自動(dòng)化集裝箱碼頭港外集卡提送箱交互作業(yè)模式

吳邵強(qiáng)，梁 浩，彭駿駿

(中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510290)

公路集疏運(yùn)是集裝箱港口集疏運(yùn)系統(tǒng)的重要組成部分，它主要依賴港外集卡的公路運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)集裝箱在港口所在地腹地的集散。港外集卡進(jìn)入集裝箱港區(qū)后，須通過(guò)與堆場(chǎng)裝卸設(shè)備間的交互作業(yè)完成提箱或送箱，該作業(yè)是集裝箱碼頭主要裝卸生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一。在自動(dòng)化集裝箱碼頭，為降低港內(nèi)無(wú)人駕駛車輛對(duì)進(jìn)港有人駕駛集卡的安全風(fēng)險(xiǎn)，通常會(huì)采取強(qiáng)制隔離措施(如設(shè)置物理隔離圍網(wǎng)、安全門(mén)禁等)對(duì)港外車輛的運(yùn)行范圍進(jìn)行管控，以避免兩類車輛運(yùn)行軌跡出現(xiàn)空間交叉[1]。如何在運(yùn)行區(qū)域嚴(yán)格受限的情況下實(shí)施港外集卡與堆場(chǎng)裝卸設(shè)備的交互作業(yè)，一直以來(lái)都是集裝箱自動(dòng)化裝卸工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)之一。港外集卡進(jìn)港提送箱交互作業(yè)模式的選擇和工藝方案設(shè)計(jì)是否合理對(duì)集裝箱自動(dòng)化裝卸系統(tǒng)的運(yùn)行效率和能耗水平都會(huì)產(chǎn)生一定影響。

本文在分析目前自動(dòng)化集裝箱碼頭常用港外集卡提送箱交互作業(yè)模式基礎(chǔ)上，依托廣州港南沙自動(dòng)化集裝箱碼頭和欽州港自動(dòng)化集裝箱碼頭，結(jié)合各自工程特點(diǎn)，因地制宜地提出“邊裝卸集中交互”和“邊裝卸U形通道交互”兩種新型港外集卡提送箱作業(yè)工藝模式，并對(duì)不同模式下裝卸工藝平面布置和流程設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)闡述，可為具有類似工程的設(shè)計(jì)提供參考。

1 自動(dòng)化集裝箱碼頭港外集卡提送箱交互作業(yè)模式現(xiàn)狀

目前，自動(dòng)化集裝箱碼頭中港外集卡提送箱常見(jiàn)交互作業(yè)模式主要包括箱區(qū)端部交互作業(yè)(簡(jiǎn)稱“端裝卸交互作業(yè)”)和箱區(qū)側(cè)邊交互作業(yè)(簡(jiǎn)稱“邊裝卸交互作業(yè)”)兩種。

1.1 箱區(qū)端部交互作業(yè)模式

港外集卡在自動(dòng)化集裝箱箱區(qū)端部與堆場(chǎng)裝卸設(shè)備交互，完成提送箱作業(yè)。該模式常見(jiàn)于自動(dòng)化堆場(chǎng)采用垂直布置形式的全自動(dòng)化集裝箱裝卸工藝系統(tǒng)，如青島前灣和上海洋山自動(dòng)化集裝箱碼頭[2]。

自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)各箱區(qū)陸側(cè)端部設(shè)港外集卡專用交互作業(yè)區(qū)，內(nèi)設(shè)一定數(shù)量的集卡交互作業(yè)車位。自動(dòng)化箱區(qū)與交互作業(yè)區(qū)之間采用圍網(wǎng)隔離，港外集卡運(yùn)行范圍被限制在自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)后方的港區(qū)非自動(dòng)化區(qū)域內(nèi)。各自動(dòng)化箱區(qū)陸側(cè)端配置1臺(tái)自動(dòng)化集裝箱軌道龍門(mén)吊，專門(mén)用于與港外集卡進(jìn)行交互作業(yè)。港外集卡進(jìn)港后，行駛至目標(biāo)箱所在箱區(qū)陸側(cè)交互作業(yè)，倒車進(jìn)入指定交互作業(yè)車位內(nèi)，并完成與軌道龍門(mén)吊間的交互作業(yè)[3]。該作業(yè)模式典型工藝平面布置及斷面見(jiàn)圖1。

圖1 端裝卸交互作業(yè)模式

該模式工藝平面布置和裝卸作業(yè)具有以下特點(diǎn)：1)單箱區(qū)出箱(或收箱)點(diǎn)受陸側(cè)交互作業(yè)區(qū)港外集卡候工車位布置數(shù)量限制，一般為3～5個(gè)；2)陸側(cè)端集裝箱軌道龍門(mén)吊須承擔(dān)集裝箱在箱區(qū)內(nèi)部堆碼垛作業(yè)和長(zhǎng)距離水平運(yùn)輸作業(yè)；3)港外集卡須倒車進(jìn)入候工車位，以免出現(xiàn)軌道龍門(mén)吊帶箱越過(guò)港外集卡駕駛室頂部的現(xiàn)象和安全隱患。

1.2 邊裝卸交互作業(yè)模式

港外集卡在自動(dòng)化集裝箱箱區(qū)側(cè)邊與堆場(chǎng)裝卸設(shè)備交互，完成提送箱作業(yè)。該作業(yè)模式常見(jiàn)于自動(dòng)化堆場(chǎng)采用平行布置形式的全自動(dòng)化集裝箱碼頭，如國(guó)內(nèi)的天津北疆C段和日本名古屋自動(dòng)化集裝箱碼頭。

該作業(yè)模式不設(shè)置專用的港外集卡交互作業(yè)區(qū)，港外集卡進(jìn)港后須行駛到自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)目標(biāo)箱位所在的箱區(qū)側(cè)邊，完成與堆場(chǎng)自動(dòng)化裝卸設(shè)備的交互作業(yè)，任何一個(gè)箱區(qū)貝位都可成為交互作業(yè)點(diǎn)。自動(dòng)化箱區(qū)裝卸作業(yè)一般采用自動(dòng)化懸臂式軌道龍門(mén)吊或自動(dòng)化輪胎龍門(mén)吊作業(yè)。其中，自動(dòng)化雙懸臂軌道龍門(mén)吊具備利用雙側(cè)懸臂分別與港外集卡和港內(nèi)自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行交互作業(yè)，實(shí)現(xiàn)兩類車輛在箱區(qū)內(nèi)部隔離分流的優(yōu)勢(shì)，因此雙懸臂軌道龍門(mén)吊是邊裝卸交互作業(yè)模式下最常用的自動(dòng)化堆場(chǎng)裝卸設(shè)備。自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)采用雙懸臂軌道龍門(mén)吊時(shí)的邊裝卸交互作業(yè)模式典型工藝平面布置及斷面見(jiàn)圖2。

圖2 雙懸臂集裝箱軌道龍門(mén)吊的邊裝卸交互作業(yè)模式

該模式工藝平面布置和裝卸作業(yè)具有以下特點(diǎn)：1)單箱區(qū)出箱(或收箱)點(diǎn)多，任何一個(gè)箱區(qū)貝位均可成為交互作業(yè)點(diǎn)；2)集裝箱軌道龍門(mén)吊不需要承擔(dān)集裝箱在箱區(qū)內(nèi)長(zhǎng)距離水平運(yùn)輸作業(yè)，單箱交互作業(yè)所需設(shè)備能耗低；3)港外集卡與港內(nèi)車輛運(yùn)行軌跡存在空間交叉，交通組織復(fù)雜。在集裝箱全自動(dòng)化裝卸系統(tǒng)中，須對(duì)港內(nèi)外車輛交通隔離分流進(jìn)行重點(diǎn)專項(xiàng)設(shè)計(jì)。

2 自動(dòng)化集裝箱碼頭港外集卡提送箱新型交互作業(yè)模式

2.1 廣州港南沙自動(dòng)化集裝箱碼頭

2.1.1工程概況及特點(diǎn)

廣州港南沙自動(dòng)化集裝箱碼頭，新建4個(gè)5萬(wàn)～10萬(wàn)噸級(jí)集裝箱海輪泊位和12個(gè)2 000噸級(jí)內(nèi)河駁船泊位，碼頭預(yù)測(cè)集裝箱年吞吐量480萬(wàn)TEU。主要工程特點(diǎn)包括[4]：1)海輪碼頭與駁船碼頭布置在非直線岸線上，整體呈側(cè)面相鄰形態(tài)；2)集裝箱集疏運(yùn)以“江海聯(lián)運(yùn)”為主，公路集疏運(yùn)為輔。公路集疏運(yùn)集裝箱運(yùn)量較低，僅約60萬(wàn)TEU/a。

為適應(yīng)集裝箱在港內(nèi)的主要工藝流向?yàn)槠叫杏诤］喆a頭岸線的工程特點(diǎn)[5]，碼頭采用了“自動(dòng)化堆場(chǎng)平行布置+自動(dòng)化水平運(yùn)輸采用智能導(dǎo)引車(IGV)”的全自動(dòng)化總體技術(shù)路線。

2.1.2港外集卡交互作業(yè)工藝方案設(shè)計(jì)

廣州港南沙自動(dòng)化集裝箱碼頭采用平行布置，若港外集卡提送箱采用常規(guī)邊裝卸交互作業(yè)模式，將存在以下問(wèn)題：1)港內(nèi)外車輛運(yùn)行軌跡無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全意義上的空間隔離，港外集卡對(duì)集裝箱自動(dòng)化裝卸系統(tǒng)運(yùn)行的干擾和自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備對(duì)港外集卡的安全威脅都無(wú)法完全規(guī)避；2)港區(qū)自動(dòng)化區(qū)域內(nèi)部交通組織困難，車輛運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

綜合上述因素，在充分利用公路集疏運(yùn)集裝箱年運(yùn)量低的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，提出一種“邊裝卸集中交互”的新型港外集卡提送箱工藝模式。該作業(yè)模式工藝平面布置及斷面見(jiàn)圖3。

圖3 邊裝卸集中交互作業(yè)模式

自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)后方設(shè)置獨(dú)立的港內(nèi)外集中交互作業(yè)區(qū)，內(nèi)設(shè)1條平行布置的中轉(zhuǎn)箱區(qū)，箱區(qū)內(nèi)部采用具備自動(dòng)化和遠(yuǎn)程操控自由切換功能的自動(dòng)化雙懸臂集裝箱軌道龍門(mén)吊作業(yè)，軌道吊陸側(cè)懸臂下設(shè)置港外集卡專用交互作業(yè)車道和超車道。陸側(cè)軌與港外集卡交互作業(yè)車道之間采用圍網(wǎng)隔離，港外集卡運(yùn)行范圍被限制在軌道吊陸側(cè)懸臂下的非自動(dòng)化區(qū)域內(nèi)。港外集卡進(jìn)港后，行駛到中轉(zhuǎn)箱區(qū)側(cè)邊、雙懸臂軌道龍門(mén)吊陸側(cè)懸臂下方的目標(biāo)箱位貝位處，等待和完成與雙懸臂軌道龍門(mén)吊的交互作業(yè)。

結(jié)合碼頭陸域條件限制，港內(nèi)外集中交互作業(yè)區(qū)中轉(zhuǎn)箱區(qū)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約1 212 m，含地面箱位1 870 TEU，最大堆箱容量9 350 TEU(最大堆箱高度為5層)，箱區(qū)內(nèi)采用重(冷藏)、空箱混堆。根據(jù)公路集疏運(yùn)集裝箱運(yùn)量和軌道龍門(mén)吊的作業(yè)效率測(cè)算，中轉(zhuǎn)箱區(qū)雙懸臂軌道龍門(mén)吊采用近期配3臺(tái)、遠(yuǎn)期增配3臺(tái)的分期配置策略，滿足公路集疏運(yùn)集裝箱量逐年上升的需求。

在港外集卡提送箱業(yè)務(wù)中，客戶通過(guò)業(yè)務(wù)預(yù)約系統(tǒng)提前向港口報(bào)備目標(biāo)箱信息、集卡信息及提送時(shí)間等重要資料，港口收到預(yù)約信息后將根據(jù)預(yù)約時(shí)間制定高效的目標(biāo)箱港內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)計(jì)劃和交互作業(yè)計(jì)劃。

該模式在充分利用碼頭公路集疏運(yùn)集裝箱運(yùn)量低、集中交互作業(yè)中轉(zhuǎn)堆場(chǎng)規(guī)模不大等特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)置港外集中交互作業(yè)區(qū)，將原本應(yīng)在自動(dòng)化箱區(qū)側(cè)邊進(jìn)行的交互作業(yè)轉(zhuǎn)移到交互作業(yè)區(qū)中轉(zhuǎn)箱區(qū)側(cè)邊，用物理圍網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了港外集卡與港內(nèi)自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備間交通的空間隔離，港外集卡進(jìn)港后的運(yùn)行和交互作業(yè)過(guò)程不與港區(qū)自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備產(chǎn)生任何交叉，系統(tǒng)安全性能好。同時(shí)該模式還具備港外集卡邊裝卸交互作業(yè)模式的所有優(yōu)點(diǎn)，如自動(dòng)化箱區(qū)出箱(收箱)點(diǎn)多、港外集卡交互作業(yè)周轉(zhuǎn)效率高、單箱交互作業(yè)循環(huán)平均設(shè)備能耗低等。

2.2 欽州港自動(dòng)化集裝箱碼頭

2.2.1工程概況及特點(diǎn)

欽州港自動(dòng)化集裝箱碼頭，建設(shè)4個(gè)10萬(wàn)噸級(jí)集裝箱泊位，碼頭預(yù)測(cè)集裝箱年吞吐量260萬(wàn)TEU。主要工程特點(diǎn)包括：1)碼頭岸線布局形態(tài)常規(guī)，集裝箱泊位連續(xù)布置在同一直線岸線上。2)港內(nèi)集裝箱集疏運(yùn)以公路集疏運(yùn)為主，水路中轉(zhuǎn)集疏運(yùn)為輔。公路集疏運(yùn)集裝箱運(yùn)量占碼頭總吞吐量的比例為60%，同時(shí)還存在部分鐵路集疏運(yùn)集裝箱。集裝箱在港內(nèi)的主要轉(zhuǎn)運(yùn)流向呈現(xiàn)出垂直于碼頭岸線的狀態(tài)。3)碼頭陸域縱深大，為807.5～1 007.0 m。

為適應(yīng)集裝箱在港內(nèi)主要轉(zhuǎn)運(yùn)流為垂直于碼頭岸線的工程特點(diǎn)，碼頭確立了“自動(dòng)化堆場(chǎng)垂直布置+自動(dòng)化水平運(yùn)輸采用智能導(dǎo)引車(IGV)”的全自動(dòng)化總體技術(shù)路線，垂直布置箱區(qū)長(zhǎng)度約536 m(可布置85個(gè)20 ft集裝箱箱位)。

2.2.2港外集卡交互作業(yè)工藝方案設(shè)計(jì)

欽州港自動(dòng)化集裝箱碼頭具備陸域縱深大、垂直布置箱區(qū)長(zhǎng)度大的工程特點(diǎn)，若港外集卡提送箱采用常規(guī)端裝卸交互作業(yè)模式，將會(huì)存在以下問(wèn)題：

1)單箱交互作業(yè)循環(huán)平均設(shè)備能耗大，自動(dòng)化箱區(qū)裝卸設(shè)備帶箱行走的距離更大，將對(duì)該模式中單箱交互作業(yè)循環(huán)下設(shè)備平均能耗本身就高的缺點(diǎn)進(jìn)一步放大；2)箱區(qū)長(zhǎng)度超過(guò)自動(dòng)化裝卸機(jī)械設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)距，將對(duì)交互作業(yè)生產(chǎn)效率產(chǎn)生不利影響；3)出箱(收箱)點(diǎn)少，影響港外集卡提送箱作業(yè)的周轉(zhuǎn)效率。

綜合考慮上述因素，結(jié)合港外集卡與港內(nèi)自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備需要隔離分流的基本要求，提出“邊裝卸U形通道交互”的新型港外集卡提送箱工藝模式。該作業(yè)模式工藝平面布置及斷面見(jiàn)圖4。

圖4 邊裝卸U形通道交互作業(yè)模式

垂直布置自動(dòng)化集裝箱箱區(qū)內(nèi)設(shè)置多條可供港外集卡通行的U形通道，通道與自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)后方的非自動(dòng)化區(qū)域連通，與港區(qū)自動(dòng)化區(qū)域之間采用圍網(wǎng)隔離。港外集卡在箱區(qū)間的運(yùn)行范圍被限制在U形通道之內(nèi)。

自動(dòng)化箱區(qū)內(nèi)部裝卸作業(yè)采用具備自動(dòng)化和遠(yuǎn)程操控自由切換功能的雙懸臂集裝箱軌道龍門(mén)吊。港外集卡通過(guò)目標(biāo)箱所在自動(dòng)化箱區(qū)的U形隔離通道進(jìn)入到箱區(qū)內(nèi)部，在箱區(qū)側(cè)邊目標(biāo)箱所在貝位處等待與自動(dòng)化雙懸臂軌道吊交互作業(yè)，自動(dòng)化雙懸臂軌道吊根據(jù)系統(tǒng)指令完成集裝箱在自動(dòng)化箱區(qū)內(nèi)的翻倒、吊放和與港外集卡遠(yuǎn)程操控交互作業(yè)(即裝卸車)。港外集卡完成提送箱交互作業(yè)后，沿U形通道駛離自動(dòng)化箱區(qū)，返回非自動(dòng)化區(qū)域。

該模式針對(duì)碼頭陸域縱深大、垂直自動(dòng)化集裝箱箱區(qū)長(zhǎng)的特點(diǎn)，將港外集卡邊裝卸交互作業(yè)模式應(yīng)用到了堆場(chǎng)采用垂直布置形式的全自動(dòng)集裝箱裝卸工藝系統(tǒng)中。港外集卡進(jìn)入自動(dòng)化箱區(qū)，在箱區(qū)側(cè)邊完成與堆場(chǎng)自動(dòng)化裝卸設(shè)備的提送箱交互作業(yè)，具備傳統(tǒng)邊裝卸交互作業(yè)模式的所有優(yōu)點(diǎn)，如自動(dòng)化箱區(qū)出箱(收箱)點(diǎn)多、港外集卡交互作業(yè)周轉(zhuǎn)效率高、單箱交互作業(yè)循環(huán)平均設(shè)備能耗低等。U形隔離通道對(duì)港外集卡的運(yùn)行區(qū)域和路徑進(jìn)行了限制，能滿足港外車輛與自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備交通隔離分流的基本要求。該模式對(duì)于陸域縱深大、公路集疏運(yùn)集裝箱運(yùn)量大等工程特點(diǎn)的自動(dòng)化集裝箱碼頭有良好的適用性。

3 結(jié)語(yǔ)

1)在港內(nèi)外車輛無(wú)法實(shí)現(xiàn)安全混行前，港外集卡提送箱交互作業(yè)模式選擇和方案設(shè)計(jì)是集裝箱自動(dòng)化裝卸工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)無(wú)法回避的重難點(diǎn)問(wèn)題之一。港外集卡提送箱交互作業(yè)應(yīng)充分結(jié)合自動(dòng)化集裝箱碼頭工程及總體技術(shù)路線特點(diǎn)，因地制宜地提出合理的解決方案。

2)港外集卡“邊裝卸集中交互”作業(yè)模式在公路集疏運(yùn)集裝箱運(yùn)量規(guī)模小、堆場(chǎng)采用平行布置的全自動(dòng)化集裝箱裝卸工藝系統(tǒng)中具備良好的適應(yīng)性；港外集卡“邊裝卸U形通道交互”作業(yè)模式在公路集疏運(yùn)集裝箱運(yùn)量規(guī)模大、陸域縱深大、堆場(chǎng)采用平行布置的全自動(dòng)化集裝箱裝卸工藝系統(tǒng)中具備良好的適用性。

3)以上兩種港外集卡提送箱新型交互作業(yè)模式，均具備實(shí)現(xiàn)港內(nèi)外車輛運(yùn)行軌跡空間隔離、提升自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行效率、降低生產(chǎn)作業(yè)設(shè)備能耗等優(yōu)點(diǎn)。