兩種典型自動化集裝箱碼頭水平運(yùn)輸工藝

唐立輝+王偉+孫秀良+朱林

1 全球主要自動化集裝箱碼頭概況

隨著港口裝卸設(shè)備自動化程度的提高，為減少操作人員，降低運(yùn)營成本，提高作業(yè)效率，提升港口競爭力，全球掀起自動化集裝箱碼頭建設(shè)浪潮。根據(jù)自動化程度的不同，自動化集裝箱碼頭主要分為半自動化碼頭和全自動化碼頭兩大類：半自動化碼頭指僅在堆場裝卸環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動化，而水平運(yùn)輸環(huán)節(jié)仍采用人工操作方式的集裝箱碼頭；全自動化碼頭指水平運(yùn)輸環(huán)節(jié)和堆場裝卸環(huán)節(jié)均已實(shí)現(xiàn)自動化而無須人工操作的集裝箱碼頭。

截至2014年底，全球共建成自動化集裝箱碼頭32個(gè)（見表1），其中，歐洲地區(qū)10個(gè)，亞洲地區(qū)15個(gè)，北美地區(qū)4個(gè)，澳洲地區(qū)3個(gè)。

表1 全球已建成自動化集裝箱碼頭概況

表1所列的自動化集裝箱碼頭根據(jù)當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)和碼頭需求采用不同的裝卸設(shè)備配置和裝卸工藝流程，典型的設(shè)備配置大致可以分成兩類：一類為自動導(dǎo)引車（Automated Guided Vehicle，AGV）自動化碼頭，采用“岸橋+ AGV+自動軌道吊”的設(shè)備配置；另一類為跨運(yùn)車（Straddle Carrier，SC）自動化碼頭，采用“岸橋+ SC+自動軌道吊”的設(shè)備配置。在全球已建成的自動化集裝箱碼頭中，AGV自動化碼頭有 12個(gè)，主要集中在歐洲和北美，均為全自動化碼頭；SC自動化碼頭有 20個(gè)，主要集中在亞洲和澳洲，大部分為半自動化碼頭。

2 兩種典型自動化集裝箱碼頭水平運(yùn)輸 工藝的特點(diǎn)及發(fā)展概況

2.1 AGV自動化集裝箱碼頭

AGV自動化集裝箱碼頭以AGV作為水平運(yùn)輸工具。AGV具有無人駕駛、自動導(dǎo)航、定位精確、路徑優(yōu)化及安全避障等智能化特征，其動力系統(tǒng)由最初的柴電-液壓驅(qū)動發(fā)展到今天的蓄電池-電機(jī)驅(qū)動，相比于其他水平運(yùn)輸工具具有自動化程度高、能源單耗低、綠色環(huán)保、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，逐漸被大多數(shù)自動化集裝箱碼頭所采用。

AGV自動化集裝箱碼頭的發(fā)展過程大致可以分為4個(gè)階段：第一階段以荷蘭鹿特丹港的ECT碼頭為代表，其于1993年開始建設(shè)，1996年正式投產(chǎn)，是全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)全自動化運(yùn)營的集裝箱碼頭；第二階段以德國的HHLA Burchardkai 碼頭為代表，其于1999年開始建設(shè)，2002年投入使用；第三階段以2010年投入運(yùn)營的荷蘭鹿特丹港的Euromax碼頭為代表；第四階段以荷蘭鹿特丹港的RWG碼頭、MV2碼頭以及美國長灘港的LBCT碼頭等為代表，與前幾代相比，其水平運(yùn)輸系統(tǒng)采用更加靈活的具備舉升功能的AGV，配合交互支架使用，與軌道吊的交互完全解耦，更加靈活，且效率更高。

AGV自動化集裝箱碼頭平面布局如圖1所示，其基本上采用岸橋下交互區(qū)、垂直緩沖區(qū)、陸側(cè)車道、軌道吊海側(cè)交互區(qū)的布局設(shè)計(jì)，設(shè)備配置采用“岸橋+AGV+自動軌道吊”的模式。目前，岸橋大多為效率更高的雙小車岸橋，主小車負(fù)責(zé)船舶與中轉(zhuǎn)平臺之間的集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)，第二小車負(fù)責(zé)中轉(zhuǎn)平臺與岸橋下交互區(qū)之間的集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)。AGV負(fù)責(zé)岸橋下交互區(qū)與軌道吊海側(cè)交互區(qū)交互支架之間的集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)，其具有舉升平臺，自動軌道吊通過支架與其交互，避免直接交互，以節(jié)省交互時(shí)互相等待的時(shí)間；但AGV與岸橋需要直接交互，這要求作業(yè)流程設(shè)計(jì)要合理，對AGV設(shè)備控制管理系統(tǒng)的要求也較高，岸橋與AGV的設(shè)備配置比例可控制在1∶5以內(nèi)。此外，AGV還負(fù)責(zé)岸橋與軌道吊之間集裝箱的自動化運(yùn)輸。目前已投產(chǎn)的自動化集裝箱碼頭均使用普通的不帶舉升功能的AGV，其缺點(diǎn)為：與軌道吊直接交互，需要相互等待，交互時(shí)間較長；AGV的配置比例較高，資金投入較大。

當(dāng)前國際上還未建成投產(chǎn)的自動化集裝箱碼頭均采用當(dāng)今最先進(jìn)的帶舉升功能的AGV，其優(yōu)點(diǎn)為：帶舉升功能的AGV配置比例較低，投資成本較小，并且能夠確保碼頭作業(yè)效率。選用帶舉升功能的AGV，在每個(gè)箱區(qū)的海側(cè)交互區(qū)設(shè)4個(gè)支架（每個(gè)支架可以放1個(gè)20英尺集裝箱或1個(gè)40英尺集裝箱或1個(gè)45英尺集裝箱或2個(gè)20英尺集裝箱）用于與軌道吊交互作業(yè)；對于不能由AGV舉升平臺舉升的集裝箱的耦合交接，可以通過在支架旁設(shè)置1個(gè)集裝箱直接交換點(diǎn)的方式，使AGV與軌道吊直接交互。通過使用帶舉升功能的AGV和交互支架，AGV與軌道吊之間的交互無須相互等待，從而大大提升整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)的效率。

2.2 SC自動化集裝箱碼頭

SC自動化集裝箱碼頭采用SC作為水平運(yùn)輸工具。SC具有作業(yè)靈活、機(jī)動性強(qiáng)、裝卸效率高的優(yōu)點(diǎn)，可根據(jù)作業(yè)量隨時(shí)重新調(diào)配，不影響船舶裝卸；岸橋可將集裝箱直接放在岸橋下的SC行車線上，無須準(zhǔn)確對位，有利于提高岸橋的卸船效率。世界上以SC作為水平運(yùn)輸工具的自動化集裝箱碼頭主要有西班牙的TTI碼頭、阿拉伯聯(lián)合酋長國的Khalifa碼頭、澳大利亞的布里斯班碼頭、英國的倫敦門戶碼頭、西班牙的BEST碼頭、韓國的釜山新集裝箱碼頭、美國的APMT碼頭等。

SC自動化集裝箱碼頭平面布局如圖2所示，其主要采用岸橋下交互區(qū)、緩沖區(qū)、陸側(cè)車道、軌道吊海側(cè)交互區(qū)的布局設(shè)計(jì)，設(shè)備配置采用“岸橋+SC+自動軌道吊”的模式。目前，岸橋大多為效率更高的單小車雙起升岸橋，負(fù)責(zé)船舶與岸橋下交互區(qū)之間的集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)。SC負(fù)責(zé)岸橋下交互區(qū)與軌道吊海側(cè)交互區(qū)之間的集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)，其具有起升系統(tǒng)和吊具，無須與岸橋和自動軌道吊直接交互，從而節(jié)省交互時(shí)互相等待的時(shí)間，使整個(gè)水平運(yùn)輸系統(tǒng)的效率較高；岸橋與SC的設(shè)備配置比例在1∶4以內(nèi)。

SC自動化集裝箱碼頭的發(fā)展過程大致可以分為2個(gè)階段：在第一階段，SC既作為水平運(yùn)輸工具負(fù)責(zé)岸橋與堆場之間的集裝箱運(yùn)輸，同時(shí)又作為集裝箱堆場的裝卸設(shè)備，一機(jī)多用，該階段的SC大多具備堆1過3或堆1過4的堆存能力，造價(jià)昂貴，基本上同時(shí)具有集卡和輪胎式龍門起重機(jī)的功能；在第二階段，隨著自動軌道吊的使用，SC僅作為岸橋與自動軌道吊之間的水平運(yùn)輸工具，只須具備堆1過1的堆存能力即可滿足自動化集裝箱碼頭的需要，從而大大降低SC的造價(jià)，同時(shí)能更充分地發(fā)揮SC機(jī)動靈活、裝卸效率高的優(yōu)點(diǎn)。

2.3 兩種典型自動化集裝箱碼頭特點(diǎn)比較

兩種典型自動化集裝箱碼頭特點(diǎn)比較見表2。

3 結(jié)束語

自動化集裝箱碼頭相比于常規(guī)碼頭具有較大優(yōu)勢，主要體現(xiàn)為：減小天氣等因素對碼頭作業(yè)的影響，實(shí)現(xiàn)碼頭全天候作業(yè)；集裝箱堆場的箱位分配經(jīng)過優(yōu)化，大大提高作業(yè)效率的穩(wěn)定性；自動軌道吊具備自動翻箱能力，提高堆場利用率。總而言之，自動化機(jī)械的使用進(jìn)一步降低勞動強(qiáng)度，可以減少人為因素引發(fā)的差錯(cuò)，從而提高作業(yè)可靠性；同時(shí)，有利于大幅減少碼頭操作人員的數(shù)量，進(jìn)一步降低人工成本，并且可以最大限度地減少人機(jī)接觸，降低安全事故發(fā)生概率，實(shí)現(xiàn)碼頭生產(chǎn)的綠色、節(jié)能、環(huán)保。

集裝箱碼頭向自動化、智能化、大型化方向發(fā)展已是大勢所趨，目前全球正在規(guī)劃建設(shè)的自動化集裝箱碼頭就體現(xiàn)了這一趨勢。我國已有廈門遠(yuǎn)海集裝箱碼頭、青島前灣集裝箱碼頭、上海洋山深水港區(qū)集裝箱碼頭等自動化碼頭項(xiàng)目先后上馬。通過對比分析兩種典型自動化集裝箱碼頭水平運(yùn)輸工藝，可以為我國自動化集裝箱碼頭建設(shè)提供借鑒。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2016-11-13）