中鼎物流园自动化集装箱场站的功能与成效分析

周志飞，张越强

(1.山西中鼎物流集团有限公司 货装分公司，山西 晋中 030600；2.山西中鼎物流集团有限公司 生产营运部，山西 晋中 030600)

中鼎物流园综合性枢纽物流园，衔接太中银铁路(太原—中卫—银川)、大西高速铁路(大同—西安)、太焦铁路(太原—焦作)、南北同蒲铁路(大同—风陵渡)等7条铁路干线，联通京昆高速公路、青银高速公路、二广高速公路，紧邻108国道，靠近武宿飞机场、晋中高速铁路站。为实现集装箱场站作业的效率最大化、作业现场“无人化”和作业装卸机械的“本质安全”，借鉴上海洋山港四期、青岛港自动化码头的智能作业调度系统、门式起重机(以下简称“门吊”)远程控制和自动化作业、铁路专用集装箱自动导引运输车(Automated Guided Vehicle，AGV)技术，根据铁路作业的安全技术特点，中鼎物流园建成全国铁路物流园区(货场)首家自动化集装箱场站，以智能作业调度为“大脑”，门吊远程操作为“神经”，集装箱AGV为“车轮”，改变了采用传统人工作业模式存在的作业效率低、工人劳动强度大、箱区箱位管理手段落后、现场作业人员多，安全风险大等问题，形成具有铁路特点的集装箱自动化作业系统。

1 中鼎物流园自动化集装箱场站功能分析

1.1 智能化装卸作业调度指挥功能

中鼎物流园自动化集装箱场站采用了集装箱场站智能化装卸作业调度指挥系统[1]。该系统由基础信息设置、堆场作业系统、计划作业制定、装卸作业指令、装卸设备管理、外部系统接口和系统用户管理8个功能模块组成。此外，与智能化装卸设备系统、集装箱门检系统、集卡停靠位置检测系统和铁路车号识别系统等外部系统建立信息交换功能。中鼎物流园集装箱场站智能化装卸作业调度指挥系统功能模块示意图如图1所示。

图1 中鼎物流园集装箱场站智能化装卸作业调度指挥系统功能模块示意图Fig.1 Diagram of the function modules of the intelligent scheduling and commanding system for the container station at the Zhongding logistics park

中鼎物流园集装箱场站智能化装卸作业调度指挥系统与传统的集装箱场站管理系统的主要区别是不再仅仅对集装箱的箱区、箱位信息进行采集和管理，而是侧重于从效率和安全角度，对装卸作业设备作业流程进行管理和指挥[2]。其主要优点是在基于长期铁路集装箱场站作业经验的基础上，借助于先进的智能调度技术、传感检测技术、精确定位技术、网络通信技术、智能识别技术，按照堆码原则、路径优化原则、作业排队原则、均衡作业原则，通过计算机辅助决策系统，生成自动化作业指令，通过集装箱门吊远程作业系统，使门吊自动或半自动按最优路径和程序进行吊箱作业。

1.2 门吊远程监控及操作功能

为实现门吊的远程监控和自动化作业，采用了专用的门吊智能远控操作系统，可实现的功能如下。

（1）实现门吊自动、半自动作业和远程手动操作。园区建立了2个远控中心，1个在门吊司机间休楼，1个在园区的调度指挥中心，2个远控中心设备完全一样，一主一备，正常作业由司机在间休楼操作，应急状态下在调度中心直接操作。整个系统采用光纤通讯，确保控制信号远程实时传输和减少干扰。机上系统主要是安装各类传感器和视频监控设备，以实现远程作业的测量和反馈。

（2）实现门吊及吊具的精准对位。采用多种传感器，对门吊的起升系统、大小车走行系统、吊具系统的各项动作准确测量和精确定位，确保了整个门吊作业三维精确定位，为提高作业效率，确保作业安全提供了基本条件[3]。

（3）实现现场无人作业。采用门吊远程控制系统，使得原来在门吊司机室操作的司机由门吊转到远控机房进行操作，实现人员与作业现场分离，避免作业人员人身伤亡事故的发生。为了防止非作业人员任意闯入龙门吊工作区域，导致发生意外事故，采用围栏，将集装箱作业区和堆场进行物理隔离，作业时整个场站可处于无人状态。

（4）实现门吊大车自主防撞。一是通过系统软件设置每台门吊自身防护(运行)区域，实现交叉闭锁，有效防撞。二是在2台门吊上都安装激光测距传感器指向大车行走方向，2辆大车之间交叉测量。激光信号接入龙门吊的PLC系统，当检测到2台设备间距小于10 m时，实现门吊大车机构自动减速停车。三是保留原有机械限位开关防撞，以防止2台门吊共同作业时相撞[4]。

（5）实现作业时货物防撞。利用在门吊相关位置增加的各种检测设备，在吊装作业时，随时对堆场内已有集装箱(货物)进行检测，发现在作业路径上有障碍物时，能自主停车，防止与其他货物发生碰撞。

（6）实现集卡车辆防吊起。利用传感器、视频监控等方式，对作业时箱体与集卡车的相对位置进行实时测量，当系统发现车辆与货物之间钩挂，不符合安全要求时，将自动停止当前作业，报警后交由人工处理。

（7）实现FTR锁安全作业。采用集装箱四角称重、空重箱起重量限制、激光箱底扫描、视频监控、植入自动处理程序、故障人工干涉等多种措施，成功解决了FTR锁自动化连续作业的难题。

1.3 铁路专用集装箱自动导引运输车功能

中鼎物流园自动化集装箱场站在全路范围内首次采用了铁路专用集装箱自动导引运输车，作为场内集装箱水平运输的手段，可以实现以下功能。

（1）自动导航。集装箱AGV采用了惯性导航、视觉导航和GPS导航3种导航方式，可以实现在铁路集装箱场站内相对复杂的环境下自主导航。

（2）无人驾驶。集装箱AGV是专门设计的无人导航搬运车，与在原有柴油、天然汽集卡车基础上改造的无人集卡车有本质上的区别，可更好地实现无人驾驶作业。

（3）精准定位。洋山港四期的集装箱AGV精准定位，是通过埋在场区地下混凝土的61199根磁钉来感知位置，并且要求地下的混凝土内不能有传统的钢筋等磁性物体(采用了玻璃纤维筋)[5]。如果要在已建成的铁路物流园和集装箱中心站采用磁钉定位法比较困难，中鼎物流园采用了GPS差分站、地面视觉识别等综合手段，保证了集装箱AGV的精确定位[6]。

（4）自主规划路径。集装箱AGV可实现在智能化装卸作业调度指挥系统的指挥下，接收作业令，根据作业位置自主规划行驶路径，与门吊作业相互配合协调工作，形成一个集成化较高的自动化作业系统。

（5）安全自主避障。在铁路物流园，集装箱AGV要进入集装箱堆场、过铁路道口、进入库区、进入海关监管区等，会与行人、机车车辆、汽车、装卸作业机具等发生干涉，安全避障要求更高。集装箱AGV采用三重安全防护措施，确保安全自主避障。集装箱AGV主动防护设备布置图如图2所示。

图2 集装箱AGV主动防护设备布置图Fig.2 Layout of container AGV active protective equipment

（6）安全通过铁路道口。集装箱AGV可与中鼎物流园智能无人道口系统无线联接，当集装箱AGV过道口前，与无人道口系统进行通讯，预计有列车通过时，主动停车，待列车通过智能道口恢复通行后，自动继续作业。

（7）与仓库门对接。集装箱AGV可以按系统指定，行驶到库区，与仓库大门进行对接，完成库区掏装箱作业。

（8）自主进行海关作业区和集装箱安检仪作业。可发挥集装箱AGV无人的特点，使用集装箱AGV进行集装箱进出海关监管作业区卡口，减少人员查验的麻烦。采用集装箱AGV通过大型集装箱安检仪，可以不使用安检仪的车辆牵引装置，也不需要司机上下车作业，可有效提高安检效率，减少人员受辐射风险。

2 中鼎物流园自动化集装箱场站应用成效

2.1 提供铁水联运基本条件

铁路物流园的集装箱作业效率和信息化水平、信息交换能力，是影响开展海铁、公铁多式联运的重要因素。中鼎物流园借助自动化智能场站的信息优势，可以做到场站管理系统信息与海运船公司的箱管系统互联互通，可实时获得在场站内船公司集装箱的作业、堆码、使用信息，为与海运船公司合作提供了根本保障。2019年初，山西中鼎物流园与世界三大船运公司的马士基航运公司(MSK)、地中海航运有限公司(MSC)、中国远洋海运集团有限公司(COSCO)签订了CCA协议，成为三大海运船公司的中国内陆还箱点，并与天津港(集团)有限公司等多家公司，联合组建了“中鼎多式联运服务中心”，可开展全程铁水多式联运服务。

2.2 有效提升园区生产效率

（1）提升装卸作业效率。中鼎物流园自动化集装箱场站遵循最佳堆码规则，缩短了装卸作业路径；应用智能调度技术，综合优化整列火车批量作业顺序，并均衡设备作业资源，减少了装卸设备运行时间；提前进行翻箱作业，缩短装车时间，有效提升了集装箱站场的作业效率[7]。

（2）提高堆场利用率。通过合理规划箱区，编制最佳堆码规则，极大提高堆场利用率。场区所有集装箱信息全部自动采集，不需要人工进行找箱[8]。

（3）减少作业人员。系统实现集装箱箱位自动管理，无需进行寻箱吊装指挥、堆场集装箱核对、车号与箱号适配核对等工作，减少辅助作业人员。实现了只用1名司机可远程操作2台龙门吊，现场不需要起重工，可节省门吊司机4名，起重工10名，集卡车司机3名。

（4）降低劳动强度。应用智能调度技术，自动编制最优的装车、卸车和倒箱等作业计划，消除了人工编制作业计划费时费力现象。

（5）确保作业安全。装卸作业计划自动生成，避免了人工编制带来的失误；车号与箱号适配零误差，消除了铁路运输安全性问题；自动化装卸作业区实行封闭式管理，“无人站场”作业方式也保障了辅助作业人员的人身安全。

2.3 实现绿色装卸作业

中鼎自动化集装箱作业场站，遵循交通运输部制定的《关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的实施意见》，加大了新能源和清洁能源车辆在铁路货场的应用。在集装箱场站作业使用的门吊、集装箱AGV等所有装卸设备：全部是电能驱动，代替原有内燃机驱动的正面吊和集卡车，集装箱作业的全过程只消耗电能，没有废气排放，真正实现了场区集装箱装卸作业零排放、低能耗、绿色环保。

2.4 扩展企业增值项目

中鼎自动化集装箱场站的投产，不仅提高了园区集装箱作业水平，而且为提高园区整体服务水平，提高园区的美誉度创造了条件。中鼎物流园依托自动化集装箱场站，开展工业旅游等附加经营活动，仅2019年4—6月，已有4 000余人次来园进行以集装箱自动化智能为主题的研学游；基于中鼎物流园先进的物流技术应用，2019年初，山西中鼎物流园与北京交通大学签订了战略合作协议，并确定为该高校的产学研实验基地，为2019年中鼎物流园申报第一批国家物流枢纽互联互通工程提供有力支撑。

3 结束语

中鼎物流园通过自动化集装箱作业系统建设显著提高了自身的集装箱场站作业效率，使传统的铁路集装箱作业具备了信息化智能化功能，使中鼎物流园高质量发展具有了新的动力引擎，为更好地融入了“一带一路”倡议和发展海铁、公铁集装箱多式联运创造了条件。中鼎物流园集装箱自动化场站的实施，对于提高铁路集装箱装卸技术装备水平，改变原来的装卸技术水平由沿海港口—内河码头—铁路货场的排序，实现弯道超车，与最先进的自动化港口看齐，实现铁路集装箱装卸技术装备水平的整体性跃升有重要意义，为铁路大型物流园、铁路集装箱中心站、铁路大型集装箱货场的技术改造和功能提升提供了参考。