港口集裝箱裝卸工藝系統(tǒng)研究

摘 要：本文系統(tǒng)闡述了集裝箱裝卸工藝方式及裝卸工藝流程，分析了傳統(tǒng)集裝箱裝卸工藝各系統(tǒng)的特點，研究了提高集裝箱裝卸效率的技術(shù)創(chuàng)新措施。

關(guān)鍵詞：集裝箱 裝卸工藝 滾裝 吊裝 智能化生產(chǎn)系統(tǒng)

中圖分類號：U653\t\t文獻標識碼：A\t\t文章編號：1672-3791(2011)10(a)-0093-04

Abstract:in this paper，the container-handling Technology methods and process have been systematically elaborated.The features for the conventional container-container-handling systems have been analyzed.And the measures for technological innovation have been put forward to improve the container-handling efficiency.

Key words:containers;handling Technology;Ro-Ro handling;hoisting;Intelligence production system

集裝箱運輸是成組運輸?shù)淖钚掳l(fā)展，現(xiàn)已成為當今世界國與國、地區(qū)與地區(qū)之間物資貿(mào)易與運輸?shù)闹髁鬟\輸方式。這種將貨物集中裝箱為重件的運輸方式，具有裝卸效率高，貨運質(zhì)量好、車船周轉(zhuǎn)快、包裝費用低、理貨手續(xù)簡單、運輸費用低的優(yōu)點，而且裝卸運輸不受氣候影響，實現(xiàn)了定點、定期運輸及裝卸作業(yè)。

目前的世界運輸領(lǐng)域，由于集裝箱運輸具有明顯的優(yōu)勢，港口集裝箱吞吐量保持了高速度的增長。我國近10年集裝箱吞吐量增長迅速，2003年我國完成集裝箱吞吐量4800萬TEU(標準箱)，躍居世界第一。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國港口集裝箱吞吐量2010年達到14500萬TEU，中國的港口集裝箱吞吐量已連續(xù)八年位居世界第一。隨著海上國際集裝箱運輸?shù)陌l(fā)展，出現(xiàn)了海運和內(nèi)河航運、鐵路、公路聯(lián)運，逐漸形成了以海運為中心環(huán)節(jié)的兩端向內(nèi)地延伸的集裝箱運輸體系。

集裝箱運輸?shù)难该桶l(fā)展，促進了與之相關(guān)的裝卸機械及集裝箱裝卸工藝的發(fā)展。集裝箱裝卸機械伴隨著集裝箱運輸船舶大型化的蓬勃發(fā)展和技術(shù)進步而在不斷更新?lián)Q代，科技含量越來越高，正朝著大型化、高速化、自動化和智能化，以及高可靠性、長壽命、低能耗、環(huán)保型方向發(fā)展。港口集裝箱的裝卸形成了一套比較成熟的集裝箱裝卸工藝及其機械化系統(tǒng)。隨著科技的發(fā)展和應(yīng)用技術(shù)的不斷推廣，許多新技術(shù)新工藝也被陸續(xù)地應(yīng)用到集裝箱裝卸工藝上。研究集裝箱起重運輸機械及裝卸工藝的最新發(fā)展，不斷完善改進集裝箱裝卸工藝，可以保證港口生產(chǎn)作業(yè)的順利進行，保證來港的車、船做到及時裝卸，減少車船在港停留時間，有效地提高集裝箱的裝卸效率。

目前，港口集裝箱裝卸工藝也有傳統(tǒng)型裝卸工藝向集裝箱智能化裝卸工藝系統(tǒng)方向發(fā)展。

1 傳統(tǒng)型集裝箱裝卸工藝

集裝箱在港口的裝卸搬運方式根據(jù)裝卸工藝分為吊裝和滾裝兩種方式。

1.1 滾裝工藝方式

滾裝工藝方式即“水平作業(yè)方式”，即采用牽引車、集裝箱拖掛車(底盤車和平板車)或集裝箱叉車等流動搬運機械，直接駛?cè)霛L裝船內(nèi)裝卸集裝箱。這種裝卸方法又稱為“開上開下法”或“滾上滾下法”。

典型滾裝工藝流程主要有如下幾種。

(1)堆場←→底盤車←→牽引車←→滾裝船。

集裝箱裝船時由牽引車拖帶載有集裝箱的底盤車從堆場運至碼頭前沿，再牽引上船;集裝箱卸船時相反方向。這種裝卸方法，一般用于堆場離碼頭前沿較遠的情況。

(2)堆場←→集裝箱叉車←→滾裝船。

集裝箱裝船時用集裝箱叉車將集裝箱從堆場直接運送到船上。集裝箱卸船時相反方向。一般用于堆場距離碼頭前沿較近的情況。

這種滾裝方法裝卸集裝箱的主要優(yōu)點是:碼頭設(shè)施與設(shè)備簡單，裝卸效率高;裝卸集裝箱的機械種類單一，集裝箱在港的操作次數(shù)減少，工作組織簡單。其主要缺點:集裝箱堆碼層數(shù)較低，集裝箱堆場利用率低;底盤車的需求量大。

滾裝工藝一般用于集裝箱吞吐量不大的普通綜合性碼頭。集裝箱的專用碼頭一般采用吊裝工藝方法。

1.2 吊裝工藝方法

吊裝工藝方法又稱“垂直作業(yè)方式”，即岸邊采用起重機用吊上吊下的方式來裝卸船上集裝箱。這種裝卸方法，一般在碼頭前沿設(shè)置集裝箱起重機，目前使用較多的是岸邊集裝箱起重機－即集裝箱裝卸橋(簡稱岸橋)，進行集裝箱的進出艙作業(yè)，再配以其他機械進行水平搬運和堆場作業(yè)來完成集裝箱的裝卸。集裝箱吊裝工藝系統(tǒng)根據(jù)堆場上使用的機械類型可分為底盤車系統(tǒng)、跨運車系統(tǒng)、集裝箱龍門起重機系統(tǒng)、跨運車－集裝箱龍門起重機混合系統(tǒng)等。其典型的集裝箱裝卸船工藝流程有以下幾種。

(1)船舶—岸邊集裝箱起重機—牽引車+集裝箱掛車(底盤車)—堆場。

該工藝系統(tǒng)主要由岸邊集裝箱起重機和水平搬運的牽引車、集裝箱掛車(底盤車)組成。

碼頭的前沿采用岸邊集裝箱起重機承擔船舶的裝卸作業(yè)。集裝箱卸船時，岸邊集裝箱起重機將集裝箱從船上吊下，放置在集裝箱掛車上，然后用牽引車將載有集裝箱的掛車拖到集裝箱堆場按順序排列停放，等待運出港外，牽引車脫離底盤車返回碼頭前沿，繼續(xù)接運。(如要集裝箱出場，集裝箱牽引車將載有集裝箱的底盤車從堆場上直接拖出港區(qū))。集裝箱裝船時，由集裝箱牽引車將載有集裝箱的底盤車從堆場拖到碼頭前沿，由岸邊集裝箱起重機將集裝箱吊裝上船。

該工藝流程的主要特點是:集裝箱堆場上不需要其它裝卸機械，集裝箱在港的操作次數(shù)減少，裝卸效率高，損壞率小;工作組織比較簡單。但是，由于集裝箱在碼頭堆場的整個停留期間均放置在底盤車上，需要數(shù)量較多的掛車，在運量高峰期可能會出現(xiàn)因底盤車不足而間斷作業(yè)的現(xiàn)象;在堆場上集裝箱不能疊放，所以需要較大的堆場面積;不易實現(xiàn)自動化。

該系統(tǒng)主要適用于貨場距離較遠、貨物堆存期較短的碼頭。

(2)船舶—岸邊集裝箱起重機—跨運車—堆場。

該工藝流程主要由岸邊集裝箱起重機和水平搬運、堆場堆拆箱的跨運車組成。

碼頭前沿采用岸邊集裝箱起重機承擔船舶的裝卸作業(yè)，跨運車承擔碼頭前沿與堆場之間的水平運輸，以及堆場的堆碼和進出場車輛的裝卸作業(yè)。即“船到場”作業(yè)是由岸邊集裝箱起重機將集裝箱從船上卸到碼頭前沿，再由跨運車將集裝箱搬運至碼頭堆場的指定箱位;“場到船”作業(yè)過程相反;“場到場”、“場到集裝箱掛車”、“場到貨運站”等作業(yè)均由跨運車承擔。

該工藝流程的主要優(yōu)點是;跨運車一機能完成多種作業(yè)(包括自取、搬運、堆垛、裝卸車輛等)，減少了碼頭的機種、數(shù)量和作業(yè)環(huán)節(jié)，組織管理方便;跨運車機動靈活、對箱位快，岸邊集裝箱起重機只需將集裝箱卸在碼頭前沿，無需準確對位，跨運車自行抓取運走，岸邊集裝箱起重機的裝卸效率高;跨運車具有一定的堆存能力，堆場的利用率有所提高?？邕\車系統(tǒng)的主要缺點:跨運車機械結(jié)構(gòu)復雜，故障率高，可靠性較差;對司機的操作水平要求較高，若司機對位不準，容易造成集裝箱損壞;堆碼集裝箱層數(shù)仍較低。

該系統(tǒng)適用于進口重箱量大、出口重箱量小的集裝箱碼頭。采用上述兩種吊裝裝卸工藝流程時，有時堆場里還配置集裝箱叉車或集裝箱正面吊運機，以供集裝箱的堆高、倒載和裝卸車輛之用。

(3)船舶—岸邊集裝箱起重機—集裝箱拖掛車(簡稱集卡)—集裝箱龍門起重機—堆場。

該系統(tǒng)主要由岸邊集裝箱起重機和水平搬運的集裝箱拖掛車、堆場作業(yè)的集裝箱龍門起重機組成。

碼頭前沿采用岸邊集裝箱起重機承擔船舶的集裝箱裝卸作業(yè)，碼頭前沿至堆場、堆場間的水平運輸由集裝箱拖掛車完成，龍門起重機承擔碼頭堆場的裝卸和堆碼作業(yè)。

集裝箱龍門起重機的類型有輪胎式集裝箱龍門起重機和軌道式集裝箱龍門起重機兩種。輪胎式集裝箱龍門起重機是目前世界上通用并且成熟的集裝箱堆場機械，我國大部分集裝箱碼頭采用這種工藝系統(tǒng)。

該流程顯著的特點是:各項作業(yè)均有專門機械來承擔，因而機械作業(yè)可靠。堆場上的集裝箱龍門起重機凈空高度大、跨度大、堆場容量大、裝卸效率高。但隨著堆放層數(shù)的增加，要提取堆垛里層的集裝箱就比較麻煩。輪胎式集裝箱龍門起重機系統(tǒng)適用于專用集裝箱碼頭。

(4)船舶—岸邊集裝箱起重機—跨運車—集裝箱龍門起重機—堆場。

從經(jīng)濟性和裝卸性能的觀點來看，前三項吊裝工藝系統(tǒng)方案各有利弊，目前世界上有些港口采用了前述工藝方案的混合系統(tǒng)，跨運車與集裝箱龍門起重機混合系統(tǒng)，其主要特點是:船邊的裝卸由岸邊集裝箱起重機承擔;進出口集裝箱的水平運輸、堆碼和交貨裝車由跨運車負責完成;貨場的裝卸和堆碼由軌道式龍門起重機完成。由于混合系統(tǒng)能充分發(fā)揮各種機械的特點，揚長避短，更加趨于合理和完善，目前世界上已有不少碼頭采用了這種方案。

2 港口集裝箱裝卸工藝的技術(shù)改進創(chuàng)新

傳統(tǒng)的集裝箱裝卸工藝根據(jù)“作業(yè)線”來靜態(tài)配置裝卸機械，一組裝卸機械只為指定的一條作業(yè)線服務(wù)。由于作業(yè)負荷隨時間分布不均勻，在某一時段內(nèi)，不同作業(yè)線忙閑不均。傳統(tǒng)工藝卸船和裝船采用分段作業(yè)，累計作業(yè)時間和船舶停靠時間長。如圖1所示是船舶—岸邊集裝箱起重機(裝卸橋)—集裝箱拖掛車(集裝箱卡車，簡稱集卡)—集裝箱龍門起重機—堆場工藝系統(tǒng)圖，這是傳統(tǒng)集裝箱工藝的流程，卸船時集裝箱拖掛車空車來重車去，裝船時集裝箱拖掛車重車來空車去。集裝箱拖掛車有將近50%的時間在空駛，機械設(shè)備資源利用率不高。

如圖2所示為傳統(tǒng)裝卸工藝下的效率示意圖?？v坐標為單位時間的集裝箱的裝卸數(shù)量(標準箱/小時，即TEU/h)，橫坐標為裝卸時間(h)。從圖中我們可以看到在傳統(tǒng)裝卸工藝下，其綜合效率在中間時段有一個大幅的回落，并在整個裝卸過程中裝卸組織呈現(xiàn)較大的不平衡，這說明使用傳統(tǒng)裝卸工藝會造成了大量的資源浪費，耗用大量的泊位占用時間，從而影響碼頭綜合效率的提高。

隨著集裝箱吞吐量的持續(xù)增長，對港口裝卸工藝系統(tǒng)提出了新的要求，推行新型裝卸工藝已勢在必行。目前，裝卸生產(chǎn)工藝方面的技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)容主要包括:同倍位裝卸工藝、集裝箱拖掛車全場自動調(diào)度系統(tǒng)、全場智能堆放系統(tǒng)、智能化的預翻箱技術(shù)等方面，這些新工藝技術(shù)已逐步應(yīng)用于集裝箱裝卸碼頭，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

(1)集裝箱的裝船和卸船作業(yè)，采用同倍位同步裝卸技術(shù)新工藝。

如圖3所示為同倍位裝卸示意圖。岸邊集裝箱起重機從船上卸下一個集裝箱后，隨即又為船上裝上一個集裝箱，裝船和卸船同時進行作業(yè)，這樣邊裝邊卸，明顯縮短了累計作業(yè)時間。岸邊集裝箱起重機作業(yè)重箱上重箱下，集裝箱拖掛車重車來重車歸，空駛率明顯降低，碼頭的機械設(shè)備的利用效率得到了充分的提高。當然，集裝箱的裝船和卸船作業(yè)過程，在計算機智能化管理系統(tǒng)控制下進行，以實時信息處理技術(shù)動態(tài)地實現(xiàn)碼頭集裝箱邊裝邊卸，提高集裝箱的裝卸效率。

采用動態(tài)分配法的同倍位裝卸新工藝，配合集裝箱拖掛車全場自動調(diào)度系統(tǒng)，結(jié)合碼頭堆場的實際狀況，由中轉(zhuǎn)計劃員做完中轉(zhuǎn)計劃后及時通知堆場計劃員，堆場計劃員根據(jù)堆場情況安排轉(zhuǎn)堆計劃，并督促中央控制室及時進行歸并轉(zhuǎn)，使碼頭的機械設(shè)備的利用效率得到了充分的提高，從而提高了裝卸船質(zhì)量和效率。

采用同倍位同步裝卸技術(shù)新工藝后裝卸效率明顯提高，如圖4所示。

通過與圖2對比較發(fā)現(xiàn)，在使用新智能化裝卸工藝后，船舶裝卸的綜合效率有了很大的提高，裝船與卸船的交替進行及其巧妙的效率互補使資源達到最優(yōu)化配置。

但目前同倍位裝卸技術(shù)尚存在其固有的缺陷，例如當集裝箱裝船和卸船數(shù)量嚴重不平衡時，或甲板作業(yè)、艙內(nèi)作業(yè)船位前后倍位不一致時，此方法無法有效實施。

(2)碼頭集裝箱的水平搬運作業(yè)，采用全場計算機智能自動調(diào)度系統(tǒng)。

全場計算機智能自動調(diào)度系統(tǒng)，運用智能化模糊控制理論，使用集卡全場智能調(diào)控軟件，根據(jù)不同作業(yè)線的忙閑程度，搬運路程的遠近，集裝箱拖掛車已等候時間等諸多因素來動態(tài)配置水平搬運機械，使場地上所有的水平搬運機械同時為所有的作業(yè)線服務(wù)，具有經(jīng)濟高效的特點。

雖然各條“作業(yè)線”的裝載量隨時間分布不均勻，但是計算機調(diào)控系統(tǒng)會根據(jù)“作業(yè)線”需求的優(yōu)先級，并兼顧路程就近原則，自動給集裝箱拖掛車發(fā)出動態(tài)調(diào)配指令，水平搬運機械在不同的時間段為不同的“作業(yè)線”服務(wù)。因此，水平運輸機械忙閑程度趨于平衡，系統(tǒng)的整體裝卸作業(yè)能力大幅度提高。

如圖5所示為集卡按“需”分配工藝系統(tǒng)圖。

所謂集卡的按“需”分配，是指港口內(nèi)集卡可隨時根據(jù)中央控制室或現(xiàn)場調(diào)度員的指令任意改變裝車點和卸車點，并遵循就近原則，到達所需地點進行裝卸車的方法，這種方法可以有效的減少集卡的無效空駛或重車行駛時間。

如圖6所示為按集卡的“重來重去”工藝系統(tǒng)圖。

集卡的“重來重去”是指港口內(nèi)集卡根據(jù)中央控制室的指令可隨時改變“作業(yè)路線”，確保集卡的空駛情況降至最小。

(3)集裝箱堆場的作業(yè)，采用全場智能堆放系統(tǒng)。

全場智能堆放系統(tǒng)運用智能模糊控制理論，綜合了操作和管理人員經(jīng)驗和智慧，根據(jù)堆場龍門起重機的位置，堆場上集裝箱卡車等候的狀態(tài)，出口箱“重壓輕”的原則等一系列情況，做出擬人化的判斷，給堆場龍門起重機發(fā)出動態(tài)指令，進行集裝箱的堆放作業(yè)，從而提高了集裝箱堆場效率。

(4)集裝箱堆場作業(yè)，采用智能化的預翻箱技術(shù)。

中央控制室根據(jù)配載圖和堆場上集裝箱堆存情況制定發(fā)箱指令。集裝箱牽引掛車司機根據(jù)中央控制室指令將空車開到堆場進行裝箱操作。集裝箱龍門起重機司機接到中央控制室發(fā)出的發(fā)箱指令后，指導司機對不可裝車的集裝箱進行智能頂翻箱操作，從而加快集裝箱牽引掛車到達后的裝箱速度。

如圖7所示為預翻箱的流程圖。中轉(zhuǎn)計劃員做完中轉(zhuǎn)計劃后及時通知堆場計劃員，堆場計劃員根據(jù)場地情況安排轉(zhuǎn)堆計劃，并督促中央控制室及時進行歸并轉(zhuǎn)并安排預翻箱，以提高裝船效率及裝船質(zhì)量。

3 結(jié)語

集裝箱智能化裝卸工藝系統(tǒng)，為碼頭的生產(chǎn)人員提供一種智能化裝卸工藝系統(tǒng)，實現(xiàn)了生產(chǎn)的實時控制與動態(tài)調(diào)度，確保了集裝箱碼頭的高效運作，提高了生產(chǎn)效率。但是集裝箱智能化裝卸工藝系統(tǒng)受客觀條件的制約因素非常多，在某些情況下無法實施。因此，如何克服智能化裝卸工藝的這些制約因素，將成為今后裝卸工藝進一步研究的努力方向。

提高港口集裝箱作業(yè)裝卸效率，不僅僅要在集裝箱裝卸工藝上改進創(chuàng)新，而且要在生產(chǎn)、管理、技術(shù)、設(shè)備保障、投資決策等多方面進行創(chuàng)新研究，來提高港口集裝箱作業(yè)全過程的效率。

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①作者簡介：劉善平（1963，9-），男，江蘇海門人，高級實驗師，碩士生，研究方向：港口裝卸工藝。