”即低消耗、低排放、低污染，和“三高”即高穩(wěn)定、高效率、高效益的方向發(fā)展。港口企業(yè)面臨產(chǎn)業(yè)、市場、技術現(xiàn)實需求，實現(xiàn)碼頭設備自動化，在作業(yè)人員配置、裝卸作業(yè)效率、精準服務和運營品質(zhì)上可打造其港口生態(tài)圈，提升核心競爭力。為此，在集裝箱碼頭的裝卸工藝系統(tǒng)優(yōu)化策略中，首要前提便是提升自動化設備比重，比如運用船岸裝卸、水平運輸和堆場作業(yè)中，適當運用自動化設備，來增強裝卸效率，減少裝卸時間，降低生產(chǎn)成本，充分發(fā)揮自動化設備的優(yōu)越性。

3.2 合理壓縮工藝中斷時間

集裝箱裝卸過程中斷，主要是因為采用全新的裝卸工藝，其新裝卸工藝并未充分發(fā)揮出其具有的作用，無法經(jīng)過港口集裝箱裝卸的實踐考驗，由此出現(xiàn)裝卸過程中的機械設備使用不協(xié)調(diào)、人工安排不協(xié)調(diào)等問題。為此，在集裝箱碼頭裝卸優(yōu)化中，要針對上述問題進行全面的考慮，對于涉及的人力安排、機械安排與配套設施安排等問題，及時發(fā)現(xiàn)裝卸過程中的中斷環(huán)節(jié)，盡最大程度減少流程中工藝中斷時間，為裝卸作業(yè)節(jié)省更多時間，進一步提升裝卸效率。

3.3 高度重視裝卸安全

在集裝箱碼頭裝卸過程中，安全始終都是最為重要的因素，實時監(jiān)控各個裝卸環(huán)節(jié)與作業(yè)環(huán)境，監(jiān)督裝卸作業(yè)的流程，確保所有參與裝卸工作的人員、機械器具，全部達到相關安全要求。與此同時，安排專門的人員負責對裝卸過程中的人員安全、物品安全加以監(jiān)管，根據(jù)相應的安全生產(chǎn)規(guī)定制度，做好集裝箱裝卸中的安全事故預防，定期或不定期的進行安全檢查，從而減少工傷事故的發(fā)生，實現(xiàn)集裝箱的安全裝卸作業(yè)。

3.4 嚴格調(diào)度設備

考慮港口船舶的作業(yè)特點，安排好船舶作業(yè)次序。當船舶?？扛劭诤螅鶕?jù)實際情況安排設備作業(yè)，將相應數(shù)量的岸橋分配到各個泊位，并保證數(shù)量匹配。合理規(guī)劃泊位使用，提高泊位利用率。當船舶停靠相應泊位后，裝卸箱作業(yè)開始，遵循先裝后卸的原則，內(nèi)卡有序通過，依次完成接卸和水平運輸。由此提高執(zhí)行效率，并且在保證貨物安全同時，達到最大化效益，最大程度上實現(xiàn)貨物周轉。

4.某碼頭裝卸工藝方案設計

根據(jù)以上裝卸工藝的系統(tǒng)分析，提出針對某岸線長度1400m的集裝箱碼頭項目的設計優(yōu)化方案。

4.1 船岸裝卸工藝

現(xiàn)代大型集裝箱碼頭通常采用的普通岸橋，其額定起重量達到吊具下61（65）t，可一次吊裝一個40（20）英尺集裝箱或兩個20英尺集裝箱。雙40英尺岸橋?qū)λそY構、水平運輸、生產(chǎn)管理系統(tǒng)和船舶配載提出了更高要求。雙小車岸橋其造價高，荷載大，與水平運輸銜接復雜，尤其是對前沿作業(yè)區(qū)的寬度要求較大。本方案碼頭為離岸引橋式，碼頭寬度為59m，前沿區(qū)寬度有限，且需考慮艙蓋板和通行車道等布置。根據(jù)以上分析設計采用軌距35m，起重量65t，最大外伸70m的遠程操控雙20英尺岸橋。

4.2 水平運輸裝卸工藝

ICT是基于傳統(tǒng)集裝箱牽引車作業(yè)邏輯打造的具有自動駕駛、自動導航等功能的自動化集裝箱碼頭水平運輸設備，其僅起到牽引作用，通過搭配傳統(tǒng)集裝箱半掛車完成集裝箱的水平運輸，相對傳統(tǒng)人工集卡有著更小的轉彎半徑，自重輕、能耗低、能源效率系數(shù)高，維護成本較低等特點。本方案設計采用智能集卡ICT。

4.3 集裝箱堆場裝卸工藝

為最大化堆場的堆存能力，充分考慮港區(qū)自動化發(fā)展，同時適應內(nèi)外集卡同時進堆場接卸箱作業(yè)，本方案集裝箱場橋設計采用雙懸臂軌道場橋。方案的平面布置如圖6所示，斷面如圖7所示。

圖6 集裝箱碼頭設計布置圖

圖7 集裝箱碼頭設計斷面

根據(jù)智能集卡功能發(fā)展趨勢，現(xiàn)階段可通過圍網(wǎng)或隔離欄和交通信號燈（控制反饋與ECS系統(tǒng)同步）等措施對內(nèi)外集卡的車道隔離，遠期可做到完全混行運輸作業(yè)。

4.4 裝卸工藝設備配置及技術指標

共配置的岸橋18臺；起升能力41t，軌距37m，堆5過6 的雙懸臂ARMG54臺，智能集卡108輛。

本項目碼頭通過能力根據(jù)以下公式計算：

式中，P－集裝箱泊位年通過能力（TEU）；T－泊位年營運天數(shù)；A－泊位有效利用率；p－設計船時效率TEU/h；Q－集裝箱單船裝卸箱量；t－晝夜裝卸作業(yè)時間；t－船舶裝卸輔助作業(yè)及船舶靠離泊時間之和；t－晝夜小時數(shù)；n－岸邊集裝箱裝卸橋配備臺數(shù)；p－岸邊集裝箱裝卸橋臺時效率（自然箱/h）；K－集裝箱標準箱折算系數(shù)；K－岸邊集裝箱裝卸橋同時作業(yè)率；K－裝卸船作業(yè)倒箱率；K－可吊雙箱和雙小車集裝箱裝卸橋船時效率提高系數(shù)。

計算得本項目3個20萬噸級碼頭通過能力為380萬TEU/a。

4.5 裝卸工藝系統(tǒng)優(yōu)化對比

針對本項目對裝卸工藝系統(tǒng)的設計與優(yōu)化策略，岸橋采用遠程操控型、港內(nèi)集卡及集裝箱場橋采用自動化作業(yè)，僅對長期空箱區(qū)、查驗及拆裝箱區(qū)和其他輔助作業(yè)采用人工裝卸設備，港區(qū)裝卸設備自動化率超過90%；并根據(jù)港區(qū)轉水率近30%的特點，劃定前沿堆場為轉水箱區(qū)，優(yōu)化了水平運輸路徑；區(qū)分內(nèi)外集卡的通行和作業(yè)車道以避免干涉帶來的作業(yè)中斷；通過港區(qū)設備調(diào)度系統(tǒng)（ECS）統(tǒng)籌安排了設備的裝卸作業(yè)；采用大跨距雙懸臂自動化軌道場橋，提高了堆場堆箱利用率和作業(yè)精度，精度提高、作業(yè)人員的減少為裝卸安全提供了保證。

通過以上的方案設計與優(yōu)化，使得項目的岸線設計通過能力達到26.21萬TEU/百米，與表1中其他規(guī)模的集裝箱碼頭具有明顯的能力提升。

表1 集裝箱碼頭裝卸工藝指標比較

5.結束語

綜上所述，集裝箱碼頭裝卸工藝系統(tǒng)優(yōu)化，可有效的提高集裝箱裝卸工作效率，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。文章以某岸線長度1450m的集裝箱碼頭項目為例，從岸線特點分析、岸橋小車及吊具的選型、集卡運輸適應性和場橋?qū)Χ严渥畲蠡玫确矫鎸ρb卸工藝系統(tǒng)進行優(yōu)化，雖各個集裝箱碼頭水轉水比例和泊位噸級有所差別，但本項目方案的百米岸線設計通過能力仍然屬于現(xiàn)階段的最優(yōu)水平。由此在最少的成本下，更快、更好的完成更多的裝卸工作，從而為其他碼頭裝卸項目提供參考。