新型集装箱自动化码头装卸工艺方案探讨林浩，唐勤华（中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海200032）摘要：分析国外集装箱自动化码头的发展情况及其主要技术特点，针对当今自动化码头存在的作业效率和稳定性不够理想的状况，就大幅提高自动化码头作业系统的效率、工作可靠性和营运经济性的技术路线，介绍国内自主研发的全轨道式新型集装箱自动化码头的装卸工艺方案。
关键词：集装箱；自动化；高架式轨道穿梭系统；双40′岸桥中图分类号：U 656.1+35文献标志码：B文章编号：1002-4972（2011）01-0158-06Loading and unloading technological schemes for new type automatic container terminalsLIN Hao,TANG Qin-hua(CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.,Shanghai 200032,China)Abstract:This paper analyzes the development status and major technical characteristics of automaticcontainer terminals in foreign countries,and presents the loading and unloading technological schemes for track-pattern new -type automatic container terminals independently developed in China in view of the inadequate operation efficiency and stability of the existing automatic terminals and the way to greatly enhance the efficiency,operating reliability,and economical efficiency of the operation system of automatic terminals.Key words:container;automation;overhead track shuttling system;double 40′shorebridge收稿日期：2008-09-08作者简介：林浩（1960—），男，教授级高工，从事装卸工艺、机械专业。
随着世界集装箱海运量的大幅增长和集装箱船舶的大型化趋势，如何有效地提高码头装卸船效率、降低营运成本已成为业内港口规划、建设和设计人员关注的重点。
欧洲由于其高昂的人力成本和良好的技术创新环境，一些大型集装箱港口的建设选择了自动化方案，先后建成了荷兰鹿特丹的ECT 集装箱码头、德国汉堡的HHLA 码头和最新的鹿特丹EUROMAX 集装箱码头等一些较典型的集装箱自动化码头，它们代表了世界集装箱自动化作业系统的发展历史和最新技术水平。
这些码头在集装箱装卸系统、平面布置等方面开发了一些值得称道的创新工艺方案：汉堡HHLA 码头采用了自动化程度较高的双小车岸桥，将码头上自动导行车(AGV)的作业车道布置在岸桥的后轨后面，避免了早期鹿特丹ECT 集装箱码头将AGV 作业车道布置在岸桥轨内，AGV 需从泊位的两端进出容易造成交通拥挤的问题；堆场采用垂直布置的大小跨套叠的轨道场桥方案解决了大型、高密度集装箱堆场需要2台堆场设备在同一箱区内作业的互相穿越问题。
最新的鹿特丹EUROMAX 集装箱码头采用了AGV 直接深入垂直布置的轨道场桥堆场，在解决同一箱区内作业堆场设备互相穿越问题的基础上，更进一步地避免了HHLA 码头方案需轨道场桥带箱高速运行带来的对能耗和作业效率的影响。
从这些自动化码头的运行情况看，后2011年1月第1期总第449期Jan.2011No.1Serial No.449水运工程Port &Waterway Engineering第1期期的自动化码头确实比早期的作业效率高得多，且越是后建的效果越好。
但这些自动化码头都采用了轮胎式内燃驱动的AGV作为码头与堆场间的集装箱水平运输设备，由于AGV作业中存在大量随机的平面交叉的交通问题，车队运行对自动控制的要求很高，需要庞大的计算机系统和复杂的车队管理软件处理大量的路径实时通信数据，导致控制、安全系统庞大，结构复杂而且影响实际作业效率，并存在一定的故障隐患。
当车辆交会或接近时，在安全系统扫描测知后，控制系统为安全起见对两车都会采取紧急制动，然后由负责车队运行管理的中央控制系统确定其中的行驶优先者，这些随AGV平面交通方式所固有的随机干扰因素造成其实际运行效率比人工操作的集装箱拖挂车还要低，集装箱的水平运输已经成为整个自动化作业系统的瓶颈环节。
针对国外集装箱自动化码头在营运中暴露出的水平运输作业效率、工作稳定性不够理想和系统复杂、难以维护等问题，上海振华港机集团在中交三航设计院的配合下以高架式空间集装箱轨道穿梭系统为核心创立了具有自主知识产权的轨道式全自动集装箱码头装卸工艺系统，该系统由每泊位多达4台具有高度自动化辅助作业能力的双40ft集装箱岸桥形成码头装卸船环节、一套全自动的“高架式轨道穿梭系统”构成码头与堆场间集装箱运输的流畅连接环节、垂直布置的自动化轨道场桥（RMG）构成集装箱堆场环节和后方接卸环节（指港外集卡在堆场后方的取送箱作业）组成。
1新型集装箱自动化装卸工艺技术方案1.1码头装卸船作业随着11000TEU载箱量的艾玛·马士基集装箱巨轮投入营运，世界集装箱海运干线港开始进入了超10万吨级的船舶超大型化时代，高昂的船舶制造成本需要码头端相应地大幅提高装卸船效率。
船舶大型化过程中原来一直相当有效的提高船舶装卸效率的2个技术应对策略为：1）增加每个泊位投入作业的岸桥数量，多达7台岸桥同时作业是各大型集装箱码头特别是自动化码头引以自豪的技术服务水平；2）采用技术性能更高的现代化岸桥，双20ft岸桥、双小车岸桥、双40ft岸桥和双小车双40ft岸桥应运而生，很多大型集装箱码头同时采用高效的双40ft岸桥和高密度的岸桥布置。
虽然11000TEU超大型船舶在船舶各向主尺度上都比原10万吨级船舶大，但一些大型集装箱码头的岸桥配置密度已经达到每80m岸线一台的高限，所以仅通过增加设备布置数量来获得所需的效率增量已不太合适，而且目前广泛使用的双40ft岸桥由于其较特殊的双联作业车道的空间需求，进一步提高岸桥的布置密度也比较困难。
虽然双40ft岸桥理论上可以实现超过100TEU/h 的单机效率，但实际作业中由于集疏运环节的交通问题和堆场双40ft箱的“组关”问题，导致各港双40ft岸桥的单机效率与原双20ft的岸桥效率相比仅增加3%～4％，所以增加装卸船效率的关键不在于进一步增加岸桥的布置密度，而在于如何充分发挥双40ft岸桥的作业效率。
新型集装箱自动化码头装卸工艺码头装卸船环节虽然每泊位仅配置4台双40ft集装箱岸桥，但由于其后方特有的全自动“高架式轨道穿梭系统”和双40ft集装箱的组关技术保障了码头与堆场间集装箱运输的流畅连接，完全避免了作业线间的干扰，各环节的效率互相匹配，且后方环节具有一定的能力冗余，水平运输不再成为整个系统的瓶颈，而是能使前方岸桥的能力得到充分发挥，完全可以达到300TEU/h以上的经济船时效率的要求。
码头上与岸桥配合作业的是沿岸桥后轨全程布置的全自动“高架式轨道穿梭系统”，虽然岸桥的起升高度达46m，但高架轨道上的穿梭小车位置比较高，且装卸穿梭小车时的作业位置相对于岸桥固定，有利于岸桥采用自动化的装卸车作业方式，减轻岸桥司机的劳动强度，提高作业效率。
1.2集装箱水平运输新型集装箱自动化工艺方案的集装箱水平运输环节采用“高架式轨道穿梭系统”，它由“高架式支承结构系统”、“轨道穿梭车”、“自行轨道式转运起重机”以及“地面进场轨道小车”组成（图1）。
林浩，唐勤华：新型集装箱自动化码头装卸工艺方案探讨159··水运工程2011年图1“自行轨道式转运起重机”转箱作业示意图每个泊位布置5条高架作业线，海侧4条作业线与4台岸桥一一对应，陆侧的1条作为共用线可兼作跨泊位的水－水中转箱或其它作业线故障时的辅助，由于一般国内港口水—水中转箱量占总装卸箱量的比例小于20％，所以仅安排1条共用跨泊位作业线不会对整体作业作业效率产生较大的影响。
每条线布置2台“轨道穿梭车”和2台“自行轨道式转运起重机”，“轨道穿梭车”、“自行轨道式转运起重机”沿岸桥陆侧轨后顺岸布置的“高架支承结构系统”的桁架梁侧面上下2层轨道可以实现沿码头长度方向全泊位长度的水平移动，并且可以互不干扰地“穿越”。
“轨道穿梭车”的功能主要是承接各作业线所对应的岸桥装卸船的集疏箱，并按堆场箱管系统的要求在各垂直箱区的前端部与岸桥间穿梭“配送”，由“自行轨道式转运起重机”负责“轨道穿梭车”与堆场的“地面进场轨道小车”上集装箱的上下立体的转运。
“地面进场轨道小车”借助于地面轨道可以实现垂直于码头前沿线方向深入堆场的集装箱水平移动。
在每跨轨道场桥堆场内布置2条“地面进场轨道小车”的进场线，其中1条贯穿堆场，另1条进入半个箱区深度，通过堆场轨道吊的协助可以在堆场纵深实现集装箱的高效码放和取箱作业。
这种深入堆场的进场线布置方案的主要优点在于：1)可充分利用“地面进场轨道小车”轻便灵活的特性，利用其高达300m/min的水平运行速度，解决大跨度轨道场桥载箱高速行走的困难和能耗较高的问题；2)可解决一跨内前后两台同轨场桥的相互“穿越“问题，节约堆场面积，减少场桥的运行距离从而提高场桥的作业效率；3)可充分发挥“地面进场轨道小车”的高速运行特点和大跨度场桥的堆箱密度高、小车横向运行速度高的技术特点。
1.3垂直布置的集装箱堆场新型自动化集装箱码头装卸工艺的堆场采用垂直布置的轨道场桥（RMG）方案，1个泊位长度的堆场布置5～6条，轨距40～50m的垂直箱区，每个箱区前后共布置2台同轨场桥。
箱区可根据堆场箱量的要求布置约400m的纵深，堆高5～6层箱。
每条箱区的后端布置一定数量的冷藏箱箱位，并留有2～3个港外集卡的装卸车位。
港外集卡可通过每条箱区装卸车位旁的读卡器输入有关操作信息，由轨道场桥在“地面进场轨道小车”的配合下，自动进行集装箱装卸车作业。
冷藏箱位布置在箱区的后端，拔插冷藏箱插座时可避免人员进入自动化场桥作业区域，保障人员的安全。
2新型集装箱自动化装卸工艺流程集装箱由码头前沿配置的双40ft岸桥从船上卸下，根据“中控室”的指令：可容纳2个40ft 集装箱的“轨道穿梭车”首先运行至岸桥后伸距下的“卸箱点”进行“接箱”，“接箱”后的“轨道穿梭车”根据堆场“箱管”系统的要求沿高架轨道运行至与堆码箱区对应的“转箱点”，由提前在此等候跨于其上的“自行轨道式转运起重机”将集装箱从“轨道穿梭车”转至“地面进场轨道小车”。