耿衛(wèi)寧 宋海濤

自動化集裝箱碼頭已經成為現代化大型集裝箱碼頭的發(fā)展趨勢。自動化集裝箱碼頭建設投資動輒達幾十億元甚至上百億元，能否如期上線運營，達到設計預期目標，并如期收回成本，是每個自動化碼頭運營商面臨的難題。自動化集裝箱碼頭建設是一個系統工程，涉及碼頭設計、水工土建、設備選型、軟件選配、系統測試等環(huán)節(jié)，尤其是自動化集裝箱碼頭規(guī)劃設計的科學性、合理性是決定碼頭建設成功與否的首要條件。

1 制定自動化集裝箱碼頭建設的預期目標

合理的預期目標是一切規(guī)劃設計的基礎。自動化集裝箱碼頭的規(guī)劃設計應當根據本港實際情況，確定合理的預期目標。

1.1 確定碼頭預期上線運營時間

一般情況下，自動化集裝箱碼頭從立項和規(guī)劃設計到投入運營需要5年建設周期。迄今為止，所有自動化集裝箱碼頭的投入運營時間都或多或少比預期上線運營時間有所延誤，甚至有的自動化集裝箱碼頭的實際投入運營時間比預期晚了數年，由此可見自動化集裝箱碼頭建設的復雜性。搶工期、搶進度會給自動化集裝箱碼頭將來的運營帶來很大隱患，科學地確定碼頭預期上線運營時間對按部就班、扎實穩(wěn)妥地推進自動化集裝箱碼頭建設至關重要。

1.2 確定碼頭預期生產指標

碼頭的運營狀況通過諸多生產指標來體現。自動化集裝箱碼頭因應用電控技術和信息化技術可以精確計算很多人工碼頭無法計算的指標。自動化集裝箱碼頭的生產作業(yè)主要由計算機系統主導，人工只負責制定規(guī)則和策略，其最大的優(yōu)點是生產作業(yè)持續(xù)穩(wěn)定并具有一定經濟性，其缺點是人工很難干預碼頭生產節(jié)奏，短時間內想提高某幾個生產指標非常困難，而人工碼頭卻可以靠人工突擊操作改善生產節(jié)奏。

1.3 確定投資收益率和投資回收期

自動化集裝箱碼頭因其巨大的投資，短時間內的收益不會高于人工碼頭；但隨著自動化集裝箱碼頭持續(xù)穩(wěn)定運營，其總體收益回報會高于人工碼頭。自動化集裝箱碼頭的投資者應具有長遠的發(fā)展眼光，合理地確定投資收益率和投資回收期。

2 確定自動化集裝箱碼頭操作工藝和平面布局

一方面，自動化集裝箱碼頭的預期生產指標決定了碼頭的操作工藝；另一方面，自動化集裝箱碼頭的平面布局設計（見圖1）必須符合操作工藝。自動化集裝箱碼頭平面布局設計的關鍵點包括閘口、堆場布局、堆場堆碼方式等。

2.1 自動化集裝箱碼頭的操作工藝

（1）“半自動橋吊+自動導引小車+自動軌道吊”配置類型 海側使用半自動橋吊，水平運輸使用自動導引小車，堆場使用自動軌道吊，代表碼頭有荷蘭鹿特丹港的Euromax碼頭、日本名古屋港的TCB碼頭等。此類自動化碼頭的優(yōu)點是自動化程度高，缺點是自動導引小車與橋吊需要耦合。

（2）“半自動橋吊+人工跨運車+自動軌道吊”配置類型 海側使用半自動橋吊，水平運輸使用人工跨運車，堆場使用自動軌道吊，代表碼頭有西班牙巴塞羅那港的巴塞南歐碼頭、英國的倫敦門戶碼頭等。此類自動化碼頭的優(yōu)點是跨運車與橋吊和軌道吊都不需要耦合，缺點是自動化程度較低。

2.2 自動化集裝箱碼頭平面布局關鍵點

（1）閘口 閘口是自動化集裝箱碼頭的“咽喉”，所有進出港區(qū)的集裝箱都在閘口交接。閘口設計要考慮碼頭集裝箱吞吐量、集疏港峰值、口岸監(jiān)管模式、與市政道路的對接等諸多要素，閘口的數量、位置、功能設計等直接影響閘口的通過能力。全球主要自動化集裝箱碼頭多采用二道閘口模式，第一道閘口為光學字符識別信息采集閘口，第二道閘口為碼頭業(yè)務處理閘口。青島前灣智能集裝箱碼頭為提高碼頭安防等級，增加碼頭安防控制閘口，獨創(chuàng)三道閘口模式，成為行業(yè)內的新亮點。

（2）堆場布局 堆場設計要考慮碼頭集裝箱吞吐量、進出口集裝箱比例、堆存周期、裝卸船效率與收發(fā)箱效率的均衡等諸多要素。自動化集裝箱碼頭堆場布局分為平行岸壁式和垂直岸壁式：由人工碼頭改造而成的自動化集裝箱碼頭多采用平行岸壁式；新建的自動化集裝箱碼頭多采用垂直岸壁式，其優(yōu)點是在空間上將岸邊裝卸船作業(yè)與堆場收發(fā)箱作業(yè)分離，避免作業(yè)沖突。

（3）堆場堆碼方式 自動化集裝箱碼頭堆場堆碼方式分為聯鎖塊式和箱位梁式。聯鎖塊式堆碼方式的優(yōu)點是施工方便，堆碼靈活，便于維修；箱位梁式堆碼方式的優(yōu)點是防沉降性較好。

3 確定自動化集裝箱碼頭機械電控設備和生產控制軟件

3.1 自動化集裝箱碼頭的機械電控設備現狀

當前全球排名靠前的港口設備供應商有中國的上海振華重工（集團）股份有限公司、瑞士的卡爾瑪公司、美國的特雷克斯公司等。上海振華重工（集團）股份有限公司生產的橋吊占全球70%以上的份額，其首創(chuàng)的橋吊整機發(fā)運技術使橋吊在發(fā)運前就可以完成單機測試，大大縮短用戶組裝、測試設備的時間，在行業(yè)內占據很大優(yōu)勢。當前全球排名靠前的港機電控設備供應商有瑞士的ABB集團、法國的施耐德公司、日本的西門子公司和安川公司等。全球主要自動化集裝箱碼頭橋吊配置見表1。

3.1.1 船邊裝卸機械（橋吊）

（1）方案1（單小車橋吊方案） 陸側橋吊腿處設置雙集裝箱平臺；單小車類型為“單卷揚機+雙起升吊具上架”；在陸側橋吊腿處的平臺上（可放2個45英尺集裝箱）進行解鎖處理。

（2）方案2（單小車橋吊方案） 單小車類型為“單卷揚機+雙起升吊具上架”；在橋吊軌距內的地上進行解鎖處理。

（3）方案3（雙小車橋吊方案） 陸側橋吊腿處設置平臺，配備單起升門架橋吊；海側小車類型為“單卷揚機+雙起升吊具上架”；門架小車類型為單卷揚機，其可與單個自動導引小車交互；在陸側橋吊腿處的平臺上（可放2個45英尺集裝箱）進行解鎖處理。

（4）方案4（雙小車橋吊方案） 陸側橋吊腿處設置平臺，配備雙起升門架橋吊；海側小車類型為“單卷揚機+雙起升吊具上架”；門架小車類型為雙起升小車，以便進行雙起升操作；在陸側橋吊腿處的平臺上（可放2個45英尺集裝箱）進行解鎖處理。

3.1.2 水平運輸機械（自動導引小車或跨運車）

從作業(yè)效率指標來考量，跨運車因不需要耦合，其作業(yè)效率高于自動導引小車；不過，迄今為止，自動化碼頭采用的跨運車都是人工跨運車，自動跨運車雖已研發(fā)成功，但未投入使用。英國的倫敦門戶碼頭目前正在實施人工跨運車升級為自動跨運車的項目，但遇到的困難較多，進展緩慢。具體來看，自動化集裝箱碼頭水平運輸機械的配備方案有：（1）自動導引小車；（2）帶舉升自動導引小車+支架；（3）人工跨運車；（4）自動跨運車。

3.1.3 堆場裝卸設備

自動化集裝箱碼頭堆場裝卸設備的配備方案有：（1）水平式電動輪胎吊；（2）水平式懸臂梁式軌道吊；（3）垂直式軌道吊；（4）垂直式懸臂梁式軌道吊；（5）垂直式軌道吊+穿梭小車。自動化集裝箱碼頭堆場裝卸設備與水平運輸設備配置如圖2所示。

3.1.4 小結

集裝箱作業(yè)是流程化作業(yè)，是多場景、多環(huán)節(jié)的協同作業(yè)，木桶效應決定作業(yè)過程中最薄弱環(huán)節(jié)的效率就是整體作業(yè)效率，因此，單純地提高某個環(huán)節(jié)的效率毫無意義。實踐證明，水平運輸效率和堆場裝卸效率可以通過優(yōu)化機械配置得到有效提升，只有海側橋吊效率在橋吊技術沒有重大突破前不會有較大的提升。自動化集裝箱碼頭應根據其目標效率選擇橋吊類型，并根據橋吊類型配置相應類型和數量的水平運輸設備和堆場裝卸設備。

3.2 自動化集裝箱碼頭生產控制軟件現狀

當前，自動化集裝箱碼頭生產控制軟件的選擇范圍十分有限，已經上線運營的只有美國Navis公司的SPARCS3.5和N4系統。近年，韓國的CyberLogitec軟件公司開始進軍自動化集裝箱碼頭生產控制軟件市場，成功開發(fā)自動化集裝箱碼頭生產控制軟件；但因自動化集裝箱碼頭項目的復雜性，還沒有碼頭敢于嘗試未經過驗證的生產控制軟件，如何邁出軟件應用的第一步，對CyberLogitec軟件公司是巨大的考驗。相信不久的將來，Navis公司壟斷自動化集裝箱碼頭生產控制軟件市場的狀況會有所改變。

3.3 全球主要自動化集裝箱碼頭軟硬件配置

全球主要自動化集裝箱碼頭生產控制系統、設備控制系統和電控設備配置比較見表2。

自動化集裝箱碼頭軟硬件配置應遵循以下原則：（1）選擇有與成功自動化集裝箱碼頭合作經驗的軟硬件供應商；（2）選擇經成功自動化集裝箱碼頭驗證的軟硬件產品；（3）選擇經成功自動化集裝箱碼頭驗證的軟硬件配置。

4 自動化集裝箱碼頭規(guī)劃建設應注意的 問題

4.1 組建專業(yè)的項目管理團隊

國外自動化集裝箱碼頭建設有專業(yè)的項目管理團隊，提供從最初的構思、測算、模擬、規(guī)劃、設計到后續(xù)施工、測試、試運營等全方位服務。專業(yè)團隊因其自身的經驗和素質，在項目進度的控制、風險的規(guī)避等方面具有很大優(yōu)勢。我國沒有專門的自動化集裝箱碼頭建設團隊，一般由碼頭運營商從其內部挑選優(yōu)秀的碼頭從業(yè)者組建項目團隊。碼頭運營與碼頭建設是二個截然不同的領域，無形中給碼頭建設增加很多不確定因素和風險，這種現狀短期內無法改變；因此，專業(yè)的項目管理團隊除應納入優(yōu)秀的碼頭從業(yè)者之外，還應增加優(yōu)秀的項目管理人員。

4.2 自動化操作的配置及人工解決客戶化服務 需求

各個口岸都有自己的口岸特色，每個自動化集裝箱碼頭運營商都致力于采用最適合自己的自動化配置，給客戶提供最優(yōu)質的服務。自動化的前提是標準化，不能寄希望于用自動化的系統處理所有客戶化服務的問題，一些作業(yè)量較小的客戶化服務應盡量采取人工處理的方式，以降低自動化系統復雜程度和碼頭運營風險。

4.3 選擇合適的供應商

自動化集裝箱碼頭建設是一個系統項目，涉及各供應商及各種軟硬件的整合等。在選擇供應商方面，應選擇熟悉的供應商，以便有效溝通，且應選擇在相關技術、項目方法和測試方法等方面經驗豐富的供應商。總之，選擇有豐富合作經驗的供應商以及經過驗證的軟硬件組合會有效降低項目風險。

4.4 充分考慮軟硬件測試的重要性和困難性

自動化集裝箱碼頭上線運營前必須通過測試，測試類型分為實驗室測試、實船測試、單機種單機測試、單機種多機測試、多機種聯合測試、壓力測試、跑量耐久測試、全場聯合測試等。自動化碼頭的每一臺單機、每一個系統和每一個工況流程都必須經過大量的測試取得如期的結果后才能上線運營。測試應當遵循由易及難、由點及面、由模擬及現實的原則：最初可以先進行實驗室測試，從單系統、雙系統到多系統、全系統，逐步增加系統的穩(wěn)定性；設備方面可以由單機、單環(huán)節(jié)測試至多機、全流程測試，逐步接入多機種、多設備。

4.5 設計初期需要考慮政府職能部門監(jiān)管問題

自動化集裝箱碼頭建設需要較長的周期，在規(guī)劃設計之初就需要考慮港口監(jiān)管模式可能發(fā)生的改變，準備備選方案，不能因只考慮生產操作的便利性而忽略監(jiān)管問題。為此，可以在籌備初期就與港口監(jiān)管部門溝通，就自動化碼頭建設的大體思路和方向達成一致，力求事半功倍。

5 結束語

目前，我國自動化集裝箱碼頭建設蓬勃發(fā)展，雖然起步略晚于國外自動化集裝箱碼頭，但因為擁有可供借鑒的經驗和自動化控制技術新發(fā)展的優(yōu)勢，在設計初期就提出了相對于國外自動化集裝箱碼頭自動化程度更高、作業(yè)效率更高、綠色環(huán)保程度更高的要求和目標。相信我國自動化集裝箱碼頭一定會引領未來自動化集裝箱碼頭發(fā)展的新潮流。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2016-09-21）