中國(guó)自動(dòng)化集裝箱碼頭的發(fā)展與挑戰(zhàn)

李金龍

（義烏市交通運(yùn)輸局　浙江 義烏　322000）

中國(guó)自動(dòng)化集裝箱碼頭的發(fā)展與挑戰(zhàn)

李金龍

（義烏市交通運(yùn)輸局浙江 義烏322000）

2015年，上海港、青島港先后宣布開(kāi)始規(guī)劃建設(shè)自動(dòng)化集裝箱碼頭，引領(lǐng)著國(guó)內(nèi)集裝箱碼頭發(fā)展的新潮流。如果不對(duì)現(xiàn)有碼頭裝卸工藝和設(shè)施進(jìn)行根本改革，很難提高船時(shí)裝卸效率，建設(shè)和發(fā)展自動(dòng)化集裝箱碼頭，就成為各大港口的內(nèi)在需求和發(fā)展趨勢(shì)。

自動(dòng)化集裝箱碼頭；船舶大型化；航運(yùn)聯(lián)盟常態(tài)化；升級(jí)改造

一、發(fā)展概述

目前，全球建成自動(dòng)化集裝箱碼頭共32個(gè)（歐洲10個(gè)、亞洲15個(gè)、北美洲4個(gè)、澳洲3個(gè)）。從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始，歐洲和日本的港口率先規(guī)劃嘗試建設(shè)自動(dòng)化集裝箱碼頭。就全球范圍來(lái)看，世界上第一個(gè)自動(dòng)化集裝箱碼頭在1993年荷蘭鹿特丹港的ECT碼頭投入運(yùn)行，接著是英國(guó)倫敦港、日本川崎港、新加坡港、德國(guó)漢堡港等相繼建成全自動(dòng)化或半自動(dòng)化（僅堆場(chǎng)自動(dòng)化）的集裝箱碼頭。由于受到全球經(jīng)濟(jì)波動(dòng)和財(cái)政政策的影響，自動(dòng)化集裝箱碼頭發(fā)展曾一度陷入停滯狀態(tài)。目前，我國(guó)的自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)發(fā)展處于起步階段，2014年，廈門(mén)遠(yuǎn)海碼頭對(duì)14號(hào)泊位及部分15號(hào)泊位開(kāi)始進(jìn)行改造，建成國(guó)內(nèi)第一個(gè)全自動(dòng)化集裝箱碼頭。2015年，上海港、青島港先后宣布開(kāi)始規(guī)劃建設(shè)自動(dòng)化集裝箱碼頭，引領(lǐng)著國(guó)內(nèi)集裝箱碼頭發(fā)展的新潮流。實(shí)際上，不同地區(qū)集裝箱自動(dòng)化碼頭根據(jù)當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)和碼頭需求采用不同裝卸工藝模式。下面將對(duì)四種主要的模式進(jìn)行對(duì)比分析，希望起到總結(jié)借鑒的作用。

二、裝卸工藝模式

20世紀(jì)80年代中期，西歐地區(qū)人口遞減，勞動(dòng)力成本昂貴，熟練勞動(dòng)力匱乏，自動(dòng)化集裝箱碼頭首先受到關(guān)注。一般來(lái)說(shuō)，全自動(dòng)化碼頭的前沿裝卸和堆場(chǎng)的裝卸搬運(yùn)都是自動(dòng)化的，而半自動(dòng)化碼頭僅堆場(chǎng)自動(dòng)化。自動(dòng)化集裝箱碼頭發(fā)展到今天，技術(shù)系統(tǒng)日趨成熟，其裝卸工藝逐漸形成四類(lèi)模式：

第一類(lèi)是“雙小車(chē)岸橋+自動(dòng)引導(dǎo)運(yùn)輸車(chē)（AVG）+自動(dòng)化軌道吊”模式的全自動(dòng)化碼頭。如德國(guó)漢堡港CTA以及荷蘭鹿特丹港的ECT、Euromax等。通常表現(xiàn)為雙小車(chē)岸橋負(fù)責(zé)船舶裝卸、AGV負(fù)責(zé)岸邊水平運(yùn)輸，自動(dòng)化軌道吊負(fù)責(zé)堆場(chǎng)集疏運(yùn)裝卸。

第二類(lèi)是“單小車(chē)岸橋+跨運(yùn)車(chē)+自動(dòng)化軌道吊”模式的半自動(dòng)化碼頭，如美國(guó)的弗吉尼亞APM、韓國(guó)的釜山新集裝箱碼頭、英國(guó)的倫敦Thamesport、西班牙的韓進(jìn)TTI等；通常表現(xiàn)為單小車(chē)岸橋負(fù)責(zé)船舶裝卸、跨運(yùn)車(chē)負(fù)責(zé)岸邊水平運(yùn)輸，自動(dòng)化軌道吊負(fù)責(zé)堆場(chǎng)集疏運(yùn)裝卸。相對(duì)而言，該類(lèi)工藝定位較為全面，在適用于半自動(dòng)化碼頭的同時(shí)，也為將來(lái)的全自動(dòng)改造預(yù)留空間，所以被廣泛采用。

第三類(lèi)是“單小車(chē)岸橋+集卡+帶外伸臂的軌道吊”模式的半自動(dòng)化碼頭，如香港國(guó)際貨柜、韓國(guó)的PNC和韓進(jìn)碼頭、臺(tái)灣的TPCT和KMCT等。和第二類(lèi)最大的區(qū)別在于由集卡負(fù)責(zé)岸邊水平運(yùn)輸，考慮到將來(lái)全自動(dòng)化碼頭的發(fā)展趨勢(shì)和未來(lái)改造的成本，目前采用相對(duì)少一些。

第四類(lèi)是“雙小車(chē)岸橋+軌道分配+自動(dòng)化軌道吊”（立體庫(kù)）模式的全自動(dòng)化碼頭。目前，振華港機(jī)正在研制的“無(wú)人化碼頭”就屬于該類(lèi)模式，國(guó)內(nèi)目前正在規(guī)劃建設(shè)自動(dòng)化碼頭的上海、青島均采用該模式。和前面三類(lèi)模式主要區(qū)別是取消了集卡、跨運(yùn)車(chē)和AGV水平運(yùn)輸設(shè)備，而采用立體軌道式電動(dòng)小車(chē)傳送分配系統(tǒng)。在整個(gè)“無(wú)人化碼頭”中，最大的亮點(diǎn)是一個(gè)與岸邊平行、以鋼筋構(gòu)筑的低架橋水平分配機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)上方有起重小車(chē)，下面有平板車(chē)，起重小車(chē)、平板車(chē)以及堆場(chǎng)里的軌道吊等都在特定軌道上運(yùn)行，通過(guò)中央控制室控制，現(xiàn)場(chǎng)不需要裝卸工人。

以上為四種基本模式，在實(shí)際應(yīng)用中，也會(huì)出現(xiàn)一些所謂的“衍生變種”。例如日本的TCB碼頭，就是采用“單小車(chē)岸橋+AGV+自動(dòng)化輪胎吊”的半自動(dòng)化工藝，屬于第二類(lèi)模式的“變種”，把軌道吊換成輪胎吊的主要原因是為了減少地震危害①。

今后，在全球范圍內(nèi)，集裝箱碼頭作業(yè)的自動(dòng)化水平還將得到進(jìn)一步提高，這是碼頭經(jīng)營(yíng)商提振經(jīng)營(yíng)績(jī)效、提高行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的唯一出路，也是內(nèi)外因相互作用的結(jié)果。

三、外因分析

自動(dòng)化引發(fā)的“機(jī)器換人”已經(jīng)成為全產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)發(fā)展的時(shí)代潮流，港口行業(yè)也是如此。首先，只要風(fēng)險(xiǎn)管理得當(dāng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，并能降低成本和風(fēng)險(xiǎn)。近10年來(lái)，國(guó)內(nèi)沿海港口行業(yè)勞動(dòng)力越來(lái)越短缺，人力成本飆升，同時(shí)港口自動(dòng)化技術(shù)日臻成熟，設(shè)施成本逐漸下降。此消彼長(zhǎng)，集裝箱自動(dòng)化碼頭發(fā)展在經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的初級(jí)階段之后，條件已經(jīng)變得成熟，設(shè)備的自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)可靠。其次，港口行業(yè)環(huán)保要求越來(lái)越高。環(huán)保理念在港航領(lǐng)域不斷深入人心并付諸于實(shí)施，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化集裝箱碼頭在應(yīng)用方面有所突破已是大勢(shì)所趨。在機(jī)器換人、節(jié)能環(huán)保的時(shí)代背景下，集裝箱自動(dòng)化碼頭發(fā)展還受到船舶大型化、航運(yùn)聯(lián)盟常態(tài)化兩個(gè)關(guān)鍵外部因素的影響。

1.船舶大型化

據(jù)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，全球?qū)b箱運(yùn)力的需求在未來(lái)幾年將繼續(xù)保持9%-10%的增長(zhǎng)速度，各大航運(yùn)公司出于形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)、降低成本以及提高能力上的需要②，正在紛紛淘汰老舊船只，購(gòu)買(mǎi)和租賃超過(guò)10000TEU的超大型集裝箱船（VLCS）。

船舶大型化直接導(dǎo)致有能力接納大船的港口數(shù)目和航班數(shù)目減少，每個(gè)航班需要處理的集裝箱數(shù)目大幅度上升。例如，過(guò)去扎堆到港的船一般載箱量都在6000TEU左右，而現(xiàn)在卻是超過(guò)15000TEU的船。雖然大船更長(zhǎng)、更寬，但其寬度的增加明顯大于長(zhǎng)度的增加。15000TEU大船的“每米TEU數(shù)”比6000TEU左右的船要高出80%。這就意味著集裝箱泊位平均每一米岸線需要處理的集裝箱比原先多出80%。目前普通的集裝箱碼頭，一艘6000TEU的船配備4臺(tái)岸橋作業(yè)就足夠，這已經(jīng)達(dá)到岸線上配置的岸橋數(shù)目上限③。如果考慮到其間的交換裝卸平均往返次數(shù)大約為2750TEU/1720次。那么，如果不對(duì)現(xiàn)有碼頭裝卸工藝和設(shè)施進(jìn)行根本改革，顯然船時(shí)裝卸效率很難提高，碼頭也就根本無(wú)法裝卸這些超大型集裝箱船舶。

對(duì)于沿海各大港口來(lái)說(shuō)，最為嚴(yán)重的問(wèn)題是，亞歐線與太平洋航線上的船舶大型化，將改變干線港與支線港的布局，進(jìn)而使得港口集中化趨勢(shì)加強(qiáng)，“強(qiáng)者更強(qiáng)、弱者更弱”的馬太效應(yīng)在港口領(lǐng)域表現(xiàn)得更為突出，后發(fā)港口反超成熟港口的機(jī)會(huì)將變得更加渺茫。這必將誘導(dǎo)天津、青島、上海、寧波等各大沿海港口不遺余力地建設(shè)集裝箱自動(dòng)化碼頭作為競(jìng)爭(zhēng)利器，在這方面，目前廈門(mén)、上海、青島等港口已經(jīng)走在全國(guó)前列。

2.航運(yùn)聯(lián)盟常態(tài)化

20世紀(jì)90年代以來(lái)，由于航運(yùn)聯(lián)盟通過(guò)掛靠港口互補(bǔ)、船期協(xié)調(diào)、艙位互換、信息互享等合作，很好地解決了集裝箱海運(yùn)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)和艙位利用率的兩難權(quán)衡問(wèn)題，導(dǎo)致船公司之間相互結(jié)盟，逐漸演化成當(dāng)今的四大聯(lián)盟局面，同時(shí)也推進(jìn)了集裝箱自動(dòng)化碼頭的產(chǎn)生和發(fā)展。實(shí)際上，2M、O3、G6和CKYHE四大聯(lián)盟的籌建和擴(kuò)大合作，導(dǎo)致同一聯(lián)盟不同成員的關(guān)聯(lián)碼頭之間相互轉(zhuǎn)運(yùn)的集裝箱增加了，造成集裝箱在碼頭與碼頭之間的重復(fù)搬運(yùn)，中轉(zhuǎn)箱比例大大增加④。為了保證效率，理論上就要求集裝箱岸橋的臺(tái)時(shí)效率超過(guò)40TEU，這實(shí)際上已接近傳統(tǒng)集裝箱碼頭的操作效率上限，可提升空間十分有限，只能通過(guò)集裝箱自動(dòng)化碼頭來(lái)改革現(xiàn)有港口裝卸工藝。

近十多年來(lái)，集裝箱碼頭國(guó)際化經(jīng)營(yíng)趨勢(shì)日趨明顯，集中表現(xiàn)為船公司日益成為各個(gè)集裝箱碼頭公司的主要股東，并在某種意義上擁有了絕對(duì)決策權(quán)。以荷蘭鹿特丹港RWG為例，主要是美國(guó)總統(tǒng)輪船、現(xiàn)代商船、達(dá)飛輪船和商船三井4家班輪公司持有該設(shè)施的多數(shù)股權(quán)。RWG于2007年組建的附帶條件是它將滿足大型集裝箱船裝卸的要求。這種情況下，為保證整個(gè)航運(yùn)產(chǎn)業(yè)鏈的整體優(yōu)化，船公司主導(dǎo)全球各集裝箱自動(dòng)化碼頭的發(fā)展自然順理成章。

四、內(nèi)因分析

改革開(kāi)放以來(lái)，整個(gè)沿海港口行業(yè)快速發(fā)展，除了外部因素的壓力之外，也積累了大量的內(nèi)部問(wèn)題，日益成為集裝箱碼頭行業(yè)發(fā)展的瓶頸和桎梏，需要通過(guò)發(fā)展自動(dòng)化碼頭實(shí)現(xiàn)根本性解決。

1.碼頭運(yùn)營(yíng)安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有待改進(jìn)。潤(rùn)海堆場(chǎng)的災(zāi)難性后果警醒世人需要從根本上改革目前港口領(lǐng)域運(yùn)營(yíng)安全的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，尤其是解決該領(lǐng)域中集裝箱碼頭的運(yùn)營(yíng)安全管理問(wèn)題。就目前來(lái)看，集裝箱自動(dòng)化碼頭提供了一種可行的模式。人機(jī)分離、智能化遠(yuǎn)程操控、無(wú)人化堆場(chǎng)等理念，對(duì)于改進(jìn)目前行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)具有實(shí)際意義。

2.大規(guī)模運(yùn)營(yíng)的復(fù)雜性。實(shí)際上，現(xiàn)有的集裝箱碼頭管理系統(tǒng)（CTOS），包括中央調(diào)度、運(yùn)輸調(diào)度、場(chǎng)地輪胎吊、岸橋、集卡等系統(tǒng)，大規(guī)模運(yùn)營(yíng)已經(jīng)初具雛形，今后發(fā)展趨勢(shì)的復(fù)雜性將大大增加，如果沒(méi)有自動(dòng)化作為支撐，難以想象怎樣來(lái)提高碼頭總體的資源利用率。比如橋吊與橋吊之間的間隔距離縮小，安全管理難度大大增加，港口作業(yè)人員大量減少，同時(shí)還大大提高工作效率，運(yùn)營(yíng)成本還大大下降⑤。

3.現(xiàn)有碼頭升級(jí)與空間的限制。比較突出的問(wèn)題是，單純依靠增加機(jī)械來(lái)提高碼頭處理能力的想法已經(jīng)難以延續(xù)，可以想象一個(gè)400米長(zhǎng)的泊位，能夠以每艘船舶配備4臺(tái)起重機(jī)裝卸6000TEU的集裝箱船。但按照同樣的作業(yè)模式，在該泊位上配備12臺(tái)起重機(jī)裝卸15000TEU的船舶，是不可能實(shí)現(xiàn)的。而且還要在同一時(shí)間完成的交換裝卸平均往返次數(shù)大約為原先2.6倍，按照目前集裝箱碼頭安全規(guī)則，這也是不可能的。

4.港口交通擁堵沉疴難治。一旦產(chǎn)業(yè)鏈條上的某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)梗阻，就會(huì)影響全局，擁堵就很難避免。理論上來(lái)說(shuō)，新式岸橋每臺(tái)起重機(jī)可以達(dá)到每小時(shí)80-100TEU的裝卸量。然而，常規(guī)的集卡水平運(yùn)輸作業(yè)的工作效率明顯太低，裝卸和轉(zhuǎn)運(yùn)的銜接就成為瓶頸，還有堆場(chǎng)翻倒箱、龍門(mén)吊和水平運(yùn)輸之間的銜接等等都是大問(wèn)題。更為嚴(yán)重的是，港口擁堵使工作量積壓，工作量的激增導(dǎo)致效率降低，進(jìn)而導(dǎo)致港口擁堵。擁堵又加了貨物的積壓，港口更加擁堵，形成惡性循環(huán)，并且?guī)?lái)一系列的安全和管理隱患。

除了上述原因以外，我國(guó)沿海集裝箱碼頭在經(jīng)歷了1998-2008年的“十年高速增長(zhǎng)期”以后，目前普遍面臨著現(xiàn)有集卡社會(huì)外包模式弊端逐步凸顯、單泊位集裝箱平均操作能力的提高空間越來(lái)越有限、利潤(rùn)增長(zhǎng)率下降、管理成本上升，等等問(wèn)題。這些都需要通過(guò)新的裝卸工藝流程的引入，以及現(xiàn)有裝卸組織模式改革提高生產(chǎn)率，來(lái)從港口組織內(nèi)部從根本上加以解決。這種情況下，借助自動(dòng)化集裝箱碼頭的升級(jí)改造就成為各大港口內(nèi)在的需求。

五、挑戰(zhàn)和問(wèn)題

自動(dòng)化集裝箱碼頭在世界范圍的發(fā)展已有二十多年的歷史，從技術(shù)、工藝角度來(lái)說(shuō)都比較成熟完善，國(guó)外的有些經(jīng)驗(yàn)是完全可以借鑒的。然而，考慮到國(guó)內(nèi)的具體情況，特別是在制度、管理等軟環(huán)境方面，自動(dòng)化碼頭的建設(shè)和發(fā)展需要一個(gè)過(guò)程，并且會(huì)面臨一些新的挑戰(zhàn)。

1.磨合期。要建設(shè)和發(fā)展自動(dòng)化集裝箱碼頭，就必須試驗(yàn)一系列工藝流程和集裝箱裝卸設(shè)備，包括遙控船岸起重機(jī)和自動(dòng)無(wú)人搬運(yùn)車(chē)，從而最大限度地減少手工操作。要達(dá)到這個(gè)目的，自然要經(jīng)歷傳統(tǒng)模式與自動(dòng)化軟件磨合的階段。另外，自動(dòng)化是改變目前港口生產(chǎn)組織的“游戲規(guī)則”，以唯物論和辯證法的角度來(lái)看，改革的過(guò)程不會(huì)是一帆風(fēng)順的，將會(huì)是一個(gè)“螺旋式上升”的過(guò)程，在這方面需要有清醒的認(rèn)識(shí)。

2.管理團(tuán)隊(duì)。如何構(gòu)建一支管理團(tuán)隊(duì)，這種團(tuán)隊(duì)要求擁有自動(dòng)化碼頭工作經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)化人才。一般而言，主要是靠?jī)?nèi)部培養(yǎng)。港口企業(yè)要制定一個(gè)完整的三年或者五年培訓(xùn)計(jì)劃，系統(tǒng)有組織、有目標(biāo)地在重要崗位人群中實(shí)施，特別是對(duì)于遠(yuǎn)程操作員、中央調(diào)度人員和業(yè)務(wù)人員，要通過(guò)必要的內(nèi)部培訓(xùn)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型，這是基礎(chǔ)。同時(shí)，外部招聘急需人才作為輔助。自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)和機(jī)場(chǎng)行業(yè)內(nèi)的項(xiàng)目部署和技術(shù)應(yīng)用比集裝箱碼頭更加先進(jìn)，并且比集裝箱碼頭有更好和更長(zhǎng)久的自動(dòng)化操作業(yè)績(jī)記錄，因此可以從這些行業(yè)的IT和自動(dòng)化流程的人才中選聘，增加人才選拔渠道。

3.工藝模式。目前，自動(dòng)化集裝箱碼頭在歐洲、亞洲等港口得到較為廣泛的應(yīng)用，由于它在節(jié)省碼頭人力成本、提高港口通過(guò)能力、節(jié)能環(huán)保、提升港口形象方面具有優(yōu)勢(shì)顯著，這是未來(lái)集裝箱碼頭發(fā)展的必然趨勢(shì)。至于沿海各大港口究竟該選擇那種裝卸工藝模式，選擇全自動(dòng)化還是半自動(dòng)化模式，需要進(jìn)行綜合考慮。按照國(guó)外發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，需要考慮的因素主要包括實(shí)際需求和習(xí)慣、碼頭規(guī)模和形狀、吞吐量、成本（投資、維護(hù)、運(yùn)行）等。

4.操控系統(tǒng)。模式確定以后，操控系統(tǒng)選擇就成為關(guān)鍵。操作系統(tǒng)和設(shè)備控制系統(tǒng)作為整個(gè)碼頭運(yùn)營(yíng)組織的“指揮中樞”和“現(xiàn)場(chǎng)操作者”，具有非常重要的作用。前者保障碼頭高效率運(yùn)行，后者執(zhí)行前者指令，并且反饋設(shè)備狀態(tài)信息，二者相輔相成。

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責(zé)任編輯：張明