最大集裝箱全自動化碼頭年底投產(chǎn) 掀起“無人碼頭”的蓋頭來

洋山深水港位于長江和東海交匯處，由大、小洋山等數(shù)十個島嶼組成，是中國首個在微小島上建設(shè)的港口。洋山港一手牽著長江經(jīng)濟帶，一手挽起海上絲綢之路，是中國發(fā)展上海自貿(mào)區(qū)、建設(shè)海洋強國的重要支撐。

2005年12月10日，洋山深水港一期工程開港，成為中國最大的集裝箱深水港。洋山港二、三期工程分別于2006年12月和2008年12月竣工交付使用。2014年12月23日，洋山港四期工程正式開工建設(shè)。

洋山港四期建成后，將是我國首座具有完整知識產(chǎn)權(quán)的自動化集裝箱碼頭，對于我國港口的創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型和升級具有十分重要的意義，將成為世界自動化碼頭建設(shè)的示范工程。

起重機不停地裝卸著集裝箱，一輛輛沒有車廂的平板車往來穿梭，很難想象這些設(shè)備都無人操作。這里是正在建設(shè)中的全球最大集裝箱全自動化碼頭——上海洋山深水港四期工程。目前，工程已進入最后的設(shè)備安裝和調(diào)試階段，計劃年底開港試運營。

“洋山深水港區(qū)是上海國際航運中心的核心港區(qū)。洋山港一、二、三期工程的建成，使得我國在外海筑港工程技術(shù)上完成了對國際先進水平的追趕甚至超越。而洋山港四期更是實現(xiàn)了工程設(shè)計及建設(shè)、裝備制造和信息系統(tǒng)研發(fā)的全國產(chǎn)化，打破了國外技術(shù)的壟斷。”中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院董事長、黨委書記沈明達說。

自動化率90%以上

洋山港四期工程真正實現(xiàn)了碼頭裝卸、水平運輸、堆場裝卸環(huán)節(jié)的全過程智能化、無人化操作。

“洋山港四期工程是我國第一座真正意義上的自動化集裝箱碼頭，與傳統(tǒng)的集裝箱碼頭相比，其最大的特點是實現(xiàn)了碼頭裝卸、水平運輸、堆場裝卸環(huán)節(jié)的全過程智能化、無人化操作。”中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計院洋山港四期工程設(shè)計總負責人劉廣紅介紹，洋山港四期工程集裝箱碼頭長達2350米，布置7個7萬噸至15萬噸級集裝箱泊位，建成后將是世界建設(shè)規(guī)模、技術(shù)難度最大的自動化集裝箱碼頭。

自動化碼頭最早起源于歐洲，由于勞動力成本過高及熟練工人匱乏等原因，需以自動化代替人工化。“但當時的自動化碼頭技術(shù)水平較低，更多的是解決無人化和節(jié)省人力的問題，離真正的智能化港口還相差甚遠。而洋山港四期則實現(xiàn)自動化率90%以上，碼頭作業(yè)區(qū)將真正實現(xiàn)無人化、智能化操作。”劉廣紅說，相較于西方發(fā)達國家，我國在自動化集裝箱碼頭技術(shù)領(lǐng)域起步晚、積累少、無先例可循，大量的新材料、新工藝需要自主研發(fā)。

這個“無人碼頭”到底有多智能呢？劉廣紅在洋山港四期的施工現(xiàn)場為記者描述著碼頭建成后的場景。

“在碼頭裝卸環(huán)節(jié)，四期工程采用了雙40英尺雙小車岸橋，不同于常規(guī)的單小車岸橋，我們將集裝箱從船到岸的裝卸過程由傳統(tǒng)的一個動作分解為兩個動作。”劉廣紅手指岸橋一個空地方向。

“我們在這里設(shè)置了一個中轉(zhuǎn)平臺，由岸橋的主小車（吊具）負責將集裝箱由船裝卸至中轉(zhuǎn)平臺，由岸橋后方的門架小車負責將集裝箱從中轉(zhuǎn)平臺裝卸至碼頭上的運輸車輛，這種流水作業(yè)的模式將碼頭卸裝的效率提升到一個新的高度。”

不但如此，四期工程還實現(xiàn)主小車的人工遠程操控和副小車的自動化操控。岸橋上不再設(shè)置操縱室，操作人員只需在港區(qū)的中央控制室即可完成碼頭裝卸。

在堆場裝卸環(huán)節(jié)，四期工程采用自動軌道式龍門起重機（ARMG），與傳統(tǒng)的集裝箱碼頭不同，堆場采用封閉式管理，堆場內(nèi)沒有操作人員，ARMG均由智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)負責整體控制和調(diào)度。港區(qū)外來的集裝箱卡車也不需像傳統(tǒng)集裝箱碼頭一樣進入堆場內(nèi)部提送箱，只需在堆場的陸側(cè)端部即可完成提送箱操作。

“通過這樣的自動化設(shè)計，碼頭作業(yè)可靠性、安全性、高強度作業(yè)的持續(xù)性得到大幅提升，操作工人數(shù)量可降低約70%。同時，大部分操作均在中央控制室完成，作業(yè)環(huán)境大幅改善。”劉廣紅說。

“搬運工”有序高效

自動導(dǎo)引運輸車在無人操作的情況下，在碼頭和自動化堆場之間來回運輸,自定行程路線，實現(xiàn)無區(qū)域限制自由活動

在全自動碼頭的展示動畫里，有一批無人駕駛的小車格外引人關(guān)注，它們可深入懸臂箱區(qū)作業(yè)，有序高效在碼頭和自動化堆場之間來回運輸，承擔起碼頭中“搬運工”的角色。

“這種小車專業(yè)術(shù)語叫自動導(dǎo)引運輸車（AGV），是一種無人駕駛的運輸車輛。它們可在無人操作的情況下，自定行程路線，并不發(fā)生碰撞。”振華重工洋山港四期工程項目總指揮張健介紹說。

這種小車的研發(fā)生產(chǎn)絕非易事。在振華重工的車間里，兩輛亮黃的小車十分搶眼，仔細一看可見端倪：沒有駕駛室。“這就是公司為自動化碼頭自主研發(fā)的AGV小車。”張健介紹說。

一般來說，常見車輛大多是前輪雙輪驅(qū)動并由前輪控制方向，而該小車則是全時四輪驅(qū)動且前后輪都可以控制方向，這一特性使其不但擁有強勁的動力,并且更加靈活，可完成前輪轉(zhuǎn)向、后輪轉(zhuǎn)向、側(cè)推斜行、小半徑轉(zhuǎn)向等動作，即使在狹小地方也能順利轉(zhuǎn)彎或變道。

“更為先進的是，傳統(tǒng)意義上工業(yè)用AGV一般采用軌道方式運行，并且憑借有線光纜技術(shù)接收指令，集裝箱運輸工作區(qū)域被牢牢固定在了軌道與光纜之間。而我們自主研發(fā)的小車，可實現(xiàn)無區(qū)域限制自由活動。”張健介紹說，小車采用抗干擾的無線跳頻技術(shù)，實時控制AGV進行轉(zhuǎn)彎、前進，到達指定位置等操作。小巧的車身，加上在惡劣天氣也能準確接收運行指令的無線跳頻技術(shù)，使小車擺脫了軌道與光纜的束縛，徹底解放了集裝箱行運路線。

首創(chuàng)“邊裝邊卸”工藝

洋山港四期工程推動自動化雙箱軌道吊從實驗室走向市場，同時創(chuàng)新裝卸工藝，大幅提高了碼頭使用率

軌道吊是自動化碼頭的后場設(shè)備。集裝箱船靠岸后，岸橋第一時間將船上的集裝箱卸下，放置到自動導(dǎo)引運輸車上行至后場堆箱區(qū)域，然后由軌道吊“接力”擺入堆場目標位置。即便是裝船，軌道吊也能精確找到貨物，送至在約定地點等候的自動導(dǎo)引運輸車上。全部過程通過系統(tǒng)中的指令自動完成。

近年來，自動化雙箱岸橋技術(shù)日趨成熟，已成功運用在自動化碼頭上，提升了碼頭裝卸船效率。然而，自動化雙箱軌道吊面對的工況更加復(fù)雜，因此一直停留在理論階段，全球尚未有過應(yīng)用實踐。

“洋山港四期開創(chuàng)了自動化碼頭的兩大先河：一是自動化雙箱軌道吊首次從實驗室走向市場；二是電機、制動器、減速箱‘三合一’的創(chuàng)新使用，不斷挑戰(zhàn)在空間和布置上的設(shè)計極限，項目的復(fù)雜性與挑戰(zhàn)性前所未有。”振華重工洋山港四期項目經(jīng)理忻程龍介紹。

2015年3月，上海洋山港決定建設(shè)自動化碼頭，振華重工負責提供16臺岸橋和30臺自動化軌道吊。作為全球吞吐量第一的大港，如何提升碼頭使用率成為洋山港的首要考慮因素。他們大膽提出：在海側(cè)一面，使用自動化雙箱軌道吊，配合自動化雙箱岸橋作業(yè)，盡快釋放岸線空間，提高碼頭的使用率，理論上能夠提升50%的工作效率。

“難就難在工況復(fù)雜，不像岸橋?qū)?yīng)的是靠泊船只上擺放整齊的箱子，在地面上，兩個箱子可能會出現(xiàn)八字形擺放、錯位擺放、箱子間隙不等的情況，自動化軌道吊要像人腦一樣，識別并微調(diào)雙箱位置，準確抓取。這要求我們必須精確計算出合適的容錯率，結(jié)合碼頭實際情況，預(yù)設(shè)出多種工況。”忻程龍解釋道。

“邊裝邊卸”是場效率革命?？亢Ｒ粋?cè)軌道吊負責對接船舶集裝箱，靠陸一側(cè)軌道吊負責對接集卡集裝箱。以往，二者合作模式是單向循環(huán)，海側(cè)一方卸船后進入堆場，等待集裝箱裝上集卡后，再回到海側(cè)。此次研發(fā)團隊演示了新的工藝：海側(cè)軌道吊卸船后進入堆場，陸上軌道吊同時啟動，雙方在堆場區(qū)的某處交接集裝箱后，各自進行下道工序，形成雙向循環(huán)，省去等待時間，提高裝卸效率，成為全球首創(chuàng)的工藝。經(jīng)過大量研發(fā)試驗，如今設(shè)備生產(chǎn)已接近完工。“自動化雙箱軌道吊首次投放市場，將撬動自動化碼頭新一輪的效益革新。”忻程龍說。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。