自動化集裝箱碼頭堆場集疏運作業(yè)方案設計及優(yōu)化

董席亮+朱連義+曹陽

集裝箱碼頭堆場作業(yè)主要由海側(cè)作業(yè)和陸側(cè)作業(yè)組成。海側(cè)作業(yè)是為實現(xiàn)船舶與碼頭堆場間的集裝箱流轉(zhuǎn)而進行的作業(yè)；陸側(cè)作業(yè)是為實現(xiàn)碼頭堆場與陸路運輸設備間的集裝箱流轉(zhuǎn)而進行的作業(yè)。堆場陸側(cè)作業(yè)又稱為堆場集疏運作業(yè)：堆場集運指集裝箱從陸路運輸設備卸下并進入碼頭堆場的過程；堆場疏運指集裝箱從碼頭堆場提出并裝上陸路運輸設備的過程。堆場集疏運效率是影響碼頭整體作業(yè)效率的關鍵因素，只有足夠的集疏運能力才能保證堆場集裝箱周轉(zhuǎn)的靈活性，實現(xiàn)高效的船舶裝卸作業(yè)。集裝箱陸路運輸設備包括集卡和火車等，本文著重探討自動化集裝箱碼頭堆場區(qū)域內(nèi)集卡集疏運作業(yè)方式。

1 自動化集裝箱碼頭堆場集疏運作業(yè)現(xiàn)狀

自動化集裝箱碼頭堆場主要有開放式堆場和封閉式堆場。開放式堆場指允許人員和集卡進入的堆場區(qū)域，其集疏運方式與傳統(tǒng)人工碼頭堆場的集疏運方式一致，集卡到達目標箱位后，由軌道式集裝箱門式起重機（以下簡稱軌道吊）直接裝卸；封閉式堆場指不允許人員和車輛進入的堆場區(qū)域，集疏運必須在堆場陸側(cè)端部完成，其作業(yè)方式與傳統(tǒng)人工碼頭堆場作業(yè)方式差異較大。

現(xiàn)已建成的自動化集裝箱碼頭封閉式堆場大多在陸側(cè)設置緩沖區(qū)，以便進行集疏運裝卸作業(yè)（見圖1）。這種堆場集疏運方式的具體作業(yè)流程如下：（1）集卡進入碼頭區(qū)域后直接進入堆場陸側(cè)端部的緩沖區(qū)，然后倒車進入指定裝卸作業(yè)車道；（2）集卡停于指定裝卸作業(yè)車道的規(guī)定位置后，司機離開集卡并進入規(guī)定等待區(qū)域，觸發(fā)軌道吊作業(yè)指令；（3）軌道吊進入緩沖區(qū)進行集卡裝卸作業(yè)；（4）裝卸作業(yè)完成后，軌道吊退出緩沖區(qū)；（5）司機駕駛集卡離開緩沖區(qū)，完成裝卸作業(yè)。

圖1 堆場陸側(cè)緩沖區(qū)集疏運裝卸作業(yè)

上述堆場集疏運方式較好地解決了自動化集裝箱碼頭堆場封閉造成的裝卸作業(yè)不便的問題，大大提升自動化作業(yè)安全性。但需要說明的是，在這種堆場集疏運方式下，軌道吊需要帶箱長距離行走才能將集裝箱放置于目標箱位，導致整體裝卸作業(yè)效率較低且能耗較高。因此，該堆場集疏運方式在應用中存在一定局限性：一方面，受效率的限制，集疏運箱量較大的堆場不適于采取這種方式；另一方面，由于軌道吊需要帶箱行走，堆場縱深過長會進一步降低裝卸作業(yè)效率。

2 自動化集裝箱碼頭堆場集疏運作業(yè)方案設計

天津港具有“大出大進”的集疏運特點，這對碼頭堆場集疏運作業(yè)提出更高要求。為提高天津港自動化集裝箱碼頭堆場集疏運能力，研究人員致力于尋找集卡交通組織便利、整體裝卸效率較高的新型裝卸作業(yè)方案。天津港自動化集裝箱碼頭堆場采用新型梭車作業(yè)工藝系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有作業(yè)效率較高的優(yōu)點。在充分考慮與堆場梭車作業(yè)工藝系統(tǒng)銜接的基礎上，研究人員設計出多個堆場集疏運解決方案。

2.1 集卡倒車集疏運方案

集卡倒車集疏運方案是在自動化集裝箱碼頭原有陸側(cè)緩沖區(qū)集疏運方案的基礎上加入梭車系統(tǒng)后重新設計的集疏運方案，其布置形式如圖2所示。在該集疏運方案下，在堆場陸側(cè)端部設置用于集卡裝卸作業(yè)的緩沖區(qū)，并在堆場縱深方向布置梭車系統(tǒng)（圖2紫色區(qū)域為梭車運行區(qū)域），負責集裝箱在堆場內(nèi)的水平運輸。

圖2 集卡倒車集疏運方案布置形式

集卡倒車集疏運作業(yè)流程如下：（1）集卡采用倒車的方式進入緩沖區(qū)并到達指定裝卸位置；（2）軌道吊與梭車配合作業(yè)，軌道吊負責集卡與梭車間及梭車與堆場間集裝箱的轉(zhuǎn)接，梭車負責集裝箱在堆場內(nèi)的水平運輸。該方案有利于縮短軌道吊帶箱行走距離，提升堆場裝卸作業(yè)效率。

2.2 后方堆場集疏運方案

在后方堆場集疏運方案下，碼頭堆場按碼頭縱深方向分為前方堆場和后方堆場（見圖3）：前方堆場主要用于船舶裝卸作業(yè)；后方堆場主要用于集疏運作業(yè)。前方和后方堆場均設置有箱區(qū)和軌道吊，便于集裝箱堆垛作業(yè)；在前方與后方堆場間設置縱向貫通的梭車系統(tǒng)，用于堆場內(nèi)集裝箱水平運輸；同時，在后方堆場箱區(qū)設置集卡環(huán)繞車道。

圖3 后方堆場集疏運方案布置形式

后方堆場集疏運作業(yè)流程如下：（1）集卡進入碼頭區(qū)域后直接行駛至指定箱區(qū)，并通過行車通道進入后方堆場；（2）后方堆場軌道吊負責集卡裝卸，集裝箱在前方與后方堆場間的轉(zhuǎn)運通過軌道吊與梭車的配合作業(yè)完成。該集疏運方案的優(yōu)點在于：集卡可以在行車通道內(nèi)連續(xù)行駛，有利于縮短集卡在堆場區(qū)域的等待和作業(yè)時間，提升作業(yè)效率；后方堆場沿用傳統(tǒng)人工堆場裝卸模式，保留集卡裝卸環(huán)節(jié)，使集卡裝卸作業(yè)與高效的自動化堆場作業(yè)有效融合。

2.3 小型起重機集疏運方案

小型起重機集疏運方案與后方堆場集疏運方案的設計思路較為一致：前者在后者的基礎上，對后方堆場進行簡化設計，去除后方堆場的箱區(qū)，并對后方堆場軌道吊進行小型化處理（見圖4）；后方堆場軌道吊下設置梭車運行區(qū)域和集卡車道，以減小后方堆場縱深過長對堆場集疏運作業(yè)的影響。

圖4 小型起重機集疏運方案布置形式

小型起重機集疏運作業(yè)流程與后方堆場集疏運作業(yè)流程的區(qū)別在于：當后方堆場軌道吊執(zhí)行集卡裝卸作業(yè)時，由于后方堆場沒有緩沖能力，需要梭車進行配合作業(yè)。小型起重機集疏運方案的優(yōu)點在于：集卡行駛區(qū)域得以擴展，有利于縮短集卡等待和作業(yè)時間，提升作業(yè)效率；后方堆場采用簡化設計思路，有利于減小后方堆場占地面積，節(jié)省設備投資。

2.4 旋轉(zhuǎn)起重機集疏運方案

旋轉(zhuǎn)起重機集疏運方案將集卡行駛主干路與裝卸作業(yè)區(qū)域進行融合（見圖5），使集卡裝卸作業(yè)在主干路上就可以完成。在該集疏運方案下，堆場陸側(cè)不單獨設置作業(yè)區(qū)域，而是通過旋轉(zhuǎn)起重機實現(xiàn)集卡與梭車間的集裝箱轉(zhuǎn)接作業(yè)以及集裝箱在裝卸過程中的90€白潁殺苊餳ɑ幌蛐惺唬傭锏教嶸饕敵實哪康摹？

圖5 旋轉(zhuǎn)起重機集疏運方案布置形式

旋轉(zhuǎn)起重機集疏運作業(yè)流程如下：（1）集卡進入碼頭區(qū)域后直接行駛到主干路上的指定作業(yè)位置；（2）旋轉(zhuǎn)起重機分別進行集卡和梭車裝卸，完成梭車與集卡間的集裝箱轉(zhuǎn)接作業(yè)。該集疏運方案的優(yōu)點在于：有效壓縮堆場輔助區(qū)域占地面積，提高碼頭場地利用率；簡化集卡行駛路徑，提高集疏運效率。

3 自動化集裝箱碼頭堆場集疏運作業(yè)方案優(yōu)化

3.1 優(yōu)化方案

對上述堆場集疏運作業(yè)方案進行仿真分析后發(fā)現(xiàn)：后方堆場方案和小型起重機方案在交通組織方面存在一定缺陷，尚不具備應用條件；集卡倒車方案和旋轉(zhuǎn)起重機方案較具可行性，可在進一步優(yōu)化后投入應用。

集卡倒車集疏運方案的優(yōu)化如下：改變原有方案下由軌道吊進行集卡裝卸的工藝形式，在緩沖區(qū)配置軌道吊和梭車系統(tǒng)的基礎上，在每個箱區(qū)的緩沖區(qū)配置1臺固定式起重機，專門用于集卡裝卸作業(yè)（見圖6）。固定式起重機的起升高度較低且無大車行走機構(gòu)，整機結(jié)構(gòu)簡單，且其造價遠低于軌道吊。

圖6 集卡倒車集疏運方案優(yōu)化后的布置形式

旋轉(zhuǎn)起重機集疏運方案的優(yōu)化如下：保持旋轉(zhuǎn)起重機原來的大跨距配置形式，將集裝箱的旋轉(zhuǎn)操作置于起重機外伸臂下，即梭車轉(zhuǎn)承平臺上側(cè)（見圖7），以便更好地利用旋轉(zhuǎn)起重機跨距內(nèi)的作業(yè)空間，提升集卡通行能力。

圖7 旋轉(zhuǎn)起重機集疏運方案優(yōu)化后的布置形式

3.2 優(yōu)化方案仿真對比分析

集卡倒車和旋轉(zhuǎn)起重機集疏運優(yōu)化方案的使用效果均較佳。兩種優(yōu)化方案在設備配置數(shù)量、投資、輔助區(qū)域占用面積、交通組織、裝卸能力和故障處置能力等方面的比較見表1。對兩種優(yōu)化方案進行仿真對比分析的結(jié)果表明：在集卡倒車集疏運優(yōu)化方案下，雖然作業(yè)區(qū)域存在路線交叉的問題，但作業(yè)緩沖區(qū)可以有效緩解交通組織壓力，其集疏運效率優(yōu)于旋轉(zhuǎn)起重機集疏運優(yōu)化方案，具備一定整體優(yōu)勢。

表1 集卡倒車與旋轉(zhuǎn)起重機集疏運優(yōu)化方案比較

4 結(jié)束語

堆場集疏運能力是影響集裝箱碼頭通過能力的重要因素。目前，針對自動化集裝箱碼頭的堆場集疏運環(huán)節(jié)已形成較為通用的解決方案，但這種解決方案在集疏運箱量較大的碼頭尚未得到廣泛應用。碼頭堆場集疏運特點和集疏運車道配置形式對集疏運解決方案的應用效果制約較大，因此，在選擇自動化集裝箱碼頭堆場集疏運解決方案時，應因地制宜，選擇適合碼頭自身條件和特點的工藝方案。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-11-26）

集裝箱碼頭堆場作業(yè)主要由海側(cè)作業(yè)和陸側(cè)作業(yè)組成。海側(cè)作業(yè)是為實現(xiàn)船舶與碼頭堆場間的集裝箱流轉(zhuǎn)而進行的作業(yè)；陸側(cè)作業(yè)是為實現(xiàn)碼頭堆場與陸路運輸設備間的集裝箱流轉(zhuǎn)而進行的作業(yè)。堆場陸側(cè)作業(yè)又稱為堆場集疏運作業(yè)：堆場集運指集裝箱從陸路運輸設備卸下并進入碼頭堆場的過程；堆場疏運指集裝箱從碼頭堆場提出并裝上陸路運輸設備的過程。堆場集疏運效率是影響碼頭整體作業(yè)效率的關鍵因素，只有足夠的集疏運能力才能保證堆場集裝箱周轉(zhuǎn)的靈活性，實現(xiàn)高效的船舶裝卸作業(yè)。集裝箱陸路運輸設備包括集卡和火車等，本文著重探討自動化集裝箱碼頭堆場區(qū)域內(nèi)集卡集疏運作業(yè)方式。

1 自動化集裝箱碼頭堆場集疏運作業(yè)現(xiàn)狀

自動化集裝箱碼頭堆場主要有開放式堆場和封閉式堆場。開放式堆場指允許人員和集卡進入的堆場區(qū)域，其集疏運方式與傳統(tǒng)人工碼頭堆場的集疏運方式一致，集卡到達目標箱位后，由軌道式集裝箱門式起重機（以下簡稱軌道吊）直接裝卸；封閉式堆場指不允許人員和車輛進入的堆場區(qū)域，集疏運必須在堆場陸側(cè)端部完成，其作業(yè)方式與傳統(tǒng)人工碼頭堆場作業(yè)方式差異較大。

現(xiàn)已建成的自動化集裝箱碼頭封閉式堆場大多在陸側(cè)設置緩沖區(qū)，以便進行集疏運裝卸作業(yè)（見圖1）。這種堆場集疏運方式的具體作業(yè)流程如下：（1）集卡進入碼頭區(qū)域后直接進入堆場陸側(cè)端部的緩沖區(qū)，然后倒車進入指定裝卸作業(yè)車道；（2）集卡停于指定裝卸作業(yè)車道的規(guī)定位置后，司機離開集卡并進入規(guī)定等待區(qū)域，觸發(fā)軌道吊作業(yè)指令；（3）軌道吊進入緩沖區(qū)進行集卡裝卸作業(yè)；（4）裝卸作業(yè)完成后，軌道吊退出緩沖區(qū)；（5）司機駕駛集卡離開緩沖區(qū)，完成裝卸作業(yè)。

圖1 堆場陸側(cè)緩沖區(qū)集疏運裝卸作業(yè)

上述堆場集疏運方式較好地解決了自動化集裝箱碼頭堆場封閉造成的裝卸作業(yè)不便的問題，大大提升自動化作業(yè)安全性。但需要說明的是，在這種堆場集疏運方式下，軌道吊需要帶箱長距離行走才能將集裝箱放置于目標箱位，導致整體裝卸作業(yè)效率較低且能耗較高。因此，該堆場集疏運方式在應用中存在一定局限性：一方面，受效率的限制，集疏運箱量較大的堆場不適于采取這種方式；另一方面，由于軌道吊需要帶箱行走，堆場縱深過長會進一步降低裝卸作業(yè)效率。

2 自動化集裝箱碼頭堆場集疏運作業(yè)方案設計

天津港具有“大出大進”的集疏運特點，這對碼頭堆場集疏運作業(yè)提出更高要求。為提高天津港自動化集裝箱碼頭堆場集疏運能力，研究人員致力于尋找集卡交通組織便利、整體裝卸效率較高的新型裝卸作業(yè)方案。天津港自動化集裝箱碼頭堆場采用新型梭車作業(yè)工藝系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有作業(yè)效率較高的優(yōu)點。在充分考慮與堆場梭車作業(yè)工藝系統(tǒng)銜接的基礎上，研究人員設計出多個堆場集疏運解決方案。

2.1 集卡倒車集疏運方案

集卡倒車集疏運方案是在自動化集裝箱碼頭原有陸側(cè)緩沖區(qū)集疏運方案的基礎上加入梭車系統(tǒng)后重新設計的集疏運方案，其布置形式如圖2所示。在該集疏運方案下，在堆場陸側(cè)端部設置用于集卡裝卸作業(yè)的緩沖區(qū)，并在堆場縱深方向布置梭車系統(tǒng)（圖2紫色區(qū)域為梭車運行區(qū)域），負責集裝箱在堆場內(nèi)的水平運輸。

圖2 集卡倒車集疏運方案布置形式

集卡倒車集疏運作業(yè)流程如下：（1）集卡采用倒車的方式進入緩沖區(qū)并到達指定裝卸位置；（2）軌道吊與梭車配合作業(yè)，軌道吊負責集卡與梭車間及梭車與堆場間集裝箱的轉(zhuǎn)接，梭車負責集裝箱在堆場內(nèi)的水平運輸。該方案有利于縮短軌道吊帶箱行走距離，提升堆場裝卸作業(yè)效率。

2.2 后方堆場集疏運方案

在后方堆場集疏運方案下，碼頭堆場按碼頭縱深方向分為前方堆場和后方堆場（見圖3）：前方堆場主要用于船舶裝卸作業(yè)；后方堆場主要用于集疏運作業(yè)。前方和后方堆場均設置有箱區(qū)和軌道吊，便于集裝箱堆垛作業(yè)；在前方與后方堆場間設置縱向貫通的梭車系統(tǒng)，用于堆場內(nèi)集裝箱水平運輸；同時，在后方堆場箱區(qū)設置集卡環(huán)繞車道。

圖3 后方堆場集疏運方案布置形式

后方堆場集疏運作業(yè)流程如下：（1）集卡進入碼頭區(qū)域后直接行駛至指定箱區(qū)，并通過行車通道進入后方堆場；（2）后方堆場軌道吊負責集卡裝卸，集裝箱在前方與后方堆場間的轉(zhuǎn)運通過軌道吊與梭車的配合作業(yè)完成。該集疏運方案的優(yōu)點在于：集卡可以在行車通道內(nèi)連續(xù)行駛，有利于縮短集卡在堆場區(qū)域的等待和作業(yè)時間，提升作業(yè)效率；后方堆場沿用傳統(tǒng)人工堆場裝卸模式，保留集卡裝卸環(huán)節(jié)，使集卡裝卸作業(yè)與高效的自動化堆場作業(yè)有效融合。

2.3 小型起重機集疏運方案

小型起重機集疏運方案與后方堆場集疏運方案的設計思路較為一致：前者在后者的基礎上，對后方堆場進行簡化設計，去除后方堆場的箱區(qū)，并對后方堆場軌道吊進行小型化處理（見圖4）；后方堆場軌道吊下設置梭車運行區(qū)域和集卡車道，以減小后方堆場縱深過長對堆場集疏運作業(yè)的影響。

圖4 小型起重機集疏運方案布置形式

小型起重機集疏運作業(yè)流程與后方堆場集疏運作業(yè)流程的區(qū)別在于：當后方堆場軌道吊執(zhí)行集卡裝卸作業(yè)時，由于后方堆場沒有緩沖能力，需要梭車進行配合作業(yè)。小型起重機集疏運方案的優(yōu)點在于：集卡行駛區(qū)域得以擴展，有利于縮短集卡等待和作業(yè)時間，提升作業(yè)效率；后方堆場采用簡化設計思路，有利于減小后方堆場占地面積，節(jié)省設備投資。

2.4 旋轉(zhuǎn)起重機集疏運方案

旋轉(zhuǎn)起重機集疏運方案將集卡行駛主干路與裝卸作業(yè)區(qū)域進行融合（見圖5），使集卡裝卸作業(yè)在主干路上就可以完成。在該集疏運方案下，堆場陸側(cè)不單獨設置作業(yè)區(qū)域，而是通過旋轉(zhuǎn)起重機實現(xiàn)集卡與梭車間的集裝箱轉(zhuǎn)接作業(yè)以及集裝箱在裝卸過程中的90€白潁殺苊餳ɑ幌蛐惺唬傭锏教嶸饕敵實哪康?。?/p>

圖5 旋轉(zhuǎn)起重機集疏運方案布置形式

旋轉(zhuǎn)起重機集疏運作業(yè)流程如下：（1）集卡進入碼頭區(qū)域后直接行駛到主干路上的指定作業(yè)位置；（2）旋轉(zhuǎn)起重機分別進行集卡和梭車裝卸，完成梭車與集卡間的集裝箱轉(zhuǎn)接作業(yè)。該集疏運方案的優(yōu)點在于：有效壓縮堆場輔助區(qū)域占地面積，提高碼頭場地利用率；簡化集卡行駛路徑，提高集疏運效率。

3 自動化集裝箱碼頭堆場集疏運作業(yè)方案優(yōu)化

3.1 優(yōu)化方案

對上述堆場集疏運作業(yè)方案進行仿真分析后發(fā)現(xiàn)：后方堆場方案和小型起重機方案在交通組織方面存在一定缺陷，尚不具備應用條件；集卡倒車方案和旋轉(zhuǎn)起重機方案較具可行性，可在進一步優(yōu)化后投入應用。

集卡倒車集疏運方案的優(yōu)化如下：改變原有方案下由軌道吊進行集卡裝卸的工藝形式，在緩沖區(qū)配置軌道吊和梭車系統(tǒng)的基礎上，在每個箱區(qū)的緩沖區(qū)配置1臺固定式起重機，專門用于集卡裝卸作業(yè)（見圖6）。固定式起重機的起升高度較低且無大車行走機構(gòu)，整機結(jié)構(gòu)簡單，且其造價遠低于軌道吊。

圖6 集卡倒車集疏運方案優(yōu)化后的布置形式

旋轉(zhuǎn)起重機集疏運方案的優(yōu)化如下：保持旋轉(zhuǎn)起重機原來的大跨距配置形式，將集裝箱的旋轉(zhuǎn)操作置于起重機外伸臂下，即梭車轉(zhuǎn)承平臺上側(cè)（見圖7），以便更好地利用旋轉(zhuǎn)起重機跨距內(nèi)的作業(yè)空間，提升集卡通行能力。

圖7 旋轉(zhuǎn)起重機集疏運方案優(yōu)化后的布置形式

3.2 優(yōu)化方案仿真對比分析

集卡倒車和旋轉(zhuǎn)起重機集疏運優(yōu)化方案的使用效果均較佳。兩種優(yōu)化方案在設備配置數(shù)量、投資、輔助區(qū)域占用面積、交通組織、裝卸能力和故障處置能力等方面的比較見表1。對兩種優(yōu)化方案進行仿真對比分析的結(jié)果表明：在集卡倒車集疏運優(yōu)化方案下，雖然作業(yè)區(qū)域存在路線交叉的問題，但作業(yè)緩沖區(qū)可以有效緩解交通組織壓力，其集疏運效率優(yōu)于旋轉(zhuǎn)起重機集疏運優(yōu)化方案，具備一定整體優(yōu)勢。

表1 集卡倒車與旋轉(zhuǎn)起重機集疏運優(yōu)化方案比較

4 結(jié)束語

堆場集疏運能力是影響集裝箱碼頭通過能力的重要因素。目前，針對自動化集裝箱碼頭的堆場集疏運環(huán)節(jié)已形成較為通用的解決方案，但這種解決方案在集疏運箱量較大的碼頭尚未得到廣泛應用。碼頭堆場集疏運特點和集疏運車道配置形式對集疏運解決方案的應用效果制約較大，因此，在選擇自動化集裝箱碼頭堆場集疏運解決方案時，應因地制宜，選擇適合碼頭自身條件和特點的工藝方案。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-11-26）

集裝箱碼頭堆場作業(yè)主要由海側(cè)作業(yè)和陸側(cè)作業(yè)組成。海側(cè)作業(yè)是為實現(xiàn)船舶與碼頭堆場間的集裝箱流轉(zhuǎn)而進行的作業(yè)；陸側(cè)作業(yè)是為實現(xiàn)碼頭堆場與陸路運輸設備間的集裝箱流轉(zhuǎn)而進行的作業(yè)。堆場陸側(cè)作業(yè)又稱為堆場集疏運作業(yè)：堆場集運指集裝箱從陸路運輸設備卸下并進入碼頭堆場的過程；堆場疏運指集裝箱從碼頭堆場提出并裝上陸路運輸設備的過程。堆場集疏運效率是影響碼頭整體作業(yè)效率的關鍵因素，只有足夠的集疏運能力才能保證堆場集裝箱周轉(zhuǎn)的靈活性，實現(xiàn)高效的船舶裝卸作業(yè)。集裝箱陸路運輸設備包括集卡和火車等，本文著重探討自動化集裝箱碼頭堆場區(qū)域內(nèi)集卡集疏運作業(yè)方式。

1 自動化集裝箱碼頭堆場集疏運作業(yè)現(xiàn)狀

自動化集裝箱碼頭堆場主要有開放式堆場和封閉式堆場。開放式堆場指允許人員和集卡進入的堆場區(qū)域，其集疏運方式與傳統(tǒng)人工碼頭堆場的集疏運方式一致，集卡到達目標箱位后，由軌道式集裝箱門式起重機（以下簡稱軌道吊）直接裝卸；封閉式堆場指不允許人員和車輛進入的堆場區(qū)域，集疏運必須在堆場陸側(cè)端部完成，其作業(yè)方式與傳統(tǒng)人工碼頭堆場作業(yè)方式差異較大。

現(xiàn)已建成的自動化集裝箱碼頭封閉式堆場大多在陸側(cè)設置緩沖區(qū)，以便進行集疏運裝卸作業(yè)（見圖1）。這種堆場集疏運方式的具體作業(yè)流程如下：（1）集卡進入碼頭區(qū)域后直接進入堆場陸側(cè)端部的緩沖區(qū)，然后倒車進入指定裝卸作業(yè)車道；（2）集卡停于指定裝卸作業(yè)車道的規(guī)定位置后，司機離開集卡并進入規(guī)定等待區(qū)域，觸發(fā)軌道吊作業(yè)指令；（3）軌道吊進入緩沖區(qū)進行集卡裝卸作業(yè)；（4）裝卸作業(yè)完成后，軌道吊退出緩沖區(qū)；（5）司機駕駛集卡離開緩沖區(qū)，完成裝卸作業(yè)。

圖1 堆場陸側(cè)緩沖區(qū)集疏運裝卸作業(yè)

上述堆場集疏運方式較好地解決了自動化集裝箱碼頭堆場封閉造成的裝卸作業(yè)不便的問題，大大提升自動化作業(yè)安全性。但需要說明的是，在這種堆場集疏運方式下，軌道吊需要帶箱長距離行走才能將集裝箱放置于目標箱位，導致整體裝卸作業(yè)效率較低且能耗較高。因此，該堆場集疏運方式在應用中存在一定局限性：一方面，受效率的限制，集疏運箱量較大的堆場不適于采取這種方式；另一方面，由于軌道吊需要帶箱行走，堆場縱深過長會進一步降低裝卸作業(yè)效率。

2 自動化集裝箱碼頭堆場集疏運作業(yè)方案設計

天津港具有“大出大進”的集疏運特點，這對碼頭堆場集疏運作業(yè)提出更高要求。為提高天津港自動化集裝箱碼頭堆場集疏運能力，研究人員致力于尋找集卡交通組織便利、整體裝卸效率較高的新型裝卸作業(yè)方案。天津港自動化集裝箱碼頭堆場采用新型梭車作業(yè)工藝系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有作業(yè)效率較高的優(yōu)點。在充分考慮與堆場梭車作業(yè)工藝系統(tǒng)銜接的基礎上，研究人員設計出多個堆場集疏運解決方案。

2.1 集卡倒車集疏運方案

集卡倒車集疏運方案是在自動化集裝箱碼頭原有陸側(cè)緩沖區(qū)集疏運方案的基礎上加入梭車系統(tǒng)后重新設計的集疏運方案，其布置形式如圖2所示。在該集疏運方案下，在堆場陸側(cè)端部設置用于集卡裝卸作業(yè)的緩沖區(qū)，并在堆場縱深方向布置梭車系統(tǒng)（圖2紫色區(qū)域為梭車運行區(qū)域），負責集裝箱在堆場內(nèi)的水平運輸。

圖2 集卡倒車集疏運方案布置形式

集卡倒車集疏運作業(yè)流程如下：（1）集卡采用倒車的方式進入緩沖區(qū)并到達指定裝卸位置；（2）軌道吊與梭車配合作業(yè)，軌道吊負責集卡與梭車間及梭車與堆場間集裝箱的轉(zhuǎn)接，梭車負責集裝箱在堆場內(nèi)的水平運輸。該方案有利于縮短軌道吊帶箱行走距離，提升堆場裝卸作業(yè)效率。

2.2 后方堆場集疏運方案

在后方堆場集疏運方案下，碼頭堆場按碼頭縱深方向分為前方堆場和后方堆場（見圖3）：前方堆場主要用于船舶裝卸作業(yè)；后方堆場主要用于集疏運作業(yè)。前方和后方堆場均設置有箱區(qū)和軌道吊，便于集裝箱堆垛作業(yè)；在前方與后方堆場間設置縱向貫通的梭車系統(tǒng)，用于堆場內(nèi)集裝箱水平運輸；同時，在后方堆場箱區(qū)設置集卡環(huán)繞車道。

圖3 后方堆場集疏運方案布置形式

后方堆場集疏運作業(yè)流程如下：（1）集卡進入碼頭區(qū)域后直接行駛至指定箱區(qū)，并通過行車通道進入后方堆場；（2）后方堆場軌道吊負責集卡裝卸，集裝箱在前方與后方堆場間的轉(zhuǎn)運通過軌道吊與梭車的配合作業(yè)完成。該集疏運方案的優(yōu)點在于：集卡可以在行車通道內(nèi)連續(xù)行駛，有利于縮短集卡在堆場區(qū)域的等待和作業(yè)時間，提升作業(yè)效率；后方堆場沿用傳統(tǒng)人工堆場裝卸模式，保留集卡裝卸環(huán)節(jié)，使集卡裝卸作業(yè)與高效的自動化堆場作業(yè)有效融合。

2.3 小型起重機集疏運方案

小型起重機集疏運方案與后方堆場集疏運方案的設計思路較為一致：前者在后者的基礎上，對后方堆場進行簡化設計，去除后方堆場的箱區(qū)，并對后方堆場軌道吊進行小型化處理（見圖4）；后方堆場軌道吊下設置梭車運行區(qū)域和集卡車道，以減小后方堆場縱深過長對堆場集疏運作業(yè)的影響。

圖4 小型起重機集疏運方案布置形式

小型起重機集疏運作業(yè)流程與后方堆場集疏運作業(yè)流程的區(qū)別在于：當后方堆場軌道吊執(zhí)行集卡裝卸作業(yè)時，由于后方堆場沒有緩沖能力，需要梭車進行配合作業(yè)。小型起重機集疏運方案的優(yōu)點在于：集卡行駛區(qū)域得以擴展，有利于縮短集卡等待和作業(yè)時間，提升作業(yè)效率；后方堆場采用簡化設計思路，有利于減小后方堆場占地面積，節(jié)省設備投資。

2.4 旋轉(zhuǎn)起重機集疏運方案

旋轉(zhuǎn)起重機集疏運方案將集卡行駛主干路與裝卸作業(yè)區(qū)域進行融合（見圖5），使集卡裝卸作業(yè)在主干路上就可以完成。在該集疏運方案下，堆場陸側(cè)不單獨設置作業(yè)區(qū)域，而是通過旋轉(zhuǎn)起重機實現(xiàn)集卡與梭車間的集裝箱轉(zhuǎn)接作業(yè)以及集裝箱在裝卸過程中的90€白潁殺苊餳ɑ幌蛐惺唬傭锏教嶸饕敵實哪康?。?/p>

圖5 旋轉(zhuǎn)起重機集疏運方案布置形式

旋轉(zhuǎn)起重機集疏運作業(yè)流程如下：（1）集卡進入碼頭區(qū)域后直接行駛到主干路上的指定作業(yè)位置；（2）旋轉(zhuǎn)起重機分別進行集卡和梭車裝卸，完成梭車與集卡間的集裝箱轉(zhuǎn)接作業(yè)。該集疏運方案的優(yōu)點在于：有效壓縮堆場輔助區(qū)域占地面積，提高碼頭場地利用率；簡化集卡行駛路徑，提高集疏運效率。

3 自動化集裝箱碼頭堆場集疏運作業(yè)方案優(yōu)化

3.1 優(yōu)化方案

對上述堆場集疏運作業(yè)方案進行仿真分析后發(fā)現(xiàn)：后方堆場方案和小型起重機方案在交通組織方面存在一定缺陷，尚不具備應用條件；集卡倒車方案和旋轉(zhuǎn)起重機方案較具可行性，可在進一步優(yōu)化后投入應用。

集卡倒車集疏運方案的優(yōu)化如下：改變原有方案下由軌道吊進行集卡裝卸的工藝形式，在緩沖區(qū)配置軌道吊和梭車系統(tǒng)的基礎上，在每個箱區(qū)的緩沖區(qū)配置1臺固定式起重機，專門用于集卡裝卸作業(yè)（見圖6）。固定式起重機的起升高度較低且無大車行走機構(gòu)，整機結(jié)構(gòu)簡單，且其造價遠低于軌道吊。

圖6 集卡倒車集疏運方案優(yōu)化后的布置形式

旋轉(zhuǎn)起重機集疏運方案的優(yōu)化如下：保持旋轉(zhuǎn)起重機原來的大跨距配置形式，將集裝箱的旋轉(zhuǎn)操作置于起重機外伸臂下，即梭車轉(zhuǎn)承平臺上側(cè)（見圖7），以便更好地利用旋轉(zhuǎn)起重機跨距內(nèi)的作業(yè)空間，提升集卡通行能力。

圖7 旋轉(zhuǎn)起重機集疏運方案優(yōu)化后的布置形式

3.2 優(yōu)化方案仿真對比分析

集卡倒車和旋轉(zhuǎn)起重機集疏運優(yōu)化方案的使用效果均較佳。兩種優(yōu)化方案在設備配置數(shù)量、投資、輔助區(qū)域占用面積、交通組織、裝卸能力和故障處置能力等方面的比較見表1。對兩種優(yōu)化方案進行仿真對比分析的結(jié)果表明：在集卡倒車集疏運優(yōu)化方案下，雖然作業(yè)區(qū)域存在路線交叉的問題，但作業(yè)緩沖區(qū)可以有效緩解交通組織壓力，其集疏運效率優(yōu)于旋轉(zhuǎn)起重機集疏運優(yōu)化方案，具備一定整體優(yōu)勢。

表1 集卡倒車與旋轉(zhuǎn)起重機集疏運優(yōu)化方案比較

4 結(jié)束語

堆場集疏運能力是影響集裝箱碼頭通過能力的重要因素。目前，針對自動化集裝箱碼頭的堆場集疏運環(huán)節(jié)已形成較為通用的解決方案，但這種解決方案在集疏運箱量較大的碼頭尚未得到廣泛應用。碼頭堆場集疏運特點和集疏運車道配置形式對集疏運解決方案的應用效果制約較大，因此，在選擇自動化集裝箱碼頭堆場集疏運解決方案時，應因地制宜，選擇適合碼頭自身條件和特點的工藝方案。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2014-11-26）