兩種典型自動化集裝箱碼頭水平運輸工藝

唐立輝+王偉+孫秀良+朱林

1 全球主要自動化集裝箱碼頭概況

隨著港口裝卸設備自動化程度的提高，為減少操作人員，降低運營成本，提高作業效率，提升港口競爭力，全球掀起自動化集裝箱碼頭建設浪潮。根據自動化程度的不同，自動化集裝箱碼頭主要分為半自動化碼頭和全自動化碼頭兩大類：半自動化碼頭指僅在堆場裝卸環節實現自動化，而水平運輸環節仍采用人工操作方式的集裝箱碼頭；全自動化碼頭指水平運輸環節和堆場裝卸環節均已實現自動化而無須人工操作的集裝箱碼頭。

截至2014年底，全球共建成自動化集裝箱碼頭32個（見表1），其中，歐洲地區10個，亞洲地區15個，北美地區4個，澳洲地區3個。

表1 全球已建成自動化集裝箱碼頭概況

表1所列的自動化集裝箱碼頭根據當地特點和碼頭需求采用不同的裝卸設備配置和裝卸工藝流程，典型的設備配置大致可以分成兩類：一類為自動導引車（Automated Guided Vehicle，AGV）自動化碼頭，采用“岸橋+ AGV+自動軌道吊”的設備配置；另一類為跨運車（Straddle Carrier，SC）自動化碼頭，采用“岸橋+ SC+自動軌道吊”的設備配置。在全球已建成的自動化集裝箱碼頭中，AGV自動化碼頭有 12個，主要集中在歐洲和北美，均為全自動化碼頭；SC自動化碼頭有 20個，主要集中在亞洲和澳洲，大部分為半自動化碼頭。

2 兩種典型自動化集裝箱碼頭水平運輸 工藝的特點及發展概況

2.1 AGV自動化集裝箱碼頭

AGV自動化集裝箱碼頭以AGV作為水平運輸工具。AGV具有無人駕駛、自動導航、定位精確、路徑優化及安全避障等智能化特征，其動力系統由最初的柴電-液壓驅動發展到今天的蓄電池-電機驅動，相比于其他水平運輸工具具有自動化程度高、能源單耗低、綠色環保、安全性高等優點，逐漸被大多數自動化集裝箱碼頭所采用。

AGV自動化集裝箱碼頭的發展過程大致可以分為4個階段：第一階段以荷蘭鹿特丹港的ECT碼頭為代表，其于1993年開始建設，1996年正式投產，是全球第一個實現全自動化運營的集裝箱碼頭；第二階段以德國的HHLA Burchardkai 碼頭為代表，其于1999年開始建設，2002年投入使用；第三階段以2010年投入運營的荷蘭鹿特丹港的Euromax碼頭為代表；第四階段以荷蘭鹿特丹港的RWG碼頭、MV2碼頭以及美國長灘港的LBCT碼頭等為代表，與前幾代相比，其水平運輸系統采用更加靈活的具備舉升功能的AGV，配合交互支架使用，與軌道吊的交互完全解耦，更加靈活，且效率更高。

AGV自動化集裝箱碼頭平面布局如圖1所示，其基本上采用岸橋下交互區、垂直緩沖區、陸側車道、軌道吊海側交互區的布局設計，設備配置采用“岸橋+AGV+自動軌道吊”的模式。目前，岸橋大多為效率更高的雙小車岸橋，主小車負責船舶與中轉平臺之間的集裝箱轉運，第二小車負責中轉平臺與岸橋下交互區之間的集裝箱轉運。AGV負責岸橋下交互區與軌道吊海側交互區交互支架之間的集裝箱轉運，其具有舉升平臺，自動軌道吊通過支架與其交互，避免直接交互，以節省交互時互相等待的時間；但AGV與岸橋需要直接交互，這要求作業流程設計要合理，對AGV設備控制管理系統的要求也較高，岸橋與AGV的設備配置比例可控制在1∶5以內。此外，AGV還負責岸橋與軌道吊之間集裝箱的自動化運輸。目前已投產的自動化集裝箱碼頭均使用普通的不帶舉升功能的AGV，其缺點為：與軌道吊直接交互，需要相互等待，交互時間較長；AGV的配置比例較高，資金投入較大。

當前國際上還未建成投產的自動化集裝箱碼頭均采用當今最先進的帶舉升功能的AGV，其優點為：帶舉升功能的AGV配置比例較低，投資成本較小，并且能夠確保碼頭作業效率。選用帶舉升功能的AGV，在每個箱區的海側交互區設4個支架（每個支架可以放1個20英尺集裝箱或1個40英尺集裝箱或1個45英尺集裝箱或2個20英尺集裝箱）用于與軌道吊交互作業；對于不能由AGV舉升平臺舉升的集裝箱的耦合交接，可以通過在支架旁設置1個集裝箱直接交換點的方式，使AGV與軌道吊直接交互。通過使用帶舉升功能的AGV和交互支架，AGV與軌道吊之間的交互無須相互等待，從而大大提升整個運輸系統的效率。

2.2 SC自動化集裝箱碼頭

SC自動化集裝箱碼頭采用SC作為水平運輸工具。SC具有作業靈活、機動性強、裝卸效率高的優點，可根據作業量隨時重新調配，不影響船舶裝卸；岸橋可將集裝箱直接放在岸橋下的SC行車線上，無須準確對位，有利于提高岸橋的卸船效率。世界上以SC作為水平運輸工具的自動化集裝箱碼頭主要有西班牙的TTI碼頭、阿拉伯聯合酋長國的Khalifa碼頭、澳大利亞的布里斯班碼頭、英國的倫敦門戶碼頭、西班牙的BEST碼頭、韓國的釜山新集裝箱碼頭、美國的APMT碼頭等。

SC自動化集裝箱碼頭平面布局如圖2所示，其主要采用岸橋下交互區、緩沖區、陸側車道、軌道吊海側交互區的布局設計，設備配置采用“岸橋+SC+自動軌道吊”的模式。目前，岸橋大多為效率更高的單小車雙起升岸橋，負責船舶與岸橋下交互區之間的集裝箱轉運。SC負責岸橋下交互區與軌道吊海側交互區之間的集裝箱轉運，其具有起升系統和吊具，無須與岸橋和自動軌道吊直接交互，從而節省交互時互相等待的時間，使整個水平運輸系統的效率較高；岸橋與SC的設備配置比例在1∶4以內。

SC自動化集裝箱碼頭的發展過程大致可以分為2個階段：在第一階段，SC既作為水平運輸工具負責岸橋與堆場之間的集裝箱運輸，同時又作為集裝箱堆場的裝卸設備，一機多用，該階段的SC大多具備堆1過3或堆1過4的堆存能力，造價昂貴，基本上同時具有集卡和輪胎式龍門起重機的功能；在第二階段，隨著自動軌道吊的使用，SC僅作為岸橋與自動軌道吊之間的水平運輸工具，只須具備堆1過1的堆存能力即可滿足自動化集裝箱碼頭的需要，從而大大降低SC的造價，同時能更充分地發揮SC機動靈活、裝卸效率高的優點。

2.3 兩種典型自動化集裝箱碼頭特點比較

兩種典型自動化集裝箱碼頭特點比較見表2。

3 結束語

自動化集裝箱碼頭相比于常規碼頭具有較大優勢，主要體現為：減小天氣等因素對碼頭作業的影響，實現碼頭全天候作業；集裝箱堆場的箱位分配經過優化，大大提高作業效率的穩定性；自動軌道吊具備自動翻箱能力，提高堆場利用率。總而言之，自動化機械的使用進一步降低勞動強度，可以減少人為因素引發的差錯，從而提高作業可靠性；同時，有利于大幅減少碼頭操作人員的數量，進一步降低人工成本，并且可以最大限度地減少人機接觸，降低安全事故發生概率，實現碼頭生產的綠色、節能、環保。

集裝箱碼頭向自動化、智能化、大型化方向發展已是大勢所趨，目前全球正在規劃建設的自動化集裝箱碼頭就體現了這一趨勢。我國已有廈門遠海集裝箱碼頭、青島前灣集裝箱碼頭、上海洋山深水港區集裝箱碼頭等自動化碼頭項目先后上馬。通過對比分析兩種典型自動化集裝箱碼頭水平運輸工藝，可以為我國自動化集裝箱碼頭建設提供借鑒。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2016-11-13）