自動(dòng)化集裝箱碼頭輔助工藝流程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

陳凱凱，梁 浩，劉漢東，吳邵強(qiáng)，彭駿駿

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

集裝箱碼頭主要裝卸工藝流程包括標(biāo)準(zhǔn)集裝箱裝卸船、外集卡提送箱、特殊集裝箱裝卸和水-水中轉(zhuǎn)“直裝直卸”流程等，是碼頭主要的生產(chǎn)流程。除裝卸運(yùn)輸設(shè)備和控制系統(tǒng)外，自動(dòng)化集裝箱碼頭的主要裝卸工藝流程與傳統(tǒng)集裝箱碼頭基本一致。而自動(dòng)化集裝箱碼頭的輔助工藝流程與傳統(tǒng)集裝箱碼頭相比有其特別之處，如前者將生產(chǎn)區(qū)劃分為自動(dòng)化作業(yè)區(qū)和非自動(dòng)化作業(yè)區(qū)，針對(duì)設(shè)備保養(yǎng)維修、冷藏箱電源插拔等輔助生產(chǎn)業(yè)務(wù)尚需人工完成，設(shè)計(jì)其工藝流程時(shí)，需要從時(shí)間或空間上將自動(dòng)化和非自動(dòng)化業(yè)務(wù)進(jìn)行隔離，以確保生產(chǎn)作業(yè)效率和人員設(shè)備安全[1]。本文以廣州南沙四期自動(dòng)化集裝箱碼頭[2]和欽州大欖坪自動(dòng)化集裝箱碼頭[3]為例，對(duì)其輔助工藝流程進(jìn)行詳細(xì)論述。

1 自動(dòng)化集裝箱碼頭工藝布置

廣州南沙四期自動(dòng)化碼頭海輪泊位采用自動(dòng)化單小車(chē)岸橋，自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)采用平行碼頭布置、自動(dòng)化單懸臂軌道吊作業(yè)，主要由自動(dòng)化集裝箱堆箱區(qū)、自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備裝卸作業(yè)通道、港內(nèi)外集卡交互區(qū)及相關(guān)附屬設(shè)施組成。港外集卡運(yùn)行于港內(nèi)外交互區(qū)的陸側(cè)端，而港內(nèi)自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備均直接進(jìn)入堆箱區(qū)進(jìn)行裝卸作業(yè)，見(jiàn)圖1a)。

欽州大欖坪自動(dòng)化集裝箱碼頭前沿采用自動(dòng)化雙小車(chē)岸橋，自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)采用U形垂直布置、自動(dòng)化雙懸臂軌道吊作業(yè)，外集卡進(jìn)入堆場(chǎng)內(nèi)的U形通道與智能導(dǎo)引運(yùn)輸車(chē)(intelligent guided vehicle，IGV)分別在軌道吊兩側(cè)懸臂下作業(yè)，港內(nèi)外水平運(yùn)輸設(shè)備交通組織物理分離，見(jiàn)圖1b)。

圖1 自動(dòng)化集裝箱碼頭工藝布置

2 自動(dòng)化集裝箱碼頭輔助工藝流程

2.1 人員(含車(chē)輛)進(jìn)出自動(dòng)化區(qū)域流程

自動(dòng)化集裝箱碼頭的輔助工藝設(shè)計(jì)主要包括人員(含車(chē)輛)進(jìn)出自動(dòng)化區(qū)域、自動(dòng)化設(shè)備檢修、IGV充電、IGV故障救援、冷藏箱插拔電源、外集卡進(jìn)出閘口等作業(yè)流程設(shè)計(jì)。

廣州南沙四期與欽州大欖坪自動(dòng)化集裝箱碼頭的人員(含車(chē)輛)進(jìn)出自動(dòng)化區(qū)域流程基本一致。自動(dòng)化集裝箱碼頭的自動(dòng)化作業(yè)區(qū)與非自動(dòng)化作業(yè)區(qū)之間一般設(shè)置有隔離圍網(wǎng)，以便對(duì)自動(dòng)化作業(yè)區(qū)進(jìn)行封閉管理，并每隔一定距離設(shè)置人員和檢修車(chē)輛進(jìn)出的門(mén)及門(mén)禁系統(tǒng)。利用門(mén)禁系統(tǒng)或電子鎖閉等手段，將進(jìn)出自動(dòng)化區(qū)域的人員(含車(chē)輛)與自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行時(shí)間和空間隔離，確保人員、設(shè)備安全是該流程設(shè)計(jì)的核心。人員(含車(chē)輛)進(jìn)出自動(dòng)化區(qū)域作業(yè)流程見(jiàn)圖2。

圖2 人員(含車(chē)輛)進(jìn)出自動(dòng)化區(qū)域作業(yè)流程

當(dāng)IGV、自動(dòng)化軌道吊、自動(dòng)化岸橋維修或保養(yǎng)需要人員或車(chē)輛進(jìn)入自動(dòng)化區(qū)域作業(yè)時(shí)，碼頭中控人員根據(jù)具體作業(yè)位置劃定相應(yīng)的自動(dòng)化設(shè)備禁行區(qū)域并進(jìn)行電子鎖閉，以避免維修人員進(jìn)場(chǎng)救援時(shí)與自動(dòng)化運(yùn)行設(shè)備發(fā)生干擾或安全事故。

作業(yè)人員(含輔助維修車(chē)輛)接受中控指令后，按指定的門(mén)禁刷卡進(jìn)入自動(dòng)化區(qū)域，并按中控劃定的路徑到達(dá)目標(biāo)作業(yè)位置；維修或維護(hù)操作完成后，再按中控劃定的路徑和門(mén)禁刷卡出場(chǎng)，隨后中控對(duì)禁行區(qū)域進(jìn)行解除。

2.2 自動(dòng)化裝卸設(shè)備維修和保養(yǎng)流程

自動(dòng)化裝卸設(shè)備包括自動(dòng)化岸橋和自動(dòng)化軌道吊。

南沙四期碼頭前沿采用自動(dòng)化單小車(chē)岸橋，軌內(nèi)非自動(dòng)化車(chē)道與自動(dòng)化裝卸車(chē)道采用圍網(wǎng)隔離，軌后設(shè)置檢修車(chē)道，可利用軌內(nèi)非自動(dòng)化車(chē)道和軌后檢修車(chē)道進(jìn)行設(shè)備的維修和保養(yǎng)。堆場(chǎng)相鄰箱區(qū)采用單懸臂自動(dòng)化軌道吊“背靠背”成組布置模式，軌道吊非懸臂側(cè)相鄰區(qū)域設(shè)置有檢修通道。

欽州大欖坪碼頭前沿采用自動(dòng)化雙小車(chē)岸橋，軌內(nèi)設(shè)置艙蓋板區(qū)和非自動(dòng)化車(chē)道，軌后設(shè)置自動(dòng)化裝卸車(chē)道，可利用軌內(nèi)非自動(dòng)化車(chē)道進(jìn)行設(shè)備維修和保養(yǎng)。堆場(chǎng)外集卡車(chē)道與自動(dòng)化軌道吊之間設(shè)置圍網(wǎng)進(jìn)行物理隔離，并在圍網(wǎng)適當(dāng)位置設(shè)置供車(chē)輛、人員進(jìn)出的門(mén)禁，可用于日常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的維護(hù)、檢修、應(yīng)急作業(yè)等。

作業(yè)人員利用自動(dòng)化設(shè)備附近的檢修通道進(jìn)行設(shè)備維修和保養(yǎng)，檢修通道布置與設(shè)備形式、工藝布局有關(guān)。自動(dòng)化岸橋和軌道吊的維修、保養(yǎng)作業(yè)流程一致，如圖3所示。

圖3 自動(dòng)化裝卸設(shè)備維修和保養(yǎng)作業(yè)流程

當(dāng)人工駕駛維修車(chē)輛須經(jīng)過(guò)自動(dòng)化區(qū)域時(shí)，為避免與港區(qū)內(nèi)自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)行軌跡交叉產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)，本流程應(yīng)按照全過(guò)程執(zhí)行；當(dāng)人工駕駛維修車(chē)輛和人員在碼頭非自動(dòng)化作業(yè)區(qū)域內(nèi)即可開(kāi)展堆場(chǎng)自動(dòng)化裝卸設(shè)備維修和保養(yǎng)工作時(shí)，可不執(zhí)行設(shè)置和移除禁行區(qū)環(huán)節(jié)(圖3中虛線框部分)。

當(dāng)維修車(chē)輛和人員進(jìn)入碼頭自動(dòng)化作業(yè)區(qū)域內(nèi)開(kāi)展堆場(chǎng)自動(dòng)化裝卸設(shè)備維修和保養(yǎng)工作時(shí)，在作業(yè)前或完成后，維修車(chē)輛在自動(dòng)化區(qū)域門(mén)禁和設(shè)備待檢位置間的自動(dòng)化區(qū)域內(nèi)運(yùn)行應(yīng)執(zhí)行“人員(含車(chē)輛)進(jìn)出自動(dòng)化區(qū)域流程”。

2.3 IGV自動(dòng)充電流程

IGV充電包括機(jī)會(huì)充電和集中充電兩種方式，廣州南沙四期和欽州大欖坪碼頭均采用集中充電方式。自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備接收來(lái)自系統(tǒng)或中控的自動(dòng)充電任務(wù)時(shí)，一般處于正在執(zhí)行自動(dòng)化任務(wù)和閑置兩種狀態(tài)。若設(shè)備處于正在執(zhí)行自動(dòng)化任務(wù)的狀態(tài)，則應(yīng)根據(jù)設(shè)備當(dāng)前電量與預(yù)設(shè)多級(jí)電量警戒線的對(duì)比情況，決策是否需要立即執(zhí)行充電任務(wù)。若設(shè)備處于閑置狀態(tài)，則可直接執(zhí)行充電任務(wù)。

2.4 IGV故障救援流程

南沙四期和欽州大欖坪碼頭的IGV故障救援流程一致。當(dāng)IGV故障無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)時(shí)，維修人員須根據(jù)故障IGV的實(shí)際情況，利用輔助設(shè)備將IGV運(yùn)送至維修區(qū)。一般情況下，可利用牽引車(chē)拖拽IGV出場(chǎng)；當(dāng)IGV輪系無(wú)法正常動(dòng)作時(shí)，可利用正面吊將IGV吊裝至牽引拖車(chē)上，然后運(yùn)輸出場(chǎng)，或利用正面吊直接將IGV吊裝出場(chǎng)。執(zhí)行IGV故障救援流程時(shí)，IGV維修人員(或車(chē)輛)進(jìn)出自動(dòng)化區(qū)域還需要執(zhí)行“人員(含車(chē)輛)進(jìn)出自動(dòng)化區(qū)域流程”。 IGV故障救援作業(yè)流程見(jiàn)圖4。

圖4 IGV故障救援作業(yè)流程

IGV進(jìn)維修區(qū)：故障IGV收到中控或系統(tǒng)發(fā)出的“前往維修區(qū)”指令后，IGV自行運(yùn)行至目標(biāo)門(mén)禁指定位置(或中控人員將IGV運(yùn)行模式切換成遠(yuǎn)控模式后，由中控人員將IGV遠(yuǎn)控至門(mén)禁指定位置)，中控將IGV從系統(tǒng)車(chē)隊(duì)中移出，現(xiàn)場(chǎng)人員(自動(dòng)化區(qū)域外)在門(mén)禁外確認(rèn)后，將IGV切換為本地模式，中控人員遠(yuǎn)程或現(xiàn)場(chǎng)人員現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)啟門(mén)禁，IGV通過(guò)人工遙控進(jìn)入維修區(qū)指定區(qū)域進(jìn)行維修。

IGV出維修區(qū)：現(xiàn)場(chǎng)人員將IGV遙控至目標(biāo)門(mén)禁點(diǎn)，與中控確認(rèn)后，現(xiàn)場(chǎng)人員或中控遠(yuǎn)程開(kāi)啟門(mén)禁，IGV遙控至門(mén)禁內(nèi)指定位置，關(guān)閉門(mén)禁，現(xiàn)場(chǎng)人員通知中控接管IGV并編入車(chē)隊(duì)，IGV切換為自動(dòng)模式。

IGV日常維護(hù)進(jìn)出維修區(qū)流程與上述相同。

2.5 冷藏箱插拔電源流程

廣州南沙四期、欽州大欖坪自動(dòng)化碼頭冷藏箱堆場(chǎng)均設(shè)置有箱底式通道，見(jiàn)圖5。作業(yè)人員通過(guò)箱底式通道進(jìn)入冷藏箱箱架進(jìn)行拔插電源操作，不同的是兩者進(jìn)入箱區(qū)通道的方式略有不同。

圖5 自動(dòng)化碼頭冷藏箱堆場(chǎng)箱底式通道

南沙四期自動(dòng)化碼頭冷藏箱堆場(chǎng)四周為IGV車(chē)道，車(chē)道與堆場(chǎng)之間采用圍網(wǎng)隔離，作業(yè)人員無(wú)法通過(guò)非自動(dòng)區(qū)域直接進(jìn)入冷藏箱堆場(chǎng)，須采取電子鎖閉方式規(guī)劃隔離作業(yè)人員通行路徑，避免與堆場(chǎng)自動(dòng)化裝卸設(shè)備和自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備產(chǎn)生軌跡交叉。

欽州大欖坪自動(dòng)化碼頭冷藏箱堆場(chǎng)布置在條形堆場(chǎng)的陸側(cè)端部，靠軌道側(cè)設(shè)置箱底式通道，利用隔離圍網(wǎng)將通道出入口與自動(dòng)化區(qū)域物理隔離，作業(yè)人員從港外集卡車(chē)道進(jìn)出箱底式通道，避免與自動(dòng)化區(qū)域作業(yè)交叉[4]。

冷藏箱插拔電源流程須與集裝箱自動(dòng)化軌道龍門(mén)吊設(shè)備管理系統(tǒng)聯(lián)鎖，工作人員進(jìn)入冷藏箱堆場(chǎng)作業(yè)區(qū)執(zhí)行電源插拔操作須嚴(yán)格執(zhí)行堆場(chǎng)內(nèi)部操作規(guī)程，在箱式專用通道和各冷藏箱架間的允許活動(dòng)范圍內(nèi)等待作業(yè)指令，見(jiàn)圖6。

圖6 冷藏箱插拔電作業(yè)流程

2.6 外集卡進(jìn)出閘口流程

2.6.1閘口區(qū)布置

自動(dòng)化集裝箱碼頭閘口已完全實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化，南沙四期和欽州大欖坪自動(dòng)化碼頭的進(jìn)、出港閘口均采用3級(jí)閘口布置模式[5]，見(jiàn)圖7。

圖7 自動(dòng)化碼頭閘口區(qū)布置

2.6.2外集卡進(jìn)閘

1)進(jìn)港第1級(jí)閘口為進(jìn)港信息采集閘，主要用于進(jìn)港外集卡的車(chē)牌號(hào)、箱號(hào)、箱門(mén)朝向、鉛封、箱型、危險(xiǎn)品標(biāo)識(shí)、殘損等信息的識(shí)別和采集。外集卡經(jīng)過(guò)進(jìn)港第1級(jí)閘口至第2級(jí)閘口的過(guò)程中，閘口管理系統(tǒng)對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行匹配與效驗(yàn)，判斷異?；蛱崆胺峙渫饧ㄟM(jìn)港作業(yè)任務(wù)。

2)進(jìn)港第2級(jí)閘口為進(jìn)港控制分流閘，主要對(duì)車(chē)輛進(jìn)行作業(yè)信息校驗(yàn)與確認(rèn)、過(guò)磅、作業(yè)任務(wù)小票打印、異常處理等。對(duì)于校驗(yàn)通過(guò)且無(wú)特殊作業(yè)要求的車(chē)輛，打印作業(yè)小票后，進(jìn)港第2級(jí)閘口車(chē)道檔桿自動(dòng)抬起，司機(jī)駕駛車(chē)輛直接駛向進(jìn)港第3級(jí)閘口；對(duì)于信息校驗(yàn)異?；蛴羞M(jìn)港調(diào)箱門(mén)等特殊作業(yè)需求的車(chē)輛，則會(huì)提示司機(jī)進(jìn)入閘口緩沖區(qū)停車(chē)場(chǎng)，待司機(jī)確認(rèn)接收相關(guān)處理信息后，綠燈亮、車(chē)道自動(dòng)檔桿抬起，司機(jī)駕駛車(chē)輛進(jìn)入閘口緩沖區(qū)進(jìn)行異?；蛱厥庾鳂I(yè)處理，處理完成后，再駛?cè)脒M(jìn)港第3級(jí)閘口。

3)進(jìn)港第3級(jí)閘口為放行閘，主要進(jìn)行過(guò)閘車(chē)輛的信息匹配與放行控制，防止異常的車(chē)輛進(jìn)入港內(nèi)作業(yè)區(qū)域。

對(duì)于進(jìn)錯(cuò)碼頭或進(jìn)閘異常需要直接返回的車(chē)輛，待車(chē)輛進(jìn)入進(jìn)港第2級(jí)閘口時(shí)，閘口提示車(chē)輛進(jìn)入緩沖區(qū)處理，經(jīng)緩沖區(qū)處理和指引，異常車(chē)輛通過(guò)指定的出港道路出港。

2.6.3外集卡出閘

出港各級(jí)閘口功能與進(jìn)港閘口類似，主要為：港外集卡在港區(qū)作業(yè)完成后，經(jīng)過(guò)港內(nèi)道路快速通過(guò)出港第1級(jí)閘口(信息采集閘)進(jìn)行相關(guān)信息的識(shí)別與采集；隨后進(jìn)入出港第2級(jí)閘口(控制閘)進(jìn)行相關(guān)信息識(shí)別，并對(duì)有過(guò)磅要求的車(chē)輛生成相應(yīng)信息，同時(shí)校驗(yàn)車(chē)輛是否完成了所有作業(yè)任務(wù)、有無(wú)異常等，對(duì)校驗(yàn)通過(guò)的車(chē)輛，司機(jī)根據(jù)需要打印完信息小票后，直接綠燈亮、檔桿自動(dòng)抬起，放行車(chē)輛進(jìn)入出港第3級(jí)閘口(放行閘口)；出港第3級(jí)閘口對(duì)車(chē)輛放行條件進(jìn)行判斷，滿足放行條件則綠燈亮、車(chē)道自動(dòng)檔桿抬起，車(chē)輛直接出港，對(duì)有異常的車(chē)輛則提示其進(jìn)入緩沖區(qū)進(jìn)行異常處理。

3 結(jié)語(yǔ)

1)將自動(dòng)化區(qū)域的人員(含車(chē)輛)與自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行時(shí)間和空間隔離，確保人員、設(shè)備安全是人員(含車(chē)輛)進(jìn)出自動(dòng)化區(qū)域流程設(shè)計(jì)的核心。

2)自動(dòng)化設(shè)備檢修通道布置與設(shè)備形式、工藝布局有關(guān)。

3)廣州南沙四期和大欖坪自動(dòng)化集裝箱碼頭冷藏箱堆場(chǎng)均采用箱底式通道進(jìn)行插拔電源作業(yè)，根據(jù)堆場(chǎng)布局不同分別采用電子鎖閉和隔離圍網(wǎng)兩種方式進(jìn)出箱區(qū)。

4)自動(dòng)化集裝箱碼頭的輔助工藝流程具有定制化和個(gè)性化的特點(diǎn)，應(yīng)結(jié)合總體布局、工藝設(shè)備和配套基礎(chǔ)設(shè)施等進(jìn)行設(shè)計(jì)。