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        自動(dòng)化集裝箱碼頭軟硬件技術(shù)現(xiàn)狀及布局設(shè)計(jì)

        2016-11-28 11:36:58耿衛(wèi)寧宋海濤
        集裝箱化 2016年10期
        關(guān)鍵詞:運(yùn)車閘口堆場(chǎng)

        耿衛(wèi)寧 宋海濤

        自動(dòng)化集裝箱碼頭已經(jīng)成為現(xiàn)代化大型集裝箱碼頭的發(fā)展趨勢(shì)。自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)投資動(dòng)輒達(dá)幾十億元甚至上百億元,能否如期上線運(yùn)營,達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo),并如期收回成本,是每個(gè)自動(dòng)化碼頭運(yùn)營商面臨的難題。自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程,涉及碼頭設(shè)計(jì)、水工土建、設(shè)備選型、軟件選配、系統(tǒng)測(cè)試等環(huán)節(jié),尤其是自動(dòng)化集裝箱碼頭規(guī)劃設(shè)計(jì)的科學(xué)性、合理性是決定碼頭建設(shè)成功與否的首要條件。

        1 制定自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)的預(yù)期目標(biāo)

        合理的預(yù)期目標(biāo)是一切規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。自動(dòng)化集裝箱碼頭的規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)根據(jù)本港實(shí)際情況,確定合理的預(yù)期目標(biāo)。

        1.1 確定碼頭預(yù)期上線運(yùn)營時(shí)間

        一般情況下,自動(dòng)化集裝箱碼頭從立項(xiàng)和規(guī)劃設(shè)計(jì)到投入運(yùn)營需要5年建設(shè)周期。迄今為止,所有自動(dòng)化集裝箱碼頭的投入運(yùn)營時(shí)間都或多或少比預(yù)期上線運(yùn)營時(shí)間有所延誤,甚至有的自動(dòng)化集裝箱碼頭的實(shí)際投入運(yùn)營時(shí)間比預(yù)期晚了數(shù)年,由此可見自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)的復(fù)雜性。搶工期、搶進(jìn)度會(huì)給自動(dòng)化集裝箱碼頭將來的運(yùn)營帶來很大隱患,科學(xué)地確定碼頭預(yù)期上線運(yùn)營時(shí)間對(duì)按部就班、扎實(shí)穩(wěn)妥地推進(jìn)自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)至關(guān)重要。

        1.2 確定碼頭預(yù)期生產(chǎn)指標(biāo)

        碼頭的運(yùn)營狀況通過諸多生產(chǎn)指標(biāo)來體現(xiàn)。自動(dòng)化集裝箱碼頭因應(yīng)用電控技術(shù)和信息化技術(shù)可以精確計(jì)算很多人工碼頭無法計(jì)算的指標(biāo)。自動(dòng)化集裝箱碼頭的生產(chǎn)作業(yè)主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主導(dǎo),人工只負(fù)責(zé)制定規(guī)則和策略,其最大的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)作業(yè)持續(xù)穩(wěn)定并具有一定經(jīng)濟(jì)性,其缺點(diǎn)是人工很難干預(yù)碼頭生產(chǎn)節(jié)奏,短時(shí)間內(nèi)想提高某幾個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)非常困難,而人工碼頭卻可以靠人工突擊操作改善生產(chǎn)節(jié)奏。

        1.3 確定投資收益率和投資回收期

        自動(dòng)化集裝箱碼頭因其巨大的投資,短時(shí)間內(nèi)的收益不會(huì)高于人工碼頭;但隨著自動(dòng)化集裝箱碼頭持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)營,其總體收益回報(bào)會(huì)高于人工碼頭。自動(dòng)化集裝箱碼頭的投資者應(yīng)具有長遠(yuǎn)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(dòng)化集裝箱碼頭操作工藝和平面布局

        一方面,自動(dòng)化集裝箱碼頭的預(yù)期生產(chǎn)指標(biāo)決定了碼頭的操作工藝;另一方面,自動(dòng)化集裝箱碼頭的平面布局設(shè)計(jì)(見圖1)必須符合操作工藝。自動(dòng)化集裝箱碼頭平面布局設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)包括閘口、堆場(chǎng)布局、堆場(chǎng)堆碼方式等。

        2.1 自動(dòng)化集裝箱碼頭的操作工藝

        (1)“半自動(dòng)橋吊+自動(dòng)導(dǎo)引小車+自動(dòng)軌道吊”配置類型 海側(cè)使用半自動(dòng)橋吊,水平運(yùn)輸使用自動(dòng)導(dǎo)引小車,堆場(chǎng)使用自動(dòng)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(dòng)化碼頭的優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化程度高,缺點(diǎn)是自動(dòng)導(dǎo)引小車與橋吊需要耦合。

        (2)“半自動(dòng)橋吊+人工跨運(yùn)車+自動(dòng)軌道吊”配置類型 海側(cè)使用半自動(dòng)橋吊,水平運(yùn)輸使用人工跨運(yùn)車,堆場(chǎng)使用自動(dòng)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(dòng)化碼頭的優(yōu)點(diǎn)是跨運(yùn)車與橋吊和軌道吊都不需要耦合,缺點(diǎn)是自動(dòng)化程度較低。

        2.2 自動(dòng)化集裝箱碼頭平面布局關(guān)鍵點(diǎn)

        (1)閘口 閘口是自動(dòng)化集裝箱碼頭的“咽喉”,所有進(jìn)出港區(qū)的集裝箱都在閘口交接。閘口設(shè)計(jì)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(duì)接等諸多要素,閘口的數(shù)量、位置、功能設(shè)計(jì)等直接影響閘口的通過能力。全球主要自動(dòng)化集裝箱碼頭多采用二道閘口模式,第一道閘口為光學(xué)字符識(shí)別信息采集閘口,第二道閘口為碼頭業(yè)務(wù)處理閘口。青島前灣智能集裝箱碼頭為提高碼頭安防等級(jí),增加碼頭安防控制閘口,獨(dú)創(chuàng)三道閘口模式,成為行業(yè)內(nèi)的新亮點(diǎn)。

        (2)堆場(chǎng)布局 堆場(chǎng)設(shè)計(jì)要考慮碼頭集裝箱吞吐量、進(jìn)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(dòng)化集裝箱碼頭堆場(chǎng)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(dòng)化集裝箱碼頭多采用平行岸壁式;新建的自動(dòng)化集裝箱碼頭多采用垂直岸壁式,其優(yōu)點(diǎn)是在空間上將岸邊裝卸船作業(yè)與堆場(chǎng)收發(fā)箱作業(yè)分離,避免作業(yè)沖突。

        (3)堆場(chǎng)堆碼方式 自動(dòng)化集裝箱碼頭堆場(chǎng)堆碼方式分為聯(lián)鎖塊式和箱位梁式。聯(lián)鎖塊式堆碼方式的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是防沉降性較好。

        3 確定自動(dòng)化集裝箱碼頭機(jī)械電控設(shè)備和生產(chǎn)控制軟件

        3.1 自動(dòng)化集裝箱碼頭的機(jī)械電控設(shè)備現(xiàn)狀

        當(dāng)前全球排名靠前的港口設(shè)備供應(yīng)商有中國的上海振華重工(集團(tuán))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(tuán))股份有限公司生產(chǎn)的橋吊占全球70%以上的份額,其首創(chuàng)的橋吊整機(jī)發(fā)運(yùn)技術(shù)使橋吊在發(fā)運(yùn)前就可以完成單機(jī)測(cè)試,大大縮短用戶組裝、測(cè)試設(shè)備的時(shí)間,在行業(yè)內(nèi)占據(jù)很大優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前全球排名靠前的港機(jī)電控設(shè)備供應(yīng)商有瑞士的ABB集團(tuán)、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(dòng)化集裝箱碼頭橋吊配置見表1。

        3.1.1 船邊裝卸機(jī)械(橋吊)

        (1)方案1(單小車橋吊方案) 陸側(cè)橋吊腿處設(shè)置雙集裝箱平臺(tái);單小車類型為“單卷揚(yáng)機(jī)+雙起升吊具上架”;在陸側(cè)橋吊腿處的平臺(tái)上(可放2個(gè)45英尺集裝箱)進(jìn)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(yáng)機(jī)+雙起升吊具上架”;在橋吊軌距內(nèi)的地上進(jìn)行解鎖處理。

        (3)方案3(雙小車橋吊方案) 陸側(cè)橋吊腿處設(shè)置平臺(tái),配備單起升門架橋吊;海側(cè)小車類型為“單卷揚(yáng)機(jī)+雙起升吊具上架”;門架小車類型為單卷揚(yáng)機(jī),其可與單個(gè)自動(dòng)導(dǎo)引小車交互;在陸側(cè)橋吊腿處的平臺(tái)上(可放2個(gè)45英尺集裝箱)進(jìn)行解鎖處理。

        (4)方案4(雙小車橋吊方案) 陸側(cè)橋吊腿處設(shè)置平臺(tái),配備雙起升門架橋吊;海側(cè)小車類型為“單卷揚(yáng)機(jī)+雙起升吊具上架”;門架小車類型為雙起升小車,以便進(jìn)行雙起升操作;在陸側(cè)橋吊腿處的平臺(tái)上(可放2個(gè)45英尺集裝箱)進(jìn)行解鎖處理。

        3.1.2 水平運(yùn)輸機(jī)械(自動(dòng)導(dǎo)引小車或跨運(yùn)車)

        從作業(yè)效率指標(biāo)來考量,跨運(yùn)車因不需要耦合,其作業(yè)效率高于自動(dòng)導(dǎo)引小車;不過,迄今為止,自動(dòng)化碼頭采用的跨運(yùn)車都是人工跨運(yùn)車,自動(dòng)跨運(yùn)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(shí)施人工跨運(yùn)車升級(jí)為自動(dòng)跨運(yùn)車的項(xiàng)目,但遇到的困難較多,進(jìn)展緩慢。具體來看,自動(dòng)化集裝箱碼頭水平運(yùn)輸機(jī)械的配備方案有:(1)自動(dòng)導(dǎo)引小車;(2)帶舉升自動(dòng)導(dǎo)引小車+支架;(3)人工跨運(yùn)車;(4)自動(dòng)跨運(yùn)車。

        3.1.3 堆場(chǎng)裝卸設(shè)備

        自動(dòng)化集裝箱碼頭堆場(chǎng)裝卸設(shè)備的配備方案有:(1)水平式電動(dòng)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(dòng)化集裝箱碼頭堆場(chǎng)裝卸設(shè)備與水平運(yùn)輸設(shè)備配置如圖2所示。

        3.1.4 小結(jié)

        集裝箱作業(yè)是流程化作業(yè),是多場(chǎng)景、多環(huán)節(jié)的協(xié)同作業(yè),木桶效應(yīng)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(gè)環(huán)節(jié)的效率毫無意義。實(shí)踐證明,水平運(yùn)輸效率和堆場(chǎng)裝卸效率可以通過優(yōu)化機(jī)械配置得到有效提升,只有海側(cè)橋吊效率在橋吊技術(shù)沒有重大突破前不會(huì)有較大的提升。自動(dòng)化集裝箱碼頭應(yīng)根據(jù)其目標(biāo)效率選擇橋吊類型,并根據(jù)橋吊類型配置相應(yīng)類型和數(shù)量的水平運(yùn)輸設(shè)備和堆場(chǎng)裝卸設(shè)備。

        3.2 自動(dòng)化集裝箱碼頭生產(chǎn)控制軟件現(xiàn)狀

        當(dāng)前,自動(dòng)化集裝箱碼頭生產(chǎn)控制軟件的選擇范圍十分有限,已經(jīng)上線運(yùn)營的只有美國Navis公司的SPARCS3.5和N4系統(tǒng)。近年,韓國的CyberLogitec軟件公司開始進(jìn)軍自動(dòng)化集裝箱碼頭生產(chǎn)控制軟件市場(chǎng),成功開發(fā)自動(dòng)化集裝箱碼頭生產(chǎn)控制軟件;但因自動(dòng)化集裝箱碼頭項(xiàng)目的復(fù)雜性,還沒有碼頭敢于嘗試未經(jīng)過驗(yàn)證的生產(chǎn)控制軟件,如何邁出軟件應(yīng)用的第一步,對(duì)CyberLogitec軟件公司是巨大的考驗(yàn)。相信不久的將來,Navis公司壟斷自動(dòng)化集裝箱碼頭生產(chǎn)控制軟件市場(chǎng)的狀況會(huì)有所改變。

        3.3 全球主要自動(dòng)化集裝箱碼頭軟硬件配置

        全球主要自動(dòng)化集裝箱碼頭生產(chǎn)控制系統(tǒng)、設(shè)備控制系統(tǒng)和電控設(shè)備配置比較見表2。

        自動(dòng)化集裝箱碼頭軟硬件配置應(yīng)遵循以下原則:(1)選擇有與成功自動(dòng)化集裝箱碼頭合作經(jīng)驗(yàn)的軟硬件供應(yīng)商;(2)選擇經(jīng)成功自動(dòng)化集裝箱碼頭驗(yàn)證的軟硬件產(chǎn)品;(3)選擇經(jīng)成功自動(dòng)化集裝箱碼頭驗(yàn)證的軟硬件配置。

        4 自動(dòng)化集裝箱碼頭規(guī)劃建設(shè)應(yīng)注意的 問題

        4.1 組建專業(yè)的項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)

        國外自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)有專業(yè)的項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì),提供從最初的構(gòu)思、測(cè)算、模擬、規(guī)劃、設(shè)計(jì)到后續(xù)施工、測(cè)試、試運(yùn)營等全方位服務(wù)。專業(yè)團(tuán)隊(duì)因其自身的經(jīng)驗(yàn)和素質(zhì),在項(xiàng)目進(jìn)度的控制、風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)避等方面具有很大優(yōu)勢(shì)。我國沒有專門的自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)團(tuán)隊(duì),一般由碼頭運(yùn)營商從其內(nèi)部挑選優(yōu)秀的碼頭從業(yè)者組建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。碼頭運(yùn)營與碼頭建設(shè)是二個(gè)截然不同的領(lǐng)域,無形中給碼頭建設(shè)增加很多不確定因素和風(fēng)險(xiǎn),這種現(xiàn)狀短期內(nèi)無法改變;因此,專業(yè)的項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)除應(yīng)納入優(yōu)秀的碼頭從業(yè)者之外,還應(yīng)增加優(yōu)秀的項(xiàng)目管理人員。

        4.2 自動(dòng)化操作的配置及人工解決客戶化服務(wù) 需求

        各個(gè)口岸都有自己的口岸特色,每個(gè)自動(dòng)化集裝箱碼頭運(yùn)營商都致力于采用最適合自己的自動(dòng)化配置,給客戶提供最優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。自動(dòng)化的前提是標(biāo)準(zhǔn)化,不能寄希望于用自動(dòng)化的系統(tǒng)處理所有客戶化服務(wù)的問題,一些作業(yè)量較小的客戶化服務(wù)應(yīng)盡量采取人工處理的方式,以降低自動(dòng)化系統(tǒng)復(fù)雜程度和碼頭運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。

        4.3 選擇合適的供應(yīng)商

        自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)項(xiàng)目,涉及各供應(yīng)商及各種軟硬件的整合等。在選擇供應(yīng)商方面,應(yīng)選擇熟悉的供應(yīng)商,以便有效溝通,且應(yīng)選擇在相關(guān)技術(shù)、項(xiàng)目方法和測(cè)試方法等方面經(jīng)驗(yàn)豐富的供應(yīng)商。總之,選擇有豐富合作經(jīng)驗(yàn)的供應(yīng)商以及經(jīng)過驗(yàn)證的軟硬件組合會(huì)有效降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。

        4.4 充分考慮軟硬件測(cè)試的重要性和困難性

        自動(dòng)化集裝箱碼頭上線運(yùn)營前必須通過測(cè)試,測(cè)試類型分為實(shí)驗(yàn)室測(cè)試、實(shí)船測(cè)試、單機(jī)種單機(jī)測(cè)試、單機(jī)種多機(jī)測(cè)試、多機(jī)種聯(lián)合測(cè)試、壓力測(cè)試、跑量耐久測(cè)試、全場(chǎng)聯(lián)合測(cè)試等。自動(dòng)化碼頭的每一臺(tái)單機(jī)、每一個(gè)系統(tǒng)和每一個(gè)工況流程都必須經(jīng)過大量的測(cè)試取得如期的結(jié)果后才能上線運(yùn)營。測(cè)試應(yīng)當(dāng)遵循由易及難、由點(diǎn)及面、由模擬及現(xiàn)實(shí)的原則:最初可以先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試,從單系統(tǒng)、雙系統(tǒng)到多系統(tǒng)、全系統(tǒng),逐步增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性;設(shè)備方面可以由單機(jī)、單環(huán)節(jié)測(cè)試至多機(jī)、全流程測(cè)試,逐步接入多機(jī)種、多設(shè)備。

        4.5 設(shè)計(jì)初期需要考慮政府職能部門監(jiān)管問題

        自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)需要較長的周期,在規(guī)劃設(shè)計(jì)之初就需要考慮港口監(jiān)管模式可能發(fā)生的改變,準(zhǔn)備備選方案,不能因只考慮生產(chǎn)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(dòng)化碼頭建設(shè)的大體思路和方向達(dá)成一致,力求事半功倍。

        5 結(jié)束語

        目前,我國自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)蓬勃發(fā)展,雖然起步略晚于國外自動(dòng)化集裝箱碼頭,但因?yàn)閾碛锌晒┙梃b的經(jīng)驗(yàn)和自動(dòng)化控制技術(shù)新發(fā)展的優(yōu)勢(shì),在設(shè)計(jì)初期就提出了相對(duì)于國外自動(dòng)化集裝箱碼頭自動(dòng)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(biāo)。相信我國自動(dòng)化集裝箱碼頭一定會(huì)引領(lǐng)未來自動(dòng)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)

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