許鴻貫，王 烽，麥宇雄，王志斌

(中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510290)

自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)是自動(dòng)化集裝箱碼頭的核心組成部分，與鐵水聯(lián)運(yùn)、水水中轉(zhuǎn)、陸路運(yùn)輸?shù)燃柽\(yùn)方式密切相關(guān)，是裝卸工藝流程中實(shí)現(xiàn)港內(nèi)和港外交互的極其重要的環(huán)節(jié)，力求與碼頭前沿裝卸系統(tǒng)、水平運(yùn)輸系統(tǒng)及閘口系統(tǒng)等形成有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)綜合效益最大化。筆者結(jié)合新形勢(shì)下欽州港自動(dòng)化集裝箱碼頭發(fā)展的要求和港口運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，力求探索一種新的建設(shè)模式，創(chuàng)新設(shè)計(jì)自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)平面布置，適應(yīng)欽州港自動(dòng)化集裝箱碼頭的堆場(chǎng)布置及項(xiàng)目的功能定位和特點(diǎn)，解決高速軌道吊對(duì)稱接力能耗高、裝卸點(diǎn)集中且不足及海鐵聯(lián)運(yùn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的問(wèn)題。

1 工程概況

廣西欽州港地處東南亞與中國(guó)大西南兩個(gè)輻射扇面中心，區(qū)位優(yōu)勢(shì)非常突出。欽州港自動(dòng)化集裝箱碼頭[1]包括7#～10#泊位，位于大欖坪南作業(yè)區(qū)已建6#泊位以南、港外路及已建集裝箱中心站以西、規(guī)劃大欖坪南作業(yè)區(qū)11#泊位以北地塊內(nèi)，碼頭岸線南北走向，泊位總長(zhǎng)1 301.5 m，東西向縱深800～1 000 m，總占地面積約114萬(wàn)m2。綜合考慮土地條件、滿足碼頭年設(shè)計(jì)通過(guò)能力260萬(wàn)TEU、輔建區(qū)布置和碼頭前沿作業(yè)地帶寬度等因素[2]，確定堆場(chǎng)區(qū)縱深575 m。已建或在建的自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)垂直于碼頭布置形式[3]和平行于碼頭布置形式，均無(wú)法很好適應(yīng)欽州港自動(dòng)化集裝箱碼頭“出箱點(diǎn)要求高、陸路運(yùn)輸比例高達(dá)60%、海鐵聯(lián)運(yùn)無(wú)縫銜接”的特點(diǎn)，也不能解決傳統(tǒng)自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)高速軌道吊水平運(yùn)輸能耗居高不下和交互點(diǎn)集中等突出問(wèn)題，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)提出一種創(chuàng)新的U形垂直布置的港口模式，見(jiàn)圖1。

圖1 堆場(chǎng)平面布置

2 新形勢(shì)下欽州港自動(dòng)化集裝箱碼頭的要求

欽州港自動(dòng)化集裝箱碼頭是國(guó)家戰(zhàn)略西部陸海新通道最便捷的出?？诤椭匾?jié)點(diǎn)，到2025年基本建成經(jīng)濟(jì)、高效、便捷、綠色、安全的西部陸海新通道。欽州港自動(dòng)化集裝箱碼頭的要求包括：

1)打造具有國(guó)際影響力的廣西北部灣國(guó)際門(mén)戶港，到2025年，初步確立國(guó)際門(mén)戶港，北部灣港集裝箱吞吐量達(dá)到1 000萬(wàn)TEU，提升大型化、專業(yè)化、智能化的整體服務(wù)水平。

2)集疏運(yùn)方式多，覆蓋鐵路、水路、公路等運(yùn)輸方式。積極探索西部陸海新通道遠(yuǎn)期實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的海鐵聯(lián)運(yùn)方案，滿足自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)和鐵路集裝箱中心站之間集裝箱運(yùn)輸?shù)娜詣?dòng)化無(wú)縫銜接。

3)助力建設(shè)經(jīng)濟(jì)、高效、便捷、綠色、安全的西部陸海新通道。集裝箱堆場(chǎng)需充分結(jié)合項(xiàng)目的功能定位和“出箱點(diǎn)要求高、陸路運(yùn)輸比例高達(dá)60%、海鐵聯(lián)運(yùn)無(wú)縫銜接”的特點(diǎn)，解決傳統(tǒng)自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)高速軌道吊水平運(yùn)輸[4]能耗居高不下和交互點(diǎn)集中等突出問(wèn)題。

3 欽州港自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

3.1 堆場(chǎng)平面布置及創(chuàng)新設(shè)計(jì)

欽州港自動(dòng)化集裝箱碼頭“U形垂直布置”形式[5]可實(shí)現(xiàn)港外集卡和港內(nèi)智能導(dǎo)引運(yùn)輸車(intelligent guided vehicle，IGV)直接進(jìn)入堆場(chǎng)作業(yè)，外集卡車輛進(jìn)入堆場(chǎng)作業(yè)及通行的通道呈U形(圖2)，推動(dòng)堆場(chǎng)布置從“端裝卸”到“邊裝卸”轉(zhuǎn)變。

圖2 U形垂直布置標(biāo)準(zhǔn)段平面

1)從自動(dòng)化區(qū)域和非自動(dòng)化區(qū)域界面突破。秉持“交通分離、交互簡(jiǎn)潔、直進(jìn)直出”的核心設(shè)計(jì)理念，提出了一種全新的U形全自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)建設(shè)方案，突破了傳統(tǒng)自動(dòng)化水平運(yùn)輸區(qū)域僅限于碼頭前沿作業(yè)地帶和集裝箱堆場(chǎng)端部裝卸的桎梏，既可實(shí)現(xiàn)港外集卡和港內(nèi)自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備IGV直接進(jìn)入堆場(chǎng)進(jìn)行裝卸作業(yè)，同時(shí)又能比較容易地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化區(qū)域和非自動(dòng)化區(qū)域界面有效物理隔離。共布置21條箱區(qū)，編號(hào)為01～21，近期每個(gè)堆場(chǎng)配置2臺(tái)軌距37 m的雙懸臂自動(dòng)化低速軌道吊，遠(yuǎn)期可根據(jù)生產(chǎn)需求適時(shí)進(jìn)行拓展，其中堆場(chǎng)內(nèi)布置2條港外集卡返回車道的軌內(nèi)考慮設(shè)置9排箱、其余箱區(qū)設(shè)置12排箱，物理隔離圍網(wǎng)布置在港外集卡U形車道的兩側(cè)，U形車道與港外集卡港內(nèi)通道橫二路相接，圍網(wǎng)高度1.2 m，標(biāo)準(zhǔn)段間距按3 m考慮，圍網(wǎng)布置見(jiàn)圖1、2。

2)從裝卸方式突破，裝卸點(diǎn)數(shù)量大幅提高。傳統(tǒng)自動(dòng)化裝箱堆場(chǎng)高速軌道吊能耗居高不下、裝卸點(diǎn)相對(duì)集中，如何有效降低能耗成為備受關(guān)注的焦點(diǎn)，同時(shí)端部裝卸難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期堆場(chǎng)與空中軌道車的銜接。基于上述因素的種種限制，突破傳統(tǒng)的堆場(chǎng)端部裝卸，改變傳統(tǒng)自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)端部裝卸方式為邊裝卸方式，選擇懸臂軌道吊，不再需要通過(guò)高速軌道吊帶箱行駛完成堆場(chǎng)集裝箱的水平運(yùn)輸功能，大大減少了軌道吊的行駛距離，在有效降低能耗的同時(shí)也提高了裝卸作業(yè)效率。本項(xiàng)目采用雙懸臂軌道吊，兩側(cè)懸臂分別滿足港外集卡和港內(nèi)IGV邊裝卸的作業(yè)要求，其中港外集卡車道的相鄰箱區(qū)間兩軌中心距為18.5 m、IGV車道的相鄰箱區(qū)間兩軌中心距為20 m，港外集卡U形車道和IGV車道間隔交替布置，斷面見(jiàn)圖3。

圖3 堆場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)斷面(單位：m。下同)

3)從設(shè)備選型突破，降低設(shè)備能耗、提高裝卸效率。傳統(tǒng)自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)裝卸設(shè)備采用無(wú)懸臂高速軌道吊，帶箱行駛完成堆場(chǎng)集裝箱的水平運(yùn)輸能耗居高不下；堆場(chǎng)裝卸方式采用邊裝卸后，水平運(yùn)輸設(shè)備直接進(jìn)入堆場(chǎng)，軌道吊不再需要帶箱行駛，可采用低速懸臂自動(dòng)化軌道吊，水平運(yùn)輸作業(yè)采用新型智能導(dǎo)引車(IGV)，堆場(chǎng)內(nèi)外集卡卸運(yùn)輸通道呈U型布置，外集卡與IGV可直接進(jìn)入堆場(chǎng)進(jìn)行作業(yè)，可滿足自動(dòng)化運(yùn)行區(qū)和非自動(dòng)化運(yùn)行區(qū)物理隔離，交通分流，互不干涉。與傳統(tǒng)自動(dòng)化集裝箱箱碼頭相比，本方案設(shè)備投資更低、運(yùn)維成本更少、能耗更低，可有效降低堆場(chǎng)操作系數(shù)50%～60%。

4)從全自動(dòng)化海鐵聯(lián)運(yùn)方式突破，打通海鐵聯(lián)運(yùn)“最后一公里”，遠(yuǎn)期實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化連接。西部地區(qū)是欽州港自動(dòng)化集裝箱碼頭業(yè)務(wù)的重點(diǎn)腹地，鐵路運(yùn)輸比例在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)會(huì)持續(xù)上漲，是欽州港打造海鐵聯(lián)運(yùn)示范項(xiàng)目的重要組成部分，國(guó)內(nèi)外無(wú)成熟技術(shù)方案可供借鑒。按照“統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實(shí)施”的原則，近期考慮通過(guò)人工集卡與集裝箱中心站連接完成水平運(yùn)輸；遠(yuǎn)期通過(guò)布置2條空中軌道車線路，直接進(jìn)入堆場(chǎng)(近期作為IGV裝卸作業(yè)車道)，擬將11、12、19、20號(hào)堆場(chǎng)作為海鐵聯(lián)運(yùn)集裝箱堆場(chǎng)，港外集卡U形車道的駛?cè)胲嚨栏脑斐煽罩熊壍儡囃ǖ?，U形車道駛出車道改造成集裝箱堆場(chǎng)，空中軌道車路線見(jiàn)圖1?？蓾M足多點(diǎn)作業(yè)要求，充分發(fā)揮空中軌道車集疏運(yùn)體系優(yōu)勢(shì)，快速疏解集裝箱，滿足近期和遠(yuǎn)期的有效過(guò)渡，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化集裝箱碼頭與鐵路集裝箱辦理站全自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)?？罩熊壍儡囋诙褕?chǎng)中的銜接斷面見(jiàn)圖4。

圖4 空中軌道車與堆場(chǎng)銜接斷面

5)端部堆場(chǎng)考慮應(yīng)急搶箱功能。集裝箱堆場(chǎng)單條箱區(qū)海側(cè)和陸側(cè)各50 m范圍內(nèi)考慮正面吊荷載，以便于軌道吊故障處于應(yīng)急狀態(tài)時(shí)，正面吊通過(guò)外集卡車道進(jìn)入堆場(chǎng)海側(cè)和陸側(cè)50 m范圍內(nèi)的堆箱區(qū)，進(jìn)場(chǎng)搶箱作業(yè)。

3.2 堆場(chǎng)照明

堆場(chǎng)照明的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域是堆場(chǎng)中港外人工集卡行駛的U形車道的非自動(dòng)化區(qū)域，自動(dòng)化區(qū)域?qū)φ彰鞯囊蟛桓摺Ｏ啾葌鹘y(tǒng)垂直布置的端裝卸全自動(dòng)化堆場(chǎng)，本項(xiàng)目提出的堆場(chǎng)布置裝卸方式為邊裝卸，港外人工集卡須直接進(jìn)入堆場(chǎng)作業(yè)，照明區(qū)域發(fā)生較大的變化，照明區(qū)域需深入堆場(chǎng)且較分散，若采用傳統(tǒng)高桿燈的照明方式，存在非高桿燈附近的區(qū)域受堆場(chǎng)集裝箱堆高遮擋的影響而引起背光，照明效果不佳，同時(shí)高桿燈高度較高且與堆場(chǎng)軌道吊在空間有交叉，高桿需占用獨(dú)有的位置，對(duì)平面布置有一定的影響。因此，如何確保港外人工集卡車道按照度要求實(shí)現(xiàn)全覆蓋是方案面臨的挑戰(zhàn)，筆者提出了“精細(xì)化劃分照明區(qū)域”的設(shè)計(jì)理念，沿著港外集卡U形車道布置5 m高LED路燈，黃色光源，1×100 W燈具，間距15 m，平均照度按不低于10 lx。綜合考慮軌道吊的設(shè)備、裝卸箱作業(yè)受影響情況和照度等因素，確定高度和間距，路燈位置與堆場(chǎng)物理隔離圍網(wǎng)在同一直線上，路燈基礎(chǔ)與物理隔離圍網(wǎng)基礎(chǔ)可共用，實(shí)現(xiàn)了路燈與物理隔離圍網(wǎng)的集成，充分利用了有限的空間，有效解決了高桿燈堆場(chǎng)全覆蓋能耗高且照明效果不佳的難題。斷面見(jiàn)圖2。

3.3 堆場(chǎng)排水

堆場(chǎng)雨水排水管網(wǎng)采用重力流管道，按規(guī)范要求排水主管敷設(shè)坡度不應(yīng)小于1.5‰，因此雨水主管不宜過(guò)長(zhǎng)，否則將造成雨水管道排?？诟叱痰?、影響排水效果、末端管道埋深較深的問(wèn)題。本項(xiàng)目的堆場(chǎng)縱深約575 m，垂直布置的堆場(chǎng)縱深比傳統(tǒng)垂直布置的縱深大約多150 m，傳統(tǒng)雨水主管網(wǎng)“一坡到底”將帶來(lái)管道敷設(shè)大挖大填、增加工程造價(jià)、受潮位影響的問(wèn)題，增加施工難度和工期。本工程細(xì)分匯水區(qū)域，提出“分段式布置”排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)理念，將堆場(chǎng)排水主管管網(wǎng)分成前段和后段，末端管道埋深得到較好控制、有效縮短單段雨水主管網(wǎng)的長(zhǎng)度，達(dá)到70%的后段雨水主管埋深減少約0.4 m，管徑由原設(shè)計(jì)DN1650減小至DN800，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 堆場(chǎng)地下管線布置

本項(xiàng)目提出的堆場(chǎng)布置形式可供地下管道工程利用的空間非常緊張，按照土地集約化利用的原則，提出“淺窄型綜合管溝”的設(shè)計(jì)理念，具有開(kāi)挖深度小、占地少的優(yōu)點(diǎn)，可節(jié)約寶貴的土地資源、充分利用堆場(chǎng)之間有限地下空間布置配套工程的管道。打破傳統(tǒng)的地下管線直埋敷設(shè)方式，融入全生命周期元素，盡可能消除直埋敷設(shè)方式運(yùn)營(yíng)期不利于查找管道損壞位置、維修難度大、維修費(fèi)用高和對(duì)生產(chǎn)影響大的隱患，可避免管道維修頻繁開(kāi)挖、地基不均勻沉降造成管線管套松脫或者水管漏水等問(wèn)題，易維護(hù)和管理，延長(zhǎng)管道的使用壽命，專業(yè)化、集約化利用地下空間。

結(jié)合堆場(chǎng)平面布置及消防、通信、控制、供電照明等配套工程和遠(yuǎn)期擴(kuò)展的需求，針對(duì)管線相對(duì)集中的路徑，在編號(hào)05、07、11、13和17堆場(chǎng)外集卡進(jìn)入堆場(chǎng)車道邊與堆場(chǎng)軌道之間非常有限的空間，縱向設(shè)置淺窄型綜合管溝，將供電電纜、通信、控制、消防管道等非重力流管道布置在淺窄型綜合管溝內(nèi)，結(jié)合該區(qū)域可利用的空間，考慮與軌道吊的電纜槽進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，淺窄型綜合管溝的外輪廓尺寸為1.0 m×0.85 m(寬×深)，見(jiàn)圖5，滿足管道的敷設(shè)及維修空間，溝壁厚0.15 m，同時(shí)在需設(shè)置地下消火栓位置通過(guò)淺窄型綜合管溝局部加深實(shí)現(xiàn)，極大發(fā)揮了有限空間的利用率，見(jiàn)圖6。淺窄型綜合管溝內(nèi)還需要考慮排走雨水積水，在溝底部設(shè)置DN150預(yù)埋排水管道接至就近雨水檢查井，溝頂蓋板采用厚度10 mm的鋼蓋板并設(shè)置檢修提手。淺窄型綜合管溝斷面小、開(kāi)挖少，尤其在空間有限的堆場(chǎng)有較突出的優(yōu)勢(shì)，最終達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的效果。

圖5 淺窄型綜合管溝斷面

圖6 地下消火栓位置局部加深段斷面

4 結(jié)論

1)創(chuàng)新性提出一種“U形垂直布置”全自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)建設(shè)模式，推動(dòng)傳統(tǒng)自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)垂直布置從“端裝卸”到“邊裝卸”轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化區(qū)域和非自動(dòng)化區(qū)域界面分隔、堆場(chǎng)裝卸方式和設(shè)備選型等方面的突破；探索一種全自動(dòng)化海鐵聯(lián)運(yùn)方式，有效解決傳統(tǒng)自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)高速軌道吊水平運(yùn)輸能耗居高不下和交互點(diǎn)集中等突出矛盾。

2)提出堆場(chǎng)照明精細(xì)化劃分照明區(qū)域、雨水排水主管網(wǎng)分段式布置、地下管線采用淺窄型綜合管溝布置等新思路，有效消除了傳統(tǒng)高桿燈照明全覆蓋能耗高、受堆場(chǎng)集裝箱堆高遮擋的影響而引起背光照明效果不佳，末端雨水排水主管網(wǎng)埋深過(guò)大，直埋敷設(shè)方式運(yùn)營(yíng)期存在不利于查找管道損壞位置、維修難度大、維修費(fèi)用高和對(duì)生產(chǎn)影響大的隱患。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了電纜托槽、物理隔離圍網(wǎng)、U形車道路燈、地下消火栓等高度集成，大大提高了土地集約化利用水平，符合當(dāng)前綠色、低碳的發(fā)展要求。