集装箱码头堆场布局研究王成伟

集装箱码头堆场布局研究王成伟

王成伟

青岛前湾集装箱码头有限责任公司山东青岛266555

摘要：随着我国经济全球化和区域经济一体化进程的进一步的发展，全球集装箱运输能力也逐步的提升，集装箱码头面临吞吐量不断增长的巨大压力。现代集装箱船舶的大型化也使港口间的竞争愈加激烈。因此，港口企业正努力提高集装箱码头装卸作业效率，提高服务质量和管理水平，从而进一步降低运营成本。基于此，本文主要对集装箱码头堆场布局进行了简要的分析，希望可以为相关的工作人员提供一定的参考。

关键词：集装箱码头；堆场布局；研究

引言

随着社会经济不断发展，我国对运输业需求不断提升，集装箱市场被有效激活。集装箱堆场是集装箱操作中必需且稀缺的场所，对集装箱堆场的布局有效优化，可以显著提升集装箱的物流效率，因此，对集装箱码头堆场布局进行研究具有重要的实际意义。

1集装箱码头堆场变革

传统集装箱码头堆场计划普遍采用的分吨级原则已经过时。分吨级指在配积载时为确保船舶稳性而对出口集装箱按总质量分级，例如，将1~10t的集装箱定为1级，10~20t的集装箱定为2级，以此类推，也可以更加细分。这种分级办法存在严重缺陷，例如，9t的集装箱与11t的集装箱本不属于同一吨级，但实际上一些大型船舶对配积载的要求不高，总质量相差2t以内的集装箱无须分别积载。传统分吨级原则使得系统无法判断和合理安排处于吨级边缘的集装箱。

由于自动化集装箱码头堆场收取箱点固定，集装箱之间的联系减弱，只须考虑同排集装箱的关系，即如果按传统的堆场计划经验，必定采取同排集装箱重压轻堆放原则。自动化集装箱码头堆场计划突破传统思维，只区分港口而不区分吨级，引入同排质量差的概念，即根据同排集装箱的质量差安排堆存计划。举例来说明，假设历史经验设定某船所载同排集装箱的质量差为2t，某排内第一个出口集装箱的质量为9t，第二个出口集装箱的质量为11t，同排4层出口集装箱形成2t的质量差，那么该排剩余2个出口集装箱的质量必须在9~11t的范围内。如果第一个出口集装箱的质量为9t，与其质量差小于2t的出口集装箱可以堆放在其上层；如果第二个出口集装箱的质量为10t，则第三层出口集装箱要么与9t集装箱形成大2t的质量差，要么与10t集装箱形成小2t的质量差。假设第三层出口集装箱的质量为8t，则第四层只能堆放8~10t的出口集装箱。这种同排集装箱根据质量差堆存的原则可以确保同排出口集装箱符合同时配积载的要求。当然，还可以结合吨级的概念，根据历史经验将不同吨级集装箱按质量差再加以细分。

2集装箱布局不合理原因分析

2．1场站规划不合理

虽然我国码头建设随着经济的快速发展得到了一定程度的进步，但是随着码头向多渠道客户提供箱管服务以及经营拆装箱等其它相关业务的拓展，很多码头的综合转运能力显得明显不足，我国多数码头的堆场经常处于超负荷运行的状态，一些码头为了前期节约成本导致不合理问题日益显露，比如一些码头的建设处在与居民区不远的地方，这就限制了码头自身建设和货运量的提升。一些大型的机械设备就无法运用，直接导致堆场作业混乱，机械设备无法有效支配，利用率低，是当前集装箱布局必须解决的问题之一。

2．2场站服务水平方面的问题

在我国，由于长时间的粗放式发展，造成了码头集装箱堆场服务水平低下等问题。很多场站由于资金技术不足，目前无法做到全面应用信息传递，无法运用电视监控、无线终端指令操作、车辆跟踪管理、远程图像传输等先进技术，致使生产效率低下。这种情况下，场站的堆场管理很难满足目前集装箱客户的需求，比如某些顾客会提出较为严格的拆箱要求，或者对一些特种箱的修理工作等均无法在小型场站完成，因此，难以满足客户提出的要求。

3自动化集装箱码头平面布局

自动化集装箱码头平面总体布局一般可划分为3个主要工作区域：码头前沿作业区域、水平运输区域以及堆场作业区域。

3.1码头前沿作业区

在码头前沿作业区域，由岸边集装箱起重机（简称“岸桥”）负责集装箱在船舶与水平运输设备之间的转运。岸桥通常分为单小车岸桥、双起升岸桥、双小车岸桥和双起升双小车岸桥等，吊具可起吊重量一般在65~80t，有些甚至达到130t。随着自动化远程控制技术的发展，岸桥主小车从传统的司机室人工操作转为中控室远程操控。

3.2水平运输区

在水平运输区域，根据水平运输设备的不同可分为4类：自动导引小车、跨运车、集卡（半自动化码头）以及立体分配系统（全自动化码头）。

3.3堆场作业区

在堆场作业区域，由堆场起重机负责集装箱在堆场内的流转以及与水平运输设备之间的转运。堆场起重机多数采用自动化轨道式龙门起重机，少数采用全自动化轮胎式门式起重机。

3.4设备控制系统

设备控制系统即起重机设备自动控制软硬件系统，主要负责整个码头起重机相互协调运作。设备控制系统包括3大软硬件子系统：质量自动控制系统、自动化导引车辆控制系统以及自动化轨道式龙门起重机控制系统。

4集装箱堆场作业新工艺

4.1底盘车与起重机作业

集装箱码头与堆场之间要采用牵引车带动底盘车进行运输。集装箱堆场采用轮胎起重机进行堆取移箱作业，通过这两种设备配合能够有效提高码头装卸效率。在场地面积较大、集装箱过多时，要采让牵引车带动两台以上的底盘车排列拖动，进而解决集装箱较多的问题。一台牵引车带动多台底盘车，能够有效减少牵引车周转次数，进而降低牵引车能源消耗，减少整体装卸成本，降低人力投入。该种运输形式效益高、效率高、人力投入低，具有良好的发展前景。

4.2自动导向车系统

自动导向车是一种新式装卸工艺技术，主要包括岸桥、导向车、起重机以及自动识别系统。自动导向车不需要轨道运行，在普通路面中即可运行。也有一种有轨导向车，该导向车需要在轨道中运行。以有轨导向车为例，它主要分为单轨和双轨两种布置方案，轨道式起重机与岸桥机腿之间呈现环形敷设。在这种模式下，轨道导向车即可围绕场地进行回转。

在无轨自动导向车中，各个导向车中都设有相应的信号接收器，主要接收中央控制器所发出的信号，进而设置导向程序。导向车接收到该信号后，即可根据预设方案展开工作。控制中心根据每辆导向车信息与场地信息，决定导向车是否需要转弯，进而避免多辆导向车在运作时产生冲突。每辆导向车能够运输40ft左右的集装箱，或者两个20ft左右的集装箱，在码头前言与堆场之间运行工作。

除了自动倒像车之外，在堆场中还要配备自动轨道式集装箱龙门起重机。通常情况下，一台起重机要配备7台左右的导向车，进而满足装卸、运输货物需求。自动起重机同样受控制中心指令展开作业。在堆场中，起重机通过接运导向车运来的集装箱，并将集装箱放到指定位置，或者运送堆场中的集装箱到导向车中。

此外，起重机也可以完成堆场的装卸工作，主要通过遥控中控室操纵起重机来完成。总之，自动导向系统具备高效、经济、精准等特点，特别适用于集装箱数量庞大、劳动成本高的大型码头中。

5布局方式分析

本文以国内某个传统集装箱码头为例，对其提出2种向自动化码头改造升级的装卸工艺，并通过仿真软件WITNESS建立模型，进行仿真分析，选出一种较优工艺。

5.1码头布局及装卸工艺

目前该码头前沿采用传统单小车岸桥（12台单箱岸桥+4台双箱岸桥）进行作业。前沿岸线有2条：第1条岸线长900m，共有3个泊位，分布12台岸桥进行作业；第2条岸线长度340m，共有1个泊位，分布4台岸桥进行作业。目前大船平均作业效率为27～28movesh，陆侧作业峰值为每小时100辆集卡。水平堆场包含60（12行×5列）个箱区，场桥采用ＲTG，水平运输采用集卡。

自动化码头的装卸工艺多种多样：码头布局可以采用垂直布局，也可以采用水平布局；自动化设备包括自动化岸桥、自动化轨道吊、单双悬臂（自动化）轨道吊、自动化龙门吊、AGV以及自动化跨运车等。目前我国对于新建的自动化码头，往往将自动化实现到底，比如在建的青岛和洋山的全自动化码头，堆场布局为垂直布局，码头设备主要采用自动化双小车岸桥、自动化轨道吊以及AGV。但是“由传统码头向自动化码头改造”与“直接新建自动化码头”是有区别的，因为需要考虑当前码头的装卸工艺，以减少改造成本。

根据该码头的现状，现提供2种改造的码头布局及装卸工艺：堆场依然采用水平布局，水平运输依然采用集卡，以双箱双小车自动化岸桥替换传统岸桥，以悬臂轨道吊替换ＲTG。2种工艺的区别在于一种工艺采用双悬臂轨道吊，箱区宽度可容纳13排集装箱，内外集卡装卸道分布在箱区的两侧，为“双悬臂轨道吊+集卡”工艺（简称“双悬臂工艺”），改造后的码头布局如图1所示；另一种工艺采用单悬臂轨道吊，箱区宽度可容纳14排集装箱，内外集卡装卸道均分布在箱区的海侧，为“单悬臂轨道吊+集卡”工艺，（简称“单悬臂工艺”），改造后的码头布局如图2所示。2种工艺的堆场都有18个箱区，每个箱区有2台悬臂轨道吊，而集卡数量配比需通过仿真分析决定。

5.2仿真模型

自动化集装箱码头系统是由岸桥、堆场、场桥、内外集卡、道路以及设备调度策略（即设备控制系统）、码头运营规则（即码头操作系统）等组成的一个离散事件动态系统，其特点为随机因素多、多级排队、紧密耦合。这些特点导致其难以用数学模型来分析系统效率、设备配置以及调度管理等诸多问题，因此，选择仿真软件WITNESS来建立自动化集装箱码头系统的仿真模型。

5.3仿真结果分析

1）本文提出的2种由传统码头向自动化码头改造升级的装卸工艺的最佳集卡配比均为1∶6。2）通过对2种工艺的堆场年通过能力、堆场作业能力、码头管理以及能耗成本的仿真数据进行分析得到：针对本文作为案例的码头，在堆场年通过能力（即年吞吐能力）上，单悬臂工艺优于双悬臂工艺；在堆场作业能力、码头管理以及能耗成本方面，双悬臂工艺略优于单悬臂工艺。3）通过对2种工艺的4项评估指标进行加权分析得到：针对本文作为案例的码头，综合年吞吐能力、堆场作业能力、码头管理以及能耗成本4个方面可知，双悬臂工艺优于单悬臂工艺。4）目前中国的集装箱码头基本上都是这种类型的传统码头（即传统岸桥+集卡+ＲTG），因此本文提出的案例具有一定的代表性。

6集装箱场站堆场布局建议

6.1加强货源市场开发

任何集装箱场站堆场的布局都是围绕市场货源来开发的，因此，为了使集装箱堆场能够高效运转，一方面各场站应提高翻箱率以及机械利用率的问题，确保码头的作业效率能够不断的提升。在集装箱场站布局过程中需要找出现有场站存在的问题，并对其不断进行优化处理，降低物流距离及搬运垂直距离，减少跨箱运输次数，设置合理行走通道，从而降低搬运过程的资源用量，在保证作业效果的基础上降低成本，进而提升场站的综合竞争能力。最后，场站的市场拓展也尤为重要，需要各场站不断加大市场拓展力度，深入挖掘货源，为港口码头集装箱堆场布局做好货源基础。

6.2建立科学的堆场布局

网络为进一步提高集装箱堆场的运转效率，码头堆场布局应与外部建立完备的运输体系。任何场站堆场的优化布局是和外部的网络布局分不开的，特别是当前随着海运、陆运和铁路运输的多式联运的快速发展环境下，需要各个码头做好与相关企业的联系，合理布局港口堆场，不断提升港口的运转效率。

6.3加快集装箱场站信息系统建设

信息系统体系建设对于集装箱堆场建设具有重要的作用。如现在流行的差分全球定位系统，码头场站可以利用它不断的增强集装箱堆场堆码的高度，从而提升堆场作业量及场地利用率，降低储存成本。同时，通过引用信息系统，可以在码头设立缓冲区，并通过信息系统加以管理，这样做首先提升了码头的信息技术含量，通过信息系统建设可避免各种作业冲突，提升装卸效率。

结束语

随着集装箱码头自动化观念的深入人心，在未来自动化码头建设中将更加关注安全与舒适、便捷与高效、资源节约与可持续发展以及生态与环保等方面。我国港口若要参与国际竞争，争夺世界集装箱枢纽港的地位，就必须顺应这一发展趋势，提高我国集装箱码头自动化、智能化技术水平，加快相关行业的科技创新，充分发挥我国港口机械装备制造业的优势，打造自动化设备及系统的世界品牌，逐步建设具有自主知识产权的全自动化集装箱码头。

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