軌道式梭車作業系統在自動化集裝箱碼頭的應用

韓浩 安津暉 任超

近年來，隨著自動化集裝箱碼頭的發展，集裝箱裝卸工藝日漸成熟，成為提升碼頭集裝箱吞吐量和經濟效益的重要途徑。按集裝箱裝卸機械劃分，自動化集裝箱碼頭可分為以自動化軌道吊為特色的集裝箱碼頭和以帶臂架的自動化軌道吊為特色的集裝箱碼頭，前者包括德國漢堡港的Altenwerder碼頭、荷蘭鹿特丹港的Euromax碼頭和美國弗吉尼亞州諾?？烁鄣腁PM碼頭，后者的典型代表有韓國釜山港的新港碼頭和臺灣高雄港的自動化碼頭。碼頭設計的最優化取決于多種因素，包括中轉效率、壓港時間和當地勞動力成本等，上述2種設計方案各有優缺點。目前，基于新型軌道式梭車作業系統的自動化集裝箱碼頭逐步興起。軌道式梭車作業系統采用質量較輕的自動化軌道式集裝箱運載車在堆場內移動集裝箱，有利于集裝箱碼頭提高裝卸作業靈活性，降低能耗，并確保一定的集裝箱堆存密度。

1 軌道式梭車作業系統的應用特點

軌道式梭車作業系統（見圖1）類似于傳統的自動化軌道吊作業系統，不同之處在于前者需要在堆場內增加1條或2條車道，以方便軌道式梭車高速行駛。

軌道式梭車作業系統有以下應用特點。

（1）靈活性 軌道式梭車作業系統布局和軌道式梭車堆場組成分別見圖2和圖3。軌道式梭車可以在堆場內的任何中轉區域和軌道吊所在位置裝運集裝箱，軌道吊只須關注端部作業，省掉軌道吊之間的握手環節，作業靈活性較高。

（2）生產能力 軌道式梭車可以水平運輸集裝箱，使作業靈活性增強，自動化軌道吊僅須專注于集裝箱堆放作業，從而減少軌道吊大車的運行時間，提高裝卸系統作業效率。

（3）能源效率 軌道式梭車質量較輕，節能效果較好。與傳統的自動化軌道吊作業系統相比，軌道式梭車作業系統單次作業可節省70%的能耗。

（4）維修和運營成本 在軌道式梭車作業系統下，堆場作業能力提高，因此，可以增大箱區面積，減少起重機數量，從而有利于減少維修工作量；此外，起重機大車移動頻率降低能夠延長起重機大車系統使用壽命。

如圖4所示，軌道式梭車作業系統卸船作業步驟如下：（1）跨運車從岸橋下方提取集裝箱前往堆場海側交換區，將集裝箱轉交給軌道式梭車或直接將其放置在交換區；（2）軌道式梭車將集裝箱運至箱區內的任意自動化軌道吊處；（3）自動化軌道吊從軌道式梭車上提取集裝箱，并落箱至相應箱位。當碼頭接收出口集裝箱時，陸側交換區執行相似作業。當出口集裝箱裝船或提取進口集裝箱時，作業過程和步驟與卸船作業相反。

2 采用軌道式梭車作業系統的自動化碼頭與傳統自動化碼頭比較

傳統自動化碼頭普遍采用自動化軌道吊作業模式，其主要特點為：碼頭大部分空間被堆場占用，因此，集裝箱堆存密度較大；碼頭與集卡車道自然分離，使得碼頭機械較易實現自動化；在碼頭陸側生產力和生產靈活性方面存在一定短板，陸側操作中的集卡服務耗時比海側操作多；高峰期的閘口服務效率亟待提高。

相比較而言，采用軌道式梭車作業系統的自動化碼頭在保留傳統自動化碼頭優點的同時避免了許多缺點（見表1）。在使用同類型自動化軌道吊的條件下，采用軌道式梭車作業系統的碼頭作業更加靈活，所有自動化軌道吊都能服務于海側集裝箱作業，陸側起重機大車移動較少，便于其專注于陸側作業。雖然軌道式梭車作業系統的梭車車道占用大量空間，使集裝箱堆存密度有所降低，但可通過采用更大的堆垛來減少大車軌道所占用的總空間，從而彌補一定碼頭空間；此外，自動化軌道吊大車移動頻率的降低使其更專注于堆場作業，從而使作業效率提升。傳統自動化碼頭與采用軌道式梭車作業系統的自動化碼頭10排集裝箱作業對比如圖5所示。

3 軌道式梭車作業系統應用效果

與傳統自動化碼頭相比，采用軌道式梭車作業系統的自動化碼頭無須安排其他設備參與集裝箱水平運輸，自動化軌道吊僅須關注堆場集裝箱作業，從而使碼頭陸側的集裝箱通過能力提升14%；此外，梭車可以將集裝箱從海側交換區向2臺自動化軌道吊中的任意1臺轉送，使2臺自動化軌道吊均可執行海側集裝箱作業任務，從而提升海側集裝箱作業效率。

軌道式梭車作業系統采用環境友好型設計。在集裝箱水平運輸方面，軌道式梭車作業系統相較于傳統的自動化軌道吊作業系統在能源利用上具有明顯優勢：梭車的質量只有自動化軌道吊的1/10，其在加速時需要的能量較少。基于仿真分析，軌道式梭車作業系統單次作業比傳統的自動化軌道吊作業系統節約70%的能耗。

4 結束語

隨著自動化集裝箱碼頭技術的發展，越來越多的碼頭運營商考慮實施自動化運營。目前，自動化集裝箱碼頭主要采用自動化軌道吊或懸臂式軌道吊作業模式，兩者均存在運營目標與運營環境和布局不匹配的問題。軌道式梭車作業系統采用經濟、節能的起重機設備和自動化水平運輸設備，并使其與集卡分離，有利于降低碼頭勞動力成本，提升碼頭海側集裝箱作業能力，具有良好的應用前景。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2016-08-05）