自动化码头的技术分析

冯蓬蓬

摘要 随着经济全球化和区域经济一体化进程的发展， “一路一带”的建设，中国人口红利的退去，码头面临吞吐量和员工工资同时不断增长巨大压力。因此，港口企业正面临着提高码头装卸作业效率，提高服务质量以及管理水平，有效的降低运营成本的挑战。自动化码头成为码头发展的必然趋势，本文从码头发展的历史及自动化码头的相关技术自动化码头建设的技术问题。

【关键词】自动化码头 一路一带 技术分析

麦肯锡在2017年1月发布的报告《可实现的未来：自动化、就业和生产力》中提及到，自动化技术的人机合作才能创造美好的未来。近年来随着环境友好社会、绿色经济、循环经济、低碳经济战略的提出，港口的自动化进程也在加快。

亚洲经济的腾飞，“一路一带”战略的引领，2016年全球十大港口，7个来自中国，中国已经成为世界经济的桥头堡。港口作为货物运输集散的中心，发挥着举足轻重的作用，更是供应链的重要枢纽和价值提升的关键。随着人口红利的失去，劳动力成本与日俱增，码头正面』临吞吐量与员工工资不断增长的巨大压力。但是港口的自动化水平整体仍然不高，厦门远海、上海洋山、青岛港集装箱自动化码头走在了前列，本文拟从技术上分析自动化码头的设备及工艺优势。

1 自动化码头现状

美国麦肯锡全球研究所正在进行一项关于自动化技术及其影响的研究项目，在其2017年1月发布的（Afuturethatworks：Automation， employment， andproductivity）中，麦肯锡报告强调人机协作才能创造更好的未来。对港口企业而言，自动化码头就是人机合作。

1.1 概念

自动化码头是指码头利用先进技术、先进设备，通过对信息的获取、分析、处理等活动，让码头在少数人的操控下自动进行码头各种经济活动。主要有堆场作业、岸边作业、水平作业和控制系统组成。

堆场作业是集装箱装卸、转运、保管的作业，指的是从车到场或从场到车的过程，主要用到的设备是集装箱正面吊、跨运车、轨道式龙门吊、轮胎式龙门吊等。

集装箱正面吊是用来装卸集装箱的起重机，流动机械，能用于20英尺、40英尺集装箱装卸作业，可上下也可左右，灵活，作业效率高。跨运车承担水平运输和集装箱的堆场作业，机动性灵活，效率高，轮压低。轨道式龙门吊，是桥式起重机，造价高，轮胎式龙门吊胎压高，但是跨度和高度都比跨运车大。

岸边作业是从岸到集装箱船或从船到岸的作业，进口集装箱由装卸桥（桥吊）卸下货物装在底盘车或AGV车上，出口货物时由装卸桥将集装箱安放在集装箱船上。集装箱船摆放的集装箱层数越高，需要装卸桥起升高度越大，对装卸桥要求越大。集装箱船宽度大，装卸桥的外伸距越大。装卸桥经历了5代发展，已经由最早的低起重，短跨距、伸距，己发展到高起重，长跨距、伸距，效率也提升。

水平作业是指从岸边到堆场或从堆场到岸边的作业，目前水平作業多是集装箱卡车或AGV完成。集装箱卡车是人驾驶，AGV车自动化码头中最为广泛应用的水平转运设备。由中央控制室，无人驾驶，精确定位，自动导航，污染性小，逐渐代替集装箱卡车。随着岸桥技术的发展，AGV也实现了从只运载一个集装箱到运载多个集装箱的跨越式发展。

1.2 自动化码头的演变

最早一代的集装箱自动化码头代表是上世纪90年代的荷兰鹿特丹港ECT码头，岸桥是单小车结构，水平运输是AGV小车沿固定圆形路线，堆场采取轨道吊，当时自动化导引车还是内燃机而非现在的电驱动。

二代集装箱自动化码头的代表是德国汉堡港CTA码头，岸桥是双小车结构，水平运输改换了灵活路线的AGV小车，堆场仍然采取轨道吊，只是增加到2个轨道吊，穿越式布置，利用计算机模拟技术对路径规划和设备调度进行了优化处理。AGV小车不再沿着固定路线，而是雷达导航通过，效率更高。两台轨道吊能够很好的应付事故，但是相应的投资也增大。

第三代自动化码头代表是鹿特丹港Euromax码头，双小车岸桥+AGV+ARMG。与第二代相比，堆场轨道吊采取了接力式对称布置，AGV的驱动也由内燃机升级电力驱动以减少碳排放，每个箱区都有AGV通道。

第四代代表，分别是厦门远海自动化码头、上海洋山港四期自动化码头，青岛港集装箱自动化码头，都是由中国振华重工建设，填补了自动化码头的空白。

2 集装箱码头的装卸工艺

装卸工艺是指集装箱码头在生产过程中实现集装箱位移的方法和程序。装卸工艺不断改进，提高港口的生产效率，但是现有的集装箱码头的自动化程度不足，主要有以下工艺：

2.1 装卸桥一拖挂车

该种工艺投资较小，但是装卸效率低下，实现“门对门”的服务，存储能力有限，假设在堆场堆存则需要使用正面吊等设备。

2.2 装卸桥一拖挂车一轮胎吊（龙门吊）

该种工艺投资较大，装卸效率也高，存储能力有了提升，是常见的形式，没有实现自动化。全自动轨道式龙门集装箱起重机ARMG采用电力驱动，清洁环保，全自动轮胎式龙门集装箱起重机ARTG采用内燃机驱动，运转灵活，各有优势。

2.3 装卸桥一跨运车（叉车）等流动机械

该工艺投资适中，设备组合灵活，但是自动化程度较低，叉车装卸效率低，跨运车胎压受限。

2.4 装卸桥-AGV自动导引车一轮胎吊（龙门吊）

该工艺利用AGV代替了传统的拖挂车，堆场内每个箱道都设置AGV通道，既节省了油耗，又提高了效率，AGV自动导引车可以按照既定轨道运行，也可以GPS定位行驶。

2.5 岸桥一高架式轨道式运输系统一全自动轨道式龙门起重机

该工艺采用利用高架式轨道运输系统取代水平运输设备，避免对地面交通造成干扰，空间利用效率高，但是投资较大。

岸桥装卸也随着效率的要求和技术的改进发生了变化，原来的双40英尺岸桥是吊具下可同时起吊2个40英尺或4个20英尺集装箱。目前普遍采用双箱双小车岸桥，一个是海侧小车，一个陆侧小车，两小车一高一低，交替工作，提高了工作效率。主小车的起升高度是40米以上，方便对大船进行装卸作业，后小车主要作用中转平台，将集裝箱装在AGV车上，后车速度比前车快。

总的来说装卸工艺就是岸边、堆场、堆场到岸边三部分的货物移动，根据不同需求，场桥和岸桥间会有几种不同的方案，比如岸和场间可以跨运车、拖挂车、AGV车，岸和场间还可以增加摆渡桥，这就形成了二桥三车，三桥五车等结构。

3 集装箱自动化码头可能存在的问题

AGV自动化导引小车的使用给集装箱装卸提供便利的同时，但同时其导航设备与系统投资高昂，使得很多港口企业望而却步。同时AGV小车可采用内燃机驱动模式也可采取电驱动，内燃机也给码头运行过程中带来巨大的噪音污染与废气污染，电力驱动存在快速充电问题。AGV自动导航小车依赖GPS或者北斗导航转运，但是系统经常出现故障，没有拖挂车事故率低。而且一旦AGV运行数量增多，系统路线优化的压力增大，导致转运车辆容易发生碰撞、堵塞，从而给集装箱的装卸造成了额外的负担。

另外传统的港机设备是人来判断形状，自动化码头则需要技术代替驾驶员对集装箱识别，在任何天气下无论是恶劣天气还是正常状况，都必须稳定的操作，机器偶尔发生故障会带来效率不稳定。

4 结语

通过对集装箱自动化码头演进以及对自动化码头工艺的分析，可知码头自动化是未来的趋势，大型岸桥是首选，而双箱双小车是最匹配AGV小车的工艺方案。随着港口对效率和稳定的要求，工艺上注定还要提升，比如碰撞、摇摆、导航、续航等问题都有待改进。

参考文献

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