自動化集裝箱碼頭堆場作業(yè)模式

隋曉

近年來，出于安全、效率和能耗等方面的考慮，世界各大港口紛紛建設(shè)自動化集裝箱碼頭，特別是進(jìn)入21世紀(jì)后，自動化集裝箱碼頭如雨后春筍般涌現(xiàn)，例如，德國漢堡港CTA碼頭一期于2002年10月投產(chǎn)，荷蘭鹿特丹港Euromax碼頭于2008年投入運(yùn)營。世界經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對集裝箱碼頭生產(chǎn)作業(yè)提出更高要求。本文在分析傳統(tǒng)集裝箱碼頭堆場布局形式及作業(yè)模式弊端的基礎(chǔ)上，介紹自動化集裝箱碼頭堆場布局形式及作業(yè)模式，分析其在安全、效率、能耗等方面的優(yōu)勢。

1 傳統(tǒng)集裝箱碼頭堆場作業(yè)模式

在傳統(tǒng)集裝箱碼頭堆場作業(yè)模式下，堆場布局采用順岸式，當(dāng)碼頭基礎(chǔ)設(shè)施確定后，堆場管理成為碼頭經(jīng)營人面臨的主要難題。傳統(tǒng)集裝箱碼頭堆場作業(yè)模式主要存在以下問題。

（1）內(nèi)外集卡在堆場箱區(qū)間穿梭行駛，司機(jī)停車、下車的情況時有發(fā)生，給碼頭生產(chǎn)管理帶來諸多安全隱患。

（2）當(dāng)堆場容量固定不變時，集裝箱吞吐量的增長勢必引起堆場利用率上升，若不及時進(jìn)行堆場整理，則會導(dǎo)致裝船翻箱率上升，裝船效率下降。

（3）堆場利用率上升可能導(dǎo)致不同船期船舶的出口箱區(qū)相互占用的情況，一旦船期延誤，很有可能造成作業(yè)線路沖突，導(dǎo)致裝船效率下降。

（4）為保證重點(diǎn)船舶的裝卸效率，碼頭有時會采取限制外集卡車流的做法，例如推遲外集卡的入港時間、臨時更改出口箱的收箱場區(qū)等。這些做法雖然在一定程度上能夠確保前方堆場作業(yè)順暢，但給后續(xù)作業(yè)或其他場區(qū)作業(yè)帶來不利影響。

（5）在集裝箱吞吐量增長而場地機(jī)械配置未能及時跟上的情況下，若堆場安排不考慮實(shí)際作業(yè)情況，則會出現(xiàn)機(jī)械利用率低下、機(jī)械單箱作業(yè)成本上升的現(xiàn)象，導(dǎo)致碼頭作業(yè)效率下降，作業(yè)成本上升。

2 自動化集裝箱碼頭堆場作業(yè)模式

2.1 區(qū)域設(shè)置

目前，較先進(jìn)的自動化集裝箱碼頭大多采用垂直式堆場布局形式（見圖1）。

垂直式布局形式的堆場可以通過堆場自身將碼頭海側(cè)作業(yè)車流與陸側(cè)作業(yè)車流有效分開。在海側(cè)區(qū)域作業(yè)的自動導(dǎo)引運(yùn)輸車（Automated Guided Vehicle，AGV）不進(jìn)入陸側(cè)作業(yè)區(qū)域，在陸側(cè)區(qū)域作業(yè)的內(nèi)外集卡不進(jìn)入海側(cè)作業(yè)區(qū)域（特殊作業(yè)除外）；因此，不會出現(xiàn)傳統(tǒng)集裝箱碼頭內(nèi)外車輛交互的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)通過堆場自身的物理隔離有效梳理裝卸船作業(yè)和收發(fā)箱作業(yè)車流（見圖2）。

自動化集裝箱碼頭堆場是完全封閉的區(qū)域，AGV在海側(cè)交換區(qū)交接集裝箱，內(nèi)外集卡在陸側(cè)交換區(qū)交接集裝箱，AGV和集卡不進(jìn)入自動化堆場內(nèi)部區(qū)域，集裝箱由自動堆垛起重機(jī)（Automated Stacking Crane， ASC）完成裝卸。除工作人員可通過門禁進(jìn)出場區(qū)外，外來人員無法進(jìn)入自動化堆場，從而有效解決堆場外來人員管理問題。

由于自動化堆場需要按照生產(chǎn)計劃及時、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)堆場機(jī)械的實(shí)時調(diào)度，完成堆場進(jìn)出箱任務(wù)，并實(shí)現(xiàn)堆場集裝箱信息管理，因此，自動化集裝箱碼頭堆場管理的核心是碼頭操作系統(tǒng)（Terminal Operation System，TOS）。堆場計劃人員通過調(diào)整堆場的堆碼參數(shù)來實(shí)現(xiàn)不同堆碼策略，TOS自動為進(jìn)入堆場的集裝箱派發(fā)最合適的位置，很多因素（包括堆場內(nèi)軌道吊繁忙程度、交換區(qū)車道繁忙程度、堆場空閑程度、集裝箱類型（進(jìn)口、出口、中轉(zhuǎn)）、箱型、船名和航次、船舶中轉(zhuǎn)港、集裝箱質(zhì)量等級等）均可能影響集裝箱的最終位置。

2.2 堆碼原則

自動化堆場的收箱區(qū)域覆蓋整個堆場，各種類型的收箱區(qū)域相互重疊，以實(shí)現(xiàn)集裝箱在堆場內(nèi)的分散堆碼，從而避免裝卸船或收發(fā)箱時軌道吊集中作業(yè)，有利于提高場地機(jī)械利用率和作業(yè)效率。

在自動化堆場作業(yè)模式下，集裝箱在堆場計劃劃定的收箱區(qū)域內(nèi)被安排到最佳的堆存位置。對于出口集裝箱，系統(tǒng)在計劃場位時為其盡量安排靠近裝船泊位所對應(yīng)的場區(qū)，并將其最終場位安排到靠近海側(cè)交換區(qū)的位置，以縮短出口裝船的運(yùn)輸距離；對于進(jìn)口集裝箱，集裝箱卸船后的最終場位被安排到靠近陸側(cè)交換區(qū)的位置，以提高ASC的裝車效率，縮短提箱車輛在港時間，有效控制碼頭內(nèi)作業(yè)的外集卡數(shù)量。

與此同時，TOS自動優(yōu)化堆場區(qū)域內(nèi)的作業(yè)指令順序，實(shí)現(xiàn)作業(yè)指令的最佳配置，并根據(jù)各作業(yè)指令的“移動時間”給出最優(yōu)的作業(yè)順序。由于集裝箱平均分散堆碼在各箱區(qū)內(nèi)，當(dāng)某個箱區(qū)內(nèi)的裝卸船指令較多時， TOS自動將外集卡的收發(fā)箱指令派發(fā)至作業(yè)不繁忙的箱區(qū)。

3 自動化集裝箱碼頭堆場管理優(yōu)化

在自動化集裝箱碼頭堆場作業(yè)模式下，堆場計劃人員的日常工作側(cè)重于管理。一旦堆場內(nèi)集裝箱的某項信息被修改，TOS會判斷當(dāng)前位置是否是最佳位置，并自動生成歸、并、轉(zhuǎn)集裝箱指令。此外，堆場計劃人員無須隨著船舶進(jìn)出港和集裝箱進(jìn)出閘而頻繁制訂收箱計劃和安排收箱區(qū)域，從而減輕堆場計劃人員的勞動強(qiáng)度。

4 自動化集裝箱碼頭堆場的優(yōu)勢

自動化集裝箱碼頭堆場在機(jī)械作業(yè)效率和能耗方面的表現(xiàn)均優(yōu)于傳統(tǒng)集裝箱碼頭堆場。傳統(tǒng)集裝箱碼頭堆場機(jī)械大多采用輪胎式龍門起重機(jī)（Rubber-Tyred Gantry Crane， RTG）和軌道式龍門起重機(jī)（Rail-Mounted Gantry Crane， RMG），而自動化集裝箱碼頭堆場機(jī)械采用ASC。與RTG和RMG相比，ASC在作業(yè)效率方面具有明顯優(yōu)勢（見表1）。

從能耗和環(huán)保的角度來看：RMG和ASC均通過電網(wǎng)供電驅(qū)動，具有綠色環(huán)保、無污染、使用成本低等優(yōu)點(diǎn)；RTG通過發(fā)電機(jī)組燃燒柴油驅(qū)動，從長遠(yuǎn)趨勢來看，油價仍將居高不下，且以柴油為動力源會造成環(huán)境和噪聲污染，加之候箱時發(fā)電機(jī)組空轉(zhuǎn)也會消耗柴油，從而導(dǎo)致成本增加。具體來看：常規(guī)RTG（堆5過6，額定起吊能力）的單箱耗油量為2.0～2.2 L；RMG的單箱耗電量為2.0～ h；ASC的單箱耗電量為 h。由此可見，RMG和ASC的能耗遠(yuǎn)低于RTG，使用電網(wǎng)供電驅(qū)動的能耗和環(huán)保優(yōu)勢可見一斑。

5 結(jié)束語

目前我國自動化集裝箱碼頭建設(shè)已經(jīng)起步，這符合我國產(chǎn)業(yè)安全、高效、綠色環(huán)保的發(fā)展趨勢。可以預(yù)見，在未來的集裝箱海運(yùn)領(lǐng)域，自動化集裝箱碼頭將占據(jù)越來越重要的地位。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2015-09-23）