自动化集装箱码头海陆侧交换区设计简析

魏梦娇，张 剑，刘仲松

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

自动化集装箱码头海陆侧交换区设计简析

魏梦娇，张 剑，刘仲松

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

在全球集装箱运输业迅猛发展的形势下，“五型新港口”即自动化集装箱码头应运而生。本文基于目前国内外自动化集装箱码头装卸工艺系统发展概况，重点对自动化集装箱码头海陆侧交换区布置方案进行深入研究和探讨，研究成果可为类似的集装箱码头规划设计提供借鉴及参考。

集装箱码头；自动化；海侧交换区；陆侧交换区；布置方案

引 言

在自动化集装箱码头的规划设计中，工艺系统布置对码头自动化程度及作业效率起决定性作用。自动化集装箱码头工艺系统包含3个子系统：船舶装卸系统、水平运输系统和堆场集疏运系统。其中，水平运输系统和堆场集疏运系统是影响码头工艺系统能力的关键因素。堆场集疏运系统包括海侧交换区、堆场堆存区、陆侧交换区，如图1所示，海陆侧交换区的设计布置直接影响堆场集疏运能力及码头陆域纵深。目前国内外研究主要集中在船舶装卸系统、水平运输系统及堆场堆存区，很少涉猎影响工艺系统布置的一个关键因素—海陆侧交换区。本文重点研究海陆侧交换区布置，提高海陆侧交换区作业效率，从而提高整个码头系统效率。

本文结合目前国内外自动化集装箱码头装卸工艺系统发展概况，依托天津港东疆自动化集装箱码头工程项目，研究影响自动化集装箱码头海陆侧交换区设计的关键因素并提出具体布置方案，为类似工程提供参考。

图1 堆场集疏运系统

1 自动化集装箱码头装卸工艺系统现状

自动化集装箱码头堆场通常垂直于码头岸线方向，此种布置型式能够实现堆场的无车化及封闭式管理，避免水平运输设备与后方集卡行驶路径存在交叉，港区内交通组织更顺畅；缩短设备运行距离；堆场的效率达到最大化。无悬臂式 ASC是目前世界典型自动化集装箱码头使用最普遍的堆场作业设备，为保证每个箱区可同时进行海、陆侧作业，目前堆场作业系统通常采用双机作业模式。

以水平运输设备、堆场堆码垛及装卸设备为区分点，将世界自动化集装箱码头装卸工艺系统分为两种：“自动化轨道吊（以下简称“ASC”）+自动导引小车（以下简称“AGV”）”工艺系统及“ASC+低门架跨运车（以下简称跨运车）”工艺系统。

1.1 “ASC+AGV”工艺系统

当水平运输设备采用AGV时，工艺流程为：岸桥←→AGV←→海侧交换区←→海侧 ASC←→堆场←→陆侧ASC←→陆侧交换区←→集卡。由于AGV的作业特性，与装卸船岸桥及堆场ASC之间存在双边耦合，导致自动化集装箱码头工艺系统装卸效率较低。为解决这个问题，近年新建的自动化集装箱码头将AGV改造升级为L-AGV（图2），并在海侧交换区布置转承平台。因为L-AGV兼顾水平运输和垂直升降功能，进入堆场海侧交换区后无需等待ASC，直接利用转承平台完成取、放箱交接作业，使得L-AGV与ASC实现单边解耦，减少了L-AGV与ASC的作业等待时间，从而有效地提高L-AGV利用率，由此可减少约40 %的AGV设备数量［1］。

图2 Gottwald研制的L-AGV

1.2 “ASC+跨运车”工艺系统

当水平运输设备采用跨运车时，工艺流程为：岸桥←→码头面←→跨运车←→海侧交换区←→海侧 ASC←→堆场←→陆侧 ASC←→陆侧交换区←→集卡。因为跨运车实现的主要功能为起升和运输，能够直接从地面进行集装箱抓箱和着箱，从而实现跨运车与岸桥及 ASC之间的双边解耦，设备能够完全独立地非耦合作业，作业过程无需相互等待，整个装卸工艺系统柔性更强，作业更顺畅，装卸效率更高。

人工跨运车（图 3）在国外自动化集装箱码头中应用已颇为成熟，由司机驾驶，操作灵活性高。与人工跨运车相比，自动跨运车可提高系统的自动化程度、提高作业安全性和作业效率。目前，澳大利亚布里斯班Patrick码头和美国洛杉矶Trapac码头已经采用了自动跨运车工艺。

图3 人工跨运车

1.3 L-AGV系统与跨运车系统对比

表1 L-AGV系统与跨运车系统对比

2 码头海陆侧交换区布置方案设计［2］

自动化集装箱码头箱区海侧端部、陆侧端部分别设置海侧交换区及陆侧交换区。海侧交换区作为码头与堆场箱区间的“纽带”，其布置直接影响码头装卸船作业效率。陆侧交换区也称“集卡交换区”，主要负责港外集卡提箱及送箱业务，存在与人进行交接，其布置形式应在保证作业安全性的前提下，提高装卸箱效率。

2.1 海侧交换区布置设计

海侧交换区布置主要与码头水平运输设备有关，应充分考虑选用水平运输设备的作业特点，使海侧作业效率最大化。

1）L-AGV交换区

水平运输设备采用L-AGV时，需在海侧交换区布置转承平台（固定机架），使L-AGV在与海侧ASC交接过程中，具备主动“装卸”集装箱功能。L-AGV接到控制系统分配的任务指令后，从码头前沿转弯进入相应箱区的海侧交换区。

图4 L-AGV海侧交换区工艺布置示意

若L-AGV带箱进指定的交换区车道，则需在进入转承平台前，将集装箱提起到一定高度，进入转承平台后，利用自身升降机构着箱至转承平台上，无需等待海侧 ASC来取箱便可离开。如图 4所示，从堆场海侧箱边到ASC轨道海侧端头L1为L-AGV海侧交换区。根据ASC轨距大小，海侧交换区布置若干转承平台，周边设置围栏将箱区与交换区隔开。海侧交换区分两个工位，工位1长16 m（ASC宽度为15.4 m），为海侧ASC维修区域，工位2为当海侧ASC维修时，陆侧ASC能够接替完成海侧提放箱作业的区域。L1宽度还应满足：1）当海侧 ASC作业在交换区提放 40呎箱时，陆侧ASC能提取堆场区块内海侧端45呎贝位内的45呎箱；2）陆侧ASC在工位2作业时，能作业转承平台双20呎箱位的前一个20呎箱。L4为码头前沿缓冲区，该宽度需满足L-AGV转弯进出及停放。L3为L-AGV水平运输高速行驶区。L2设计为L-AGV转弯安全区，该区域亦用于布置高杆灯、L-AGV无线通讯杆、消火栓等辅助设施。厦门远海自动化集装箱码头在海侧交换区内布置了AGV的临时“机会充电”装置。

2）跨运车交换区

图5 跨运车海侧交换区工艺布置示意

水平运输方式采用跨运车时，通常采用“堆一过二”式跨运车。根据ASC轨距大小在交换区布置若干跨运车车道，每条车道布置4个20呎箱位，靠近海侧2个箱位码放出口箱，靠近陆侧2个箱位码放进口箱，其中进口箱可以堆放两层高。跨运车车道宽5 m，采用划线形式。当采用人工跨运车时，箱列间距至少为7 m，允许跨运车和ASC同时工作在相邻车道，车道间2 m间距布置引导台（放置车道控制红绿信号灯及红外对射装置）。如图 5所示车挡距围栏间距需考虑跨运车作业靠近箱区的 20呎箱位时跨运车不能撞到围栏。信号灯设置为常红，只有当跨运车接近目的车道，且向控制系统发送请求进入交换区车道，若 ASC没占用该车道，信号灯才变绿，此时跨运车有权限进入车道，红外对射装置感应跨运车进入后，改变状态，信号灯为红，此时 ASC及其他跨运车均不能进入该车道，此种设计能使ASC作业效率最大化。ASC吊具下降到安全高度后，切换到远程操作模式，由操作员在中控室进行远程操作。如果采用自动跨运车，上述设施均可取消，箱列间距6 m即可满足使用要求。

海侧交换区分两个工位，原理同L-AGV海侧交换区。

2.2 陆侧交换区布置设计

自动化集装箱码头外集卡进港过闸口时，闸口系统将目的堆场指令给集卡。集卡根据指令从主干道上驶出，到达对应堆场区块后90°转弯（系统只分配具体堆场区块，不指定车道），并利用司机侧的倒车镜倒车进入交换区空闲车道，配合 ASC通过视频远程操控完成提送箱作业。

图6 陆侧交换区工艺布置示意

如图6所示，根据ASC轨距大小，陆侧交换区布置若干集卡停车位，周边设置围栏将箱区与交换区隔开，ASC可对每条集卡车道进行独立工作。交换区采用“一岛一道”的设计理念，集卡通道宽度设计为 3 m（两边留出 15 cm安全间距，静距为2.7 m），车道间布置围栏隔开，限制司机只能在其分配的车道内活动。若车道设计太宽，集卡倒车不正时集装箱位置存在偏移，易导致 ASC吊具对位时间过长影响系统效率，且 ASC吊具自动纠偏能力达不到时需人工处理。应对集卡司机能力及ASC吊具纠偏能力取平衡，根据厦门远海自动化集装箱码头、美国长滩码头使用经验，推荐集卡通道静宽为2.6～2.7 m。

从堆场箱边到ASC轨道陆侧端头L1为陆侧交换区。L1宽度至少为40 m，共布置两个ASC工位。工位1长16 m（ASC宽度为15.4 m），为陆侧ASC维修区域，工位2为当陆侧ASC维修时，海侧ASC能够接替完成陆侧提放箱的作业区域。L1宽度还应满足：1）当陆侧ASC在提放集卡上的40呎箱时，海侧ASC能提取堆场区块内陆侧端45呎贝位内的45呎箱；2）海侧ASC在工位2作业时，能提放双20呎箱集卡的前一个20呎箱。L2为集卡倒车区，考虑集卡司机能力并经实际测试，该宽度设计不应小于30 m。

陆侧交换区整个作业过程为：集卡入位后，根据人机分离原则，集卡司机解转锁并进入到司机操作亭，刷卡将入位信息传递到控制系统，并对操作亭里设置的手压或者脚压装置进行操作向系统确认已完成解转锁作业，这时控制系统会将工作指令分配给ASC，司机需一直按压手压或脚压装置直到ASC完成提送箱作业。基于安全因素，ASC远程人工操控进行提取箱，ASC进交换区时不允许吊具横向跨越集卡车道，且如果出现 ASC在提箱过程中将集卡提起的情况，司机可以按下操作亭里的紧停装置停止ASC作业。

2.3 海陆侧交换区布置设计细节

1）考虑海侧水平运输设备转弯进入海侧交换区及集卡倒车进入陆侧交换区时，车辆存在甩尾情况，降低了作业效率，将围栏转角设计为切角形式。

2）ASC高速行驶，两侧均需配置水平轮，设计时应合理布置围栏与ASC轨道中心间距。

3）为维修方便，海陆侧ASC维修区16 m范围内围栏为活动围栏。

3 结 语

1）自动化集装箱码头是未来集装箱码头发展的必然趋势，研究海陆侧交换区的工艺布置对提高整个装卸工艺系统效率具有深远意义。

2）海侧交换区工艺设计，水平运输设备是关键，选用AGV 或者跨运车作为水平运输设备，要根据码头用户的具体要求进行效率、能耗、成本等方面的对比分析，选择最合适的设备类型。

3）自动化集装箱码头装卸工艺系统各环节相辅相成，应充分结合工程实际条件及动态模拟仿真技术对码头方案进行仿真分析，并有针对性进行方案优化，使装卸工艺系统效率最大化。

［1］李海波.集装箱自动导引车系统的应用及技术特性分析［J］.港口装卸，2010，（3）：15-18.

［2］中交第一航务工程勘察设计院有限公司.天津港东疆集装箱码头二期工程可行性研究报告［R］.天津：中交第一航务工程勘察设计院有限公司，2015.

The Design Analysis of Waterside and Landside Transfer Area of Automated Container Terminal

Wei Mengjiao，Zhang Jian，Liu Zhongsong
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

Under the rapid development of containerization，automated container terminals based on the concept of “5-type New Port "emerge at the right moment.This article，which is based on the current development of automated container terminals’ handling technology system in China and abroad，focused on the arrangement of waterside transfer area and landside transfer area of automated container terminal.The research conclusions could provide ideas and reference for the engineering design of similar container terminal project.

container terminal； automation； waterside transfer area； landside transfer area； arrangement

U651+.4

A

1004-9592（2016）05-0026-04

10.16403/j.cnki.ggjs20160507

2016-06-15

魏梦娇（1988-），女，助理工程师，主要从事港口装卸工艺设计工作。