自動化集裝箱碼頭總體技術路線的選擇

王 烽，麥宇雄，許鴻貫，彭駿駿

(中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510290)

1 全自動化集裝箱碼頭總體技術路線現狀

經過近30年發展，國內外已建和在建的自動化集裝箱碼頭近50座，其中可以實現全自動化裝卸作業的碼頭總體技術路線見表1。

表1 國內外已建全自動化集裝箱碼頭總體技術路線現狀

從碼頭的空間布局形態來看，可分為垂直和平行碼頭布置兩種方式，其中垂直布置分為傳統垂直布置和U形垂直布置。

從堆場裝卸方式來看，可以分為端裝卸和邊裝卸兩種方式；其中端裝卸是指集裝箱水平運輸設備不進入堆箱區內，僅在堆箱區兩側端部進行交互作業的裝卸方式；邊裝卸是指集裝箱水平運輸設備進入堆箱區內任意貝位的邊側進行交互作業的裝卸方式。

從隔離方式來看，可以分為空間和時空隔離兩種方式，其中空間隔離通過物理圍網手段實現自動化區和非自動化區的空間隔離；時空隔離則通過智能交通燈臨時管控措施實現自動化區和非自動化區時間和空間上的隔離。

2 自動化集裝箱碼頭總體技術路線分類

2.1 “傳統垂直布置+端裝卸+空間隔離”總體技術路線

“傳統垂直布置+端裝卸+空間隔離”總體技術路線是目前應用最廣泛、技術最為成熟的全自動化集裝箱碼頭解決方案，以荷蘭鹿特丹Euromax、德國漢堡HHLA-CTA、美國長灘LBCT、中國青島前灣自動化碼頭等為代表，其特點如下：

1)集疏運方式主要為公路(即使部分鐵路運輸，也通過陸側交互)，堆場采用傳統垂直碼頭布置，見圖1。堆場作業方式為端裝卸(除洋山四期部分堆場采用邊裝卸)，在每個箱條兩端分別設置海側交互區和陸側交互區，通過圍網進行空間物理隔離，內外集卡不進入堆場，集中在海側交互區和陸側交互區作業，交通組織簡單。

圖1 傳統垂直布置堆場

2)每個箱條一般配置2臺高速自動化軌道吊(ARMG)，堆場內由高速ARMG帶箱運行并進行接力作業，軌道基礎投資大，運營能耗高、成本高，一般堆場縱深為350 m比較經濟合理。

3)堆場采用無懸臂ARMG(除洋山四期部分堆場采用單懸臂和雙懸臂)，堆場利用率較高，比較適合陸域緊張的港口。

4)外集卡集中在端部陸側交互區作業，受端部裝卸車位數量限制，出箱點較少。對于海關查驗后集中放行的港口，會出現集中到港提箱的現象，導致高峰期陸側交互區擁堵。同時，港外集卡須倒車進入裝卸車位作業，司機體驗感較差。

2.2 “U形垂直布置+邊裝卸+空間隔離”總體技術路線

“U形垂直布置+邊裝卸+空間隔離”總體技術路線是在“傳統垂直布置+端裝卸+空間隔離”總體技術路線基礎上優化而來的一種全新全自動化集裝箱碼頭解決方案，并在我國廣西欽州大欖坪自動化集裝箱碼頭得到首次應用[1]，該技術路線特點如下：

1)集疏運方式以公路為主，部分鐵路運輸和水水中轉。由于堆場縱深大，外集卡集中到港情況突出，傳統垂直布置的軌道吊帶箱運行距離長、運營成本高，高峰期陸側交互區車流量較大、出箱點少，生產效率受影響。因此，在傳統垂直布置的基礎上，考慮在箱區內設置外集卡通行的U形車道以及箱區外設置內集卡作業車道，堆場采用邊裝卸方式，內外集卡均可直接進入堆場任意貝位邊側進行裝卸作業，增加出箱點。對于堆場縱深較大的碼頭更具有適應性，堆場可根據實際裝卸作業需求配置多臺軌道吊，設備擴展性更好。

2)堆場為U形垂直布置，見圖2。圍繞堆箱區成組兩兩相對布置，每組內包括2條堆箱區、1條港外集卡裝卸作業U形通道和1條智能導引車(IGV)裝卸作業通道，堆箱區上為自動化雙懸臂ARMG。U形通道供港外集卡由陸側主干道進入箱區間進行裝卸作業及離場并返回至陸側主干道，IGV裝卸運輸通道布置在雙懸臂軌道吊的另一側外懸臂下。

圖2 U形垂直布置堆場

3)堆場采用低速ARMG不帶箱運行，有效降低工程投資和運營成本。

4)堆場設備采用雙懸臂ARMG，U形車道以及IGV車道占用面積較多，適用于陸域面積充足的港口。未來隨著L5級內外集卡混行技術的成熟，可以將U 形車道調整為箱位，提高堆場利用率。

5)堆場出箱點多，裝卸效率更高，對于公路集疏運比例高、集中到港明顯的港口具有競爭優勢。同時，港外集卡無需倒車進入裝卸車位作業，司機體驗感較好。

2.3 “水平布置+邊裝卸+空間隔離”總體技術路線

采用“水平布置+邊裝卸+空間隔離”總體技術路線的全自動化集裝箱碼頭為廣州港南沙港區四期碼頭工程[2-3]，該技術路線特點如下：

1)集疏運方式以江海聯運為主，水水中轉比例達85%以上，公路集疏運比例低。海輪泊位側面布置有駁船泊位，堆場采用平行碼頭布置，海輪泊位和駁船泊位的車輛更方便進入堆場邊側進行裝卸作業，減少運輸路徑，降低運輸成本，提高運營效率。

2)針對公路集疏運比例低的特點，在自動化集裝箱堆場后方設置集中的內外集卡交互作業區，斷面見圖3。利用內外交互區將自動化區域和非自動化區域進行空間物理隔離。內外交互區采用雙懸臂ARMG作業，懸臂兩側分別對應外集卡作業車道和IGV作業車道。

圖3 集中交互作業區斷面

3)自動化堆場為水平布置，采用邊裝卸方式，IGV進入堆場任意貝位邊側進行裝卸作業。

4)堆場采用低速ARMG不帶箱運行，可有效降低工程投資和運營成本。

5)內外交互區增加集裝箱中轉作業流程，適合水水中轉比例較高、公路集疏運比例較低的港口。

2.4 “水平布置+邊裝卸+時空隔離”總體技術路線

采用“水平布置+邊裝卸+時空隔離”總體技術路線的全自動化集裝箱碼頭有日本名古屋港Tobishima TCB碼頭、天津北疆C段自動化碼頭和深圳海星自動化碼頭，該技術路線特點如下：

1)堆場采用傳統的水平布置，外集卡車流和AGV車流分別按照順時針和逆時針方向循環行駛，在兩側端部內外集卡進箱區處設置智能交通燈，控制內外集卡進出安全，屬于時空隔離技術，交通流向見圖4。

圖4 時空隔離水平布置交通流向

2)堆場采用邊裝卸方式，內外集卡均可直接進入堆場任意貝位邊側進行裝卸作業，堆場采用低速ARMG不帶箱運行，具有出箱點多、工程投資低、運營成本低、設備擴展性好等優點。

3)根據堆場裝卸工藝設備的不同，堆場斷面布置形式有所差異。

日本名古屋港Tobishima TCB碼頭的堆場采用自動輪胎吊(ARTG)，外集卡車道和內集卡車道均布置在ARTG內一側，相互干擾較大，斷面見圖5a)；天津北疆C段自動化碼頭堆場采用雙懸臂ARMG[4]，外集卡車道和內集卡車道分別布置在ARMG懸臂兩側，內外集卡車流分離，相互干擾少，斷面見圖5b)；由于堆場面積受限，深圳海星自動化碼頭堆場采用單懸臂ARMG[5]，內外集卡車道均布置在ARMG懸臂一側，相互干擾較大，斷面見圖5c)。

圖5 堆場作業斷面

4)通過時空隔離技術控制，內外集卡存在交叉干擾，作業效率受到影響，一般適用于中等規模的自動化集裝箱碼頭。

3 各種典型總體技術路線對比分析及適用性建議

上述4種典型自動化集裝箱碼頭總體技術路線的對比分析及適用性建議見表2。

表2 各種典型總體技術路線的對比分析及適用性建議

4 結語

1)通過總結分析，按照平面布局形態、裝卸方式和隔離方式的不同，目前國內外有4種典型的自動化集裝箱碼頭總體技術路線，分別有各自的技術特點和適用性。自動化集裝箱碼頭須結合自動化程度、投資、當前自動化技術水平以及項目自身特點，選擇合適的總體技術路線。

2)近年來，行業內也在探索自動化集裝箱碼頭向空間上發展，提出了各種立體自動化集裝箱碼頭技術路線，對于用地緊張的港口具有一定的借鑒意義。