欽州港全自動化集裝箱碼頭裝卸工藝系統設計

彭駿駿，梁 浩，劉漢東

(中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510290)

隨著自動化碼頭技術的不斷發展，各類型自動化集裝箱碼頭飛速涌現，如青島前灣、洋山四期[1]、南沙四期[2]、天津北疆C段[3]等均采用不同的自動化集裝箱碼頭技術方案。裝卸工藝系統是自動化集裝箱碼頭的核心，如何結合工程自身特點，最大限度地滿足碼頭智慧、高效、節能、安全等的運營需求，科學合理地進行裝卸工藝系統設計與選擇尤為關鍵。

本文基于欽州港自動化集裝箱碼頭陸域條件和集裝箱集疏運特點，提出一種全新的U形全自動化集裝箱碼頭裝卸工藝系統方案，可為后續自動化集裝箱碼頭設計、建設提供一種新的思路和參考。

1 工程特點

圖1 欽州港自動化集裝箱碼頭陸域范圍(單位：m)

1)陸域縱深大。欽州港自動化集裝箱碼頭陸域縱深較大，為807.5～1 007.0 m，目前采用垂直于碼頭岸線布置的自動化集裝箱碼頭有洋山四期，由于采用海陸側交互區、堆場端部裝卸的方案(簡稱“端裝卸”)，該自動化方案集裝箱堆箱區長度不宜大于350 m，對陸域縱深較大的自動化集裝箱碼頭適應性較差。

2)陸路集疏運比例高。欽州港自動化集裝箱碼頭陸路集疏運比例較高，約為70%，若采用類似南沙四期堆場平行于碼頭岸線布置、設置港內外集卡交互區的自動化方案，則存在交互區裝卸作業量大、二次裝卸能耗高等問題。

3)港外集卡集中到港情況顯著。欽州港港外集疏運集卡進出港作業主要集中在某幾個時段，集中到港作業特點突出，若采用如天津港北疆C段智能化集裝箱碼頭的方案，堆場平行于岸線布置、交通路口通過門禁和紅綠燈控制的自動化方案，可能會出現港外集卡進出堆場作業擁堵的情況。

2 裝卸工藝方案

鑒于工程顯著特點，同時結合目前已成熟的自動化集裝箱碼頭技術，針對欽州港自動化集裝箱碼頭工程，提出一種全新的U形全自動化集裝箱碼頭方案[4]：碼頭前沿采用自動化雙小車岸橋，堆場采用雙懸臂自動化軌道龍門吊(ARMG)，水平運輸采用智能導引車(IGV)。方案主要特征為：堆場垂直于碼頭岸線布置；港外集卡在堆場內的裝卸運輸通道呈U形布置(圖2)，港外集卡和IGV均直接進入堆場、分別在ARMG兩側懸臂下進行作業；港內外水平運輸設備交通組織物理分離。

圖2 U形全自動化集裝箱碼頭裝卸工藝系統

2.1 碼頭前沿自動化裝卸工藝系統

欽州港自動化集裝箱碼頭前沿共配置12臺自動化雙小車岸橋進行作業，碼頭前沿作業地帶寬度120 m，包括：岸橋海側軌中心線至碼頭前沿線之間3.5 m、自動化雙小車岸橋軌內35 m區域、岸橋陸側軌后IGV裝卸作業車道、IGV緩沖區和IGV快速行車道(圖3)。其中艙蓋板堆放區和特殊箱(如超限箱、框架箱等)通道布置在岸橋軌內，岸橋陸側軌后為全自動化作業區，并利用圍網將全自動化作業區和碼頭前沿非自動化區域隔離。岸橋陸側軌后布置有6條IGV裝卸作業車道，從海側起算第2、4、5車道為裝卸作業車道，第1、3、6車道為穿行車道。岸橋主小車后伸距16.5 m，滿足門架小車故障或檢修狀態時的應急裝卸作業需求；門架小車后伸距24 m，滿足第5條IGV裝卸作業車道的裝卸需求。

圖3 碼頭前沿裝卸工藝布置(單位：m)

2.2 堆場自動化裝卸工藝系統

碼頭堆箱區總長為565 m，采用雙懸臂ARMG進行作業，ARMG軌距37 m，軌內設置港外集卡車道的堆箱區布置9排箱，無港外集卡車道的堆箱區布置12排箱；堆場空箱和重箱混堆，空箱和重箱堆高6層，冷藏箱堆高5層。

工程范圍內共布置21條垂直于碼頭岸線的自動化堆箱區(圖4)，其中01堆場同時兼顧特殊箱的堆存，當01堆場進行特殊箱作業時，ARMG切換為人工遠控模式或現場人工遙控模式進行作業。

圖4 堆箱區總體布置

為方便冷藏箱插拔電人員進出[5]，冷藏箱堆場靠近陸側端部布置，同時考慮冷藏箱裝卸船過程集中作業的特點，為滿足冷藏箱裝卸點的需求，工程范圍內共相對分散布置4塊冷藏箱堆箱區。

濕式靜電除塵工作原理與普通的電除塵相同，因此，對于濕式電除塵對粉塵的去除機理，仍然可按電除塵器的除塵效率計算公式（多依奇公式）：

如圖5集裝箱堆場斷面所示，堆場每條自動化箱區配置2臺雙懸臂ARMG，相鄰兩條堆箱區間隔布置港外集卡或IGV水平運輸通道，港外集卡和IGV分別在ARMG懸臂兩側進行裝卸作業，并利用圍網將港內外水平運輸設備隔離。其中堆場間IGV裝卸運輸通道為4車道，寬20 m(ARMG軌道中心線間距)，相鄰堆箱區間布置4個IGV裝卸運輸車道，包括兩側2個IGV裝卸車道、中間1個IGV超車道和1個IGV折返車道。IGV折返車道與IGV裝卸車道、IGV超車道交通流向相反。

圖5 集裝箱堆場斷面(單位：m)

堆箱區間港外集卡裝卸運輸通道為3車道，寬18.5 m(ARMG軌道中心線間距)，外集卡車道呈U形布置，每隔一個箱區在ARMG軌內布置2條港外集卡掉頭通道，外集卡在ARMG一側懸臂進行作業，裝卸完成后繞至ARMG軌內的車道掉頭出堆場。為避免港外集卡在掉頭車道行駛時，ARMG作業過程中集裝箱過外集卡頂部造成安全問題，在ARMG支腿上適當位置設置紅綠燈顯示當前時間段ARMG小車在U形掉頭車道上方的作業狀態，外集卡司機可通過觀察紅綠燈判斷是否通行。

2.3 自動化水平運輸工藝系統

集裝箱自動化水平運輸采用IGV，碼頭配置IGV和自動化雙小車岸橋的比例為1:6。IGV采用磷酸鐵鋰電池驅動，電池容量為373 kW·h；IGV充電點布置在自動化堆場的海側端，單個充電樁功率為400 kW。

IGV輪系為4軸8輪結構(圖6)，采用磁釘進行導航，支持雙向行駛、斜行、S形、U形及90°轉彎等多種運行模式，配合港區智能化調度系統，可將碼頭、堆場區域有機串聯。

圖6 IGV輪系布置

欽州港自動化集裝箱碼頭IGV運行區域磁釘沿IGV行駛車道中心線布置，磁釘布置間距為2 m或4 m，為滿足IGV與碼頭岸橋、堆場軌道吊等大型集裝箱裝卸設備精準交互作業要求，IGV與岸橋和軌道吊交互的裝卸作業車道磁釘間距為2 m，非裝卸作業車道磁釘間距主要以4 m為主。

3 U形全自動化裝卸工藝系統特點

1)港內外水平運輸設備交通組織物理分離、互不干涉，非自動化區和自動化區域界線清晰，有效實現了港區裝卸作業的全自動化。

2)方案可較好地適應陸域縱深較大的集裝箱碼頭。

3)水平運輸車輛在堆箱區側邊進行裝卸(簡稱“邊裝卸”)，堆場內出箱點多，可較好地滿足陸路集疏運比例高、港外集卡集中到港的裝卸需求。

4)港內外水平運輸車輛直進直出堆場的“邊裝卸”作業模式與“端裝卸”的自動化集裝箱碼頭方案相比，堆場內ARMG不用進行集裝箱的水平運輸作業，且同一個箱區內集裝箱基本不用二次倒運，有效減少堆場作業系數，降低碼頭運營能耗。

5)U形自動化方案設計過程中，可根據箱區長度、作業量等對ARMG數量進行靈活配置，堆場作業設備可擴展性好，打破了目前采用堆場垂直布置“端裝卸”的自動化集裝箱碼頭，單個箱區只能固定配備2臺ARMG的主流作業模式。

4 結語

1)闡述了欽州港全自動化集裝箱碼頭前沿裝卸工藝系統、堆場裝卸工藝系統、水平運輸工藝系統的主要設計要點及布置尺度。

2)U形堆場的布局模式可將港區自動化區域和非自動化區域完全物理分離，有效實現港區裝卸作業的全自動化。

3)U形全自動化方案集裝箱堆場垂直于碼頭岸線布置，港內外水平運輸車輛可直進直出堆場進行作業，對陸域縱深大、陸路集疏運比例高、港外集卡集中到港特點顯著的集裝箱碼頭具有較好的適應性。