科技進步特等獎 超強大腦：洋山四期自動化碼頭

文/李沖

洋山四期碼頭的ITOS智能系統，使其成為國內全自動化碼頭領域的領頭羊。

“西興渡口帆初落，漁浦山頭日未欹。”自古以來，港口碼頭就是百姓生活的重要依靠。眼下，全球貿易不斷升級，港口在其中的重要性不言而喻。

上海作為中國對外開放的重要海岸城市，臨靠東海，交通便利；趁著改革開放的春風，上海港重點發展集裝箱產業，成為世界第一大港。全球貿易往來日益增加，港口吞吐能力和集疏運體系成為制約貿易發展的主要因素。

2020年，洋山四期碼頭吞吐量達到420萬集裝箱，約占上海港全年吞吐量的十分之一。自動化、智能系統成為港口未來發展的新方向。

洋山四期碼頭的ITOS智能系統，使其成為國內全自動化碼頭領域的領頭羊，“洋山四期超大型自動化集裝箱碼頭關鍵技術研究與應用”項目也因此被評為上海市科技進步獎特等獎。

開建—— 全自動化碼頭建設勢在必行

如何快速安置貨物、裝卸貨物，找到最優路徑一直是港口碼頭提升的關鍵。

2013年“絲綢之路經濟帶”和“21世紀海上絲綢之路”建設展開的同時，中國（上海）自由貿易試驗區在同年9月正式掛牌，洋山保稅港區被納入新成立的自貿區內，上海對外貿易不斷增加。面對持續增長的貨物量，通過增效挖潛，幾年來上海港既有集裝箱碼頭交出的吞吐量成績均已遠遠超越當初的設計能力，受制于泊位資源與設備資源的數量，高負荷運轉無法從根本上滿足未來逐年增高的吞吐量預期。因此，建設自動化集裝箱碼頭，提升泊位吞吐能力成為一個必然的選擇。

“過往的自動化碼頭操控系統采用主從式分級分層管控模式，計劃與控制按不同原則分層分級單項船體，協同效率低，制約了碼頭整體運營效率的提升。”上海國際港務（集團）股份有限公司副總裁方懷瑾說道。

在此背景下，上港集團從2014年4月開始對全自動化集裝箱碼頭建設方案及可行性進行論證分析，2014年末正式投入洋山四期碼頭建設，決定開發具有自主知識產權的碼頭智能化系統。

2017年12月，洋山四期碼頭建設成功，正式投入使用。2018年達到201萬標準箱，2019年實現327萬標準箱，2020年突破420萬標準箱，成為目前世界上最先進的自動化集裝箱碼頭之一。

“洋山四期碼頭攻克了無人設備全域感知、多體協同、多活并發等核心技術，實現了系統與設備設施間海量數據處理動態協同與高效可靠，核心功能與性能全面超越國外產品，能力與效率均居全球自動化碼頭首位。”方懷瑾自豪地說。

ITOS智能管控系統—— “超級大腦”掌握碼頭運營

從集裝箱控制中心大樓15層向下望，只能看到零星的人影在維護道路，無人車碼頭裝卸車行駛在路道上，平靜而有序。

“全自動化”是洋山四期碼頭最明顯的特征，全自動化的背后是“超級大腦”—ITOS智能管控系統掌控碼頭的運行，覆蓋碼頭全場景、全流程作業。

洋山四期項目之前，由于自動化程度有限，需要人工區控制岸橋卸載集裝箱、尋找集裝箱的擺放位置，在整個過程中人工對于路徑的選擇主要取決于人工的經驗。由于人工對于整個碼頭集裝箱調配工作的掌控有限，想要達到更高水平的碼頭裝卸，全自動化技術勢在必行。

據上港集團技術中心主任黃秀松介紹，在洋山四期項目建設初期，集團內部曾討論是否要進行技術創新和研發。“后來我們決定自己做技術創新，我們有20多年做碼頭（集裝箱運輸）的經驗，內部有能力去設計屬于自己的系統。”黃秀松說道。

之后，上港集團全面開展自主研發，根據已有的自動化碼頭，構建數據差異量化模型和相關算法，解決作業時空多變、狀態不穩定導致設備協同難的關鍵問題，使系統和設備間可協同高效處理海量數據，在解放人工的同時，提高作業效率。據相關統計，自洋山四期碼頭投入生產后，人均勞動生產率提高至傳統碼頭的213%。

“兩只手扔三個乒乓球，壓力不大；但兩只手扔三十個乒乓球，其難度可想而知。”以此來形容ITOS背后的運行復雜程度并不為過。在目前碼頭運行過程中，“選擇最優的集裝箱擺放位置是ITOS系統目前工作的主要內容，”黃秀松介紹道，“這其中所需要的運算難度不言而喻。”

“大腦”升級—— 碼頭吞吐量有望突破600萬標準箱

洋山四期全自動化碼頭運行機制，一改原先從業者在室外岸橋上駕駛室工作的工作方式，人工只需在室內查看吊具下方具體位置，鼠標點擊“確認”即可，使人工從狹窄的駕駛室之中解放出來。“改善了從業者的工作環境，對從業者身體健康也是一種關心。”

面向超大型自動化集裝箱碼頭裝卸、堆存、轉運、進出道口等多種作業場景，洋山四期應用大數據、云計算和數字孿生等新一代信息技術，從技術、調度、工藝和過程控制等各方面進一步提升超大型集裝箱碼頭作業管理系統，進一步減少人工干預，優化資源配置。

隨著項目的不斷完善，集裝箱吞吐量將不斷增加，到2020年，項目完成我國首個擁有完全自主知識產權的超大型自動化集裝箱碼頭智能操作系統的升級研發，推進碼頭運營效率再次大幅提升，實現整體岸橋平均臺時效率進一步提升10%以上，單體碼頭年吞吐能力進一步提升50%以上。

提及洋山四期全自動化技術的推廣，方懷瑾介紹，目前“洋山四期超大型自動化集裝箱碼頭關鍵技術研究與應用”項目的成果已經在14個國內外碼頭中得到應用，將“中國智造”推廣到世界。

目前，洋山四期建設成果顯著，對開創完善中國版的超大型自動化碼頭管控新模式，打破國外軟件在自動化碼頭管理系統上的“一統天下”，實現我國智慧技術港口核心技術的自主化具有重要意義。