自動化集裝箱堆場平面布置創(chuàng)新設計

許鴻貫，王 烽，麥宇雄，王志斌

(中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510290)

自動化集裝箱堆場是自動化集裝箱碼頭的核心組成部分，與鐵水聯(lián)運、水水中轉(zhuǎn)、陸路運輸?shù)燃柽\方式密切相關，是裝卸工藝流程中實現(xiàn)港內(nèi)和港外交互的極其重要的環(huán)節(jié)，力求與碼頭前沿裝卸系統(tǒng)、水平運輸系統(tǒng)及閘口系統(tǒng)等形成有機整體，實現(xiàn)綜合效益最大化。筆者結(jié)合新形勢下欽州港自動化集裝箱碼頭發(fā)展的要求和港口運營特點，揚長避短，力求探索一種新的建設模式，創(chuàng)新設計自動化集裝箱堆場平面布置，適應欽州港自動化集裝箱碼頭的堆場布置及項目的功能定位和特點，解決高速軌道吊對稱接力能耗高、裝卸點集中且不足及海鐵聯(lián)運實現(xiàn)自動化的問題。

1 工程概況

廣西欽州港地處東南亞與中國大西南兩個輻射扇面中心，區(qū)位優(yōu)勢非常突出。欽州港自動化集裝箱碼頭[1]包括7#～10#泊位，位于大欖坪南作業(yè)區(qū)已建6#泊位以南、港外路及已建集裝箱中心站以西、規(guī)劃大欖坪南作業(yè)區(qū)11#泊位以北地塊內(nèi)，碼頭岸線南北走向，泊位總長1 301.5 m，東西向縱深800～1 000 m，總占地面積約114萬m2。綜合考慮土地條件、滿足碼頭年設計通過能力260萬TEU、輔建區(qū)布置和碼頭前沿作業(yè)地帶寬度等因素[2]，確定堆場區(qū)縱深575 m。已建或在建的自動化集裝箱堆場垂直于碼頭布置形式[3]和平行于碼頭布置形式，均無法很好適應欽州港自動化集裝箱碼頭“出箱點要求高、陸路運輸比例高達60%、海鐵聯(lián)運無縫銜接”的特點，也不能解決傳統(tǒng)自動化碼頭堆場高速軌道吊水平運輸能耗居高不下和交互點集中等突出問題，結(jié)合項目特點提出一種創(chuàng)新的U形垂直布置的港口模式，見圖1。

圖1 堆場平面布置

2 新形勢下欽州港自動化集裝箱碼頭的要求

欽州港自動化集裝箱碼頭是國家戰(zhàn)略西部陸海新通道最便捷的出?？诤椭匾?jié)點，到2025年基本建成經(jīng)濟、高效、便捷、綠色、安全的西部陸海新通道。欽州港自動化集裝箱碼頭的要求包括：

1)打造具有國際影響力的廣西北部灣國際門戶港，到2025年，初步確立國際門戶港，北部灣港集裝箱吞吐量達到1 000萬TEU，提升大型化、專業(yè)化、智能化的整體服務水平。

2)集疏運方式多，覆蓋鐵路、水路、公路等運輸方式。積極探索西部陸海新通道遠期實現(xiàn)全自動化的海鐵聯(lián)運方案，滿足自動化集裝箱堆場和鐵路集裝箱中心站之間集裝箱運輸?shù)娜詣踊療o縫銜接。

3)助力建設經(jīng)濟、高效、便捷、綠色、安全的西部陸海新通道。集裝箱堆場需充分結(jié)合項目的功能定位和“出箱點要求高、陸路運輸比例高達60%、海鐵聯(lián)運無縫銜接”的特點，解決傳統(tǒng)自動化碼頭堆場高速軌道吊水平運輸[4]能耗居高不下和交互點集中等突出問題。

3 欽州港自動化集裝箱堆場的創(chuàng)新設計

3.1 堆場平面布置及創(chuàng)新設計

欽州港自動化集裝箱碼頭“U形垂直布置”形式[5]可實現(xiàn)港外集卡和港內(nèi)智能導引運輸車(intelligent guided vehicle，IGV)直接進入堆場作業(yè)，外集卡車輛進入堆場作業(yè)及通行的通道呈U形(圖2)，推動堆場布置從“端裝卸”到“邊裝卸”轉(zhuǎn)變。

圖2 U形垂直布置標準段平面

1)從自動化區(qū)域和非自動化區(qū)域界面突破。秉持“交通分離、交互簡潔、直進直出”的核心設計理念，提出了一種全新的U形全自動化集裝箱堆場建設方案，突破了傳統(tǒng)自動化水平運輸區(qū)域僅限于碼頭前沿作業(yè)地帶和集裝箱堆場端部裝卸的桎梏，既可實現(xiàn)港外集卡和港內(nèi)自動化水平運輸設備IGV直接進入堆場進行裝卸作業(yè)，同時又能比較容易地實現(xiàn)自動化區(qū)域和非自動化區(qū)域界面有效物理隔離。共布置21條箱區(qū)，編號為01～21，近期每個堆場配置2臺軌距37 m的雙懸臂自動化低速軌道吊，遠期可根據(jù)生產(chǎn)需求適時進行拓展，其中堆場內(nèi)布置2條港外集卡返回車道的軌內(nèi)考慮設置9排箱、其余箱區(qū)設置12排箱，物理隔離圍網(wǎng)布置在港外集卡U形車道的兩側(cè)，U形車道與港外集卡港內(nèi)通道橫二路相接，圍網(wǎng)高度1.2 m，標準段間距按3 m考慮，圍網(wǎng)布置見圖1、2。

2)從裝卸方式突破，裝卸點數(shù)量大幅提高。傳統(tǒng)自動化裝箱堆場高速軌道吊能耗居高不下、裝卸點相對集中，如何有效降低能耗成為備受關注的焦點，同時端部裝卸難以實現(xiàn)遠期堆場與空中軌道車的銜接。基于上述因素的種種限制，突破傳統(tǒng)的堆場端部裝卸，改變傳統(tǒng)自動化集裝箱堆場端部裝卸方式為邊裝卸方式，選擇懸臂軌道吊，不再需要通過高速軌道吊帶箱行駛完成堆場集裝箱的水平運輸功能，大大減少了軌道吊的行駛距離，在有效降低能耗的同時也提高了裝卸作業(yè)效率。本項目采用雙懸臂軌道吊，兩側(cè)懸臂分別滿足港外集卡和港內(nèi)IGV邊裝卸的作業(yè)要求，其中港外集卡車道的相鄰箱區(qū)間兩軌中心距為18.5 m、IGV車道的相鄰箱區(qū)間兩軌中心距為20 m，港外集卡U形車道和IGV車道間隔交替布置，斷面見圖3。

圖3 堆場標準斷面(單位：m。下同)

3)從設備選型突破，降低設備能耗、提高裝卸效率。傳統(tǒng)自動化集裝箱堆場裝卸設備采用無懸臂高速軌道吊，帶箱行駛完成堆場集裝箱的水平運輸能耗居高不下；堆場裝卸方式采用邊裝卸后，水平運輸設備直接進入堆場，軌道吊不再需要帶箱行駛，可采用低速懸臂自動化軌道吊，水平運輸作業(yè)采用新型智能導引車(IGV)，堆場內(nèi)外集卡卸運輸通道呈U型布置，外集卡與IGV可直接進入堆場進行作業(yè)，可滿足自動化運行區(qū)和非自動化運行區(qū)物理隔離，交通分流，互不干涉。與傳統(tǒng)自動化集裝箱箱碼頭相比，本方案設備投資更低、運維成本更少、能耗更低，可有效降低堆場操作系數(shù)50%～60%。

4)從全自動化海鐵聯(lián)運方式突破，打通海鐵聯(lián)運“最后一公里”，遠期實現(xiàn)全自動化連接。西部地區(qū)是欽州港自動化集裝箱碼頭業(yè)務的重點腹地，鐵路運輸比例在未來一段時間內(nèi)會持續(xù)上漲，是欽州港打造海鐵聯(lián)運示范項目的重要組成部分，國內(nèi)外無成熟技術(shù)方案可供借鑒。按照“統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實施”的原則，近期考慮通過人工集卡與集裝箱中心站連接完成水平運輸；遠期通過布置2條空中軌道車線路，直接進入堆場(近期作為IGV裝卸作業(yè)車道)，擬將11、12、19、20號堆場作為海鐵聯(lián)運集裝箱堆場，港外集卡U形車道的駛?cè)胲嚨栏脑斐煽罩熊壍儡囃ǖ?，U形車道駛出車道改造成集裝箱堆場，空中軌道車路線見圖1。可滿足多點作業(yè)要求，充分發(fā)揮空中軌道車集疏運體系優(yōu)勢，快速疏解集裝箱，滿足近期和遠期的有效過渡，最終實現(xiàn)自動化集裝箱碼頭與鐵路集裝箱辦理站全自動化聯(lián)動?？罩熊壍儡囋诙褕鲋械你暯訑嗝嬉妶D4。

圖4 空中軌道車與堆場銜接斷面

5)端部堆場考慮應急搶箱功能。集裝箱堆場單條箱區(qū)海側(cè)和陸側(cè)各50 m范圍內(nèi)考慮正面吊荷載，以便于軌道吊故障處于應急狀態(tài)時，正面吊通過外集卡車道進入堆場海側(cè)和陸側(cè)50 m范圍內(nèi)的堆箱區(qū)，進場搶箱作業(yè)。

3.2 堆場照明

堆場照明的重點關注區(qū)域是堆場中港外人工集卡行駛的U形車道的非自動化區(qū)域，自動化區(qū)域?qū)φ彰鞯囊蟛桓?。相比傳統(tǒng)垂直布置的端裝卸全自動化堆場，本項目提出的堆場布置裝卸方式為邊裝卸，港外人工集卡須直接進入堆場作業(yè)，照明區(qū)域發(fā)生較大的變化，照明區(qū)域需深入堆場且較分散，若采用傳統(tǒng)高桿燈的照明方式，存在非高桿燈附近的區(qū)域受堆場集裝箱堆高遮擋的影響而引起背光，照明效果不佳，同時高桿燈高度較高且與堆場軌道吊在空間有交叉，高桿需占用獨有的位置，對平面布置有一定的影響。因此，如何確保港外人工集卡車道按照度要求實現(xiàn)全覆蓋是方案面臨的挑戰(zhàn)，筆者提出了“精細化劃分照明區(qū)域”的設計理念，沿著港外集卡U形車道布置5 m高LED路燈，黃色光源，1×100 W燈具，間距15 m，平均照度按不低于10 lx。綜合考慮軌道吊的設備、裝卸箱作業(yè)受影響情況和照度等因素，確定高度和間距，路燈位置與堆場物理隔離圍網(wǎng)在同一直線上，路燈基礎與物理隔離圍網(wǎng)基礎可共用，實現(xiàn)了路燈與物理隔離圍網(wǎng)的集成，充分利用了有限的空間，有效解決了高桿燈堆場全覆蓋能耗高且照明效果不佳的難題。斷面見圖2。

3.3 堆場排水

堆場雨水排水管網(wǎng)采用重力流管道，按規(guī)范要求排水主管敷設坡度不應小于1.5‰，因此雨水主管不宜過長，否則將造成雨水管道排?？诟叱痰?、影響排水效果、末端管道埋深較深的問題。本項目的堆場縱深約575 m，垂直布置的堆場縱深比傳統(tǒng)垂直布置的縱深大約多150 m，傳統(tǒng)雨水主管網(wǎng)“一坡到底”將帶來管道敷設大挖大填、增加工程造價、受潮位影響的問題，增加施工難度和工期。本工程細分匯水區(qū)域，提出“分段式布置”排水管網(wǎng)設計理念，將堆場排水主管管網(wǎng)分成前段和后段，末端管道埋深得到較好控制、有效縮短單段雨水主管網(wǎng)的長度，達到70%的后段雨水主管埋深減少約0.4 m，管徑由原設計DN1650減小至DN800，獲得較好的經(jīng)濟效益。

3.4 堆場地下管線布置

本項目提出的堆場布置形式可供地下管道工程利用的空間非常緊張，按照土地集約化利用的原則，提出“淺窄型綜合管溝”的設計理念，具有開挖深度小、占地少的優(yōu)點，可節(jié)約寶貴的土地資源、充分利用堆場之間有限地下空間布置配套工程的管道。打破傳統(tǒng)的地下管線直埋敷設方式，融入全生命周期元素，盡可能消除直埋敷設方式運營期不利于查找管道損壞位置、維修難度大、維修費用高和對生產(chǎn)影響大的隱患，可避免管道維修頻繁開挖、地基不均勻沉降造成管線管套松脫或者水管漏水等問題，易維護和管理，延長管道的使用壽命，專業(yè)化、集約化利用地下空間。

結(jié)合堆場平面布置及消防、通信、控制、供電照明等配套工程和遠期擴展的需求，針對管線相對集中的路徑，在編號05、07、11、13和17堆場外集卡進入堆場車道邊與堆場軌道之間非常有限的空間，縱向設置淺窄型綜合管溝，將供電電纜、通信、控制、消防管道等非重力流管道布置在淺窄型綜合管溝內(nèi)，結(jié)合該區(qū)域可利用的空間，考慮與軌道吊的電纜槽進行整體設計，淺窄型綜合管溝的外輪廓尺寸為1.0 m×0.85 m(寬×深)，見圖5，滿足管道的敷設及維修空間，溝壁厚0.15 m，同時在需設置地下消火栓位置通過淺窄型綜合管溝局部加深實現(xiàn)，極大發(fā)揮了有限空間的利用率，見圖6。淺窄型綜合管溝內(nèi)還需要考慮排走雨水積水，在溝底部設置DN150預埋排水管道接至就近雨水檢查井，溝頂蓋板采用厚度10 mm的鋼蓋板并設置檢修提手。淺窄型綜合管溝斷面小、開挖少，尤其在空間有限的堆場有較突出的優(yōu)勢，最終達到經(jīng)濟合理的效果。

圖5 淺窄型綜合管溝斷面

圖6 地下消火栓位置局部加深段斷面

4 結(jié)論

1)創(chuàng)新性提出一種“U形垂直布置”全自動化集裝箱堆場建設模式，推動傳統(tǒng)自動化集裝箱堆場垂直布置從“端裝卸”到“邊裝卸”轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)了自動化區(qū)域和非自動化區(qū)域界面分隔、堆場裝卸方式和設備選型等方面的突破；探索一種全自動化海鐵聯(lián)運方式，有效解決傳統(tǒng)自動化碼頭堆場高速軌道吊水平運輸能耗居高不下和交互點集中等突出矛盾。

2)提出堆場照明精細化劃分照明區(qū)域、雨水排水主管網(wǎng)分段式布置、地下管線采用淺窄型綜合管溝布置等新思路，有效消除了傳統(tǒng)高桿燈照明全覆蓋能耗高、受堆場集裝箱堆高遮擋的影響而引起背光照明效果不佳，末端雨水排水主管網(wǎng)埋深過大，直埋敷設方式運營期存在不利于查找管道損壞位置、維修難度大、維修費用高和對生產(chǎn)影響大的隱患。同時實現(xiàn)了電纜托槽、物理隔離圍網(wǎng)、U形車道路燈、地下消火栓等高度集成，大大提高了土地集約化利用水平，符合當前綠色、低碳的發(fā)展要求。