自動化集裝箱碼頭總體技術(shù)路線的選擇

王 烽，麥宇雄，許鴻貫，彭駿駿

(中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510290)

1 全自動化集裝箱碼頭總體技術(shù)路線現(xiàn)狀

經(jīng)過近30年發(fā)展，國內(nèi)外已建和在建的自動化集裝箱碼頭近50座，其中可以實現(xiàn)全自動化裝卸作業(yè)的碼頭總體技術(shù)路線見表1。

表1 國內(nèi)外已建全自動化集裝箱碼頭總體技術(shù)路線現(xiàn)狀

從碼頭的空間布局形態(tài)來看，可分為垂直和平行碼頭布置兩種方式，其中垂直布置分為傳統(tǒng)垂直布置和U形垂直布置。

從堆場裝卸方式來看，可以分為端裝卸和邊裝卸兩種方式；其中端裝卸是指集裝箱水平運輸設(shè)備不進入堆箱區(qū)內(nèi)，僅在堆箱區(qū)兩側(cè)端部進行交互作業(yè)的裝卸方式；邊裝卸是指集裝箱水平運輸設(shè)備進入堆箱區(qū)內(nèi)任意貝位的邊側(cè)進行交互作業(yè)的裝卸方式。

從隔離方式來看，可以分為空間和時空隔離兩種方式，其中空間隔離通過物理圍網(wǎng)手段實現(xiàn)自動化區(qū)和非自動化區(qū)的空間隔離；時空隔離則通過智能交通燈臨時管控措施實現(xiàn)自動化區(qū)和非自動化區(qū)時間和空間上的隔離。

2 自動化集裝箱碼頭總體技術(shù)路線分類

2.1 “傳統(tǒng)垂直布置+端裝卸+空間隔離”總體技術(shù)路線

“傳統(tǒng)垂直布置+端裝卸+空間隔離”總體技術(shù)路線是目前應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最為成熟的全自動化集裝箱碼頭解決方案，以荷蘭鹿特丹Euromax、德國漢堡HHLA-CTA、美國長灘LBCT、中國青島前灣自動化碼頭等為代表，其特點如下：

1)集疏運方式主要為公路(即使部分鐵路運輸，也通過陸側(cè)交互)，堆場采用傳統(tǒng)垂直碼頭布置，見圖1。堆場作業(yè)方式為端裝卸(除洋山四期部分堆場采用邊裝卸)，在每個箱條兩端分別設(shè)置海側(cè)交互區(qū)和陸側(cè)交互區(qū)，通過圍網(wǎng)進行空間物理隔離，內(nèi)外集卡不進入堆場，集中在海側(cè)交互區(qū)和陸側(cè)交互區(qū)作業(yè)，交通組織簡單。

圖1 傳統(tǒng)垂直布置堆場

2)每個箱條一般配置2臺高速自動化軌道吊(ARMG)，堆場內(nèi)由高速ARMG帶箱運行并進行接力作業(yè)，軌道基礎(chǔ)投資大，運營能耗高、成本高，一般堆場縱深為350 m比較經(jīng)濟合理。

3)堆場采用無懸臂ARMG(除洋山四期部分堆場采用單懸臂和雙懸臂)，堆場利用率較高，比較適合陸域緊張的港口。

4)外集卡集中在端部陸側(cè)交互區(qū)作業(yè)，受端部裝卸車位數(shù)量限制，出箱點較少。對于海關(guān)查驗后集中放行的港口，會出現(xiàn)集中到港提箱的現(xiàn)象，導致高峰期陸側(cè)交互區(qū)擁堵。同時，港外集卡須倒車進入裝卸車位作業(yè)，司機體驗感較差。

2.2 “U形垂直布置+邊裝卸+空間隔離”總體技術(shù)路線

“U形垂直布置+邊裝卸+空間隔離”總體技術(shù)路線是在“傳統(tǒng)垂直布置+端裝卸+空間隔離”總體技術(shù)路線基礎(chǔ)上優(yōu)化而來的一種全新全自動化集裝箱碼頭解決方案，并在我國廣西欽州大欖坪自動化集裝箱碼頭得到首次應(yīng)用[1]，該技術(shù)路線特點如下：

1)集疏運方式以公路為主，部分鐵路運輸和水水中轉(zhuǎn)。由于堆場縱深大，外集卡集中到港情況突出，傳統(tǒng)垂直布置的軌道吊帶箱運行距離長、運營成本高，高峰期陸側(cè)交互區(qū)車流量較大、出箱點少，生產(chǎn)效率受影響。因此，在傳統(tǒng)垂直布置的基礎(chǔ)上，考慮在箱區(qū)內(nèi)設(shè)置外集卡通行的U形車道以及箱區(qū)外設(shè)置內(nèi)集卡作業(yè)車道，堆場采用邊裝卸方式，內(nèi)外集卡均可直接進入堆場任意貝位邊側(cè)進行裝卸作業(yè)，增加出箱點。對于堆場縱深較大的碼頭更具有適應(yīng)性，堆場可根據(jù)實際裝卸作業(yè)需求配置多臺軌道吊，設(shè)備擴展性更好。

2)堆場為U形垂直布置，見圖2。圍繞堆箱區(qū)成組兩兩相對布置，每組內(nèi)包括2條堆箱區(qū)、1條港外集卡裝卸作業(yè)U形通道和1條智能導引車(IGV)裝卸作業(yè)通道，堆箱區(qū)上為自動化雙懸臂ARMG。U形通道供港外集卡由陸側(cè)主干道進入箱區(qū)間進行裝卸作業(yè)及離場并返回至陸側(cè)主干道，IGV裝卸運輸通道布置在雙懸臂軌道吊的另一側(cè)外懸臂下。

圖2 U形垂直布置堆場

3)堆場采用低速ARMG不帶箱運行，有效降低工程投資和運營成本。

4)堆場設(shè)備采用雙懸臂ARMG，U形車道以及IGV車道占用面積較多，適用于陸域面積充足的港口。未來隨著L5級內(nèi)外集卡混行技術(shù)的成熟，可以將U 形車道調(diào)整為箱位，提高堆場利用率。

5)堆場出箱點多，裝卸效率更高，對于公路集疏運比例高、集中到港明顯的港口具有競爭優(yōu)勢。同時，港外集卡無需倒車進入裝卸車位作業(yè)，司機體驗感較好。

2.3 “水平布置+邊裝卸+空間隔離”總體技術(shù)路線

采用“水平布置+邊裝卸+空間隔離”總體技術(shù)路線的全自動化集裝箱碼頭為廣州港南沙港區(qū)四期碼頭工程[2-3]，該技術(shù)路線特點如下：

1)集疏運方式以江海聯(lián)運為主，水水中轉(zhuǎn)比例達85%以上，公路集疏運比例低。海輪泊位側(cè)面布置有駁船泊位，堆場采用平行碼頭布置，海輪泊位和駁船泊位的車輛更方便進入堆場邊側(cè)進行裝卸作業(yè)，減少運輸路徑，降低運輸成本，提高運營效率。

2)針對公路集疏運比例低的特點，在自動化集裝箱堆場后方設(shè)置集中的內(nèi)外集卡交互作業(yè)區(qū)，斷面見圖3。利用內(nèi)外交互區(qū)將自動化區(qū)域和非自動化區(qū)域進行空間物理隔離。內(nèi)外交互區(qū)采用雙懸臂ARMG作業(yè)，懸臂兩側(cè)分別對應(yīng)外集卡作業(yè)車道和IGV作業(yè)車道。

圖3 集中交互作業(yè)區(qū)斷面

3)自動化堆場為水平布置，采用邊裝卸方式，IGV進入堆場任意貝位邊側(cè)進行裝卸作業(yè)。

4)堆場采用低速ARMG不帶箱運行，可有效降低工程投資和運營成本。

5)內(nèi)外交互區(qū)增加集裝箱中轉(zhuǎn)作業(yè)流程，適合水水中轉(zhuǎn)比例較高、公路集疏運比例較低的港口。

2.4 “水平布置+邊裝卸+時空隔離”總體技術(shù)路線

采用“水平布置+邊裝卸+時空隔離”總體技術(shù)路線的全自動化集裝箱碼頭有日本名古屋港Tobishima TCB碼頭、天津北疆C段自動化碼頭和深圳海星自動化碼頭，該技術(shù)路線特點如下：

1)堆場采用傳統(tǒng)的水平布置，外集卡車流和AGV車流分別按照順時針和逆時針方向循環(huán)行駛，在兩側(cè)端部內(nèi)外集卡進箱區(qū)處設(shè)置智能交通燈，控制內(nèi)外集卡進出安全，屬于時空隔離技術(shù)，交通流向見圖4。

圖4 時空隔離水平布置交通流向

2)堆場采用邊裝卸方式，內(nèi)外集卡均可直接進入堆場任意貝位邊側(cè)進行裝卸作業(yè)，堆場采用低速ARMG不帶箱運行，具有出箱點多、工程投資低、運營成本低、設(shè)備擴展性好等優(yōu)點。

3)根據(jù)堆場裝卸工藝設(shè)備的不同，堆場斷面布置形式有所差異。

日本名古屋港Tobishima TCB碼頭的堆場采用自動輪胎吊(ARTG)，外集卡車道和內(nèi)集卡車道均布置在ARTG內(nèi)一側(cè)，相互干擾較大，斷面見圖5a)；天津北疆C段自動化碼頭堆場采用雙懸臂ARMG[4]，外集卡車道和內(nèi)集卡車道分別布置在ARMG懸臂兩側(cè)，內(nèi)外集卡車流分離，相互干擾少，斷面見圖5b)；由于堆場面積受限，深圳海星自動化碼頭堆場采用單懸臂ARMG[5]，內(nèi)外集卡車道均布置在ARMG懸臂一側(cè)，相互干擾較大，斷面見圖5c)。

圖5 堆場作業(yè)斷面

4)通過時空隔離技術(shù)控制，內(nèi)外集卡存在交叉干擾，作業(yè)效率受到影響，一般適用于中等規(guī)模的自動化集裝箱碼頭。

3 各種典型總體技術(shù)路線對比分析及適用性建議

上述4種典型自動化集裝箱碼頭總體技術(shù)路線的對比分析及適用性建議見表2。

表2 各種典型總體技術(shù)路線的對比分析及適用性建議

4 結(jié)語

1)通過總結(jié)分析，按照平面布局形態(tài)、裝卸方式和隔離方式的不同，目前國內(nèi)外有4種典型的自動化集裝箱碼頭總體技術(shù)路線，分別有各自的技術(shù)特點和適用性。自動化集裝箱碼頭須結(jié)合自動化程度、投資、當前自動化技術(shù)水平以及項目自身特點，選擇合適的總體技術(shù)路線。

2)近年來，行業(yè)內(nèi)也在探索自動化集裝箱碼頭向空間上發(fā)展，提出了各種立體自動化集裝箱碼頭技術(shù)路線，對于用地緊張的港口具有一定的借鑒意義。