廣州港南沙港區(qū)四期自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)方案

何業(yè)科 劉政剛

我國(guó)已建成的自動(dòng)化集裝箱碼頭主要有“堆場(chǎng)平行于岸線(xiàn)布置+端面裝卸”和“堆場(chǎng)垂直于岸線(xiàn)布置+端面裝卸”兩種建設(shè)方案;而我國(guó)傳統(tǒng)集裝箱碼頭采用“堆場(chǎng)平行于岸線(xiàn)布置+側(cè)面裝卸”建設(shè)方案，在實(shí)施自動(dòng)化改造時(shí)不能完全復(fù)制自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)方案。廣州港南沙港區(qū)四期自動(dòng)化集裝箱碼頭（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“南沙四期自動(dòng)化碼頭”）采用“堆場(chǎng)平行于岸線(xiàn)布置+側(cè)面裝卸”建設(shè)方案，堆場(chǎng)采用“智能導(dǎo)引車(chē)（intelligent guided vehicle，IGV）運(yùn)輸+自動(dòng)化機(jī)械裝卸”作業(yè)模式，致力于打造高效率、低能耗自動(dòng)化集裝箱碼頭。

1 南沙四期自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)布置方案

堆場(chǎng)平行于岸線(xiàn)布置指堆場(chǎng)放置的集裝箱長(zhǎng)邊平行于岸線(xiàn)，堆場(chǎng)機(jī)械（軌道吊或輪胎吊）運(yùn)行軌跡平行于岸線(xiàn)（轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)除外）;堆場(chǎng)垂直于岸線(xiàn)布置指堆場(chǎng)放置的集裝箱長(zhǎng)邊垂直于岸線(xiàn)，堆場(chǎng)機(jī)械（軌道吊或輪胎吊）運(yùn)行軌跡垂直于岸線(xiàn)。南沙四期自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)采用平行于岸線(xiàn)布置方案。

1.1 堆場(chǎng)平面布置

目前，廣州港南沙港區(qū)已建成傳統(tǒng)集裝箱碼頭3個(gè)，其堆場(chǎng)采用平行于岸線(xiàn)布置方案。從廣州港南沙港區(qū)的水水中轉(zhuǎn)比例來(lái)看，南沙四期自動(dòng)化碼頭水水中轉(zhuǎn)比例預(yù)計(jì)高達(dá)80%以上。由于南沙四期自動(dòng)化碼頭IGV自動(dòng)駕駛等級(jí)相當(dāng)于美國(guó)汽車(chē)工程師學(xué)會(huì)的L4級(jí)，不能與外集卡混行，從而有必要建立交互區(qū)，實(shí)現(xiàn)IGV與外集卡隔離。結(jié)合地塊特點(diǎn)設(shè)計(jì)南沙四期自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)平面布局（見(jiàn)圖1）：設(shè)置物理圍網(wǎng)（紅色線(xiàn)）圍蔽自動(dòng)化堆場(chǎng)和道路，實(shí)現(xiàn)IGV與非自動(dòng)化車(chē)輛和人員隔離;在圍網(wǎng)外圍設(shè)置非自動(dòng)化車(chē)輛道路，方便船舶補(bǔ)給、維修及作業(yè)人員車(chē)輛通行。

1.2 堆場(chǎng)斷面布置

南沙四期自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)作業(yè)區(qū)域縱深，每個(gè)小箱區(qū)的長(zhǎng)度約為228 m，箱區(qū)呈水平布置，設(shè)置重箱（含冷藏箱）箱區(qū)9個(gè)（圖2中的紅色箱區(qū)）、空箱箱區(qū)2個(gè)（圖2中的黃色箱區(qū)）。交互區(qū)布置在空箱堆場(chǎng)后方，地面箱位共1 870 TEU，用于放置由外集卡提取的集裝箱和由外集卡轉(zhuǎn)入港區(qū)裝船的集裝箱。

1.3 IGV與外集卡交互方案

1.3.1 IGV與外集卡隔離要求

南沙四期自動(dòng)化碼頭IGV自動(dòng)駕駛等級(jí)為L(zhǎng)4級(jí)，實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化，可以由無(wú)人駕駛系統(tǒng)完成所有的駕駛操作;但根據(jù)系統(tǒng)要求，不能實(shí)現(xiàn)所有應(yīng)答，當(dāng)IGV在限制道路或環(huán)境下自動(dòng)駕駛時(shí)，需要與人員和有人集卡隔離。

1.3.2 IGV與外集卡隔離交互方案

南沙四期自動(dòng)化碼頭采用“隔離圍網(wǎng)+雙懸臂軌道吊”作業(yè)方案，實(shí)現(xiàn) IGV與外集卡隔離交互作業(yè)（見(jiàn)圖3）：IGV在雙懸臂軌道吊自動(dòng)化區(qū)域一側(cè)懸臂下車(chē)道通行，該懸臂端實(shí)施IGV裝卸作業(yè);外集卡在雙懸臂軌道吊非自動(dòng)化區(qū)域一側(cè)懸臂下車(chē)道通行，該懸臂端實(shí)施外集卡裝卸作業(yè)。

1.3.3 IGV與外集卡混行展望

在南沙四期自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)設(shè)計(jì)方案下，IGV行駛范圍為岸橋軌道內(nèi)或軌道后、堆場(chǎng)道路和堆場(chǎng)導(dǎo)引車(chē)裝卸道路，與傳統(tǒng)集裝箱碼頭內(nèi)的集卡行駛范圍基本一致，行駛路徑較為復(fù)雜。IGV導(dǎo)航定位系統(tǒng)選擇以北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)為主，融合激光導(dǎo)航定位、視覺(jué)導(dǎo)航定位、慣性導(dǎo)航定位等技術(shù)，與道路無(wú)人駕駛車(chē)輛的導(dǎo)航定位方案十分接近。隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的成熟，當(dāng)自動(dòng)駕駛技術(shù)的自動(dòng)駕駛等級(jí)達(dá)到美國(guó)汽車(chē)工程師學(xué)會(huì)的L5級(jí)時(shí)，可以較為容易地將相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于IGV。當(dāng)IGV自動(dòng)駕駛技術(shù)達(dá)到L5級(jí)時(shí)，便可撤銷(xiāo)交互區(qū)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)集裝箱碼頭IGV與外集卡混合運(yùn)行模式。

2 南沙四期自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)裝卸方案

2.1 堆場(chǎng)端面裝卸與側(cè)面裝卸

堆場(chǎng)端面裝卸指港內(nèi)導(dǎo)引車(chē)、外集卡行駛到堆場(chǎng)的一端（場(chǎng)頭或場(chǎng)尾），由堆場(chǎng)設(shè)備對(duì)導(dǎo)引車(chē)、外集卡上的集裝箱實(shí)施裝卸，然后堆場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行到相關(guān)貝位抓取或放置集裝箱。港區(qū)內(nèi)導(dǎo)引車(chē)包括自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)（automated guided vehicle，AGV）和IGV，還可以根據(jù)需要使用AGV伴侶或AGV頂升裝置將集裝箱放置到平臺(tái)上。堆場(chǎng)側(cè)面裝卸指導(dǎo)引車(chē)、外集卡行駛到堆場(chǎng)的某一貝位，由堆場(chǎng)設(shè)備對(duì)導(dǎo)引車(chē)、外集卡上的集裝箱實(shí)施裝卸。

2.2 自動(dòng)化集裝箱碼頭堆場(chǎng)裝卸方案

國(guó)內(nèi)已建成的自動(dòng)化集裝箱碼頭一般采用“堆場(chǎng)垂直布置+端面裝卸”或“堆場(chǎng)平行布置+端面裝卸”方案，相關(guān)流程見(jiàn)圖4。

2.3 南沙四期自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)裝卸方案

南沙四期自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)裝卸要求與堆場(chǎng)端面裝卸特點(diǎn)有所不同，若完全套用國(guó)內(nèi)已建成的自動(dòng)化集裝箱碼頭堆場(chǎng)裝卸方案，則不能滿(mǎn)足相關(guān)作業(yè)要求。鑒于此，南沙四期自動(dòng)化碼頭采用“堆場(chǎng)平行布置+側(cè)面裝卸”方案，并設(shè)置交互區(qū)，具體流程見(jiàn)圖5。

3 南沙四期自動(dòng)化碼頭建設(shè)方案優(yōu)勢(shì)

3.1 堆場(chǎng)機(jī)械基礎(chǔ)要求較低

南沙四期自動(dòng)化碼頭采用低速軌道吊，軌道吊大車(chē)在作業(yè)過(guò)程中無(wú)須頻繁地帶箱行走;相比之下，國(guó)內(nèi)已建成的自動(dòng)化集裝箱碼頭對(duì)堆場(chǎng)機(jī)械要求較高，需要軌道吊大車(chē)頻繁帶箱行走?？梢?jiàn)，南沙四期自動(dòng)化碼頭機(jī)械基礎(chǔ)要求明顯低于國(guó)內(nèi)已建成的自動(dòng)化集裝箱碼頭。

3.2 單箱能耗較低

南沙四期自動(dòng)化碼頭采用IGV將集裝箱運(yùn)到堆場(chǎng)機(jī)械下方，IGV自重僅23 t;相比之下，國(guó)內(nèi)已建成的自動(dòng)化集裝箱碼頭采用堆場(chǎng)機(jī)械（1～2臺(tái)，根據(jù)需要安排）將集裝箱駁運(yùn)至堆場(chǎng)，堆場(chǎng)機(jī)械自重約300 t?？梢?jiàn)，南沙四期自動(dòng)化碼頭單箱能耗明顯低于國(guó)內(nèi)已建成的自動(dòng)化集裝箱碼頭。

3.3 堆場(chǎng)機(jī)械配置要求較低

南沙四期自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)機(jī)械只參與裝卸作業(yè)，不參與集裝箱運(yùn)輸或接駁;因此，南沙四期自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)機(jī)械配置明顯少于國(guó)內(nèi)已建成的自動(dòng)化集裝箱碼頭（見(jiàn)表1），不過(guò)前者配置的IGV數(shù)量相對(duì)較多。

4 結(jié)束語(yǔ)

南沙四期自動(dòng)化碼頭采用“堆場(chǎng)平行于岸線(xiàn)布置+側(cè)面裝卸”建設(shè)方案，與國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)集裝箱碼頭布局和裝卸方式一致，并設(shè)置港區(qū)水平運(yùn)輸機(jī)械與外集卡作業(yè)專(zhuān)用交互區(qū)，有效隔離港區(qū)水平運(yùn)輸機(jī)械作業(yè)與外集卡作業(yè)。南沙四期自動(dòng)化碼頭建設(shè)方案可以為傳統(tǒng)集裝箱碼頭實(shí)施自動(dòng)化升級(jí)改造提供借鑒和參考。