欽州港全自動化集裝箱碼頭裝卸工藝系統(tǒng)設(shè)計

彭駿駿，梁 浩，劉漢東

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

隨著自動化碼頭技術(shù)的不斷發(fā)展，各類型自動化集裝箱碼頭飛速涌現(xiàn)，如青島前灣、洋山四期[1]、南沙四期[2]、天津北疆C段[3]等均采用不同的自動化集裝箱碼頭技術(shù)方案。裝卸工藝系統(tǒng)是自動化集裝箱碼頭的核心，如何結(jié)合工程自身特點，最大限度地滿足碼頭智慧、高效、節(jié)能、安全等的運營需求，科學(xué)合理地進(jìn)行裝卸工藝系統(tǒng)設(shè)計與選擇尤為關(guān)鍵。

本文基于欽州港自動化集裝箱碼頭陸域條件和集裝箱集疏運特點，提出一種全新的U形全自動化集裝箱碼頭裝卸工藝系統(tǒng)方案，可為后續(xù)自動化集裝箱碼頭設(shè)計、建設(shè)提供一種新的思路和參考。

1 工程特點

圖1 欽州港自動化集裝箱碼頭陸域范圍(單位：m)

1)陸域縱深大。欽州港自動化集裝箱碼頭陸域縱深較大，為807.5～1 007.0 m，目前采用垂直于碼頭岸線布置的自動化集裝箱碼頭有洋山四期，由于采用海陸側(cè)交互區(qū)、堆場端部裝卸的方案(簡稱“端裝卸”)，該自動化方案集裝箱堆箱區(qū)長度不宜大于350 m，對陸域縱深較大的自動化集裝箱碼頭適應(yīng)性較差。

2)陸路集疏運比例高。欽州港自動化集裝箱碼頭陸路集疏運比例較高，約為70%，若采用類似南沙四期堆場平行于碼頭岸線布置、設(shè)置港內(nèi)外集卡交互區(qū)的自動化方案，則存在交互區(qū)裝卸作業(yè)量大、二次裝卸能耗高等問題。

3)港外集卡集中到港情況顯著。欽州港港外集疏運集卡進(jìn)出港作業(yè)主要集中在某幾個時段，集中到港作業(yè)特點突出，若采用如天津港北疆C段智能化集裝箱碼頭的方案，堆場平行于岸線布置、交通路口通過門禁和紅綠燈控制的自動化方案，可能會出現(xiàn)港外集卡進(jìn)出堆場作業(yè)擁堵的情況。

2 裝卸工藝方案

鑒于工程顯著特點，同時結(jié)合目前已成熟的自動化集裝箱碼頭技術(shù)，針對欽州港自動化集裝箱碼頭工程，提出一種全新的U形全自動化集裝箱碼頭方案[4]：碼頭前沿采用自動化雙小車岸橋，堆場采用雙懸臂自動化軌道龍門吊(ARMG)，水平運輸采用智能導(dǎo)引車(IGV)。方案主要特征為：堆場垂直于碼頭岸線布置；港外集卡在堆場內(nèi)的裝卸運輸通道呈U形布置(圖2)，港外集卡和IGV均直接進(jìn)入堆場、分別在ARMG兩側(cè)懸臂下進(jìn)行作業(yè)；港內(nèi)外水平運輸設(shè)備交通組織物理分離。

圖2 U形全自動化集裝箱碼頭裝卸工藝系統(tǒng)

2.1 碼頭前沿自動化裝卸工藝系統(tǒng)

欽州港自動化集裝箱碼頭前沿共配置12臺自動化雙小車岸橋進(jìn)行作業(yè)，碼頭前沿作業(yè)地帶寬度120 m，包括：岸橋海側(cè)軌中心線至碼頭前沿線之間3.5 m、自動化雙小車岸橋軌內(nèi)35 m區(qū)域、岸橋陸側(cè)軌后IGV裝卸作業(yè)車道、IGV緩沖區(qū)和IGV快速行車道(圖3)。其中艙蓋板堆放區(qū)和特殊箱(如超限箱、框架箱等)通道布置在岸橋軌內(nèi)，岸橋陸側(cè)軌后為全自動化作業(yè)區(qū)，并利用圍網(wǎng)將全自動化作業(yè)區(qū)和碼頭前沿非自動化區(qū)域隔離。岸橋陸側(cè)軌后布置有6條IGV裝卸作業(yè)車道，從海側(cè)起算第2、4、5車道為裝卸作業(yè)車道，第1、3、6車道為穿行車道。岸橋主小車后伸距16.5 m，滿足門架小車故障或檢修狀態(tài)時的應(yīng)急裝卸作業(yè)需求；門架小車后伸距24 m，滿足第5條IGV裝卸作業(yè)車道的裝卸需求。

圖3 碼頭前沿裝卸工藝布置(單位：m)

2.2 堆場自動化裝卸工藝系統(tǒng)

碼頭堆箱區(qū)總長為565 m，采用雙懸臂ARMG進(jìn)行作業(yè)，ARMG軌距37 m，軌內(nèi)設(shè)置港外集卡車道的堆箱區(qū)布置9排箱，無港外集卡車道的堆箱區(qū)布置12排箱；堆場空箱和重箱混堆，空箱和重箱堆高6層，冷藏箱堆高5層。

工程范圍內(nèi)共布置21條垂直于碼頭岸線的自動化堆箱區(qū)(圖4)，其中01堆場同時兼顧特殊箱的堆存，當(dāng)01堆場進(jìn)行特殊箱作業(yè)時，ARMG切換為人工遠(yuǎn)控模式或現(xiàn)場人工遙控模式進(jìn)行作業(yè)。

圖4 堆箱區(qū)總體布置

為方便冷藏箱插拔電人員進(jìn)出[5]，冷藏箱堆場靠近陸側(cè)端部布置，同時考慮冷藏箱裝卸船過程集中作業(yè)的特點，為滿足冷藏箱裝卸點的需求，工程范圍內(nèi)共相對分散布置4塊冷藏箱堆箱區(qū)。

濕式靜電除塵工作原理與普通的電除塵相同，因此，對于濕式電除塵對粉塵的去除機(jī)理，仍然可按電除塵器的除塵效率計算公式（多依奇公式）：

如圖5集裝箱堆場斷面所示，堆場每條自動化箱區(qū)配置2臺雙懸臂ARMG，相鄰兩條堆箱區(qū)間隔布置港外集卡或IGV水平運輸通道，港外集卡和IGV分別在ARMG懸臂兩側(cè)進(jìn)行裝卸作業(yè)，并利用圍網(wǎng)將港內(nèi)外水平運輸設(shè)備隔離。其中堆場間IGV裝卸運輸通道為4車道，寬20 m(ARMG軌道中心線間距)，相鄰堆箱區(qū)間布置4個IGV裝卸運輸車道，包括兩側(cè)2個IGV裝卸車道、中間1個IGV超車道和1個IGV折返車道。IGV折返車道與IGV裝卸車道、IGV超車道交通流向相反。

圖5 集裝箱堆場斷面(單位：m)

堆箱區(qū)間港外集卡裝卸運輸通道為3車道，寬18.5 m(ARMG軌道中心線間距)，外集卡車道呈U形布置，每隔一個箱區(qū)在ARMG軌內(nèi)布置2條港外集卡掉頭通道，外集卡在ARMG一側(cè)懸臂進(jìn)行作業(yè)，裝卸完成后繞至ARMG軌內(nèi)的車道掉頭出堆場。為避免港外集卡在掉頭車道行駛時，ARMG作業(yè)過程中集裝箱過外集卡頂部造成安全問題，在ARMG支腿上適當(dāng)位置設(shè)置紅綠燈顯示當(dāng)前時間段ARMG小車在U形掉頭車道上方的作業(yè)狀態(tài)，外集卡司機(jī)可通過觀察紅綠燈判斷是否通行。

2.3 自動化水平運輸工藝系統(tǒng)

集裝箱自動化水平運輸采用IGV，碼頭配置IGV和自動化雙小車岸橋的比例為1:6。IGV采用磷酸鐵鋰電池驅(qū)動，電池容量為373 kW·h；IGV充電點布置在自動化堆場的海側(cè)端，單個充電樁功率為400 kW。

IGV輪系為4軸8輪結(jié)構(gòu)(圖6)，采用磁釘進(jìn)行導(dǎo)航，支持雙向行駛、斜行、S形、U形及90°轉(zhuǎn)彎等多種運行模式，配合港區(qū)智能化調(diào)度系統(tǒng)，可將碼頭、堆場區(qū)域有機(jī)串聯(lián)。

圖6 IGV輪系布置

欽州港自動化集裝箱碼頭IGV運行區(qū)域磁釘沿IGV行駛車道中心線布置，磁釘布置間距為2 m或4 m，為滿足IGV與碼頭岸橋、堆場軌道吊等大型集裝箱裝卸設(shè)備精準(zhǔn)交互作業(yè)要求，IGV與岸橋和軌道吊交互的裝卸作業(yè)車道磁釘間距為2 m，非裝卸作業(yè)車道磁釘間距主要以4 m為主。

3 U形全自動化裝卸工藝系統(tǒng)特點

1)港內(nèi)外水平運輸設(shè)備交通組織物理分離、互不干涉，非自動化區(qū)和自動化區(qū)域界線清晰，有效實現(xiàn)了港區(qū)裝卸作業(yè)的全自動化。

2)方案可較好地適應(yīng)陸域縱深較大的集裝箱碼頭。

3)水平運輸車輛在堆箱區(qū)側(cè)邊進(jìn)行裝卸(簡稱“邊裝卸”)，堆場內(nèi)出箱點多，可較好地滿足陸路集疏運比例高、港外集卡集中到港的裝卸需求。

4)港內(nèi)外水平運輸車輛直進(jìn)直出堆場的“邊裝卸”作業(yè)模式與“端裝卸”的自動化集裝箱碼頭方案相比，堆場內(nèi)ARMG不用進(jìn)行集裝箱的水平運輸作業(yè)，且同一個箱區(qū)內(nèi)集裝箱基本不用二次倒運，有效減少堆場作業(yè)系數(shù)，降低碼頭運營能耗。

5)U形自動化方案設(shè)計過程中，可根據(jù)箱區(qū)長度、作業(yè)量等對ARMG數(shù)量進(jìn)行靈活配置，堆場作業(yè)設(shè)備可擴(kuò)展性好，打破了目前采用堆場垂直布置“端裝卸”的自動化集裝箱碼頭，單個箱區(qū)只能固定配備2臺ARMG的主流作業(yè)模式。

4 結(jié)語

1)闡述了欽州港全自動化集裝箱碼頭前沿裝卸工藝系統(tǒng)、堆場裝卸工藝系統(tǒng)、水平運輸工藝系統(tǒng)的主要設(shè)計要點及布置尺度。

2)U形堆場的布局模式可將港區(qū)自動化區(qū)域和非自動化區(qū)域完全物理分離，有效實現(xiàn)港區(qū)裝卸作業(yè)的全自動化。

3)U形全自動化方案集裝箱堆場垂直于碼頭岸線布置，港內(nèi)外水平運輸車輛可直進(jìn)直出堆場進(jìn)行作業(yè)，對陸域縱深大、陸路集疏運比例高、港外集卡集中到港特點顯著的集裝箱碼頭具有較好的適應(yīng)性。