黃炳林，丘耀樺

(廣州南沙聯(lián)合集裝箱碼頭有限公司，廣東 廣州 511462)

廣州港南沙港區(qū)四期工程采用“堆場箱區(qū)水平布置+智能導(dǎo)引車+單小車自動化岸邊裝卸橋”的全新自動化集裝箱碼頭技術(shù)路線[1-2]，其自動化作業(yè)模式、裝卸作業(yè)和水平運輸設(shè)備選型、集疏運特點、陸域和岸線形態(tài)等方面與其他自動化集裝箱碼頭均存在較大差異。因此需要對平面布置方案進行重點分析研究，保證自動化集裝箱碼頭高效、安全運行，提高土地集約化利用水平。

本文結(jié)合南沙四期工程自動化作業(yè)流程、設(shè)備運行特點、交通組織方案，通過分析碼頭前沿作業(yè)地帶、自動化集裝箱堆場、維修測試區(qū)等細部設(shè)計內(nèi)容，提出該自動化集裝箱碼頭技術(shù)路線的平面布置要點，為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

廣州港南沙港區(qū)四期工程建設(shè)2個10萬噸級和2個5萬噸級集裝箱船海輪泊位、12個2 000噸級集裝箱內(nèi)河駁船泊位，其中駁船泊位布置在海輪泊位側(cè)面；工程設(shè)計年通過能力480萬TEU，水水中轉(zhuǎn)比例高達75%[3]。

南沙四期工程碼頭前沿作業(yè)地帶采用自動化單小車岸橋、自動化集裝箱堆場采用自動化單懸臂軌道龍門吊和自動化雙懸臂軌道龍門吊、水平運輸采用智能導(dǎo)引車(IGV)進行自動化作業(yè)。

2 陸域平面總體布置

南沙四期工程位于廣州港南沙港區(qū)南沙作業(yè)區(qū)(龍穴島)規(guī)劃的中部挖入式港池，東南側(cè)緊鄰已建的南沙港區(qū)一期工程，陸域西側(cè)規(guī)劃物流園區(qū)，南側(cè)為在建鐵路。

基于水水中轉(zhuǎn)比例高的特點，駁船碼頭布置在海輪碼頭岸線側(cè)面，海輪碼頭與駁船碼頭在空間形態(tài)上呈一定夾角，從而實現(xiàn)江海聯(lián)運的無縫對接[4]。

根據(jù)自動化作業(yè)流程，從海側(cè)往陸側(cè)依次在港區(qū)陸域布置自動化作業(yè)區(qū)和非自動化區(qū)，其中自動化作業(yè)區(qū)包括碼頭前沿作業(yè)地帶、自動化集裝箱堆場，非自動化區(qū)包括維修測試區(qū)、閘口區(qū)、辦公區(qū)等。陸域平面布置見圖1。

圖1 陸域平面布置

3 碼頭前沿作業(yè)地帶布置

自動化碼頭的前沿作業(yè)地帶內(nèi)包含自動化作業(yè)區(qū)和非自動化作業(yè)區(qū)，其平面的合理布置是自動化裝卸工藝系統(tǒng)順暢運行及人工輔助作業(yè)可達性、便利性和安全性的重要保證。

碼頭前沿作業(yè)地帶各功能區(qū)的布置主要根據(jù)碼頭裝卸船和水平運輸作業(yè)流程，考慮盡量實現(xiàn)自動化作業(yè)功能區(qū)、非自動化作業(yè)功能區(qū)各自集中布置，同時充分利用不同功能區(qū)之間錯時使用的特點實現(xiàn)部分功能區(qū)空間重疊布置。

南沙四期工程碼頭前沿裝卸船采用岸橋軌內(nèi)作業(yè)方式，碼頭前沿作業(yè)地帶可分為多個功能區(qū)，由海側(cè)往陸側(cè)依次設(shè)置海側(cè)附屬設(shè)施區(qū)、非自動化車道、自動化裝卸車道、艙蓋板放置區(qū)、拆裝扭鎖區(qū)、IGV轉(zhuǎn)向區(qū)、檢修車道、IGV緩沖區(qū)、IGV行車道、陸側(cè)附屬設(shè)施區(qū)等，見圖2。

圖2 碼頭前沿作業(yè)地帶布置(單位：m)

3.1 海側(cè)附屬設(shè)施區(qū)

海側(cè)附屬設(shè)施區(qū)為碼頭前沿線至岸橋海側(cè)軌中心之間的區(qū)域，該區(qū)域應(yīng)根據(jù)設(shè)計船型、設(shè)計水位、船舶側(cè)搖角度、船舶艙蓋板上集裝箱的堆放高度、系船柱基礎(chǔ)、岸橋軌道梁基礎(chǔ)、船舶岸電及碼頭前沿供水供電管溝的需求等因素確定。南沙四期工程海輪泊位按靠泊10萬噸級集裝箱船設(shè)計，海側(cè)附屬設(shè)施區(qū)寬度取為3.5 m[5]，主要布置系船柱、岸橋軌道梁、船舶岸電箱、碼頭前沿供水供電管溝、岸橋系固設(shè)施等。

3.2 非自動化車道

自動化集裝箱碼頭前沿的系纜解纜作業(yè)、特殊集裝箱和危險貨物箱的裝卸船作業(yè)、海側(cè)附屬設(shè)施的檢修作業(yè)、其他輔助作業(yè)車輛的通行等通常為人工操作，不同作業(yè)之間具有一定的錯時性，因此在岸橋軌內(nèi)、靠近海側(cè)軌道一側(cè)設(shè)置綜合性的非自動化車道，寬度6.5 m，與海側(cè)軌道中心距離為2 m。

3.3 自動化裝卸車道

自動化裝卸車道主要用于自動化水平運輸設(shè)備與岸橋交互作業(yè)和通行，布置在岸橋軌內(nèi)，共6條IGV車道，車道寬度4 m。為保證IGV順利出入拆裝扭鎖區(qū)和岸橋軌內(nèi)裝卸車道，根據(jù)軌跡仿真結(jié)果，自動化裝卸車道中第2、3、5車道(以海側(cè)起算)為作業(yè)道，第1、4、6為穿行車道。自動化裝卸車道與非自動化車道之間布置寬度0.5 m的圍欄。

3.4 艙蓋板放置區(qū)

艙蓋板放置區(qū)布置在岸橋陸側(cè)軌后2.5 m，沿碼頭通長布置?？紤]到海輪碼頭設(shè)計最小靠泊船型為3萬噸級集裝箱船，同時兼顧拆裝扭鎖區(qū)的布置，艙蓋板放置區(qū)寬度取為18.5 m。

3.5 拆裝扭鎖區(qū)

船舶靠泊碼頭進行作業(yè)時，艙蓋板放置在船長對應(yīng)的艙蓋板放置區(qū)，IGV從船頭、船尾出入岸橋軌內(nèi)。南沙四期工程利用船頭、船尾的艙蓋板放置區(qū)布置移動式拆裝扭鎖區(qū)，對應(yīng)不同靠泊船舶，拆裝扭鎖區(qū)的位置是相應(yīng)移動的。拆裝扭鎖區(qū)設(shè)置6個垂直碼頭前沿線的拆裝扭鎖操作站，布置在陸側(cè)軌后5 m處。單個拆裝扭鎖操作站由1條作業(yè)車道及車道兩側(cè)的安全島組成，安全島長16 m、寬1.5 m，內(nèi)設(shè)安全崗?fù)?、扭鎖框放置區(qū)，兩側(cè)為交通標線，作業(yè)車道寬3.75 m，相鄰拆裝扭鎖操作站共用一個安全島。

3.6 IGV轉(zhuǎn)向區(qū)

IGV轉(zhuǎn)向區(qū)布置在拆裝扭鎖區(qū)后方，寬度15.5 m，另外檢修車道、特殊集裝箱和危險貨物箱裝卸船作業(yè)的行駛通道也利用轉(zhuǎn)向區(qū)布置。港內(nèi)人工駕駛集卡或檢修車輛通過該區(qū)域時采取電子鎖閉措施。

3.7 IGV緩沖區(qū)

IGV緩沖區(qū)利用行車道的第二、三車道(從海側(cè)起算)，在對應(yīng)靠泊船舶的區(qū)域平行布置緩沖車位，緩沖車位距離拆裝扭鎖區(qū)根據(jù)軌跡模擬結(jié)果取為22 m。

3.8 IGV行車道

IGV行車道布置在緩沖區(qū)后方、自動化集裝箱堆場前方，共布置6條車道，寬度24 m。

3.9 陸側(cè)附屬設(shè)施區(qū)

陸側(cè)附屬設(shè)施區(qū)布置在行車道與自動化堆場之間，寬度4 m，布置照明鐵塔、5G基站、攝像機等。

4 自動化集裝箱堆場布置

自動化集裝箱堆場是自動化集裝箱碼頭的核心區(qū)域，關(guān)系到碼頭整體堆存能力和作業(yè)效率，其平面布置需要結(jié)合總體技術(shù)路線、集疏運特點、裝卸設(shè)備運行特點和陸域條件等因素確定。

南沙四期工程具有以下特點：集裝箱水水中轉(zhuǎn)比例高、岸線布置采用在海輪碼頭側(cè)邊獨立設(shè)置駁船碼頭的形態(tài)、堆場內(nèi)集裝箱運輸工藝流向以平行于海輪泊位方向為主等。自動化集裝箱堆場采用空間隔離型平行布置的形式，集裝箱在堆場內(nèi)采用IGV直接進入堆箱區(qū)側(cè)邊的邊裝卸作業(yè)方式，陸路集疏運集裝箱利用獨立的交互區(qū)實現(xiàn)港內(nèi)外交互。自動化集裝箱堆場主要由自動化集裝箱堆箱區(qū)、港內(nèi)外集卡交互區(qū)及相關(guān)附屬設(shè)施組成。堆場裝卸設(shè)備采用單懸臂自動化集裝箱軌道龍門吊(ARMG)，交互區(qū)臨時堆場裝卸設(shè)備采用雙懸臂自動化集裝箱軌道龍門吊(ARMG)，IGV與港外集卡均采用邊裝卸的作業(yè)方式，見圖3。

圖3 自動化集裝箱堆場布置(單位：m)

4.1 自動化集裝箱堆箱區(qū)

自動化集裝箱堆場布置在碼頭前沿作業(yè)地帶后方。根據(jù)陸域形態(tài)，沿海輪碼頭岸線方向布置A～F共6塊堆場；沿縱深方向上，A～E堆場均布置11個箱區(qū)，F(xiàn)堆場布置2個箱區(qū)，其中靠海側(cè)9個箱區(qū)為重箱和冷藏箱堆場，靠陸側(cè)2個箱區(qū)為空箱堆場。

自動化箱區(qū)采用“背靠背”成組布置模式。單懸臂ARMG軌距31 m，軌距內(nèi)堆10排重(冷)箱或11排空箱。各箱區(qū)單懸臂ARMG懸臂下設(shè)置1條IGV裝卸作業(yè)車道和1條IGV超車道，單車道寬度4 m，IGV裝卸作業(yè)車道與懸臂側(cè)軌道中心線間安全距離2 m。單懸臂ARMG懸臂側(cè)相鄰區(qū)域兩軌道中心線間距為20 m(無高桿燈和照明鐵塔)和24 m(設(shè)高桿燈和照明鐵塔)；非懸臂側(cè)相鄰區(qū)域兩軌道中心線間距為6.5 m，除布置軌道龍門吊高壓接電井、拖輪槽外，該區(qū)域還兼顧消防和檢修車通行功能。

4.2 港內(nèi)外集卡交互區(qū)

港內(nèi)外集卡交互區(qū)布置在自動化集裝箱堆場后方，設(shè)置1個臨時堆場，長度1 235 m。

港內(nèi)外集卡交互區(qū)雙懸臂ARMG軌距31 m，軌距內(nèi)堆10排箱。ARMG海側(cè)懸臂下設(shè)置1條IGV裝卸作業(yè)車道和2條IGV超車道，單車道寬4 m，IGV裝卸作業(yè)車道與ARMG海側(cè)軌中心線安全距離為2 m；ARMG陸側(cè)懸臂下設(shè)置1條港外集卡裝卸作業(yè)車道和1條超車道，單車道寬3.5 m。

港內(nèi)外集卡交互區(qū)在對應(yīng)堆場內(nèi)縱向道路的位置預(yù)留遠期改造為通道的可能，遠期混行功能實現(xiàn)時交互區(qū)可直接作為堆場使用。

4.3 附屬設(shè)施

堆場內(nèi)附屬設(shè)施包括自動充電站、高桿燈(照明鐵塔)、5G基站、攝像機、消火栓、排水設(shè)施、圍網(wǎng)等。

IGV自動充電站布置在堆場3個變電所附近，共7個、36套IGV充電設(shè)施，IGV采用端部充電方式。

高桿燈(照明鐵塔)布置在單懸臂ARMG懸臂側(cè)，距離縱向道路30 m，占用寬度4 m。5G基站集成在照明鐵塔上布置，間距約500 m。堆場內(nèi)所有高桿燈(照明鐵塔)均設(shè)置攝像機，其他橫向道路、箱區(qū)變裝卸車道和縱向道路的交叉路口處，攝像機均布置在立桿上方。攝像機立桿布置在箱區(qū)端部的軌內(nèi)。

堆場西側(cè)在IGV車道和人工車道之間布置圍網(wǎng)，對應(yīng)堆場內(nèi)橫向道路設(shè)置2個門禁。圍網(wǎng)高度1.2 m、區(qū)域?qū)挾?.5 m。

交接區(qū)港外集卡作業(yè)車道與ARMG陸側(cè)軌之間布置圍網(wǎng)，在交接區(qū)兩端各設(shè)置1個門禁?？紤]交接區(qū)拖纜槽布置要求，圍網(wǎng)距離軌道2.75 m、高度1.1 m。

5 維修測試區(qū)布置

維修測試區(qū)是自動化集裝箱碼頭必備的配套功能區(qū)，主要為港內(nèi)裝卸設(shè)備、運輸設(shè)備提供維修、保養(yǎng)等服務(wù)。自動化集裝箱碼頭水平運輸設(shè)備為自動化設(shè)備，并且通常采用電力驅(qū)動，與傳統(tǒng)碼頭相比，自動化碼頭除常規(guī)維修功能外，還需要增加自動化水平運輸設(shè)備維修和測試功能。因此自動化集裝箱碼頭維修測試區(qū)的布置需要結(jié)合自動化水平運輸設(shè)備的特點、碼頭前沿和堆場自動化作業(yè)區(qū)的布置綜合確定。

南沙四期工程IGV可在碼頭前沿和堆場內(nèi)行駛，其維修測試區(qū)布置在堆場側(cè)邊、與堆場自動化作業(yè)區(qū)域無縫連接，包括常規(guī)維修區(qū)和自動化維修測試區(qū)。維修場地、IGV測試區(qū)、輔助建筑物見圖4。

圖4 維修測試區(qū)布置

常規(guī)維修區(qū)包括常規(guī)機修車間、工具材料庫、維修區(qū)辦公室、吊具棚、維修場地、廢電池間、廢鋼絲繩和廢鋼材間、含油污水處理站，其中維修區(qū)辦公室布置在機修車間和吊具棚二層。維修場地布置在常規(guī)機修車間、工具材料庫、吊具棚出入口前方，兼顧流動設(shè)備停放使用，維修場地四周布置截水溝。

自動化維修測試區(qū)包括IGV維修車間、緩沖場地和測試區(qū)。IGV維修車間與常規(guī)機修車間、工具材料庫、吊具棚按T形布置，寬度27 m，考慮IGV直接進入車間內(nèi)維修，坡道的坡度為4.5%。緩沖場地布置在IGV維修車間正前方，緩沖場地與自動化作業(yè)區(qū)通過緩沖通道連接?？紤]IGV駛出緩沖通道后可以進入維修車間內(nèi)每個維修工位的要求，緩沖場地尺寸為55 m×40 m。緩沖通道考慮IGV的長度、停車需要的距離等，長度取20 m、寬度取7.5 m。緩沖通道四周設(shè)置圍網(wǎng)，兩端設(shè)置聯(lián)動的門禁，IGV從自動化作業(yè)區(qū)進入緩沖通道后退出自動駕駛模式，位于自動化作業(yè)區(qū)一側(cè)的門禁關(guān)閉，位于緩沖場地一側(cè)的門禁相應(yīng)開啟，然后由人工控制IGV駛出緩沖通道，此時位于緩沖場地一側(cè)的門禁關(guān)閉，另一側(cè)門禁相應(yīng)開啟。

IGV測試區(qū)布置在集裝箱堆場東側(cè)、工作船碼頭后方，根據(jù)陸域形狀布置為梯形場地，長邊約為130 m，短邊分別為28、80 m，四周設(shè)置圍網(wǎng)。測試區(qū)滿足IGV直線行駛、斜行、掉頭、S彎道行駛等功能的測試。IGV測試區(qū)與緩沖場地相鄰的一側(cè)設(shè)置測試區(qū)入口，另一側(cè)設(shè)置測試區(qū)出口。測試區(qū)出口與自動化作業(yè)區(qū)通過緩沖通道連接，長度20 m、寬度7.5 m；緩沖通道四周設(shè)置圍網(wǎng)，兩端設(shè)置聯(lián)動的門禁。

6 辦公區(qū)及閘口區(qū)

根據(jù)港內(nèi)外集卡交互區(qū)作業(yè)流程，以及陸域中間突出的特點，辦公區(qū)布置在后方陸域中部，包括辦公、住宿及相關(guān)配套建筑。

閘口區(qū)布置見圖5。閘口區(qū)包括進港閘口、出港閘口、閘口緩沖區(qū)。港區(qū)進出閘口綜合考慮周邊水域、鐵路、規(guī)劃、港外道路等因素，布置在陸域東南角、一期工程和鐵路下沉段之間，采用分離式布置形式。進港、出港閘口分別布置在北側(cè)和南側(cè)，采用3道閘口形式，1#閘口為預(yù)檢閘口，設(shè)置OCR功能；2#閘口為控制閘口；3#閘口為放行閘口。出港2#閘口與3#閘口之間設(shè)置返回車道。進港2#閘口與3#閘口之間提供外集卡進入交互區(qū)的管理、進港空箱驗箱、進出港異常集裝箱和車輛問題的處理、進港集裝箱調(diào)箱門等功能。辦公車道布置在進港、出港閘口中間。

圖5 閘口區(qū)布置

7 結(jié)語

1)碼頭前沿裝卸船采用軌內(nèi)作業(yè)方式時，海側(cè)向陸側(cè)依次設(shè)置海側(cè)附屬設(shè)施區(qū)、非自動化車道、自動化裝卸車道、檢修車道、艙蓋板放置區(qū)、拆裝扭鎖區(qū)、自動化水平運輸設(shè)備轉(zhuǎn)向區(qū)、自動化水平運輸設(shè)備緩沖區(qū)、自動化水平運輸設(shè)備行車道、陸側(cè)附屬設(shè)施區(qū)等功能區(qū)。主要根據(jù)碼頭裝卸船和水平運輸作業(yè)流程，考慮按自動化作業(yè)功能區(qū)、非自動化作業(yè)功能區(qū)集中布置的原則確定碼頭前沿作業(yè)地帶各功能區(qū)的布置。

2)空間隔離型平行布置的自動化集裝箱堆場主要由自動化集裝箱堆箱區(qū)、港內(nèi)外集卡交互區(qū)及相關(guān)附屬設(shè)施組成，需要結(jié)合總體技術(shù)路線、集疏運特點、裝卸設(shè)備運行特點和陸域條件等因素進行布置。

3)自動化集裝箱碼頭維修測試區(qū)包括自動化維修測試區(qū)和常規(guī)維修區(qū)，其中自動化維修測試區(qū)宜靠近自動化作業(yè)區(qū)布置。

4)堆場采用平行布置形式，同時設(shè)置相應(yīng)的橫向、縱向道路，總體布置形態(tài)與傳統(tǒng)碼頭類似，為傳統(tǒng)碼頭的自動化升級改造提供借鑒。