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自动化集装箱码头装卸工艺的系统化思考
2017年04月25日   文章作者: 李金龙
文章来源:本站原创  内容分类: 陆桥文库

 

    〓〓摘要:本文梳理全球自动化集装箱码头发展脉络,模块化对比分析其装卸工艺,并进行系统化思考,为我国沿海未来自动化集装箱码头建设发展提供启发。
    〓〓关键词:自动化集装箱码头;装卸工艺;模块化;系统化
    〓〓一、自动化集装箱码头发展现状
    〓〓随着船舶大型化发展,现有传统的集装箱码头面临转型升级的巨大压力。由于劳动力成本增加,自动化和信息技术进步,以及环保理念深入实施,高效节能的自动化码头已成为全球集装箱码头的建设发展趋势。早在20世纪 80 年代中期,在人口递减、熟练劳动力资源匮乏的西欧地区,自动化集装箱码头最先受到关注。1993年,荷兰鹿特丹港的ECT码头建成世界上第一个自动化集装箱码头并投入运行。随后,英国、德国、日本、韩国等纷纷投入巨资改造和新建自动化集装箱码头。迄今为止,世界建成和在建的自动化集装箱码头共计32个,其中半自动化码头20个,全自动化码头12 个(见表1)。国内第一个全自动化集装箱码头是厦门远海码头,于2014年建成投入运行。
    表1   全球已建成自动化集装箱码头明细(截至2016年3月)
    所在地区 码头名称 所在港区 建成年份 属性分类
    欧洲10个 ECT 码头 荷兰鹿特丹 1993 全自动化
      Thamesport码头 英国伦敦 1996 半自动化
      CTA码头 德国汉堡 2002 全自动化
      Euromax码头 荷兰鹿特丹 2010 全自动化
      安特卫普门户码头 比利时安特卫普 2010 半自动化
      TTI 码头 西班牙阿尔赫西拉斯 2010 半自动化
      BEST 码头 西班牙巴塞罗那 2013 半自动化
      伦敦门户码头 英国伦敦 2013 全自动化
      MaasvlakteII 码头 荷兰鹿特丹 2014 全自动化
      RWG 码头 荷兰鹿特丹 2014 全自动化
    亚洲地区15个 川崎自动化码头 日本川崎 1996 半自动化
      巴西班让码头 新加坡 1998 半自动化
      香港国际货柜码头 香港 1999 半自动化
      TCB码头 日本东京 2003 半自动化
      长荣码头 台湾高雄 2006 半自动化
      万海码头 日本名古屋 2008 全自动化
      韩进码头 韩国釜山 2008 半自动化
      现代码头 韩国釜山 2009 半自动化
      PNC码头 韩国釜山 2009 半自动化
      台北港货柜码头 台湾台北 2009 半自动化
      高明码头 台湾高雄 2013 半自动化
      Khalifa码头 阿联酋阿布扎比 2012 半自动化
      釜山新集装箱码头 韩国釜山 2012 半自动化
      厦门远海码头 厦门 2014 全自动化
      拉蒙湾码头 印尼泗水 2016 半自动化
    北美4个 弗吉尼亚码头 美国弗吉尼亚 2007 半自动化
      GCT码头 美国纽约 2014 半自动化
      长滩中港码头 美国长滩 2016 全自动化
      Trapac 码头 美国洛杉矶 2016 全自动化
    澳洲3个 布里斯班码头 澳大利亚布里斯班 2013 半自动化
      SICTL码头 澳大利亚布里斯班 2014 全自动化
      Patrick码头 澳大利亚布里斯班 2014 全自动化
    注:半自动化集装箱码头仅在堆场环节实现自动化;全自动化集装箱码头仅在船舶岸边装卸环节保留部分人工操作,水平运输和堆场环节完全实现自动化。
    〓〓如表1所示,早期自动化集装箱码头集中分布在人力成本较高的西欧地区,当前则出现在世界范围内推广建设的趋势。尤其自2008年全球金融危机以来,全球各大码头经营商为提振经营绩效、保持不被时代发展淘汰,纷纷发展和加强集装箱码头自动化水平,形成新一轮的自动化集装箱码头建设发展的高潮。实际上,在经历半自动化码头快速发展的过渡期后,全自动化码头已成为自动化集装箱码头发展新趋势,其技术先进性的优势不断显现。我国作为港口大国,必须顺应全球自动化码头发展潮流,并引起高度重视。
    〓〓二、装卸工艺的模块化分析
    〓〓借鉴国外发展经验,只有采用系统化方法才能有效构建自动化集装箱码头装卸工艺体系。即在装卸工艺的选择中,不能沿用传统的以作业线为基础的设计理念,而是首先将装卸工艺系统划分为多个相互联系的模块,然后运用系统化的思路,通过模块间的相互匹配来完成码头工艺的有效配置。按照上述方法,首先对码头装卸工艺进行模块化分析。将码头工艺系统划分为岸边装卸、水平运输、堆场集疏运和闸口进出等四大模块,对传统集装箱码头和自动化集装箱码头各项指标开展对比分析。
    〓〓1.岸边装卸模块。该模块主要是集装箱岸桥(QC)工艺,自动化码头和传统码头在该环节没有本质的差别。最近十多年间,在船舶大型化以及高效率装卸的推动下,在经历了单小车--双小车--多种改进型的发展过程后,QC的技术性能有了突飞猛进的发展。例如,在荷兰鹿特丹港的Euromax自动化集装箱码头、我国青岛港QQCT四期码头(传统集装箱码头),新式双小车QC有前小车、中转平台和后小车。卸船时,前小车负责将船上的集装箱吊至中转平台,后小车将中转平台上的集装箱吊放到水平运输工具上,装船时则按相反过程进行。由于双小车QC的2台小车各自的运行路程仅为单小车岸桥小车运行路程的一半,故工作效率较高。加之在中转平台上提取货物装上集装箱转销,取转销不占用生产循环时间,可以达到单机每小时80-100TEU的装卸效率,提升效率2-3倍。此外,上海振华港机还最新研发出双40英尺箱双小车QC,它与双小车岸桥区别在于前后小车可以同时一次装卸2个并排40英尺箱,中转平台可以保证并排的2个集装箱快速定位,效率更高。
    〓〓2.水平运输模块。自动化和传统集装箱码头在船边至堆场间的水平运输环节存在差别。自动化码头多采用自动导向小车(AGV)工艺,传统码头多采用内燃机驱动的集装箱卡车(集卡)、跨运车(SC)工艺。在国外特别是欧美国家,船边至堆场间的水平运输多采用AGV或SC作业,AGV可以实现全自动化,跨运车SC目前还是由人工操作的。例如,1993年投入运营的荷兰鹿特丹港ECT码头采用的AGV沿固定圆形路线运行,AGV装卸点位于QC门框内,同时AGV不进入堆场。德国汉堡港CTA码头的AGV利用异频雷达导航,按不固定路线运行,相对于固定路线运行,其效率更高,但是调度更复杂。同时,它的装卸点在岸桥的后伸区域,不在QC门框之内,同时也不进入堆场。荷兰鹿特丹港Euromax码头在堆场内留有1条AGV通道,AGV可进入堆场,并且在相互交叉的情况下,可以直行、转弯、环行,功能更为强大。最近,上海振华港机研发的可以自行升降的AGV已经面世,化解了AGV与QC和ARMG间的耦合困境,把AGV提升到一个新的技术层面。
    〓〓国内目前主要以集卡为主。通常国内港口码头公司自有集卡很少,水平运输环节由社会力量承包,码头公司只负责合同契约式管理。最近几年,各大港口为提升效率,在新式QC的推广应用过程中,QC的高效率和集卡水平运输之间矛盾逐步激化。与QC每小时80-100TEU的作业效率相比,常规的集卡水平运输作业效率明显偏低,装卸和转运的衔接成为瓶颈,严重影响整体作业效率,并且带来一系列管理问题和安全隐患。
    〓〓3.堆场集疏运模块。自动化和半自动化集装箱码头都在堆场环节实现了自动化作业,与传统集装箱码头有着本质区别。
    〓〓通常,传统集装箱码头堆场起重机主要是轮胎吊(RTG)或轨道吊(RMG)。RTG采用内燃机驱动,运行灵活性强,RMG则按照固定轨道行驶,使用电动车轮驱动,环境污染小。在迄今集装箱码头中,RMG占据多数,为实现节能减排、绿色环保的目标,上海、青岛等港口近年对原有的RTG进行了“油改电”升级改造,采用电力驱动。
    〓〓而在自动化码头堆场与此大有不同。例如,德国汉堡港CTA自动化集装箱码头在堆垛时采用一高一低2台全自动轨道吊(ARMG),2台ARMG轨距不同并运行在不同轨道上,可以互相穿越运行,各自均可独立装卸箱垛任何一部分,装卸效率和灵活性较高。而在荷兰鹿特丹港Euromax码头、国内厦门港远海码头堆场内ARMG为接力式对称布置。目前,有些码头开始使用可同时吊2个40英尺或4个20英尺集装箱的ARMG,效率提高30%以上。
    〓〓4.闸口进出模块。自动化码头和传统码头在该环节差别不大,都是采用自动化智能闸口。闸口一般设置两道,第一道的作用是信息的辨识和确认,第二道是接受具体的指令。
    〓〓综上所述,水平运输和堆场集疏运两大模块是自动化集装箱码头与传统码头区别的核心所在。因此,如何处理好这两大模块就是成功规划建设自动化码头的关键。
    〓〓三、装卸工艺的系统化思考
    〓〓1.各模块的技术可靠性。在自动化集装箱码头,由于人员进入码头作业区域和设备的人为操作受到严格限制,这就要求上述模块必须具备良好的自我运转能力,任何环节的技术缺陷都会影响整体装卸过程。这表明各个模块必须应用成熟的技术。随着双小车及三小车QC的出现,AGV从只能运载1个集装箱向运载2个或多个集装箱发展。然而目前AGV工艺在技术方面可靠性不高。日本、韩国等港口的自动化集装箱码头多在水平运输模块多保留人工操作,并为全自动化升级预留空间。
    〓〓另外,考虑到码头装卸操作的现实情况及部分工作性质要求,通常需要一定数量的码头工人,比如对甲板上的集装箱的捆绑和松绑,以及对每个集装箱上的四个锁紧锥的解绑,这些工作都无法由机器完成。因此,建议分期、分阶段实现自动化码头的建设目标。即初期在水平运输环节保留人工操作,在堆场环节实现自动化,后期随着技术的进步,再逐步将码头向自动化升级,同时注意自主知识产权保护问题。
    〓〓2.各模块的整合协同。自动化码头的主要资源是装卸设备,对这些设备进行统一调配和控制主要依靠作为“指挥中枢”的生产组织调度,由它向作为“现场操作者”的设备控制系统发送作业指令,后者安排作业机械设备完成操作,以此来保障各模块有效协同的整体效率。然而,由于每个港口定位和货物流向不同,各码头集疏运的特点差异较大,如何有效协同的整体效率就成为一个难题。例如,鹿特丹港 Euromax 码头花了 3年时间才完成自动化生产管理系统和设备管理系统的整合协调。日韩发展自动化集装箱码头的实践经验也证明,整合各模块功能,实现各模块的有效协同,可以全面提高整个码头的作业效率,提升港口竞争力。
    〓〓3.整个系统的模式选择。自动化集装箱码头具备节省码头人力成本、提高港口通过能力、节能环保、提升港口形象等诸多优势,但其建设和发展需要经历长期的过程。因此要立足港口实际情况,综合考虑实际需求、码头条件、吞吐量、成本(投资、维护、运行)等因素,科学选取全自动化或半自动化码头建设模式。例如,美国洛杉矶港的TraPac和长滩中港码头(LBCT),由于分别属于商船三井(MOL)和东方***(OOCL)。由于每年有不少于200 万TEU的运量作支撑,投入巨资建设全自动化码头是其最优化战略选择。而对于弗吉尼亚码头而言,由于其不是班轮公司的子公司,无法依赖母公司的货运量来保持业务流量,显然更适合建设半自动化码头。因此,国内沿海港口在模式选择上,一定要综合考虑投资回报率、自身集疏运特点、平均作业效率、综合作业单耗、泊位通过能力等因素。
    〓〓近十年来,我国沿海港口行业劳动力逐渐短缺,人力成本逐步飙升,同时港口自动化技术日趋成熟,设施成本不断下降。此消彼长之下,由自动化技术和设备引发的“机器换人”已成为全产业转型发展的时代潮流,港口行业也不能例外。随着信息技术的不断发展,自动化集装箱码头的应用越来越广泛。我国港口企业在自动化集装箱码头的建设发展过程中,除了要采取先进的工艺流程和技术设备,更要以提高资源利用率、减少劳动力成本、提高码头运作效率、改善服务水平质量为最终目标。同时,在涉及发展建设的制度、管理等“软环境”上,将面临一些困难和挑战,需要经历漫长的发展过程,因此,要在科学制定发展规划的基础上,积极借鉴国外港口的发展经验和管理理念,因地制宜地开展自动化码头建设工作。
    参考文献:
    [1]   李金龙等.集装箱物流理论与实务[M].北京:清华大学出版社,2011.
    [2]   王鹏慧,江南莼.独树一帜的美国半自动化码头[J].中国港口,2015(8).
    [3]   王俏俏,徐剑华.鹿特丹港引领集装箱码头自动化趋势[J].中国港口,2015(7).
    [4]   杨宇华等.集装箱自动化码头发展趋势分析[J].中国工程机械学报,2015(6).
    [5]   李金龙.中国自动化集装箱码头的发展与挑战[J].港口经济,2016(1).

     





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