張以穎　吳　青（上海海事大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 上海 201306）

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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

張以穎吳青
（上海海事大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 上海 201306）

摘要：隨著高新技術(shù)的飛速發(fā)展，自動(dòng)化碼頭建設(shè)也發(fā)生質(zhì)的飛越。雖然真正意義上的全自動(dòng)化碼頭還未實(shí)現(xiàn)，但目前國(guó)內(nèi)外港區(qū)碼頭自動(dòng)化水平已經(jīng)達(dá)到一定的高度。隨著我國(guó)自動(dòng)化碼頭建設(shè)步伐的加快，港口綜合競(jìng)爭(zhēng)力得到了極大地提高，綠色港口建設(shè)逐步展開，港口可持續(xù)發(fā)展也在邁向新階段。

關(guān)鍵字：自動(dòng)化碼頭 港口 可持續(xù)化發(fā)展

0　引言

在全球經(jīng)濟(jì)一體化不斷深入推進(jìn)、世界經(jīng)濟(jì)總量不斷增長(zhǎng)、國(guó)際貿(mào)易迅速發(fā)展的今天，港口作為全球集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)中的重要節(jié)點(diǎn)，不但是對(duì)外貿(mào)易進(jìn)出口貨物的集散中心，而且是國(guó)際物流供應(yīng)鏈的重要環(huán)節(jié)和物流通道樞紐，更是全球資源配置和價(jià)值鏈構(gòu)建的重要平臺(tái)。但隨著全球環(huán)境的不斷惡化，近年來(lái)，黨中央、國(guó)務(wù)院就建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)，發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、低碳經(jīng)濟(jì)等作出了一系列重大決策部署。全自動(dòng)化、高效率和環(huán)保越來(lái)越成為未來(lái)世界港口建設(shè)及基礎(chǔ)設(shè)備更新的發(fā)展方向。

隨著計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能化、自動(dòng)化等逐漸成為各個(gè)行業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。自動(dòng)化碼頭的建設(shè)充分利用最前沿的科學(xué)技術(shù)，在智能化操作，低碳運(yùn)轉(zhuǎn)等方面都有質(zhì)的飛躍。

1　我國(guó)港口發(fā)展現(xiàn)狀及問題分析

1.1 我國(guó)港口發(fā)展現(xiàn)狀

（1）吞吐量大

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，我國(guó)沿海港口緊緊抓住不斷擴(kuò)大的內(nèi)需和外貿(mào)的有利時(shí)機(jī)，乘勢(shì)而上，獲得了快速發(fā)展。上海國(guó)際航運(yùn)中心發(fā)布的《全球港口發(fā)展報(bào)告》顯示，我國(guó)的大連港、營(yíng)口港、青島港、天津港、泉州港、高雄港、南京港躋身前20名。在全球前10大港口貨物吞吐量累計(jì)中，我國(guó)港口吞吐量所占比重從2010年的78.2%上升至2013年的85.26%，優(yōu)勢(shì)地位更加穩(wěn)固。

（2）總體增速快，發(fā)展格局中“北強(qiáng)南弱”態(tài)勢(shì)明顯

由2013年全國(guó)主要港口貨物吞吐量完成情況來(lái)看，環(huán)渤海港口、長(zhǎng)三角港口、珠三角港口、海峽西岸港口和北部灣港口吞吐量分別為25.39、19.74、6.01、3.56 和3.12 億噸，環(huán)渤海港口吞吐量居于首位。從區(qū)域港口總體來(lái)看，環(huán)渤海港口增速平均在10%以上，長(zhǎng)三角港口約為7%，華南港口1%左右。從港口吞吐總量和發(fā)展增速來(lái)看，北強(qiáng)南弱的特征十分明顯。

1.2 我國(guó)港口發(fā)展存在問題分析

改革開放以來(lái)，我國(guó)港口發(fā)展突飛猛進(jìn)，成就巨大，僅僅用30多年的時(shí)間就走過了發(fā)達(dá)國(guó)家港口上百年的發(fā)展歷程，已經(jīng)成為世界港口大國(guó)，但離世界港口強(qiáng)國(guó)還有相當(dāng)?shù)木嚯x，在發(fā)展過程中，諸多問題也日益顯現(xiàn)，比較突出的有以下幾個(gè)方面：

（1）港口布局缺乏科學(xué)的規(guī)劃管理，影響岸線資源有效利用。

一些沿海地區(qū)實(shí)施以港興市戰(zhàn)略，紛紛以大港口建設(shè)為城市發(fā)展目標(biāo)，甚或提出建設(shè)國(guó)際航運(yùn)中心，致使我國(guó)港口發(fā)布密集，港口的選址、規(guī)模、碼頭布局缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃和科學(xué)合理論證；同時(shí)，局部地區(qū)港口建設(shè)過熱、港口擴(kuò)張任意占用岸線，岸線節(jié)約性利用水平較低的問題依然突出。

（2）港口基礎(chǔ)設(shè)施重復(fù)建設(shè)，經(jīng)濟(jì)腹地交叉，競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。

據(jù)《2010～2015年中國(guó)港口碼頭行業(yè)投資分析及前景預(yù)測(cè)報(bào)告》顯示，目前我國(guó)港口吞吐能力實(shí)際需求25%左右，其中，大連港吞吐能力的利用率為78%，青島港為68%，天津港為55%。若加上在建及待建的港口，則吞吐能力工序失衡的矛盾更為突出。

（3）港口總體能級(jí)較低，服務(wù)功能不強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益不高。

我國(guó)港口以貨運(yùn)碼頭居多，功能單一，物流產(chǎn)業(yè)鏈不發(fā)達(dá)，港口的發(fā)展層次比較低，主要生存方式是傳統(tǒng)的裝卸、運(yùn)輸和倉(cāng)儲(chǔ)。同時(shí)，港口物流業(yè)與臨港工業(yè)、旅游業(yè)、港航服務(wù)業(yè)等其他產(chǎn)業(yè)的融合度不高，港口對(duì)地方經(jīng)濟(jì)的促動(dòng)作用比較有限，與現(xiàn)代化國(guó)際綜合性港口相比，存在較大的差距。

（4）臨港產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，港口生態(tài)環(huán)境惡化不斷加劇。

當(dāng)前，我國(guó)黃海、渤海、東海、南海沿岸區(qū)域石化、鋼鐵等項(xiàng)目密集，與近岸海域環(huán)境保護(hù)的矛盾突出。碼頭作業(yè)機(jī)械陳舊，燃油利用率不高，碳排放量較大，不僅浪費(fèi)資源，還對(duì)環(huán)境存在很大的威脅。

所以這些問題的存在是有悖于國(guó)家一直在倡導(dǎo)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的。結(jié)合國(guó)外港口建設(shè)分析發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)化碼頭建設(shè)改變了港口碼頭的作業(yè)方式，提高了港口碼頭的效率，在一定程度上也提升了港口的競(jìng)爭(zhēng)力。

2　自動(dòng)化碼頭概述

2.1 自動(dòng)化碼頭概念

自動(dòng)化碼頭就是利用最前沿的科學(xué)技術(shù)，使得碼頭作業(yè)機(jī)器能夠不在人為的前提下，自行有效運(yùn)轉(zhuǎn)，它主要由自動(dòng)化堆場(chǎng)作業(yè)機(jī)械、自動(dòng)化岸邊作業(yè)機(jī)械、自動(dòng)化水平運(yùn)輸機(jī)械和自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成，其中自動(dòng)化控制系統(tǒng)為整個(gè)自動(dòng)化碼頭的核心。它一般技術(shù)含量高、運(yùn)行安全可靠、尤其是隨著云計(jì)算、智能制造、無(wú)線通訊的發(fā)展并拓展運(yùn)用到碼頭。與傳統(tǒng)碼頭相比，在智能化、可靠性、穩(wěn)定性、設(shè)備利用率、運(yùn)營(yíng)成本等方面都具有非常大的優(yōu)勢(shì)。

2.2 自動(dòng)化碼頭功能劃分

自動(dòng)化碼頭功能區(qū)域主要?jiǎng)澐譃槿齻€(gè)方面。

圖3.1　區(qū)域設(shè)備圖

（1）岸邊作業(yè)區(qū)域

碼頭的前沿采用岸邊集裝箱裝卸橋承擔(dān)船舶的裝卸作業(yè)，進(jìn)口集裝箱由裝卸橋直接卸到底盤車上，集裝箱牽引車將載有集裝箱的底盤車拖到堆場(chǎng)停放，出場(chǎng)時(shí)集裝箱牽引車將載有集裝箱的底盤車從堆場(chǎng)上直接拖出港區(qū)。出口集裝箱由集裝箱牽引車將載有集裝箱的底盤車從港區(qū)停放在堆場(chǎng)上，裝船時(shí)再由集裝箱牽引車將載有集裝箱的底盤車從堆場(chǎng)拖到碼頭前沿，由岸邊集裝箱裝卸橋?qū)⑾涞跹b上船。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是，集裝箱在碼頭堆場(chǎng)的整個(gè)停留期間均放置在底盤車上。具體作業(yè)流程如下圖所示。

圖3.2　貨物進(jìn)口岸邊作業(yè)區(qū)作業(yè)流程

圖3.3　貨物出口岸邊作業(yè)區(qū)作業(yè)流程

（2）水平運(yùn)輸區(qū)域

水平運(yùn)輸區(qū)實(shí)現(xiàn)了岸邊作業(yè)區(qū)和堆場(chǎng)作業(yè)區(qū)之間貨物的自動(dòng)調(diào)運(yùn)。目前碼頭內(nèi)集裝箱的水平運(yùn)輸通常采用集裝箱卡車或AGV（Auto Guided Vehicle，全自動(dòng)無(wú)人駕駛自動(dòng)導(dǎo)向搬運(yùn)車）來(lái)完成。集裝箱卡車還是由司機(jī)來(lái)駕駛；而AGV則由中央電腦系統(tǒng)進(jìn)行控制并定位。

AGV是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，AGV因其具有無(wú)人駕駛、自動(dòng)導(dǎo)航、定位精確、路徑優(yōu)化以及安全避障等職能化特征，在自動(dòng)化集裝箱碼頭中逐漸代替集裝箱卡車成為碼頭內(nèi)集裝箱水平運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ摺?/p>

（3）堆場(chǎng)作業(yè)區(qū)域

目前世界上集裝箱堆場(chǎng)采用最多的作業(yè)方式是RTG （Rubber-Tyred Gantry Cranes，輪胎式龍門起重機(jī)）或RMG（Rail-Mounted Gantry Cranes，軌道式龍門起重機(jī)）；集裝箱卡車的工藝裝卸系統(tǒng)，由操作人員對(duì)集卡進(jìn)行人工裝卸作業(yè)。

而上海外高橋碼頭投入生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的集裝箱自動(dòng)化無(wú)人空箱堆場(chǎng)則采用的是全新型自動(dòng)化高低兩種RMG和緩沖平臺(tái)（Buffer）相結(jié)合的接力式裝卸系統(tǒng)。

自動(dòng)化堆場(chǎng)作業(yè)區(qū)主要設(shè)備：

CRMG：用來(lái)將集裝箱從集卡取出放到緩沖區(qū)的中間平臺(tái)上（集卡卸箱過程），或者將集裝箱由緩沖區(qū)中轉(zhuǎn)平臺(tái)取出放到集卡（集卡裝箱過程）。

DRMG：用來(lái)將集裝箱從緩沖區(qū)中轉(zhuǎn)平臺(tái)取出放進(jìn)堆場(chǎng)（集卡卸箱過程），或者將集裝箱由堆場(chǎng)取出放到緩沖區(qū)中轉(zhuǎn)平臺(tái)（集卡裝箱過程）。

緩沖平臺(tái)：設(shè)置在裝卸作業(yè)線的兩端，用于臨時(shí)存放集裝箱，解決了進(jìn)出箱裝卸能力不平衡的難題，同時(shí)其導(dǎo)板結(jié)構(gòu)保證了集裝箱的快速落位，有助于規(guī)范進(jìn)出箱區(qū)集裝箱的位置，提高了RMG提取箱的作業(yè)效率。

集卡：它承擔(dān)集裝箱子在碼頭的水平運(yùn)輸。在該堆場(chǎng)參與作業(yè)的集卡分為外集卡（指社會(huì)上的集裝箱卡車）與內(nèi)集卡（指僅限在集裝箱碼頭內(nèi)作業(yè)的集裝箱卡車）。

3　自動(dòng)化碼頭國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

3.1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

（1）自動(dòng)化岸橋與AGV和自動(dòng)化軌道吊并行運(yùn)作

鹿特丹的ECT，采用的是半自動(dòng)化岸橋、行駛速度為3m/s的AGV和自動(dòng)化堆場(chǎng)軌道吊。

荷蘭鹿特丹港ECT自動(dòng)化集裝箱碼頭均采用岸橋進(jìn)行半自動(dòng)化船舶裝卸作業(yè)，岸橋僅在對(duì)箱時(shí)需要司機(jī)操作，其余操作均可自動(dòng)運(yùn)行。碼頭前沿與堆場(chǎng)間的集裝箱水平運(yùn)輸由AGV完成。AGV上還裝有超聲波探測(cè)裝置以及其他輔助安全避碰裝置，能夠感知在全速行駛到停止運(yùn)行的減速位移范圍內(nèi)的障礙物，避免發(fā)生碰撞。

碼頭中央控制室生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)（PCS）對(duì)AGV的工作和集裝箱堆場(chǎng)中的自動(dòng)起重機(jī)（ASC）進(jìn)出管理和控制，實(shí)現(xiàn)了完全自動(dòng)化。堆場(chǎng)輪胎吊RMG也實(shí)現(xiàn)了無(wú)人操作、漢堡港的CTA，采用的是振華港機(jī)的雙箱雙小車半自動(dòng)化岸橋、行駛速度5.8m/s的雙箱牽引AGV和一高一低堆箱取箱的雙軌道吊并行操作。

鹿特丹的Euromax，碼頭配備設(shè)置與前面相同，但AGV速度提高至20m/s，且管理軟件系統(tǒng)也更為先進(jìn)。

該碼頭集成了ECT自動(dòng)化碼頭和HHLA碼頭的優(yōu)點(diǎn)，其設(shè)計(jì)均以高水平操作為原則，碼頭信息化程度更高，定位更為準(zhǔn)確。采用的是雙箱雙小車岸橋，該岸橋在第一代雙小車岸橋的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，速度高，定位準(zhǔn)確。后小車采用了鋼絲繩牽引的形式，這樣就避免了高速小車打滑的問題。改進(jìn)后，該類型的雙箱雙小車岸橋更加適合于自動(dòng)化碼頭的應(yīng)用。

（2）自動(dòng)化岸橋與跨運(yùn)車和自動(dòng)化軌道吊并行運(yùn)作

弗吉尼亞的APMT碼頭、西班牙的HJS-TTI是采用該模式運(yùn)轉(zhuǎn)。其中弗吉尼亞的APMT碼頭設(shè)有8臺(tái)岸橋，水平運(yùn)輸采用底盤車方式，堆場(chǎng)采用ARMG工藝。在碼頭后方垂直于碼頭方向布置了15個(gè)箱區(qū)，每個(gè)箱區(qū)有2臺(tái)起重量40TEU、堆高6層的ARMG，每個(gè)箱區(qū)的長(zhǎng)度滿足60個(gè)標(biāo)準(zhǔn)箱的存放。

（3）自動(dòng)化岸橋與集卡和自動(dòng)化軌道吊并行運(yùn)作

韓國(guó)的HJS and HMM and PNC and BNCT 則是采用自動(dòng)化岸橋與集裝箱卡車和自動(dòng)化軌道吊模式運(yùn)作。

3.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

（1）2005年上港集團(tuán)與2PMC合作開發(fā)了首個(gè)自動(dòng)化堆場(chǎng)

該堆場(chǎng)采用高矮軌道吊(RMG)接力式全自動(dòng)化無(wú)人裝卸系統(tǒng)。在集裝箱堆場(chǎng)的一條作業(yè)裝卸線上，配置一高一矮2臺(tái) RMG，它們通過地面轉(zhuǎn)接平臺(tái)進(jìn)行接力式作業(yè)，高型 RMG 負(fù) 責(zé)堆箱區(qū)集裝箱的裝卸，矮型 RMG 僅對(duì)集卡進(jìn)行裝卸，解決了無(wú)人操作的軌道吊對(duì)集卡對(duì)位難的難題。裝卸流程 全部為自動(dòng)化操作，提高了集裝箱堆場(chǎng)的作業(yè)效率。

（2）2014年10月中國(guó)首個(gè)自動(dòng)化集裝箱碼頭廈門遠(yuǎn)海集裝箱碼頭試運(yùn)營(yíng)。

該碼頭取消了傳統(tǒng)的由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的水平運(yùn)輸方式，將碼頭裝卸完全置于軌道上，用電驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，該碼頭還實(shí)現(xiàn)了堆場(chǎng)無(wú)人化作業(yè)。該系統(tǒng)由中央控制室計(jì)算機(jī)控制，是真正意義上的無(wú)人化全自動(dòng)化碼頭系統(tǒng)，不僅降低了碼頭用工成本，而且提高了安全作業(yè)水平，解決了噪音大、排放超標(biāo)、污染環(huán)境等問題。

3.3發(fā)展趨勢(shì)分析

針對(duì)當(dāng)今世界的能源危機(jī)及環(huán)境保護(hù)和中國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求越來(lái)越高的趨勢(shì)，一種無(wú)人化、綠色環(huán)保、低碳節(jié)能、安全可靠、效率高的全新的理念必將成為未來(lái)自動(dòng)化碼頭的發(fā)展趨勢(shì)。

4　自動(dòng)化碼頭建設(shè)對(duì)港口的影響—以廈門遠(yuǎn)海自動(dòng)化碼頭為例

廈門遠(yuǎn)海自動(dòng)化碼頭取消了傳統(tǒng)的由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的水平運(yùn)輸方式，將碼頭裝卸完全置于軌道上，用電驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而解決了噪音大、排放超標(biāo)、污染環(huán)境等問題。由于珍格格碼頭的系統(tǒng)采用電源驅(qū)動(dòng)，經(jīng)測(cè)算比傳統(tǒng)碼頭節(jié)省能源25%以上，碳排量減少16%以上。

遠(yuǎn)海碼頭在投入商業(yè)試運(yùn)行之后，單橋平均效率將實(shí)現(xiàn)每小時(shí)運(yùn)送三十七八自然箱，工作效率將比人工操作大大提高。碼頭的年吞吐量也將因此大增，可達(dá)78萬(wàn)～91萬(wàn)標(biāo)箱。

運(yùn)營(yíng)成本方面，據(jù)調(diào)研，以廈門遠(yuǎn)海集裝箱碼頭14號(hào)泊位為例，建設(shè)全自動(dòng)化碼頭后的每年運(yùn)營(yíng)成本只需2564萬(wàn)元，而常規(guī)碼頭的運(yùn)營(yíng)成本要4039萬(wàn)元，降低了37%。其中常規(guī)碼頭的人工費(fèi)用為3072萬(wàn)元，而自動(dòng)化碼頭只需1872萬(wàn)元。

從廈門遠(yuǎn)海碼頭運(yùn)行現(xiàn)狀來(lái)看，已經(jīng)對(duì)當(dāng)?shù)馗劭趲?lái)很大的影響。不但降低了碼頭的用工成本，而且提高了安全作業(yè)水平。在空間上可以節(jié)省土地使用，在時(shí)間上可以加快船舶裝卸作業(yè)的速度，更好地提高碼頭運(yùn)轉(zhuǎn)效率。同時(shí)，自動(dòng)化碼頭也實(shí)踐了“港區(qū)-人-自然”和諧相處的生態(tài)環(huán)境理念，在環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)利益之間獲得良好平衡的可持續(xù)發(fā)展，最大限度地提高港口經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的資源使用率，最大限度地減少港區(qū)對(duì)外區(qū)域環(huán)境的負(fù)面影響，提升港區(qū)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境綜合效益的目的。

5　總結(jié)

本文主要通過分析國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化碼頭發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)，然后結(jié)合廈門遠(yuǎn)海碼頭的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，綜合分析了自動(dòng)化碼頭建設(shè)對(duì)我國(guó)港口的影響。 但是，由于個(gè)人能力、時(shí)間以及論文篇幅的限制，本文只是從宏觀地分析問題，相對(duì)簡(jiǎn)單。

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