浅谈自动化集装箱码头装卸工艺及场地布局方案张磊（天津五洲国际集装箱码头有限公司，天津）2013年5月27日摘要：分析了国外已运营及在建的自动化集装箱码头装卸工艺及场地布局特点，结合国内集装箱码头作业现状，提出了国内自动化集装箱码头装卸工艺及场地布局的研究方案。
关键词：集装箱；全自动；轨道桥；远程控制随着经济全球化进程的加快，港口在进出口贸易中发挥的作用也越来越大。
随着而来的是世界经济的好坏也直接影响着港口企业的发展和未来。
在新一轮金融危机的影响下，港口企业的经营业随着受到影响，如何提高码头作业效率，如何降低运营成本也越来越多的港口行业内开始逐步升温。
随着集装箱码头的逐步讨论，自动化集装箱也伴随其全天候、高效率、少人工等优势逐步进入了码头经营者的视线。
在业内自动化集装箱必将取代传统人工模式码头这个毫无争议的共识下，欧美等诸多发达国家由于其昂贵的人工成本和良好的技术水平，在上世纪90年代率先开始了自动化集装箱的建设，荷兰鹿特丹港、德国汉堡港纷纷建成了自动化集装箱系统，实现了集装箱码头的自动化运营。
但是，这些上世纪90年代建成的全自动码头还是基于不同设备解决方案的摸索阶段，并没有形成一套成熟的作业模式，自动化集装箱还处在一个发展阶段，诸多关键问题还需要进行研究和不断完善。
随着网络技术和科技手段的快速发展，在进入21世纪后的第一个十年，自动化集装箱迎来了一个蓬勃的发展期，自动化集装箱的装卸工艺也形成了一套较为成熟的装卸模式。
一、自动化集装箱装卸设备简介在自动化集装箱码头装卸三大设备中，岸边集装箱起重机（简称“岸桥”）,设备随着船舶大型化的发展早已出现双40ft及以上吊具和双小车模式的岸桥。
双40ft或多40ft主要解决高效率问题；双小车岸桥主要解决超巴拿马型集装箱船舶作业能力和作业效率的问题。
但是，岸桥设备上还没有实现真正意义上的自动化。
虽然一些岸桥厂商或者第三方供应商，也已经开始在岸桥上进行自动化的一些尝试。
例如，通过加装吊具摄像头和集装箱箱号识别系统（OCR），利用岸桥半自动运行模式来提高作业效率，同时还降低了岸桥司机的作业强度。
但是，由于作业船型、潮水、锁具、作业过程中的船舶晃动等诸多因素都制约着岸桥自动化的发展，在与船舶装卸的接触部分还是无法脱离岸桥司机的人工操作。
码头装卸三大设备之二的场地机械，在自动化集装箱码头主流中主要以轨道式集装箱龙门起重机（简称“轨道桥”）为主，主要原因是轮胎式集装箱龙门起重机由于大车偏移、胎压等原因造成大车定位不准确，从而影响了小车和吊具的定位，导致自动化后作业效率不佳。
轨道桥由于是在固定轨道上进行移动，所以在实现大车定位方面比较简单。
同时，轨道桥大车的运行速度也较轮胎式集装箱龙门起重机要快，基本上都可以达到200米/分钟以上，从而保证了轨道桥长距离运行的作业效率。
随着自动化轨道桥的逐步应用，在不同国家、地区的集装箱码头间也出现细微变化。
例如，亚洲由于集、疏港的陆运拖车托盘型号差异较大，在自动化轨道桥上衍生出陆运的远程操作模式。
即在针对集、疏港陆运外部拖车作业时，利用轨道桥远程操控模式来解决托盘型号不同的问题。
但是，在欧美一些地区由于法律、公会规定等因素集装箱运输拖车的托盘为统一制式，所以在轨道桥的作业模式实现了真正意义上的全自动。
码头装卸三大设备之三的水平运输机械，在自动化集装箱码头应用之中主要分为两种应用模式。
第一种为自动导航小车（AGV），另外一种为全自动跨运车（SHT）。
自动导航小车（AGV）的优势在于运行模式与传统码头作业模式相同，只是把传统码头的人工集装箱拖车（简称“集卡”）更新为自动导航拖车。
全自动跨运车（SHT）的优势在于其非耦合的设计，将岸桥从装卸对箱的困难中解脱出来，提高集装箱船舶的装卸效率。
两种模式都是通过预埋电磁感应装置进行固定路线的运行。
区别在于全自动跨运车（SHT）可以“堆一过二”，同时具备取箱、水平运输和放箱操作，而全自动导航小车（AGV）仅具备水平运输的能力，造成在岸桥和轨道桥在装卸作业过程中需要与全自动导航小车（AGV）进行对箱操作，这种耦合作业模式也造成了自动化集装箱码头全自动导航小车（AGV）的配置数量要远远高于全自动跨运车（SHT）。
尽管自动化集装箱水平运输模式主要以自动化导航小车（AGV）为主，但是由于其耦合造成码头前期需要购买相当数量的AGV，造成码头投资居高不下。
随着近年来全自动跨运车（SHT）技术的不断完善，加之其非耦合设计，让诸多码头运营商开始选择全自动跨运车（SHT）作为自动化集装箱水平运输的主要方式。
根据已运营的自动化集装箱机械配置方案为例，我们也能够感受到水平运输模式选择上的纠结。
码头作业模式鹿特丹ECT AGV+ARMGEUROMAX AGV+ARMGCTA AGV+ARMG弗吉尼亚APMT SHT+ARMG表1伴随着马士基、达飞等多家船公司逐步下水的1.6万TEU至1.8万TEU船舶，我认为未来的岸桥设备将会以双小车岸桥为主，岸桥与船舶作业部分为半自动人工作业模式。
水平运输设备将主要以全自动跨运车（SHT）为主，利用其非耦合设计来提高码头船舶的作业效率。
堆场设备将会是全自动轨道式集装箱起重机。
利用一场多台轨道桥接力方式完成船舶作业。
以卸船作业为例，未来全自动集装箱码头的作业流程将会是岸桥司机利用海侧小车人工完成船舶取箱作业，吊具起升到一定高度后，岸桥自动将集装箱放置到岸桥中转平台（右图①），图像及残损识别系统自动进行校验（校验识别由人工远程通过摄像头统一进行二次处理）（右图②），装卸工人手动完成摘锁后陆侧小车自动将集装箱放置到内伸距地面（右图③），全自动跨运车将集装箱水平运输至堆场交换区，由全自动轨道桥以接力方式放置到码头集装箱对场内。
（右图④区域为船舶舱盖放置区域）但是考虑到自动化集装箱当地技术水平、作业船型、投资回报、人员素质和当地收入水平等诸多因素，预计自动化集装箱装卸设备的配置方案将会在岸桥设备和水平运输设备上有所区别。
码头运营商将会根据当地港口情况在岸桥设备上选择单小车岸桥，或者是在跨运车的选择上使用人工跨运车的方式来解决本地港口的实际情况。
二、自动化集装箱场地布局简介集装箱码头场地布局方式主要分为两种，一种是集装箱堆场与码头岸线呈垂直布置，另外一种是集装箱堆场与码头岸线呈水平布置，两种模式的区别主要在于航、陆运作业的分离方式不同。
现今已运营及在建的自动化集装箱码头（表1）中，全部都是使用箱区与岸线呈垂直的布置方式，每个箱区的长度在380米左右，每个箱区配置两台自动化轨道桥。
这种垂直与岸线的布局方式最大的优点就是减少了航、陆运水平运输设备的运行距离。
即减少了全自动集装箱码头水平运输设备的投入数量，也能够在码头运营过程中节约能耗，提高作业效率。
相较于垂直布局的优点，其布局方式的缺点也显现出来，由于自动化集装箱码头场地设备主要以轨道桥为主，每个箱区配置两台自动化轨道桥，利用接力方式进行航、陆运作业。
这种垂直与岸线的布局方式在实际作业的过程中，由于某个箱区中一台轨道桥的故障，会造成这个箱区的航、陆运出现问题，一旦故障不能够及时解决，其影响的就不仅仅是航、陆运的作业效率，甚至会影响到在港船舶的开船时间。
自动化集装箱码头很少采用箱区与岸线呈水平布局方式的主要原因是距离问题，箱区与岸线呈水平布局造成水平运输设备需要运行的距离增加，无论是自动化导航小车（AGV）还是全自动跨运车（SHT）都需要通过增加数量以弥补距离增加造成的效率影响。
水平布局方式最大的好处就是机械的可替代性，利用开放性的场地布局实现了机械的可替代性，一旦机械出现非大车故障，同场的其他轨道桥可以立刻通过换场来减少故障对航、陆运作业的影响。
为了进一步对自动化集装箱码头布局有深刻的认识，我们选择了韩国釜山新港的HJNC码头和BNCT码头进行了实地调研。
HJNC码头是2009年投产的半自动集装箱码头。
码头岸线长度为1100米，码头吃水为-18米，共有岸桥设备12台，场地面积为69.63万平方米，共有跨距10排集装箱的外伸距轨道桥42台，水平运输设备为人工拖车，内部拖头96部，托盘193台，码头箱区与岸线呈水平布局。
BNCT码头是2011年底投产的半自动集装箱码头。
码头岸线长度为1400米，码头吃水为-17米，共有岸桥设备12台（已投产一期为8台，二期为4台），场地面积为84万平方米，共有全自动跨距10排集装箱的轨道桥60台（已投产一期为38台，二期为12台），水平运输设备为人工跨运车，人工跨运车共计30台（已投产一期为20台，二期为10台），码头箱区与岸线呈垂直布局。
通过现场实际调研，我以韩国釜山新港HJNC码头与韩国釜山新港BNCT码头为例进行对比，箱区与岸线呈水平布局较箱区与岸线呈垂直布局，有场地出口至岸线中心点每个作业循环需要至少增加400米的运行距离。
按此计算，在同等资源状态和作业效率的情况下，水平布局方式较垂直布局方式至少将会增加2倍的运行时长。
从下图中我们通过陆运拖车作业运行的距离也可以看出两种布局方式的运行距离的差距。
我认为场地布局方案的选择主要取决于港口本身的技术水平，在能够控制机械故障率和抢修效率的前提下垂直布局显然是最佳选择，不仅从前期的设备投资还是后期的运营成本都较水平布局方式有很大的技术优势。