水平布置邊裝卸工藝在智能化集裝箱碼頭的應用

王 宇，李 秋

（天津港歐亞國際集裝箱碼頭有限公司，天津 300000）

0 引言

在全球集裝箱運量逐年增長的大環境下，集裝箱碼頭也面臨巨大壓力，例如服務水平、環保等級的評定、運營成本的增加等。目前我國的各個工業生產領域已經應用到智能化技術，因此集裝箱碼頭采用智能化技術進行作業也是必然趨勢[1]。

1 智能化集裝箱碼頭布置及其特點

1.1 智能集裝箱碼頭布置形式

在對傳統集裝箱碼頭進行改造的基礎上，打造出智能化的集裝箱碼頭，在先進技術支持下，集裝箱碼頭的設備與基礎設施基本實現無人化和自動化。整個智能集裝箱碼頭可分為4 個不同的操作區域：碼頭前操作區域、水平運輸區域、堆場操作區域和智能控制辦公室區域。

智能集裝箱碼頭由碼頭基礎設施和智能系統組成，港口基礎設施包括集裝箱堆場、靠泊設施、集裝箱編排場、碼頭前沿、集裝箱貨運站、集裝箱碼頭辦公樓、維修車間、智能控制中心、集裝箱清洗場地等，為了方便集裝箱碼頭的裝卸工作，實現智能化管理。智能系統是將互聯網技術（WEB）、全球定位系統（GPS）、移動通信技術（GMS）（WAP）、無線通信技術、自動導引車（AGV）等先進的信息技術和智能的綜合應用集裝箱碼頭物流設備的運作、運輸、服務和港口管理等各個環節，建立一套全方位的在碼頭服務范圍內實時、準確、高效、優質的碼頭物流服務體系，讓其在智能集裝箱碼頭中發揮作用。

1.2 智能集裝箱碼頭的特點

相比于傳統的集裝箱碼頭，智能化集裝箱碼頭具有其自身獨特的特點，主要有以下特點：智能跨運、智能堆場、智能貨物管理和智能集成平臺。

1）智能跨運。該系統應通過大數據技術和云服務器分析，從碼頭、從船上或船塢中捕獲集裝箱后，系統應智能地識別和確定貨物的下一個運輸過程，并預測其出現時間，計算出最佳的存儲位置，并將位置和計劃的線路發送到現場的跨騎卡車。

2）智能堆場。集裝箱碼頭運輸需要通過GPS、條形碼技術、無線通信技術以完成各項工作中的具體流程，車輛碼頭智能協調員可以在集裝箱堆場作業、機器、箱體、場地等資源上，對集裝箱碼頭堆放的貨物進行高效作業，提升工作效率降低成本。

3）智能貨物管理。預測貨物的進出和疏散，并規劃最佳的倉儲方案，以減少港口的運營，此外還具有貨物保護、監視和預警、輔助決策等功能。

4）智能集成平臺。通過云計算、大數據、移動互聯網等技術的應用，碼頭相關方可以隨時隨地使用各種終端設備將其完全集成到云平臺中。通過終端網絡集成服務云平臺，各功能模塊做到有效連接，將供需信息進行整合，對客戶的需求能夠及時響應。

2 集裝箱碼頭堆場布置形式

集裝箱碼頭堆場，也稱為前堆場，是為加快船舶裝卸作業而設立的臨時集裝箱堆場。集裝箱碼頭是集裝箱運輸系統中的重要節點，在集裝箱運輸過程中起著重要的作用[2]。

2.1 堆場布置考慮因素

集裝箱碼頭堆場布置主要考慮以下因素：

1）堆場的布置方向，可以理解為集裝箱碼頭堆場工作使用設備的步行軌道方向，分為2 種形式，即垂直與海岸線的布置形式和平行于海岸線的布置形式。

2）堆場中集裝箱的堆放方向，集裝箱長邊放置的方向，主要有平行于海岸線的堆垛形式和垂直于海岸線的堆垛形式。

在現有技術裝備水平的情況下，如果集裝箱碼頭堆場采用的布局形式與集裝箱堆場的堆放方向不一致，將會帶來以下不利影響：

在集裝箱交接作業區，堆場作業設備與岸上水平運輸設備的運行軌跡相交，這就需要額外的設計方案和大量的投資，因此，現有的集裝箱碼頭堆場一般采用堆場的布置方向與集裝箱的堆放方向相同，取得了良好的應用效果。

2.2 堆場平行于岸線布置邊裝卸形式

在堆場與海岸線平行的布置形式下，堆場的操作設備，包括軌道吊和輪胎吊的行駛軌道都是與海岸線方向平行的，集裝箱的堆放方向和集裝箱裝船卸船工作的方向一致，采用邊裝卸的方式，即在堆場兩邊通過雙懸臂軌道吊對內部和外部的集卡車輛進行作業[3]，但在水平運輸時，需要進行180°換向操作（見圖1）。

圖1 堆場平行于岸線布置形式

3 自動化碼頭自動裝卸工藝模式特點

1）堆場的裝卸位置由點（端部裝卸）到線（側面裝卸），水平運輸設備均可直達堆區裝卸點，作業點多、作業效率高、作業綜合能耗低、集卡作業滯留時間短；

2）場內、場外水平運輸分離，易于交通管理；

3）集卡作業不需倒車、滯留時間短；

4）懸臂軌道吊，陸側（進、提箱作業、碼頭互拖）對于裝卸船作業在堆區分配、交通干擾上的影響較小，堆區計劃相對靈活，可極大限度支持裝卸船作業的效率；

5）進出口為主或中轉碼頭均適合（結合單懸臂吊配置，可符合中轉量大的碼頭）；

6）選用的設備均為成熟產品（雙小車、AGV、軌道吊（單或雙懸臂）），無機械設備技術失敗風險。

4 智能集裝箱碼頭發展建議

根據當前智能化集裝箱碼頭的應用及發展，分析當前面臨的挑戰與問題，針對智能化集裝箱碼頭的發展提出相關建議。

4.1 優化集裝箱碼頭安全管理系統

安全問題永遠是第一位的，對于智能化集裝箱碼頭，應該采用當前最先進、最成熟的軟硬件技術，在生產環境安全監控、堆場作業安全保障、岸邊作業安全監控這3 個方面進一步優化完善。雖然作業流程更智能，但是安全問題不能忽視，在碼頭的建造過程中，任何一個環節的安全生產都很重要，因此，對于智能化集裝箱碼頭的安全管理系統應該優先設計、重點設計。

4.2 加強新技術應用，優化碼頭整體運營計劃

作為智能化集裝箱碼頭，應該改善傳統集裝箱碼頭的技術不足，加快技術研發和新技術應用，尤其是結合人工智能和“5G”技術，設計智能裝卸系統，簡化作業流程，減少人力消耗和環境污染，并通過新技術的應用對集裝箱碼頭的運營計劃進行優化[4]。

1）智能堆場系統。集裝箱碼頭運輸貨物的起重設備內部包含自動識別、自動定位、自動上料的功能，在AGV 技術的配合下，上料起重設備實現了現代化的智能控制，同時還可以避免上料裝卸與AGV 出現耦合問題。

2）智能岸線裝卸系統。對集裝箱碼頭岸邊橋監測不斷進行優化，以達到提升岸邊橋智能裝卸的功能。

3）智能水平運輸系統。自主研發一款全電動AGV，可節能降耗，消除汽車尾氣排放和噪聲污染。

5 結語

影響集裝箱碼頭的裝卸和運輸效率的關鍵因素是集裝箱堆場的儲存和通過能力。在進行智能化自動集裝箱碼頭建設過程中，應根據功能定位、裝卸技術和管理選擇合適的集裝箱碼頭布局。集裝箱碼頭的要求，充分發揮自動操作技術的優勢。目前，水平布置邊裝卸方案在智能化自動集裝箱碼頭的應用上已經逐漸開始嘗試，在投入使用后，將產生巨大的經濟和社會效益，逐漸成為一種成熟的智能化碼頭解決方案。但是，應該指出的是，無論在平行還是垂直的堆場中，集裝箱的裝卸過程都至少需要兩次轉向操作，這仍然限制了該堆場的整體運行效率，自動集裝箱碼頭堆場布局的探索有待進一步研究。