（海南港航國(guó)際港務(wù)有限公司，海南 ?？?578101）

0 引言

從廈門(mén)港遠(yuǎn)海碼頭的半自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)到上海洋山深水港四期工程以及青島港前灣港四期工程的全自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)，我國(guó)的自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)正處于積極探索的階段。但是目前有關(guān)集裝箱自動(dòng)化碼頭工藝與裝備技術(shù)總結(jié)還在不斷地深化中。以下就初步梳理概括了集裝箱自動(dòng)化碼頭工藝與裝備技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)未來(lái)建設(shè)打造全自動(dòng)化集裝箱碼頭的技術(shù)難點(diǎn)與發(fā)展方向進(jìn)行探索。

1 集裝箱自動(dòng)化碼頭概況

該文以國(guó)內(nèi)典型集裝箱自動(dòng)化碼頭上海洋山深水港四期工程以及青島港前灣港四期工程為例，對(duì)我國(guó)當(dāng)前集裝箱自動(dòng)化碼頭的發(fā)展情況進(jìn)行簡(jiǎn)要概述：上海洋山深水港四期工程位于小洋山島西側(cè)，岸線長(zhǎng)度2 350.0 m，平均縱深4 060.0 m，碼頭一期工程設(shè)計(jì)能力為400 萬(wàn)TEU，于2017年12 月正式投入運(yùn)營(yíng)。

該項(xiàng)目自投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)所累積形成的關(guān)鍵技術(shù)包括：在全球范圍內(nèi)首創(chuàng)61 t 的雙20 ft 箱自動(dòng)化軌道吊以及路側(cè)外集卡全自動(dòng)化作業(yè)系統(tǒng)；設(shè)備參數(shù)基于仿真平臺(tái)建設(shè)并支持個(gè)性化設(shè)計(jì)；智能化口岸監(jiān)督管理實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)、5G 通信技術(shù)以及云平臺(tái)技術(shù)的全面融合。青島港前灣港四期工程規(guī)劃建設(shè)泊位共6 個(gè)，岸線長(zhǎng)度2 088.0 m，平均縱深784.0 m，碼頭一期工程吞吐能力設(shè)計(jì)150 萬(wàn)TEU，配備雙小車(chē)橋吊，純電動(dòng)帶舉升自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)，高速軌道吊，于2017 年5 月正式投入使用，工程項(xiàng)目建設(shè)高度符合全智能化、零排放以及高效率的建設(shè)目標(biāo)，自主設(shè)計(jì)研發(fā)并集成，自投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)所累積形成的關(guān)鍵技術(shù)包括：在全球范圍內(nèi)首創(chuàng)基于L-AGV 的自動(dòng)循環(huán)充電技術(shù)，具有重量輕、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)；創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)軌道吊系統(tǒng)的一鍵錨定精準(zhǔn)定位；對(duì)橋吊主梁后伸距進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，于全球范圍內(nèi)首創(chuàng)非等長(zhǎng)后伸距雙小車(chē)岸橋，在節(jié)約建設(shè)成本以及裝備制造成本方面有非常突出的貢獻(xiàn)；實(shí)現(xiàn)了基于機(jī)器人技術(shù)自動(dòng)拆裝集裝箱鈕鎖工藝的自主研發(fā)與設(shè)計(jì)制造。

2 集裝箱自動(dòng)化碼頭的優(yōu)點(diǎn)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和技術(shù)上的突飛猛進(jìn)，我國(guó)已然成為了當(dāng)前第一運(yùn)輸國(guó)和集裝箱生產(chǎn)國(guó)。但是需要注意的是，在目前我國(guó)集裝箱生產(chǎn)的經(jīng)營(yíng)狀況仍然存在著許多問(wèn)題。當(dāng)前，我國(guó)的集裝箱碼頭在自動(dòng)化方面仍然需要繼續(xù)深造，加強(qiáng)研究和創(chuàng)新，努力實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，發(fā)揮出自動(dòng)化管理模式的價(jià)值。并且，自動(dòng)化管理與傳統(tǒng)的管理模式相比，集裝箱自動(dòng)化碼頭明顯有巨大的優(yōu)勢(shì)。首先，采用自動(dòng)化的管理模式對(duì)集裝箱碼頭進(jìn)行生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)，能夠保證生產(chǎn)作業(yè)的安全。由于集裝箱自動(dòng)化碼頭在運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中會(huì)按照設(shè)定好的計(jì)算程序來(lái)進(jìn)行運(yùn)營(yíng)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠增強(qiáng)其穩(wěn)定性和可靠性。其次，自動(dòng)化管理能夠在很大程度上解放勞動(dòng)力，將降低勞動(dòng)強(qiáng)度，以自動(dòng)化起重機(jī)（圖1）為例，其能夠有效地提升勞動(dòng)效率。再次，自動(dòng)化的集裝箱碼頭在進(jìn)行裝配和作業(yè)的過(guò)程中，能夠很大程度地改善交通情況，可以降低水平運(yùn)輸?shù)木嚯x。最后，還可以提升港口區(qū)域的土地利用率，集裝箱自動(dòng)化碼頭具備著高密度和堆積容量大的優(yōu)勢(shì)。

3 工藝裝備技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 工藝技術(shù)

根據(jù)國(guó)內(nèi)外集裝箱自動(dòng)化碼頭的建設(shè)現(xiàn)狀來(lái)看，常見(jiàn)的自動(dòng)化裝卸工藝模式主要可以概括為3 種類(lèi)型。1）基于雙小車(chē)岸橋，自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)以及自動(dòng)化軌道吊相結(jié)合的裝卸工藝模式，這種模式將雙小車(chē)岸橋應(yīng)用于前沿裝卸，依托于中轉(zhuǎn)平臺(tái)解決小車(chē)作業(yè)耦合問(wèn)題，堆場(chǎng)采用自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)完成裝卸，水平運(yùn)輸通過(guò)自動(dòng)化軌道吊實(shí)現(xiàn)，涵蓋閘口操作、海側(cè)運(yùn)輸以及堆場(chǎng)裝卸等在內(nèi)的工藝過(guò)程均已實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化。2）基于單小車(chē)岸橋，自動(dòng)跨運(yùn)車(chē)以及自動(dòng)化軌道吊相結(jié)合的裝卸工藝模式，這種模式引入自動(dòng)跨運(yùn)車(chē)實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)輸，解決岸橋與水平運(yùn)輸間的耦合問(wèn)題，目前多見(jiàn)于半自動(dòng)碼頭升級(jí)改造工程中，可以最大限度地利用既有裝備技術(shù)，有良好的發(fā)展前景。3）基于雙小車(chē)岸橋，自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)以及自動(dòng)化輪胎吊相結(jié)合的裝卸工藝模式，在整體布局上堆場(chǎng)與碼頭岸線保持平行，對(duì)減少地震危害控制投資有積極意義，雖然應(yīng)用相對(duì)較少，但對(duì)于我國(guó)一些半自動(dòng)化碼頭升級(jí)改造也有一定的借鑒意義。

3.2 裝備技術(shù)

圖1 集裝箱自動(dòng)化起重機(jī)

目前集裝箱自動(dòng)化碼頭裝備根據(jù)使用情境可以分為前沿裝卸、堆場(chǎng)裝卸以及水平運(yùn)輸裝備這3 大類(lèi)型[1]。其中，前沿裝卸設(shè)備以雙小車(chē)岸橋?yàn)橹鳎壳耙呀?jīng)從人工操作過(guò)渡至遠(yuǎn)程控制，相關(guān)技術(shù)發(fā)展比較成熟。堆場(chǎng)裝卸設(shè)備可以分為ARMG 以及ARTG 這兩大類(lèi)型，其中以自動(dòng)化軌道式集裝箱門(mén)式起重機(jī)的應(yīng)用比較廣泛，軌道式集裝箱門(mén)式起重機(jī)可以根據(jù)堆場(chǎng)的實(shí)際要求，按照堆三過(guò)四或者堆四過(guò)五的方式確定起重機(jī)自身起升高度，由于起升高度不高，因而起升速度相應(yīng)較低，大車(chē)運(yùn)行速度高。但是需要注意的是，當(dāng)跨度達(dá)到40.0 m 以上時(shí)，高速運(yùn)行狀態(tài)下容易因門(mén)腿運(yùn)行阻力不同產(chǎn)生一定程度的偏移，因此需要設(shè)置電氣控制化的同步裝置，確保兩側(cè)門(mén)腿運(yùn)行機(jī)構(gòu)速度的一致性。水平運(yùn)輸設(shè)備則以跨運(yùn)車(chē)以及自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)為主，目前全自動(dòng)碼頭中對(duì)自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)的應(yīng)用相對(duì)較多。我國(guó)自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)發(fā)展歷程較短，但是一直以來(lái)不斷加大在這一領(lǐng)域的投入，以改變我國(guó)AGV 長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口的局面。經(jīng)過(guò)不懈地努力，終于取得了一定的成效，北京起重運(yùn)輸機(jī)械研究所、清華大學(xué)、中國(guó)郵政科學(xué)院郵政科學(xué)研究規(guī)劃院、中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化所、大連組合機(jī)床研究所、國(guó)防科技大學(xué)和華東工學(xué)院都在進(jìn)行不同類(lèi)型的自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)的研制并小批投入生產(chǎn)，并在工程實(shí)踐中取得了滿意的效果。

4 技術(shù)研究方向展望

4.1 集裝箱自動(dòng)解鎖技術(shù)

國(guó)內(nèi)外均處于有關(guān)自動(dòng)化碼頭智能化解鎖裝置的研發(fā)應(yīng)用探索階段中，并取得了一定的研究成果，但同時(shí)有關(guān)集裝箱鎖墊的標(biāo)準(zhǔn)尚不統(tǒng)一，種類(lèi)較多，給全自動(dòng)化拆裝作業(yè)的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。因此，必須嘗試以機(jī)器人技術(shù)為依托，對(duì)自動(dòng)拆裝所電設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化研究，一方面有助于鎖墊拆裝作業(yè)效率的提升，另一方面達(dá)到實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化碼頭作業(yè)的目的，實(shí)現(xiàn)行業(yè)統(tǒng)一鎖墊配置標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 海鐵聯(lián)運(yùn)技術(shù)

鐵路與集裝箱自動(dòng)化碼頭聯(lián)合運(yùn)輸對(duì)于大物流體系實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建智慧化港口以及實(shí)現(xiàn)多式聯(lián)運(yùn)具有非常重要的意義。目前，還較少有圍繞自動(dòng)化海鐵聯(lián)運(yùn)布置方式，裝卸工藝以及裝卸設(shè)備問(wèn)題展開(kāi)研究的文獻(xiàn)，并且兩者如何實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的全面共享也是難點(diǎn)所在。

4.3 自動(dòng)化碼頭智能化運(yùn)行平臺(tái)

發(fā)展集裝箱自動(dòng)化碼頭需要依托于大量港口系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用工作，碼頭內(nèi)部各個(gè)系統(tǒng)間網(wǎng)絡(luò)連接，碼頭與港口網(wǎng)絡(luò)連接以及大數(shù)據(jù)信息傳輸都需要依賴(lài)良好的技術(shù)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，還應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)搭建的基礎(chǔ)上建立涵蓋船舶作業(yè)數(shù)據(jù)在內(nèi)的大數(shù)據(jù)解決方案，達(dá)到港航級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，以面向“互聯(lián)網(wǎng)＋”背景下的港口物流系統(tǒng)提供智能化技術(shù)支持，為智慧港口建設(shè)提供服務(wù)與參考。

5 結(jié)語(yǔ)

在工業(yè)4.0 的全新時(shí)代背景下，智慧港口已經(jīng)發(fā)展成為港口建設(shè)的必然方向，構(gòu)建具有高度有效性以及可靠性特點(diǎn)的自動(dòng)化集裝箱碼頭對(duì)于智慧港口建設(shè)而言意義重大。該文即對(duì)當(dāng)前集裝箱自動(dòng)化碼頭在工藝以及裝備技術(shù)方面的發(fā)展情況進(jìn)行概括，并簡(jiǎn)要展望了未來(lái)工藝技術(shù)的發(fā)展方向，希望能夠有助于我國(guó)智慧港口建設(shè)與發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。