集裝箱自動化碼頭工藝與裝備技術現狀及展望

（海南港航國際港務有限公司，海南 海口 578101）

0 引言

從廈門港遠海碼頭的半自動化運營到上海洋山深水港四期工程以及青島港前灣港四期工程的全自動化運營，我國的自動化集裝箱碼頭建設正處于積極探索的階段。但是目前有關集裝箱自動化碼頭工藝與裝備技術總結還在不斷地深化中。以下就初步梳理概括了集裝箱自動化碼頭工藝與裝備技術的發展現狀，并對未來建設打造全自動化集裝箱碼頭的技術難點與發展方向進行探索。

1 集裝箱自動化碼頭概況

該文以國內典型集裝箱自動化碼頭上海洋山深水港四期工程以及青島港前灣港四期工程為例，對我國當前集裝箱自動化碼頭的發展情況進行簡要概述：上海洋山深水港四期工程位于小洋山島西側，岸線長度2 350.0 m，平均縱深4 060.0 m，碼頭一期工程設計能力為400 萬TEU，于2017年12 月正式投入運營。

該項目自投入運營以來所累積形成的關鍵技術包括：在全球范圍內首創61 t 的雙20 ft 箱自動化軌道吊以及路側外集卡全自動化作業系統；設備參數基于仿真平臺建設并支持個性化設計；智能化口岸監督管理實現大數據、5G 通信技術以及云平臺技術的全面融合。青島港前灣港四期工程規劃建設泊位共6 個，岸線長度2 088.0 m，平均縱深784.0 m，碼頭一期工程吞吐能力設計150 萬TEU，配備雙小車橋吊，純電動帶舉升自動導引車，高速軌道吊，于2017 年5 月正式投入使用，工程項目建設高度符合全智能化、零排放以及高效率的建設目標，自主設計研發并集成，自投入運營以來所累積形成的關鍵技術包括：在全球范圍內首創基于L-AGV 的自動循環充電技術，具有重量輕、續航時間長的特點；創新實現軌道吊系統的一鍵錨定精準定位；對橋吊主梁后伸距進行優化設計，于全球范圍內首創非等長后伸距雙小車岸橋，在節約建設成本以及裝備制造成本方面有非常突出的貢獻；實現了基于機器人技術自動拆裝集裝箱鈕鎖工藝的自主研發與設計制造。

2 集裝箱自動化碼頭的優點

隨著我國經濟的迅猛發展和技術上的突飛猛進，我國已然成為了當前第一運輸國和集裝箱生產國。但是需要注意的是，在目前我國集裝箱生產的經營狀況仍然存在著許多問題。當前，我國的集裝箱碼頭在自動化方面仍然需要繼續深造，加強研究和創新，努力實現自動化，發揮出自動化管理模式的價值。并且，自動化管理與傳統的管理模式相比，集裝箱自動化碼頭明顯有巨大的優勢。首先，采用自動化的管理模式對集裝箱碼頭進行生產和運營，能夠保證生產作業的安全。由于集裝箱自動化碼頭在運營的過程中會按照設定好的計算程序來進行運營，運用計算機技術能夠增強其穩定性和可靠性。其次，自動化管理能夠在很大程度上解放勞動力，將降低勞動強度，以自動化起重機（圖1）為例，其能夠有效地提升勞動效率。再次，自動化的集裝箱碼頭在進行裝配和作業的過程中，能夠很大程度地改善交通情況，可以降低水平運輸的距離。最后，還可以提升港口區域的土地利用率，集裝箱自動化碼頭具備著高密度和堆積容量大的優勢。

3 工藝裝備技術發展現狀

3.1 工藝技術

根據國內外集裝箱自動化碼頭的建設現狀來看，常見的自動化裝卸工藝模式主要可以概括為3 種類型。1）基于雙小車岸橋，自動引導車以及自動化軌道吊相結合的裝卸工藝模式，這種模式將雙小車岸橋應用于前沿裝卸，依托于中轉平臺解決小車作業耦合問題，堆場采用自動導引車完成裝卸，水平運輸通過自動化軌道吊實現，涵蓋閘口操作、海側運輸以及堆場裝卸等在內的工藝過程均已實現全面自動化。2）基于單小車岸橋，自動跨運車以及自動化軌道吊相結合的裝卸工藝模式，這種模式引入自動跨運車實現水平運輸，解決岸橋與水平運輸間的耦合問題，目前多見于半自動碼頭升級改造工程中，可以最大限度地利用既有裝備技術，有良好的發展前景。3）基于雙小車岸橋，自動導引車以及自動化輪胎吊相結合的裝卸工藝模式，在整體布局上堆場與碼頭岸線保持平行，對減少地震危害控制投資有積極意義，雖然應用相對較少，但對于我國一些半自動化碼頭升級改造也有一定的借鑒意義。

3.2 裝備技術

圖1 集裝箱自動化起重機

目前集裝箱自動化碼頭裝備根據使用情境可以分為前沿裝卸、堆場裝卸以及水平運輸裝備這3 大類型[1]。其中，前沿裝卸設備以雙小車岸橋為主，目前已經從人工操作過渡至遠程控制，相關技術發展比較成熟。堆場裝卸設備可以分為ARMG 以及ARTG 這兩大類型，其中以自動化軌道式集裝箱門式起重機的應用比較廣泛，軌道式集裝箱門式起重機可以根據堆場的實際要求，按照堆三過四或者堆四過五的方式確定起重機自身起升高度，由于起升高度不高，因而起升速度相應較低，大車運行速度高。但是需要注意的是，當跨度達到40.0 m 以上時，高速運行狀態下容易因門腿運行阻力不同產生一定程度的偏移，因此需要設置電氣控制化的同步裝置，確保兩側門腿運行機構速度的一致性。水平運輸設備則以跨運車以及自動導引車為主，目前全自動碼頭中對自動導引車的應用相對較多。我國自動導引車發展歷程較短，但是一直以來不斷加大在這一領域的投入，以改變我國AGV 長期依賴進口的局面。經過不懈地努力，終于取得了一定的成效，北京起重運輸機械研究所、清華大學、中國郵政科學院郵政科學研究規劃院、中國科學院沈陽自動化所、大連組合機床研究所、國防科技大學和華東工學院都在進行不同類型的自動導引車的研制并小批投入生產，并在工程實踐中取得了滿意的效果。

4 技術研究方向展望

4.1 集裝箱自動解鎖技術

國內外均處于有關自動化碼頭智能化解鎖裝置的研發應用探索階段中，并取得了一定的研究成果，但同時有關集裝箱鎖墊的標準尚不統一，種類較多，給全自動化拆裝作業的實現帶來了一定的挑戰。因此，必須嘗試以機器人技術為依托，對自動拆裝所電設備進行自動化研究，一方面有助于鎖墊拆裝作業效率的提升，另一方面達到實現全自動化碼頭作業的目的，實現行業統一鎖墊配置標準。

4.2 海鐵聯運技術

鐵路與集裝箱自動化碼頭聯合運輸對于大物流體系實現，構建智慧化港口以及實現多式聯運具有非常重要的意義。目前，還較少有圍繞自動化海鐵聯運布置方式，裝卸工藝以及裝卸設備問題展開研究的文獻，并且兩者如何實現大數據的全面共享也是難點所在。

4.3 自動化碼頭智能化運行平臺

發展集裝箱自動化碼頭需要依托于大量港口系統的建設與應用工作，碼頭內部各個系統間網絡連接，碼頭與港口網絡連接以及大數據信息傳輸都需要依賴良好的技術平臺來實現。同時，還應在網絡系統平臺搭建的基礎上建立涵蓋船舶作業數據在內的大數據解決方案，達到港航級標準，以面向“互聯網＋”背景下的港口物流系統提供智能化技術支持，為智慧港口建設提供服務與參考。

5 結語

在工業4.0 的全新時代背景下，智慧港口已經發展成為港口建設的必然方向，構建具有高度有效性以及可靠性特點的自動化集裝箱碼頭對于智慧港口建設而言意義重大。該文即對當前集裝箱自動化碼頭在工藝以及裝備技術方面的發展情況進行概括，并簡要展望了未來工藝技術的發展方向，希望能夠有助于我國智慧港口建設與發展目標的實現。