自動化碼頭建設對我國港口的影響分析

1、自動化碼頭建設對我國港口的影響分析摘要：隨著高新技術的飛速發(fā)展，自動化碼頭建 設也發(fā)生質的飛越。雖然真正意義上的全自動化碼頭 還未實現，但目前國內外港區(qū)碼頭自動化水平已經達 到一定的高度。隨著我國自動化碼頭建設步伐的加快, 港口綜合競爭力得到了極大地提高，綠色港口建設逐 步展開，港口可持續(xù)發(fā)展也在邁向新階段。關鍵字：自動化碼頭港口可持續(xù)化發(fā)展0引言在全球經濟一體化不斷深入推進、世界經濟總量 不斷增長、國際貿易迅速發(fā)展的今天，港口作為全球 集疏運網絡中的重要節(jié)點，不但是對外貿易進岀口貨 物的集散中心，而且是國際物流供應鏈的重要環(huán)節(jié)和 物流通道樞紐，更是全球資源配置和價值鏈構建的重 要平臺。但隨著

2、全球環(huán)境的不斷惡化，近年來，黨中 央、國務院就建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會，發(fā) 展綠色經濟、循環(huán)經濟、低碳經濟等作出了一系列重 大決策部署。全自動化、高效率和環(huán)保越來越成為未 來世界港口建設及基礎設備更新的發(fā)展方向。隨著計算機互聯網技術的飛速發(fā)展，智能化、自 動化等逐漸成為各個行業(yè)的發(fā)展目標。自動化碼頭的 建設充分利用最前沿的科學技術，在智能化操作，低 碳運轉等方面都有質的飛躍。1我國港口發(fā)展現狀及問題分析1.1我國港口發(fā)展現狀(1) 吞吐量大進入21世紀，隨著國民經濟快速增長，我國沿海 港口緊緊抓住不斷擴大的內需和外貿的有利時機，乘 勢而上，獲得了快速發(fā)展。上海國際航運中心發(fā)布的 全球港口

3、發(fā)展報告顯示，我國的大連港、營口港、 青島港、天津港、泉州港、高雄港、南京港躋身前20 名。在全球前10大港口貨物吞吐量累計中，我國港口 吞吐量所占比重從2010年的78.2%上升至2013年的 85.26%,優(yōu)勢地位更加穩(wěn)固。(2) 總體增速快，發(fā)展格局中“北強南弱”態(tài)勢明顯由2013年全國主要港口貨物吞吐量完成情況來 看，環(huán)渤海港口、長三角港口、珠三角港口、海峽西 岸港口和北部灣港口吞吐量分別為25.39、19.74、6.01、 3.56和3.12億噸，環(huán)渤海港口吞吐量居于首位。從 區(qū)域港口總體來看，環(huán)渤海港口增速平均在10%以上, 長三角港口約為7%,華南港口 1%左右。從港口吞吐總量和

4、發(fā)展增速來看，北強南弱的特征十分明顯。1.2我國港口發(fā)展存在問題分析改革開放以來，我國港口發(fā)展突飛猛進，成就巨大，僅僅用30多年的時間就走過了發(fā)達國家港口上百 年的發(fā)展歷程，已經成為世界港口大國，但離世界港 口強國還有相當的距離，在發(fā)展過程中，諸多問題也 日益顯現，比較突出的有以下幾個方面：(1) 港口布局缺乏科學的規(guī)劃管理，影響岸線資 源有效利用。一些沿海地區(qū)實施以港興市戰(zhàn)略,紛紛以大港口建設為城市發(fā)展目標，其或提出建設國際航運中心， 致使我國港口發(fā)布密集，港口的選址、規(guī)模、碼頭布 局缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃和科學合理論證；同時，局部地區(qū)港 口建設過熱、港口擴張任意占用岸線，岸線節(jié)約性利 用水平較低的問

5、題依然突岀。(2) 港口基礎設施重復建設，經濟腹地交叉，競爭十分激烈。據20102015年中國港口碼頭行業(yè)投資分析及 前景預測報告顯示，目前我國港口吞吐能力實際需 求25%左右，其中，大連港吞吐能力的利用率為78%, 青島港為68%,天津港為55%o若加上在建及待建的 港口，則吞吐能力工序失衡的矛盾更為突出。(3) 港口總體能級較低，服務功能不強，經濟效 血不咼0我國港口以貨運碼頭居多，功能單一，物流產業(yè) 鏈不發(fā)達，港口的發(fā)展層次比較低，主要生存方式是 傳統(tǒng)的裝卸、運輸和倉儲。同時，港口物流業(yè)與臨港 工業(yè)、旅游業(yè)、港航服務業(yè)等其他產業(yè)的融合度不高， 港口對地方經濟的促動作用比較有限，與現代化國

6、際 綜合性港口相比，存在較大的差距。(4) 臨港產業(yè)發(fā)展迅速，港口生態(tài)環(huán)境惡化不斷 加劇。當前，我國黃海、渤海、東海、南海沿岸區(qū)域石 化、鋼鐵等項目密集，與近岸海域環(huán)境保護的矛盾突 出。碼頭作業(yè)機械陳舊，燃油利用率不高，碳排放量 較大，不僅浪費資源，還對環(huán)境存在很大的威脅。所以這些問題的存在是有悖于國家一直在倡導的 可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的。結合國外港口建設分析發(fā)現，自 動化碼頭建設改變了港口碼頭的作業(yè)方式，提高了港 口碼頭的效率，在一定程度上也提升了港口的競爭力。2自動化碼頭概述2.1自動化碼頭概念自動化碼頭就是利用最前沿的科學技術，使得碼 頭作業(yè)機器能夠不在人為的前提下，自行有效運轉， 它主要由自

7、動化堆場作業(yè)機械、自動化岸邊作業(yè)機械、 自動化水平運輸機械和自動化控制系統(tǒng)組成，其中自 動化控制系統(tǒng)為整個自動化碼頭的核心。它一般技術 含量高、運行安全可靠、尤其是隨著云計算、智能制 造、無線通訊的發(fā)展并拓展運用到碼頭。與傳統(tǒng)碼頭 相比，在智能化、可靠性、穩(wěn)定性、設備利用率、運 營成本等方面都具有非常大的優(yōu)勢。2.2自動化碼頭功能劃分自動化碼頭功能區(qū)域主要劃分為三個方面。(1) 岸邊作業(yè)區(qū)域碼頭的前沿采用岸邊集裝箱裝卸橋承擔船舶的裝 卸作業(yè)，進口集裝箱由裝卸橋直接卸到底盤車上，集 裝箱牽引車將載有集裝箱的底盤車拖到堆場停放，出 場時集裝箱牽引車將載有集裝箱的底盤車從堆場上直 接拖出港區(qū)。出口集

8、裝箱由集裝箱牽引車將載有集裝 箱的底盤車從港區(qū)停放在堆場上，裝船時再由集裝箱 牽引車將載有集裝箱的底盤車從堆場拖到碼頭前沿， 由岸邊集裝箱裝卸橋將箱吊裝上船。該系統(tǒng)的主要特 點是，集裝箱在碼頭堆場的整個停留期間均放置在底 盤車上。具體作業(yè)流程如下圖所示。(2) 水平運輸區(qū)域水平運輸區(qū)實現了岸邊作業(yè)區(qū)和堆場作業(yè)區(qū)之間貨物的自動調運。目前碼頭內集裝箱的水平運輸通常 采用集裝箱卡車或agv （auto guided vehicle,全自動 無人駕駛自動導向搬運車）來完成。集裝箱卡車還是 由司機來駕駛；而agv則由中央電腦系統(tǒng)進行控制并 定位。agv是20世紀80年代發(fā)展起來的新技術，agv因其具有無

9、人駕駛、自動導航、定位精確、路徑 優(yōu)化以及安全避障等職能化特征，在自動化集裝箱碼 頭中逐漸代替集裝箱卡車成為碼頭內集裝箱水平運輸 的主要工具。（3）堆場作業(yè)區(qū)域目前世界上集裝箱堆場采用最多的作業(yè)方式是 rtg （rubber-tyred gantry cranes,輪胎式龍門起重機） 或 rmg （rail-mounted gantry cranes,軌道式龍門起 重機）；集裝箱卡車的工藝裝卸系統(tǒng)，由操作人員對集 卡進行人工裝卸作業(yè)。而上海外高橋碼頭投入牛產運營的集裝箱自動化 無人空箱堆場則采用的是全新型自動化高低兩種 rmg和緩沖平臺（buffer）相結合的接力式裝卸系統(tǒng)。自動化堆場作業(yè)區(qū)主

10、要設備：crmg：用來將集裝箱從集卡取出放到緩沖區(qū)的中 間平臺上（集卡卸箱過程），或者將集裝箱由緩沖區(qū)中 轉平臺取出放到集卡（集卡裝箱過程）。drmg：用來將集裝箱從緩沖區(qū)中轉平臺取出放 進堆場（集卡卸箱過程），或者將集裝箱由堆場取出放 到緩沖區(qū)中轉平臺（集卡裝箱過程）。緩沖平臺：設置在裝卸作業(yè)線的兩端，用于臨時 存放集裝箱，解決了進出箱裝卸能力不平衡的難題， 同時其導板結構保證了集裝箱的快速落位，有助于規(guī) 范進出箱區(qū)集裝箱的位置,提高了 rmg提取箱的作業(yè) 效率。集卡：它承擔集裝箱子在碼頭的水平運輸。在該 堆場參與作業(yè)的集卡分為外集卡（指社會上的集裝箱 卡車）與內集卡（指僅限在集裝箱碼頭內作

11、業(yè)的集裝 箱卡車）。3自動化碼頭國內外發(fā)展現狀及趨勢3.1國外發(fā)展現狀（1）自動化岸橋與agv和自動化軌道吊并行運 作鹿特丹的ect,采用的是半自動化岸橋、行駛速 度為3m/s的agv和自動化堆場軌道吊。荷蘭鹿特丹港ect自動化集裝箱碼頭均采用岸橋 進行半自動化船舶裝卸作業(yè)，岸橋僅在對箱時需要司 機操作，其余操作均可自動運行。碼頭前沿與堆場間 的集裝箱水平運輸由agv完成。agv上還裝有超聲波 探測裝置以及其他輔助安全避碰裝置，能夠感知在全 速行駛到停止運行的減速位移范圍內的障礙物，避免 發(fā)生碰撞。碼頭中央控制室生產過程控制系統(tǒng)（pcs）對agv 的工作和集裝箱堆場中的自動起重機（asc）進出

12、管理 和控制，實現了完全自動化。堆場輪胎吊rmg也實現 了無人操作、漢堡港的cta,采用的是振華港機的雙 箱雙小車半自動化岸橋、行駛速度5.8m/s的雙箱牽引 agv和一高一低堆箱取箱的雙軌道吊并行操作。鹿特丹的euromax，碼頭配備設置與前面相同， 但agv速度提高至20m/s,且管理軟件系統(tǒng)也更為先 進。該碼頭集成了 ect自動化碼頭和hhla碼頭的優(yōu) 點，其設計均以高水平操作為原則，碼頭信息化程度 更高，定位更為準確。采用的是雙箱雙小車岸橋，該 岸橋在第一代雙小車岸橋的基礎上進行了改進，速度 高，定位準確。后小車采用了鋼絲繩牽引的形式，這 樣就避免了高速小車打滑的問題。改進后，該類型的

13、 雙箱雙小車岸橋更加適合于自動化碼頭的應用。（2）自動化岸橋與跨運車和自動化軌道吊并行運 作弗吉尼亞的apmt碼頭、西班牙的hjs-tti是采用 該模式運轉。其中弗吉尼亞的apmt碼頭設有8臺岸 橋，水平運輸采用底盤車方式，堆場采用armg工藝。 在碼頭后方垂直于碼頭方向布置了 15個箱區(qū)，每個箱 區(qū)有2臺起重量40teu、堆高6層的armg,每個箱 區(qū)的長度滿足60個標準箱的存放。（3）自動化岸橋與集卡和自動化軌道吊并行運作韓國的 hjsand hmm and pnc and bnct 則是采 用自動化岸橋與集裝箱卡車和自動化軌道吊模式運作o3.2國內發(fā)展現狀（1）2005年上港集團與2pm

14、c合作開發(fā)了首個 自動化堆場該堆場采用高矮軌道吊（rmg）接力式全自動化 無人裝卸系統(tǒng)。在集裝箱堆場的一條作業(yè)裝卸線上， 配置一高一矮2臺rmg,它們通過地面轉接平臺進行 接力式作業(yè)，高型rmg負責堆箱區(qū)集裝箱的裝卸， 矮型rmg僅對集卡進行裝卸，解決了無人操作的軌 道吊對集卡對位難的難題。裝卸流程全部為自動化操 作，提高了集裝箱堆場的作業(yè)效率。（2）2014年10月中國首個自動化集裝箱碼頭廈 門遠海集裝箱碼頭試運營。該碼頭取消了傳統(tǒng)的由內燃機驅動的水平運輸方 式，將碼頭裝卸完全置于軌道上，用電驅動來實現。此外，該碼頭還實現了堆場無人化作業(yè)。該系統(tǒng)由中 央控制室計算機控制，是真正意義上的無人化

15、全自動 化碼頭系統(tǒng)，不僅降低了碼頭用工成本，而且提高了 安全作業(yè)水平，解決了噪音大、排放超標、污染環(huán)境 等問題。3.3發(fā)展趨勢分析針對當今世界的能源危機及環(huán)境保護和中國可持 續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求越來越高的趨勢，一種無人化、綠色 環(huán)保、低碳節(jié)能、安全可靠、效率高的全新的理念必 將成為未來自動化碼頭的發(fā)展趨勢。4自動化碼頭建設對港口的影響一以廈門遠海自動化碼頭為例廈門遠海自動化碼頭取消了傳統(tǒng)的由內燃機驅動 的水平運輸方式，將碼頭裝卸完全置于軌道上，用電 驅動來實現，從而解決了噪音大、排放超標、污染環(huán) 境等問題。由于珍格格碼頭的系統(tǒng)采用電源驅動，經 測算比傳統(tǒng)碼頭節(jié)省能源25%以上，碳排量減少16% 以上

16、。遠海碼頭在投入商業(yè)試運行之后，單橋平均效率 將實現每小時運送三十七八自然箱，工作效率將比人 工操作大大提高。碼頭的年吞吐量也將因此大增，可 達78萬91萬標箱。運營成本方面，據調研，以廈門遠海集裝箱碼頭 14號泊位為例，建設全自動化碼頭后的每年運營成本 只需2564萬元，而常規(guī)碼頭的運營成本要4039萬元， 降低了 37%o其中常規(guī)碼頭的人工費用為3072萬元, 而自動化碼頭只需1872萬元。從廈門遠海碼頭運行現狀來看，已經對當地港口 帶來很大的影響。不但降低了碼頭的用工成本，而且 提高了安全作業(yè)水平。在空間上可以節(jié)省土地使用， 在時間上可以加快船舶裝卸作業(yè)的速度，更好地提高 碼頭運轉效率。

17、同時，自動化碼頭也實踐了 “港區(qū)- 人-自然”和諧相處的生態(tài)環(huán)境理念，在環(huán)境影響和經 濟利益之間獲得良好平衡的可持續(xù)發(fā)展，最大限度地 提高港口經濟活動的資源使用率，最大限度地減少港 區(qū)對外區(qū)域環(huán)境的負面影響，提升港區(qū)社會、經濟和 環(huán)境綜合效益的目的。5總結本文主要通過分析國內外自動化碼頭發(fā)展現狀及 趨勢，然后結合廈門遠海碼頭的實踐經驗，綜合分析 了自動化碼頭建設對我國港口的影響。但是，由于個 人能力、時間以及論文篇幅的限制，本文只是從宏觀 地分析問題，相對簡單。參考文獻1 田洪，吳富生.自動化碼頭的發(fā)展現狀及趨勢 m.物流工程三十年技術創(chuàng)新發(fā)展之道.北京：中 國鐵道出版社，2010.2 謝云，包起帆，姚振強，葛中雄.外高橋自動 化堆場的自動作業(yè)裝卸系統(tǒng)研究j.機械設計與研究, 2007, 23 (4).3 邱惠清，盧凱良.國際自動化集裝箱碼頭技術 發(fā)展述評c.第八屆物流工程學術年會論文集， 2008-10-24.4 彭傳圣.漢堡港的自動化集裝箱碼頭j.