洋山深水港位于長(zhǎng)江和東海交匯處，由大、小洋山等數(shù)十個(gè)島嶼組成，是中國(guó)首個(gè)在微小島上建設(shè)的港口。洋山港一手牽著長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶，一手挽起海上絲綢之路，是中國(guó)發(fā)展上海自貿(mào)區(qū)、建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)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(guó)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(guó)首座具有完整知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自動(dòng)化集裝箱碼頭，對(duì)于我國(guó)港口的創(chuàng)新、轉(zhuǎn)型和升級(jí)具有十分重要的意義，將成為世界自動(dòng)化碼頭建設(shè)的示范工程。

起重機(jī)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(dòng)化碼頭——上海洋山深水港四期工程。目前，工程已進(jìn)入最后的設(shè)備安裝和調(diào)試階段，計(jì)劃年底開港試運(yùn)營(yíng)。

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

自動(dòng)化率90%以上

洋山港四期工程真正實(shí)現(xiàn)了碼頭裝卸、水平運(yùn)輸、堆場(chǎng)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(guó)第一座真正意義上的自動(dòng)化集裝箱碼頭，與傳統(tǒng)的集裝箱碼頭相比，其最大的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了碼頭裝卸、水平運(yùn)輸、堆場(chǎng)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(jì)院洋山港四期工程設(shè)計(jì)總負(fù)責(zé)人劉廣紅介紹，洋山港四期工程集裝箱碼頭長(zhǎng)達(dá)2350米，布置7個(gè)7萬噸至15萬噸級(jí)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(dòng)化集裝箱碼頭。

自動(dòng)化碼頭最早起源于歐洲，由于勞動(dòng)力成本過高及熟練工人匱乏等原因，需以自動(dòng)化代替人工化。“但當(dāng)時(shí)的自動(dòng)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(yuǎn)。而洋山港四期則實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化率90%以上，碼頭作業(yè)區(qū)將真正實(shí)現(xiàn)無人化、智能化操作。”劉廣紅說，相較于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)在自動(dòng)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(gè)“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(chǎng)為記者描述著碼頭建成后的場(chǎng)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(gè)動(dòng)作分解為兩個(gè)動(dòng)作。”劉廣紅手指岸橋一個(gè)空地方向。

“我們?cè)谶@里設(shè)置了一個(gè)中轉(zhuǎn)平臺(tái)，由岸橋的主小車（吊具）負(fù)責(zé)將集裝箱由船裝卸至中轉(zhuǎn)平臺(tái)，由岸橋后方的門架小車負(fù)責(zé)將集裝箱從中轉(zhuǎn)平臺(tái)裝卸至碼頭上的運(yùn)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(gè)新的高度。”

不但如此，四期工程還實(shí)現(xiàn)主小車的人工遠(yuǎn)程操控和副小車的自動(dòng)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(chǎng)裝卸環(huán)節(jié)，四期工程采用自動(dòng)軌道式龍門起重機(jī)（ARMG），與傳統(tǒng)的集裝箱碼頭不同，堆場(chǎng)采用封閉式管理，堆場(chǎng)內(nèi)沒有操作人員，ARMG均由智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)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(jìn)入堆場(chǎng)內(nèi)部提送箱，只需在堆場(chǎng)的陸側(cè)端部即可完成提送箱操作。

“通過這樣的自動(dòng)化設(shè)計(jì)，碼頭作業(yè)可靠性、安全性、高強(qiáng)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(shí)，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(yùn)工”有序高效

自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車在無人操作的情況下，在碼頭和自動(dòng)化堆場(chǎng)之間來回運(yùn)輸,自定行程路線，實(shí)現(xiàn)無區(qū)域限制自由活動(dòng)

在全自動(dòng)碼頭的展示動(dòng)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(dòng)化堆場(chǎng)之間來回運(yùn)輸，承擔(dān)起碼頭中“搬運(yùn)工”的角色。

“這種小車專業(yè)術(shù)語叫自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（AGV），是一種無人駕駛的運(yùn)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(xiàng)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(xì)一看可見端倪：沒有駕駛室。“這就是公司為自動(dòng)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(dòng)并由前輪控制方向，而該小車則是全時(shí)四輪驅(qū)動(dòng)且前后輪都可以控制方向，這一特性使其不但擁有強(qiáng)勁的動(dòng)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(dòng)作，即使在狹小地方也能順利轉(zhuǎn)彎或變道。

“更為先進(jìn)的是，傳統(tǒng)意義上工業(yè)用AGV一般采用軌道方式運(yùn)行，并且憑借有線光纜技術(shù)接收指令，集裝箱運(yùn)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(shí)現(xiàn)無區(qū)域限制自由活動(dòng)。”張健介紹說，小車采用抗干擾的無線跳頻技術(shù)，實(shí)時(shí)控制AGV進(jìn)行轉(zhuǎn)彎、前進(jìn)，到達(dá)指定位置等操作。小巧的車身，加上在惡劣天氣也能準(zhǔn)確接收運(yùn)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(yùn)路線。

首創(chuàng)“邊裝邊卸”工藝

洋山港四期工程推動(dòng)自動(dòng)化雙箱軌道吊從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)，同時(shí)創(chuàng)新裝卸工藝，大幅提高了碼頭使用率

軌道吊是自動(dòng)化碼頭的后場(chǎng)設(shè)備。集裝箱船靠岸后，岸橋第一時(shí)間將船上的集裝箱卸下，放置到自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車上行至后場(chǎng)堆箱區(qū)域，然后由軌道吊“接力”擺入堆場(chǎng)目標(biāo)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(diǎn)等候的自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車上。全部過程通過系統(tǒng)中的指令自動(dòng)完成。

近年來，自動(dòng)化雙箱岸橋技術(shù)日趨成熟，已成功運(yùn)用在自動(dòng)化碼頭上，提升了碼頭裝卸船效率。然而，自動(dòng)化雙箱軌道吊面對(duì)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(shí)踐。

“洋山港四期開創(chuàng)了自動(dòng)化碼頭的兩大先河：一是自動(dòng)化雙箱軌道吊首次從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)；二是電機(jī)、制動(dòng)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(jì)極限，項(xiàng)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(xiàng)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(dòng)化碼頭，振華重工負(fù)責(zé)提供16臺(tái)岸橋和30臺(tái)自動(dòng)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(dòng)化雙箱軌道吊，配合自動(dòng)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(gè)箱子可能會(huì)出現(xiàn)八字形擺放、錯(cuò)位擺放、箱子間隙不等的情況，自動(dòng)化軌道吊要像人腦一樣，識(shí)別并微調(diào)雙箱位置，準(zhǔn)確抓取。這要求我們必須精確計(jì)算出合適的容錯(cuò)率，結(jié)合碼頭實(shí)際情況，預(yù)設(shè)出多種工況。”忻程龍解釋道。

“邊裝邊卸”是場(chǎng)效率革命?？亢Ｒ粋?cè)軌道吊負(fù)責(zé)對(duì)接船舶集裝箱，靠陸一側(cè)軌道吊負(fù)責(zé)對(duì)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(jìn)入堆場(chǎng)，等待集裝箱裝上集卡后，再回到海側(cè)。此次研發(fā)團(tuán)隊(duì)演示了新的工藝：海側(cè)軌道吊卸船后進(jìn)入堆場(chǎng)，陸上軌道吊同時(shí)啟動(dòng)，雙方在堆場(chǎng)區(qū)的某處交接集裝箱后，各自進(jìn)行下道工序，形成雙向循環(huán)，省去等待時(shí)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(yàn)，如今設(shè)備生產(chǎn)已接近完工。“自動(dòng)化雙箱軌道吊首次投放市場(chǎng)，將撬動(dòng)自動(dòng)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)。