全自動化集裝箱港區(qū)交通組織設計

劉廣紅，何繼紅，丁飛虎

（中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海200032）

全自動化集裝箱港區(qū)交通組織設計

劉廣紅，何繼紅，丁飛虎

（中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海200032）

全自動化集裝箱碼頭逐漸成為未來發(fā)展趨勢，要充分發(fā)揮全自動化系統(tǒng)的技術優(yōu)勢，采用合理的、與自動化工藝系統(tǒng)相適應的交通設計十分關鍵。文章結合我國某著名集裝箱碼頭的建設案例，分析總結自動化集裝箱碼頭的要求和特點，提出了自動化集裝箱碼頭的進港道路和閘口布置、港內交通組織等設計思路和方法，可供類似工程參考。

集裝箱碼頭；自動化；港區(qū)布置；交通組織；信息控制

0 引言

我國已迎來港口技術發(fā)展和突破的時機，各大沿海港口正掀起一場技術升級的浪潮，以打造綠色、高效、節(jié)能、安全的全自動化集裝箱碼頭為突破點來引領港口技術的換代升級。

全自動化集裝箱碼頭起始于90年代的歐洲，歷經20余a的發(fā)展，目前世界上已有10余座全自動化集裝箱碼頭投入使用。區(qū)別于傳統(tǒng)集裝箱碼頭，全自動化集裝箱碼頭的主要裝卸環(huán)節(jié)均為智能化無人操作。其中，碼頭裝卸通常采用帶“人工干預的遠程操控模式”的岸橋，水平運輸通常采用自動導引運輸車（AGV）或跨箱搬運車（SC），堆場裝卸通常采用自動軌道式龍門起重機（ARMG）。由于港區(qū)作業(yè)實現(xiàn)了高度自動化，因而對港內、外交通在秩序性、高效性方面提出了更高的要求。在全自動化集裝箱碼頭中，集卡從通過進港閘口、自動化堆場完成提送箱作業(yè)直至通過出港閘口的全過程均須遵照港區(qū)TOS系統(tǒng)的指令執(zhí)行。道路布置和交通組織方案應與碼頭作業(yè)流程無縫銜接，確保交通的通暢和高效。本文以我國某集裝箱碼頭為例，在分析總結自動化集裝箱碼頭的要求和特點的基礎上，提出了自動化集裝箱碼頭的進港道路和閘口布置、港內交通組織等設計思路和方法，可供類似工程參考。

1 全自動化集裝箱碼頭的港內外交通特點

1.1 車輛進港多級、自動、流程化控制

車輛進港是集裝箱碼頭的首個作業(yè)環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)集裝箱碼頭中，其流程通常較為簡單。車輛到達進港閘口后駐車，進行司機身份認證、集裝

箱箱號識別、集裝箱箱體殘損檢測、稱重等操作，人工核對信息，無誤后打印小票，車輛進港，集卡司機隨后根據(jù)小票信息到達指定箱區(qū)等待作業(yè)。因信息的采集、識別過程均在停車時完成，故閘口的車道通行效率相對較低。

全自動化集裝箱碼頭進港環(huán)節(jié)則通常采用多級、自動和流程化控制，車輛進港過程將由傳統(tǒng)集裝箱碼頭的單級程序拆分為多級程序。以三級卡口設計為例，車輛首先低速通過進港閘口第一級卡口，在運動狀態(tài)下完成信息采集。隨后，利用車輛在第一級至第二級卡口間的行進時間，計算機系統(tǒng)完成車號、箱號識別和集裝箱驗殘，并制訂下一步控制指令。車輛到達第二級卡口后駐車，進行司機身份認證和稱重等操作，并接收下一步控制指令。根據(jù)指令，對于信息不完整或因港內對應箱區(qū)作業(yè)繁忙需等待的集卡，須進入港外集卡停車場補錄信息或等待，其余車輛由第三級卡口進港作業(yè)。由于實現(xiàn)了多級、自動和流程化控制，閘口的通行效率大為提高，并視具體情況對進港車輛進行了分流，強化了車輛管理。

1.2 箱區(qū)內不設水平運輸通道

目前，世界典型的全自動化集裝箱碼頭的堆場通常采用自動軌道式龍門起重機（ARMG）作業(yè)，作業(yè)線垂直碼頭布置。作業(yè)線海側端部設置對AGV或SC的交換區(qū)，陸側端部設置集卡交換區(qū)，水平運輸設備不需進入箱區(qū)，因而箱區(qū)內不設置水平運輸通道，自動化堆場實現(xiàn)了高密度堆垛，大大提高了箱容量。根據(jù)ARMG軌距大小，集卡交換區(qū)將布置若干集卡停車位，集卡只需在集卡交換區(qū)內由陸側ARMG完成提、送箱作業(yè)，詳見圖1。由于集卡交換區(qū)內停車位數(shù)量有限，在集卡集中到港時，如不對進港集卡的數(shù)量進行精確管理，當進港的集卡數(shù)量超過堆場集卡交換區(qū)緩沖能力時，必然在港內形成擁堵。

相對而言，目前我國傳統(tǒng)集裝箱碼頭的重箱堆場通常采用由人工駕駛的輪胎式龍門起重機（RTG）或者軌道式龍門起重機（RMG）作業(yè)，作業(yè)線平行于碼頭布置，箱區(qū)內設集卡作業(yè)車道和穿越車道，港內道路資源相對較多。在應對外集卡的集中到港時，箱區(qū)內的集卡車道具有較大的集卡緩沖能力，可作為集卡的臨時緩沖區(qū)，避免集卡在進港道路、閘口及港內道路上形成集中、產生擁堵，詳見圖2。

圖1 自動化堆場集卡交換區(qū)示意圖Fig.1 Container truck swap area ofautomated container yard

圖2 傳統(tǒng)集裝箱堆場內道路布置Fig.2 Road layout in traditionalcontainer yard

因此，根據(jù)自動化集裝箱碼頭港內集卡緩沖能力相對不足的特點，為避免集卡集中到港對港區(qū)交通的沖擊，須根據(jù)港區(qū)作業(yè)需要因地制宜地在港外布置一定規(guī)模的集卡緩沖區(qū)。

1.3 外集卡路網(wǎng)和特殊箱堆場布置

與傳統(tǒng)碼頭相比，全自動化集裝箱碼頭在港內交通流向、流量上相對簡單、明晰，其絕大部分碼頭與堆場間的水平運輸任務由無人駕駛的AGV或SC承擔，港內交通量主要包括少量運輸特殊箱的內集卡和外來集卡。AGV或SC的活動范圍僅限于全封閉的自動化作業(yè)區(qū)，與集卡沒有交叉。外集卡在自動化堆場的陸側集卡交換區(qū)即可完成進行提、送箱作業(yè)，不需進入堆場。因此，全自動化集裝箱碼頭對港內道路的需求將大為減少。同時，由于自動化集裝箱碼頭的港內交通量主要集中于自動化堆場后方，局部的交通繁忙程度要高于傳統(tǒng)集裝箱碼頭，為避免港內交通擁堵，采用合理的、相適應的道路和交通組織設計是十分重要的。

此外，因自動化堆場是一塊全封閉、連片式的大區(qū)域，導致特殊箱在港內需圍繞自動化堆場作長距離的運輸，這在作業(yè)效率和作業(yè)成本上是不利的。因此，將盡可能多的集裝箱納入自動化堆場，可有效降低水平運輸成本、提高作業(yè)效率。

2 某集裝箱碼頭工程的交通設計思路和方法

結合上述自動化集裝箱碼頭的交通特點，某全自動化集裝箱碼頭工程在港外道路、閘口、港外停車場、港內道路及交通組織等方面均采用了針對性的設計，以達到港內外交通簡單、順暢、高效的目的。

2.1 進港道路優(yōu)化

該工程陸域縱深較為狹窄，且緊貼港外主線道路，港區(qū)與港外主線道路縱向缺少必要的緩沖空間[1]。從港外交通接口條件來看，該碼頭港外主線道路在港區(qū)陸域區(qū)段內共預留了東、西兩處交通接口，西側預留接口包括主線道路北側的一對上、下匝道口，東側接口包括1個主線道路北側上匝道口和1個南側下匝道口，主線道路南側上匝道口欠缺，見圖3。

圖3 港外道路接口示意圖Fig.3 Interfaces with the road outside ofthe harbor

綜合考慮港區(qū)陸域形態(tài)、港外交通邊界條件以及自動化集裝箱碼頭港內集卡緩沖能力不足等因素，該工程港外交通主要在以下幾個方面采取了針對性的設計（見圖4）。

圖4 進港交通組織設計局部示意圖Fig.4 Access traffic organization design(part)

1）利用港區(qū)陸域橫向寬度較大的地形特點，將主線道路南側下匝道口西移約1.5 km，該調整后使得港區(qū)獲得了較大的橫向空間用于設置進港專用輔道。進港輔道總長達1.7 km左右，具有較大的蓄車能力，可一定程度上避免在大流量下進港車輛溢出至主線道路，影響到主線交通流順暢通行。

2）按照“先下后上”的原則，在南側下匝道口以東約0.3 km處增設1個上行匝道，避免上、下行車輛在主線道路形成同向平面交織，從而對主線道路通行產生不利影響。

3）南側下行匝道采用高架橋型式，與上行車流形成立交，增加通行效率。

4）進港輔道因地制宜地實行客貨分流，進一

步提高行車安全，歸順車流。

2.2 進港閘口布置

根據(jù)全自動化集裝箱碼頭進港流程，該工程進港閘口相應設計為三級卡口，布置與功能[2]如下（見圖5）。

第一級卡口為一對門架，設置于進港輔道中東部，門架上安裝箱號、車道自動識別及自動驗殘系統(tǒng)所需的各類探頭和傳感器。該卡口采用通過式設計，車輛只需低速通過卡口即可完成相應的數(shù)據(jù)采集。

圖5 進港閘口布置示意圖Fig.5 Layoutofthe port access gate

第二級卡口距第一級卡口約700 m，車輛在兩道卡口間的行駛時間約1 min，利用該段時間計算機系統(tǒng)即可完成箱號、車號識別以及驗殘作業(yè)，并發(fā)出下一步的進港指令。車輛到達第二級卡口后駐車，根據(jù)提示的進港指令確定是由第三道卡口直接進港或者進入港外集卡停車場等待進港。由于節(jié)約了計算機系統(tǒng)識別的時間，集卡在第二級卡口停留時間較傳統(tǒng)集裝箱碼頭的進港閘口大為縮短，通行效率大為提高，因而所需的卡口車道數(shù)量也大為減少。

第三級卡口與第二級卡口并行布置，節(jié)約土地資源。集卡在通過第二級卡口后，依指令在前方約180 m處進行分流，大部分車輛右轉經第三級卡口直接進港，其它車輛直行后右轉進入港外集卡停車場。

2.3 港外集卡停車場規(guī)模

為緩解集卡集中到港對進港道路、進港閘口及港內道路的交通壓力，設置一定規(guī)模的港外停車場顯得十分必要[3]。停車場所需車位數(shù)量主要依據(jù)預測閘口高峰小時交通量、自動化堆場小時集卡作業(yè)量及高峰持續(xù)時間等綜合確定，可按以下公式估算：

停車場所需車位數(shù)量=（閘口高峰小時交通量-堆場小時作業(yè)能力）×高峰持續(xù)時間-堆場集卡交換區(qū)緩沖車位數(shù)量閘口高峰小時交通量=［集裝箱碼頭年運量×

（1-水水中轉比例）×車輛到港不均勻系數(shù)］/

（堆場年工作天數(shù)×閘口日工作時間×

車輛平均載箱量）

自動化堆場小時集卡作業(yè)量=ARMG平均小時操作量×（1-0.5×1 TEU比例）×ARMG作業(yè)線數(shù)量

在該工程設計中，年集裝箱吞吐量為630萬TEU，水水中轉比例為50%，到港不均勻系統(tǒng)取2.5，堆場年工作天數(shù)為365 d，閘口日工作時間取18 h，ARMG作業(yè)線數(shù)量為59條，堆場集卡交換區(qū)緩沖車位數(shù)量為200個，車輛平均載箱量取1.8 TEU，ARMG平均小時操作量取12，1 TEU比例為40%，高峰持續(xù)時間取4 h。

經計算，該工程所需港外停車場車位數(shù)量約236個，實際布置315個，確保港區(qū)具有良好的集卡緩沖能力。

2.4 進、出港閘口布局

根據(jù)該工程陸域的地形特點和港外交通接口條件，港區(qū)閘口采用了“東進西出”的布置方案，閘口車道方向與港外主線道路平行。采用該布置方案，港內的主要交通流向與自動化集裝箱碼頭的集卡提、送箱作業(yè)流程十分契合[4]，詳見圖6。

集卡自東側進港后，即沿自動化堆場北側的橫向主干道直行至相應的ARMG箱區(qū)，在集卡交

換區(qū)完成提、送箱作業(yè)，隨后再繼續(xù)向西直行至出港閘口出港。集卡在港內的行駛路徑實現(xiàn)了最短化，有效減少滯港時間和降低能耗，提高通行效率。

基于港內主要交通流量、流向的不均衡性，為進一步歸順車流，考慮將連接進、出港閘口的緯三路設計為自東向西的單向4車道道路，而將其北側的緯四路設計為自西向東的單向2車道道路，以實現(xiàn)道路資源的充分利用。

2.5 優(yōu)化輔助堆場設計

全自動化集裝箱裝卸工藝系統(tǒng)的采用，使得位于碼頭與自動化堆場之間的水平運輸距離將大為縮短，運輸效率得到極大提升，作業(yè)成本大幅下降。但由于自動化堆場的高度自動化和標準化，部分特殊集裝箱將無法進入自動化堆場作業(yè)，其水平運輸仍將采用集卡作為交通工具。因自動化堆場全封閉、連片式的布置方式，集卡需圍繞自動化堆場周邊作長距離的運輸，作業(yè)效率低，成本高。

基于此，該工程遵循了“自動化堆場最大化”的原則，將占港區(qū)95%以上的普通重箱、空箱、冷藏箱13.7 m（45 ft）箱均納入自動化堆場，僅布置較小規(guī)模的危險品堆場和超限箱堆場用于堆放少量危險品箱、超寬、超長、框架箱等特殊箱種，兩類堆場的平面位置及交通流向見圖7、圖8。該設計方案，從源頭上減小了港內集卡的作業(yè)量，從而進一步減小了港內總體交通流量。

2.6 優(yōu)化出港閘口平面布置

該工程出港閘口的平面布置（見圖9）充分利用了當?shù)氐牡匦螚l件，通過橫向發(fā)展、兩進式的布置方式最大程度地減少了土地的占用。在功能設置上，除了正常的出港功能外，還兼顧了與相鄰港區(qū)間的互拖箱功能。由于港區(qū)間的互拖箱作業(yè)通常由碼頭營運公司的內卡完成，與外卡進港相隔離，將有利于港區(qū)的管理和進一步緩解進港閘口的交通壓力。

圖6 港內主要交通組織示意圖Fig.6 Main traffic organization in the harbor

圖7 危險品箱、超限箱堆場平面位置示意圖Fig.7 Layoutofthe dangerous goods container yard and OOG(out of gauge)container yard

圖8 危險品箱、超限箱堆場交通組織示意圖Fig.8 Traffic organization ofthe dangerous goods container yard and OOG(out of gauge)container yard

3 結語

基于“綠色、高效、節(jié)能、安全”等突出優(yōu)勢，全自動化集裝箱碼頭已逐漸成為我國集裝箱碼頭的發(fā)展方向。為了充分發(fā)揮全自動化集裝箱碼頭的優(yōu)勢，港區(qū)交通的高效性及與自動化工藝系統(tǒng)的匹配性十分關鍵。本文結合某自動化集裝箱碼頭工程的建設，分析總結了全自動化集裝箱碼頭的港內外交通特點，基于全自動化集裝箱碼頭的作業(yè)流程，對進港道路、閘口、集卡緩沖停車場、堆場布置等方面提出了設計思路和方法，可供類似工程參考。

[1]中交第三航務工程勘察設計院有限公司.上海國際航運中心洋山深水港區(qū)四期工程港外交通組織[R].2014. CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Outer traffic organization of Shanghaiinternationalshipping center Yangshan deepwater port phase IV project[R].2014.

[2]中交第三航務工程勘察設計院有限公司.上海國際航運中心洋山深水港區(qū)四期工程初步設計[R].2014. CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Preliminary design of Shanghai international shipping center Yangshan deepwater port phase IV project[R].2014.

[3]JTS 165—2013，海港總體設計規(guī)范[S]. JTS 165—2013,Design code ofgenerallayoutforsea ports[S].

[4]中交第三航務工程勘察設計院有限公司.上海國際航運中心洋山深水港區(qū)四期工程總平面及裝卸工藝方案研究報告[R]. 2014. CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Research reporton general layout and handling technology of Shanghai international shipping center Yangshan deepwater portphase IVproject[R].2014.

Traffic organization design of fully-automated container ports

LIU Guang-hong，HE Ji-hong，DING Fei-hu
（CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.,Shanghai200032,China）

The fully-automated container terminal is gradually becoming the future developmenttrend.To give full play to the technical advantages of fully-automated container terminal,a reasonable traffic design compatible with automated process system is also crucial.In this paper,in combination with the construction of a well-known container terminal in China,we analyzed and summarized the requirements and characteristics of automated container terminal,proposed the design ideas and methods for the layout of access roads and gates of automated container terminal and the traffic organization in the harbor, which can be available for reference in similar projects.

container terminal;automation;port layout;traffic organization;information control

U651.1；U691

A

2095-7874（2015）12-0071-06

10.7640/zggwjs201512017

2015-07-31

2015-09-16

劉廣紅（1976—），男，湖南邵東人，高級工程師，主任工程師，從事港口及航道工程規(guī)劃及設計。

E-mail：liugh@theidi.com