基于多式聯運場景的港口干散貨裝卸工藝發展趨勢探究

郭富城

（遼寧港口集團有限公司，遼寧 大連 116001）

近年來，隨著干散貨吞吐量持續增長，智能化等港口科技水平不斷提升，港口裝卸工藝作為保證港口正常生產和提高裝卸效率的重要方法，其技術也在不斷的發展和進步。本文重點從港口干散貨裝卸工藝技術現狀及存在問題入手，論述了當下港口干散貨裝卸工藝技術發展趨勢，可為港口干散貨裝卸工藝研究提供參考。

1 發展歷程回顧

20世紀50年代，第一代港口的干散貨裝卸從裝卸船、裝卸車到水平運輸均以人力搬運為主，效率很低[1]。20世紀50年代到80年代期間，第二代港口的干散貨裝卸自動化程度顯著提高，在裝卸船、裝卸車以及水平運輸上全面實現了機械化，基本達到了半自動化，告別了體力勞動的時代。20世紀80年代以后，第三代港口的干散貨裝卸隨著干散貨需求量的急劇加大，逐漸向大型化、專業化、自動化方向發展。隨著人類節能環保意識的提升，“綠色港口”已經成為港口發展的風向標[2]。

2 裝卸工藝技術現狀及問題

2.1 技術現狀

由于干散貨貨種繁多，涉及煤炭、礦石、糧食等大宗散貨及水泥、化肥等小宗散貨，裝卸流程復雜，和標準化程度高且流程少的集裝箱裝卸工藝技術相比發展較晚，裝卸智能化發展程度也較低。直到2008年，我國才建成第一個自動化散貨碼頭——上海港羅涇二期碼頭。為了提高裝卸效率及智能化程度，世界知名港口運營商不斷嘗試將各種高新技術運用到干散貨裝卸工藝之中。本文主要對煤炭、礦石、糧食碼頭裝卸工藝技術進行論述。

2.1.1 裝卸船工藝技術現狀

（1）煤炭、礦石裝卸船工藝技術現狀

當下全球煤炭、礦石運輸船舶趨于大型化，40萬t礦石船趨于主流，為適應這一發展趨勢，煤炭及礦石裝卸碼頭逐漸形成以大型專業化接卸泊位為主，通用散貨裝卸泊位為輔的發展局面。專業化煤炭、礦石碼頭主要裝卸船工藝流程，如圖1所示。

圖1 專業化煤炭、礦石碼頭主要裝卸船工藝流程圖

當下裝船自動化技術已然成熟，上海港羅涇二期、黃驊港等專業化碼頭已經通過掃描技術仿真技術、網絡通信和視頻監控等自動化技術實現了無人堆取料作業和裝船作業等。在卸船作業過程中，艙內物料的分布會隨著卸船作業的進行而發生變化，對于這一復雜工況，卸船機自動控制系統尚不如人工操控處理的準確。全球知名碼頭運營商仍在探索成熟的卸船自動化技術。

（2）糧食裝卸船工藝技術現狀

當下全球糧食需求量日益增加，據統計，2019年全球谷物類糧食總產量約為27.22億t，我國在2019年的糧食總產量約為6.64億t，為全球糧食總產量的24.4%。

為適應糧食需求量逐漸增長的趨勢，糧食碼頭逐漸形成以大型專業化接卸泊位為主的發展局面，特別以“簡倉系統”連續裝卸工藝為主流發展趨勢，逐漸告別了20世紀70年代大部分采用的“車-船直取”間斷裝卸工藝。“簡倉系統”連續裝卸工藝主要流程包括卸船→進筒倉，卸船→裝車，出筒倉→裝車和倒倉（或并倉），其通過水平及垂直提升并存的傾斜皮帶機輸送系統連接各個筒倉、工作樓和碼頭前沿大型裝卸設備等，形成一個高效的散糧中轉設施。

2.1.2 裝卸車工藝技術現狀

（1）煤炭、礦石裝卸車工藝技術現狀

當下煤炭、礦石碼頭裝車工藝技術主要分為3種：一是以裝車機為工藝末端，堆取料機和皮帶機系統共同參與實現；二是以裝車樓為工藝末端，堆取料機和皮帶機系統共同參與實現；三是以裝載機為工藝末端，鏟車和水平運輸車輛共同參與實現。卸車工藝技術也主要分為3種：一是采用翻車機系統卸下，由帶式輸送機輸送給堆料機進行堆料；二是采用底開門卸車工藝使火車內的物料自動落入卸車坑內，再由卸車坑內的受料漏斗輸送至皮帶給料機，皮帶機將物料輸送至堆料機上，堆料機將物料堆放在指定貨位上；三是采用抓煤機、裝載機等流動機械共同配合實現。專業化煤炭、礦石碼頭裝卸車作業多采用前兩種工藝，裝卸效率及經濟性較高。部分煤炭、礦石碼頭裝卸車工藝與布置比較見表1。

表1 煤炭、礦石碼頭裝卸車工藝與布置比較

（2）糧食裝卸車工藝技術現狀

當下糧食碼頭裝車工藝技術主要分為2種：一是通過“筒倉系統”實現或“散改集”裝箱；二是通過鏟車、裝載機、水平運輸車輛共同配合實現。卸車工藝技術與煤炭、礦石卸車工藝技術類似。

2.2 裝卸工藝存在的問題

相比于集裝箱碼頭裝卸工藝技術，干散貨碼頭裝卸工藝技術智能化發展略慢一些，目前全球干散貨碼頭的裝卸設備仍以人工操作或半自動控制方式為主，干散貨碼頭發展存在以下問題。

（1）卸船工藝自動化程度較低

卸船作業過程復雜。目前，堆場作業和裝船作業自動化技術已經成熟，但在卸船作業過程中，艙內物料的分布仍會隨著卸船作業的進行而發生變化，對于這一復雜工況，卸船機自動控制系統尚不如人工操控處理準確。

（2）清倉工藝效率及安全性較低

清艙作業尚未實現自動化。目前，國內外散貨船的清倉作業采用人工和機械（裝載機、刮拋機、推耙機等）聯合作業的方式，清艙速度慢和效率低，嚴重影響碼頭作業效率。人機交叉不但環節多，而且安全性低。

（3）裝卸作業控制集成化程度低

當下干散貨碼頭裝卸作業已基本實現信息化管理，但信息化不等同于智能化，中控系統沒有將生產控制、調度管理和業務系統有效銜接，存在“數據孤島”，無法對生產過程數據進行實時判斷和管理。

3 裝卸工藝發展趨勢

根據上述發展歷程、技術現狀及存在的問題，結合當下裝卸工藝技術研究方向與聚焦點，裝卸工藝發展趨勢主要體現在以下幾個方面。

3.1 卸船工藝全自動化

傳統卸船機具備良好的半自動化基礎，除船側甩勾、抓放料作業需要人工操作外，在小車運行、集中放料進料斗的過程均為自動作業。目前卸船機自動化應用可以達到艙口垂直范圍內進行自動化操作，但艙內的貨物仍需要人工操作抓斗，進行甩勾取料操作。卸船工藝全自動化將是發展之趨。該技術主要包括：抓斗控制及抓斗擺動與性能優化；3D激光掃描艙口邊沿和高度；艙內物料掃描；自動在艙內選點抓料；根據掃描結果及船方提供的船圖自動設定艙口位置；大機和司機室定位；防撞保護系統及遠程控制系統。

3.2 “散改集”運輸最大化

“筒倉系統”的連續裝卸工藝由于其高效率和低能耗，將是未來糧食裝卸的主要手段。同時為了防止糧食運輸過程中產生污染、噪聲、粉塵等問題，且隨著糧食運輸的標準化，“散改集”也將會是后續糧食運輸的主流之勢。煤礦等大宗散貨和化肥等小宗散貨在裝卸和運輸過程中都會存在散落和揚灰的情況，貨物不僅會遭受損耗，對運輸沿線的環境也會造成很大影響。相比傳統散貨的運輸方式，集裝箱運輸具有環保、裝卸效率高、途中貨損低、便于開展多式聯運等優點。使用集裝箱后，不僅損耗減少了，而且沒有污染。清潔運輸方式既保護了環境，又節約了成本。隨著鐵路運輸集裝箱的發展，“散改集”運輸方式將在干散貨裝卸工藝中全面鋪開。

3.3 粉塵抑制與回收專業化

干散貨碼頭由于裝卸貨種的屬性，普遍存在粉塵污染等問題。鑒于環保要求和綠色港口建設目標，干散貨碼頭的粉塵防治日趨專業化[3]。

煤炭、礦石碼頭采取建倉、防風網、自動化噴淋等措施。建倉是指從生態環保和創新發展的角度考慮，改變傳統的煤炭露天堆存工藝，建設集高效與環保于一體的大型儲煤筒倉群，其最大的優勢在于可以有效減少煤炭轉運期間的貨損，避免在堆取料過程中或是大風情況下產生的揚塵。據統計，筒倉工藝從根本上杜絕煤堆場的粉塵污染，與露天堆存工藝相比減少97%的粉塵排放，具有良好的環保效應。防風網是一種疏透多孔的障礙物，其在背風區形成一個低風速區，從而阻止粉塵的運動。自動化噴淋的工藝原理就是將具有足夠壓力的水噴灑至場地上空，對空氣中的含塵氣體進行過濾和洗滌，同時將水均勻的噴灑在料堆表面，加濕原料，起到防塵降溫的作用，一般噴射覆蓋率可以達到98%以上。工作過程中通過人為設定噴淋范圍、噴淋時間及噴淋的啟動和關閉來實行手自操作一體化自動控制。通過檢測與實時控制，實現節能節水和防止二次污染的功能，達到施工現場基本無揚塵的目的。糧食碼頭應用智能除塵裝卸系統，在節約人力成本以及提升作業效率方面改善較大，采用標準化的連續式裝卸設備對于除塵也十分有效。該系統主要包括糧食自動化裝卸技術以及工業以太網技術，它通過同步化的監控系統以及通訊系統，實時監控裝船、卸船、糧食運輸等作業流程中防塵參數的變化，有效地控制粉塵污染。智能防塵作業技術架構，如圖2所示。

4 結束語

港口干散貨裝卸工藝技術研究工作是一項長期的基礎性工作，本文根據港口干散貨裝卸工藝發展歷程、技術現狀及存在問題，結合當下裝卸工藝技術研究方向與聚焦點，提出了裝卸工藝發展趨勢，對港口干散貨裝卸工藝研究工作具有實際意義。