自動化集裝箱碼頭應(yīng)用及建設(shè)

陸俊琳

摘 要：作為"綠色港口、智慧港口"建設(shè)的重要舉措——集裝箱自動化碼頭的建設(shè)已在全國各大港口展開，建設(shè)之前的經(jīng)濟(jì)論證，建成之后的生產(chǎn)運營，特別是當(dāng)前國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)形勢下如何最大限度的發(fā)揮自動化碼頭的作用，在新一輪港口競爭中，如何凸顯自動化碼頭的優(yōu)勢，是本文論述的重點。本文就自動化集裝箱碼頭應(yīng)用及建設(shè)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：自動化;集裝箱碼頭;應(yīng)用

引言

全自動化集裝箱碼頭（ 簡稱自動化碼頭） 能夠降低運營成本和生產(chǎn)風(fēng)險，提升作業(yè)效率和服務(wù)質(zhì)量，利于節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)，已成為集裝箱碼頭未來發(fā)展的方向。然而，由于碼頭生產(chǎn)作業(yè)工況復(fù)雜，自動化設(shè)備繁多且各系統(tǒng)耦合度較高，對自動化碼頭設(shè)備控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計提出更加嚴(yán)苛的要求。

一、自動化碼頭概述

自動化集裝箱碼頭按照水平運輸是否實現(xiàn)自動化分為半自動化集裝箱碼頭和全自動化集裝箱碼頭。半自動化集裝箱碼頭堆場實現(xiàn)自動化，水平運輸和岸橋裝卸仍保留人工操作;全自動化集裝箱碼頭除在岸橋跟集裝箱船之間著箱作業(yè)保留人工遠(yuǎn)程操控外，整個碼頭作業(yè)實現(xiàn)自動化。

二、自動化集裝箱碼頭建設(shè)面臨的決策問題

（一）堆場布局選擇

自動化集裝箱碼頭堆場為封閉式堆場，實行自動化集裝箱作業(yè)，禁止車輛和人員進(jìn)入。集裝箱碼頭堆場根據(jù)堆場布置方向，即堆場主要作業(yè)設(shè)備的軌道方向或行走軌跡方向，可分為平行岸線式和垂直岸線式。由人工碼頭改造而成的自動化集裝箱碼頭多采用平行岸線式;新建的自動化集裝箱碼頭多采用垂直岸線式，碼頭與堆場間采用自動化水平運輸設(shè)備不進(jìn)入箱區(qū)，在空間上可以將海側(cè)的自動化車流與陸側(cè)人工駕駛的集卡車輛自然分離，避免作業(yè)沖突，使碼頭與堆場間的水平運輸距離最短。

（二）裝卸工藝選擇

（1）岸橋+自動跨運車+自動化軌道吊

該工藝碼頭裝卸作業(yè)采用單小車岸橋，水平運輸采用自動跨運車（A-SHC），堆場作業(yè)采用自動化軌道吊。堆場均為垂直碼頭岸線布置，跨運車和外集卡分別在堆場集裝箱區(qū)的兩端與軌道吊進(jìn)行作業(yè)交接。由于跨運車的導(dǎo)航及定位精度相對AGV較低，因此目前采用該工藝系統(tǒng)的自動化碼頭，大多采用了分步實現(xiàn)自動化的策略，即近期水平運輸采用人工駕駛，以保證作業(yè)安全和效率，工藝系統(tǒng)3個環(huán)節(jié)中僅實現(xiàn)堆場作業(yè)的自動化，待相關(guān)技術(shù)進(jìn)一步成熟后跨運車再升級為無人駕駛，實現(xiàn)水平運輸和堆場作業(yè)的自動化。其代表性碼頭有倫敦Gateway碼頭。

（2）岸橋+自動導(dǎo)引車+自動化輪胎吊

該工藝碼頭裝卸作業(yè)采用單小車岸橋或雙小車岸橋，水平運輸設(shè)備為自動導(dǎo)引車，堆場作業(yè)設(shè)備為自動輪胎吊（ARTG）。目前，只有日本名古屋港TobishimaTCB碼頭為節(jié)省工程投資和減小地震危害，堆場采用自動化輪胎吊，港內(nèi)水平運輸采用AGV，堆場平行碼頭岸線布置。

（3）岸橋+自動跨運車

該工藝碼頭裝卸作業(yè)采用單小車岸橋，水平運輸設(shè)備和堆場作業(yè)設(shè)備由堆垛型自動化跨運車統(tǒng)一完成。澳大利亞布里斯班Patrick碼頭采用了與傳統(tǒng)跨運車碼頭類似的裝卸系統(tǒng)和平面布局，水平運輸和堆場裝卸均采用自動化跨運車，堆場的堆箱高度為2層，堆場面積利用率較低，外集卡在自動化堆場陸側(cè)端的封閉區(qū)域進(jìn)行提、送箱。這種方案具有作業(yè)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少、流程簡單、工程投資低等特點，但堆場容量最小，只適用于規(guī)模較小、對堆場容量要求不高的自動化碼頭。

（三）設(shè)備選型

（1）岸橋

自動化集裝箱碼頭岸橋分為單小車岸橋和雙小車岸橋。雙小車岸橋?qū)鹘y(tǒng)單小車的裝卸動作進(jìn)行分解，配置兩個小車機(jī)構(gòu)，并通過中轉(zhuǎn)平臺接力完成集裝箱的裝卸。雙小車岸橋的優(yōu)勢在于雙小車設(shè)計理論上可以壓縮岸橋的整體作業(yè)時間，提高裝卸效率20%左右，但是雙小車岸橋由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜價格高昂，且對地面、軌道等基礎(chǔ)設(shè)施的要求高，整體投資較大。

（2）水平運輸設(shè)備

自動化碼頭的水平運輸設(shè)備主要有自動導(dǎo)引車（AGV）和自動跨運車（A-SHC）兩種。AGV采用在運行路線上設(shè)置導(dǎo)向磁釘作為導(dǎo)引方式，是自動化集裝箱碼頭應(yīng)用最普遍的水平運輸工具，按照功能可分為L-AGV和AGV+伴侶兩種。L-AGV工作時，由AGV升降平臺對設(shè)置在堆場海側(cè)交接區(qū)的固定集裝箱支架進(jìn)行起、落箱，能夠達(dá)到AGV無需被動等待堆場設(shè)備作業(yè)的目的，減少AGV及軌道吊等待時間，從而減少AGV的配置數(shù)量，提高堆場的整體裝卸效率。AGV與伴侶工作時，將舉升裝置安置在交接區(qū)的支架上，實現(xiàn)AGV與自動軌道吊的快速交接，可降低AGV自身質(zhì)量減小能源消耗。自動跨運車在取箱端和落箱端可以使得岸橋和場橋可以直接向地上取落箱，將碼頭的水平運輸、堆場的堆箱作業(yè)以及岸橋的裝卸船作業(yè)分離開來，構(gòu)成了裝卸船和堆場堆存的有效緩沖，既提高了作業(yè)效率，同時又沒有降低堆場利用率。

三、自動化集裝箱碼頭建設(shè)策略

（一）自動化集裝箱碼頭建設(shè)考慮因素

綜合自動化集裝箱碼頭的特點以及建設(shè)和運營的需求，自動化集裝箱碼頭建設(shè)重點考慮的因素可歸分三類：一是成本因素，即投入多少錢才合適，考慮近期成本和遠(yuǎn)期成本等問題;二是效率因素，采用什么樣的技術(shù)裝備，選擇什么樣的工藝模式能夠使碼頭效率最大化;三是發(fā)展因素，包括技術(shù)設(shè)備的更新、工藝的改進(jìn)和擴(kuò)建等。

（二）自動化集裝箱碼頭整體建設(shè)方案

（1）新建半自動化集裝箱碼頭/傳統(tǒng)集裝箱碼頭改造方案

這類碼頭建設(shè)時，建議堆場布局采用平行岸線式布置方式的封閉式堆場，裝卸工藝采用傳統(tǒng)單小車岸橋+集卡+自動化軌道吊ARMG。此方案適合中小型港口，優(yōu)點是最大程度利用現(xiàn)有基建設(shè)施和作業(yè)設(shè)備，投資小，技術(shù)成熟，建設(shè)周期短，見效快。

（2）新建全自動化集裝箱碼頭方案

一次性建設(shè)方案：堆場布局采用垂直岸線式布置方式的封閉式堆場，裝卸工藝為雙小車岸橋+自動導(dǎo)引車AGV+自動化軌道吊ARMG。

此方案能夠一次性實現(xiàn)碼頭全自動化作業(yè)，適合后方陸地縱深有限、對堆場容量和堆場面積利用率要求高，且追求短時間內(nèi)實現(xiàn)的大型港口。優(yōu)點是利用先進(jìn)技術(shù)最大程度降低人工成本，極大提升碼頭作業(yè)效率和吞吐量，提升碼頭作業(yè)的安全性和規(guī)范化程度;缺點是一次性投資巨大、技術(shù)要求高、建設(shè)難度大且短時間內(nèi)無法達(dá)到設(shè)計裝卸效率。

分步建設(shè)方案：堆場布局采用垂直岸線式布置方式的封閉式堆場，裝卸工藝為雙小車岸橋和自動化軌道吊ARMG，前期水平運輸保留人工操作。此方案適合不追求短時間內(nèi)整體實現(xiàn)自動化的大型港口，前期建設(shè)完成基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，實現(xiàn)岸邊裝卸和堆場作業(yè)自動化，后期隨著技術(shù)成熟逐漸實現(xiàn)全自動化。優(yōu)點是可以節(jié)省一次性投資，與傳統(tǒng)集裝箱碼頭相比能夠明顯提升整體效率，后期在水平運輸設(shè)備上可以使用技術(shù)成熟更加先進(jìn)的無人集卡或者無人跨運車代替AGV。

（三）自動化集裝箱碼頭機(jī)械設(shè)備規(guī)劃方案

在追求碼頭整體效率的建設(shè)方案中，常以機(jī)械設(shè)備為切入點進(jìn)行規(guī)劃，其中優(yōu)先考慮的對象是岸橋。以自動化岸橋作為起點，在能夠滿足橋吊的最大裝卸效率的前提下考慮AGV的速度和數(shù)量等參數(shù);當(dāng)集裝箱到達(dá)自動化堆場時，再考慮不造成集裝箱海側(cè)交換區(qū)擁堵的前提下，ARMG所需要達(dá)到的裝卸效率。

四、結(jié)束語

經(jīng)過長期的測試和實際生產(chǎn)應(yīng)用驗證，目前本系統(tǒng)能夠很好地滿足自動化碼頭各項生產(chǎn)業(yè)務(wù)需求。同時，本系統(tǒng)也在不斷進(jìn)行優(yōu)化升級，以達(dá)到持續(xù)提升碼頭作業(yè)效率、節(jié)能降耗等目標(biāo)。

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