全自动化集装箱码头规划

在科学技术快速发展的背景下，集装箱码头经营管理者为提升码头作业效率，不断优化业务流程，逐渐提高码头自动化水平。例如，鹿特丹港、釜山港、汉堡港等港口成功实现集装箱码头堆场全自动化作业。在全自动化集装箱码头的实际应用中，复杂的监控技术必然带来较多的故障点，为此，选择便捷、可靠的自动化堆场机械以及制定优化的堆场作业流程成为全自动化集装箱码头应用的关键。

1 全自动化堆场规划

全自动化堆场采用双小车岸桥、自动导引车（Automated Guided Vehicle，AGV）、AGV伴侣、全自动轨道吊、集卡等运输机械，具体规划见图1。

1.1 堆场机械

1.1.1 全自动轨道吊

全自动轨道吊在大车运行时无须纠偏作业，且与轮胎吊相比，在集装箱作业过程中更能确保集装箱保持水平位移，已成为全自动化码头堆场的基础机械。全自动轨道吊具有以下功能：

（1）外集卡作业位置提示 轨道吊在交换区进行抓箱作业时，外集卡作业位置提示系统会提示外集卡停至指定位置，以便轨道吊进行抓箱操作。

（2）轨道吊跨距选择 由于2台单街轨道吊不能进行转场或集中作业，因此，应结合码头堆场的特点，选择跨度适当的轨道吊；如果堆场面积较大，可以考虑采用不同跨距的轨道吊。

（3）箱位检测 全自动轨道吊装有箱位目标检测系统，以确保外集卡作业安全。

（4）远程操作 在集装箱作业过程中集装箱箱眼可能受到不同程度的损坏，此时，全自动轨道吊可通过远程操作系统完成集装箱作业。

（5）联动作业 利用码头操作系统的电子箱位图实现2台单街轨道吊联动作业，从而达到提高作业效率的目的。

（6）定位防撞 全自动轨道吊采取无人化作业，其定位防撞系统能够避免因轨道吊作业位置冲突、大车防撞装置损坏等引发意外事故。

（7）AGV位置检测 AGV采用定位自动运行方式，在轨道吊下方作业区域装有AGV位置检测装置，以确认AGV位置；同时，为防止轨道吊动作延误影响AGV连续作业，AGV伴侣在该位置配合作业。

1.1.2 AGV

如图2和图3所示，堆场与岸桥之间的集装箱运输一般采用AGV或跨运车，两者作业时均不需要进箱区。 AGV与跨运车作业工艺的区别如下：

（1）车道宽度不同。AGV车道一般宽，跨运车车道一般宽。

（2）作业方式不同。跨运车作业方式为自装卸作业，在岸边对地面集装箱进行对位；AGV在岸边卸船时主要靠岸桥对集装箱进行对位，在堆场区域则配合AGV伴侣解决作业耦合问题。

（3）岸桥配备不同。AGV一般配双小车岸桥，跨运车配单小车岸桥。

1.2 堆场形式

目前，国际上大多数集装箱码头采用平行于岸线的堆场形式（即水平堆场形式）。由于水平堆场存在中间AGV通道与轨道吊轨道交叉的问题，AGV频繁地减速过轨道不仅影响AGV运行时间，过轨道时产生的震动还会影响AGV的使用寿命，导致AGV维护频率和费用增加。相比之下，在纵向堆场形式下，AGV的运行距离较短，在岸桥和轨道吊设备数量相对固定的情况下，调用AGV的数量相对较少；因此，全自动化集装箱码头适于采用纵向堆场形式。

2 全自动化集装箱码头业务模式规划

在采用先进机械设备的基础上，优化业务模式、简化设备作业方式也是提高码头作业效率的关键因素，为此，有必要对码头业务模式进行合理规划。

（1）外集卡运送集装箱到码头后，在堆场一侧交换区集中装卸。由于全自动化堆场为无人化堆场，外集卡应在堆场外侧交换区固定位置配合轨道吊进行提箱作业。为保证作业安全，设立安全隔离区，以免集卡与轨道吊发生碰撞事故。例如，鹿特丹港将自动堆垛机用于轨道吊与外集卡之间的衔接作业。

（2）AGV作业区域规划及位置固定配合轨道吊装卸。AGV作业区域包括岸桥下方和轨道吊堆场一侧。由于AGV为自动化运行，码头作业计划系统下达作业任务后，由车队管理系统选择车辆执行任务，因此，AGV作业区域规划及位置固定应配合轨道吊装卸作业。

（3）智能划分堆场内作业区域。为减少2台单街轨道吊因箱位问题引起的交叉作业，码头系统的智能化十分关键。每台单街轨道吊对应的堆场均可划分为出口箱区和进口箱区，同时，可根据不同种类集装箱数量，智能调节区域分配。

（4）确定轨道吊和AGV设备数量。当岸桥数量固定时，轨道吊和AGV设备数量过少会影响岸桥作业效率，轨道吊和AGV设备数量过多则会导致码头营运成本增加。为此，可以结合岸桥、轨道吊作业效率，建立以下数学模型，计算出最经济的轨道吊和AGV数量。

式中：N2为轨道吊的数量，台；≤AGV运行最远距离；≤轨道吊大车运行最远距离；≤轨道吊小车运行最远距离；≤轨道吊起升运行最远距离；a为岸桥装卸效率，TEU/h；b为轨道吊装卸效率，TEU/h。

3 结束语

随着科学技术的不断进步，全自动化码头解决方案将越来越广泛地应用于集装箱运输领域。提前布局、合理规划全自动化集装箱码头不仅有利于提升码头经济效益，而且是实现集装箱运输智能化的基础。可见，深入研究全自动化集装箱码头规划具有十分深远的意义。

（编辑：曹莉琼 收稿日期：2013-07-10）