自動化集裝箱碼頭輔助工藝流程設計要點

陳凱凱，梁 浩，劉漢東，吳邵強，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)

集裝箱碼頭主要裝卸工藝流程包括標準集裝箱裝卸船、外集卡提送箱、特殊集裝箱裝卸和水-水中轉“直裝直卸”流程等，是碼頭主要的生產流程。除裝卸運輸設備和控制系統外，自動化集裝箱碼頭的主要裝卸工藝流程與傳統集裝箱碼頭基本一致。而自動化集裝箱碼頭的輔助工藝流程與傳統集裝箱碼頭相比有其特別之處，如前者將生產區劃分為自動化作業區和非自動化作業區，針對設備保養維修、冷藏箱電源插拔等輔助生產業務尚需人工完成，設計其工藝流程時，需要從時間或空間上將自動化和非自動化業務進行隔離，以確保生產作業效率和人員設備安全[1]。本文以廣州南沙四期自動化集裝箱碼頭[2]和欽州大欖坪自動化集裝箱碼頭[3]為例，對其輔助工藝流程進行詳細論述。

1 自動化集裝箱碼頭工藝布置

廣州南沙四期自動化碼頭海輪泊位采用自動化單小車岸橋，自動化集裝箱堆場采用平行碼頭布置、自動化單懸臂軌道吊作業，主要由自動化集裝箱堆箱區、自動化水平運輸設備裝卸作業通道、港內外集卡交互區及相關附屬設施組成。港外集卡運行于港內外交互區的陸側端，而港內自動化水平運輸設備均直接進入堆箱區進行裝卸作業，見圖1a)。

欽州大欖坪自動化集裝箱碼頭前沿采用自動化雙小車岸橋，自動化集裝箱堆場采用U形垂直布置、自動化雙懸臂軌道吊作業，外集卡進入堆場內的U形通道與智能導引運輸車(intelligent guided vehicle，IGV)分別在軌道吊兩側懸臂下作業，港內外水平運輸設備交通組織物理分離，見圖1b)。

圖1 自動化集裝箱碼頭工藝布置

2 自動化集裝箱碼頭輔助工藝流程

2.1 人員(含車輛)進出自動化區域流程

自動化集裝箱碼頭的輔助工藝設計主要包括人員(含車輛)進出自動化區域、自動化設備檢修、IGV充電、IGV故障救援、冷藏箱插拔電源、外集卡進出閘口等作業流程設計。

廣州南沙四期與欽州大欖坪自動化集裝箱碼頭的人員(含車輛)進出自動化區域流程基本一致。自動化集裝箱碼頭的自動化作業區與非自動化作業區之間一般設置有隔離圍網，以便對自動化作業區進行封閉管理，并每隔一定距離設置人員和檢修車輛進出的門及門禁系統。利用門禁系統或電子鎖閉等手段，將進出自動化區域的人員(含車輛)與自動化設備進行時間和空間隔離，確保人員、設備安全是該流程設計的核心。人員(含車輛)進出自動化區域作業流程見圖2。

圖2 人員(含車輛)進出自動化區域作業流程

當IGV、自動化軌道吊、自動化岸橋維修或保養需要人員或車輛進入自動化區域作業時，碼頭中控人員根據具體作業位置劃定相應的自動化設備禁行區域并進行電子鎖閉，以避免維修人員進場救援時與自動化運行設備發生干擾或安全事故。

作業人員(含輔助維修車輛)接受中控指令后，按指定的門禁刷卡進入自動化區域，并按中控劃定的路徑到達目標作業位置；維修或維護操作完成后，再按中控劃定的路徑和門禁刷卡出場，隨后中控對禁行區域進行解除。

2.2 自動化裝卸設備維修和保養流程

自動化裝卸設備包括自動化岸橋和自動化軌道吊。

南沙四期碼頭前沿采用自動化單小車岸橋，軌內非自動化車道與自動化裝卸車道采用圍網隔離，軌后設置檢修車道，可利用軌內非自動化車道和軌后檢修車道進行設備的維修和保養。堆場相鄰箱區采用單懸臂自動化軌道吊“背靠背”成組布置模式，軌道吊非懸臂側相鄰區域設置有檢修通道。

欽州大欖坪碼頭前沿采用自動化雙小車岸橋，軌內設置艙蓋板區和非自動化車道，軌后設置自動化裝卸車道，可利用軌內非自動化車道進行設備維修和保養。堆場外集卡車道與自動化軌道吊之間設置圍網進行物理隔離，并在圍網適當位置設置供車輛、人員進出的門禁，可用于日常運營過程中的維護、檢修、應急作業等。

作業人員利用自動化設備附近的檢修通道進行設備維修和保養，檢修通道布置與設備形式、工藝布局有關。自動化岸橋和軌道吊的維修、保養作業流程一致，如圖3所示。

圖3 自動化裝卸設備維修和保養作業流程

當人工駕駛維修車輛須經過自動化區域時，為避免與港區內自動化水平運輸設備運行軌跡交叉產生安全風險，本流程應按照全過程執行；當人工駕駛維修車輛和人員在碼頭非自動化作業區域內即可開展堆場自動化裝卸設備維修和保養工作時，可不執行設置和移除禁行區環節(圖3中虛線框部分)。

當維修車輛和人員進入碼頭自動化作業區域內開展堆場自動化裝卸設備維修和保養工作時，在作業前或完成后，維修車輛在自動化區域門禁和設備待檢位置間的自動化區域內運行應執行“人員(含車輛)進出自動化區域流程”。

2.3 IGV自動充電流程

IGV充電包括機會充電和集中充電兩種方式，廣州南沙四期和欽州大欖坪碼頭均采用集中充電方式。自動化水平運輸設備接收來自系統或中控的自動充電任務時，一般處于正在執行自動化任務和閑置兩種狀態。若設備處于正在執行自動化任務的狀態，則應根據設備當前電量與預設多級電量警戒線的對比情況，決策是否需要立即執行充電任務。若設備處于閑置狀態，則可直接執行充電任務。

2.4 IGV故障救援流程

南沙四期和欽州大欖坪碼頭的IGV故障救援流程一致。當IGV故障無法現場修復時，維修人員須根據故障IGV的實際情況，利用輔助設備將IGV運送至維修區。一般情況下，可利用牽引車拖拽IGV出場；當IGV輪系無法正常動作時，可利用正面吊將IGV吊裝至牽引拖車上，然后運輸出場，或利用正面吊直接將IGV吊裝出場。執行IGV故障救援流程時，IGV維修人員(或車輛)進出自動化區域還需要執行“人員(含車輛)進出自動化區域流程”。 IGV故障救援作業流程見圖4。

圖4 IGV故障救援作業流程

IGV進維修區：故障IGV收到中控或系統發出的“前往維修區”指令后，IGV自行運行至目標門禁指定位置(或中控人員將IGV運行模式切換成遠控模式后，由中控人員將IGV遠控至門禁指定位置)，中控將IGV從系統車隊中移出，現場人員(自動化區域外)在門禁外確認后，將IGV切換為本地模式，中控人員遠程或現場人員現場開啟門禁，IGV通過人工遙控進入維修區指定區域進行維修。

IGV出維修區：現場人員將IGV遙控至目標門禁點，與中控確認后，現場人員或中控遠程開啟門禁，IGV遙控至門禁內指定位置，關閉門禁，現場人員通知中控接管IGV并編入車隊，IGV切換為自動模式。

IGV日常維護進出維修區流程與上述相同。

2.5 冷藏箱插拔電源流程

廣州南沙四期、欽州大欖坪自動化碼頭冷藏箱堆場均設置有箱底式通道，見圖5。作業人員通過箱底式通道進入冷藏箱箱架進行拔插電源操作，不同的是兩者進入箱區通道的方式略有不同。

圖5 自動化碼頭冷藏箱堆場箱底式通道

南沙四期自動化碼頭冷藏箱堆場四周為IGV車道，車道與堆場之間采用圍網隔離，作業人員無法通過非自動區域直接進入冷藏箱堆場，須采取電子鎖閉方式規劃隔離作業人員通行路徑，避免與堆場自動化裝卸設備和自動化水平運輸設備產生軌跡交叉。

欽州大欖坪自動化碼頭冷藏箱堆場布置在條形堆場的陸側端部，靠軌道側設置箱底式通道，利用隔離圍網將通道出入口與自動化區域物理隔離，作業人員從港外集卡車道進出箱底式通道，避免與自動化區域作業交叉[4]。

冷藏箱插拔電源流程須與集裝箱自動化軌道龍門吊設備管理系統聯鎖，工作人員進入冷藏箱堆場作業區執行電源插拔操作須嚴格執行堆場內部操作規程，在箱式專用通道和各冷藏箱架間的允許活動范圍內等待作業指令，見圖6。

圖6 冷藏箱插拔電作業流程

2.6 外集卡進出閘口流程

2.6.1閘口區布置

自動化集裝箱碼頭閘口已完全實現了無人化，南沙四期和欽州大欖坪自動化碼頭的進、出港閘口均采用3級閘口布置模式[5]，見圖7。

圖7 自動化碼頭閘口區布置

2.6.2外集卡進閘

1)進港第1級閘口為進港信息采集閘，主要用于進港外集卡的車牌號、箱號、箱門朝向、鉛封、箱型、危險品標識、殘損等信息的識別和采集。外集卡經過進港第1級閘口至第2級閘口的過程中，閘口管理系統對相關信息進行匹配與效驗，判斷異常或提前分配外集卡進港作業任務。

2)進港第2級閘口為進港控制分流閘，主要對車輛進行作業信息校驗與確認、過磅、作業任務小票打印、異常處理等。對于校驗通過且無特殊作業要求的車輛，打印作業小票后，進港第2級閘口車道檔桿自動抬起，司機駕駛車輛直接駛向進港第3級閘口；對于信息校驗異常或有進港調箱門等特殊作業需求的車輛，則會提示司機進入閘口緩沖區停車場，待司機確認接收相關處理信息后，綠燈亮、車道自動檔桿抬起，司機駕駛車輛進入閘口緩沖區進行異常或特殊作業處理，處理完成后，再駛入進港第3級閘口。

3)進港第3級閘口為放行閘，主要進行過閘車輛的信息匹配與放行控制，防止異常的車輛進入港內作業區域。

對于進錯碼頭或進閘異常需要直接返回的車輛，待車輛進入進港第2級閘口時，閘口提示車輛進入緩沖區處理，經緩沖區處理和指引，異常車輛通過指定的出港道路出港。

2.6.3外集卡出閘

出港各級閘口功能與進港閘口類似，主要為：港外集卡在港區作業完成后，經過港內道路快速通過出港第1級閘口(信息采集閘)進行相關信息的識別與采集；隨后進入出港第2級閘口(控制閘)進行相關信息識別，并對有過磅要求的車輛生成相應信息，同時校驗車輛是否完成了所有作業任務、有無異常等，對校驗通過的車輛，司機根據需要打印完信息小票后，直接綠燈亮、檔桿自動抬起，放行車輛進入出港第3級閘口(放行閘口)；出港第3級閘口對車輛放行條件進行判斷，滿足放行條件則綠燈亮、車道自動檔桿抬起，車輛直接出港，對有異常的車輛則提示其進入緩沖區進行異常處理。

3 結語

1)將自動化區域的人員(含車輛)與自動化設備進行時間和空間隔離，確保人員、設備安全是人員(含車輛)進出自動化區域流程設計的核心。

2)自動化設備檢修通道布置與設備形式、工藝布局有關。

3)廣州南沙四期和大欖坪自動化集裝箱碼頭冷藏箱堆場均采用箱底式通道進行插拔電源作業，根據堆場布局不同分別采用電子鎖閉和隔離圍網兩種方式進出箱區。

4)自動化集裝箱碼頭的輔助工藝流程具有定制化和個性化的特點，應結合總體布局、工藝設備和配套基礎設施等進行設計。