為深入了解國內(nèi)沿海典型自動(dòng)化集裝箱碼頭發(fā)展現(xiàn)狀，剖析國內(nèi)自動(dòng)化集裝箱碼頭快速發(fā)展的背景，全球一次性建成規(guī)模最大、集成度最高、具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自動(dòng)化集裝箱碼頭上港集團(tuán)洋山四期自動(dòng)化碼頭運(yùn)營團(tuán)隊(duì)對(duì)全國十余家自動(dòng)化碼頭進(jìn)行走訪、調(diào)研，提出了自動(dòng)化碼頭建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)預(yù)判“十四五”我國自動(dòng)化碼頭規(guī)模增長(zhǎng)潛力、關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展方向發(fā)揮關(guān)鍵作用。

1993年世界第一個(gè)自動(dòng)化碼頭ETC-Delta 建成并成功運(yùn)營逐步掀起了自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)的浪潮，但主要集中在歐洲、北美洲等勞動(dòng)力成本昂貴、技術(shù)較發(fā)達(dá)的地區(qū)。直到2016 年，廈門遠(yuǎn)海碼頭實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化改造并投產(chǎn)，打破了國內(nèi)自動(dòng)化集裝箱碼頭發(fā)展的空白，國內(nèi)自動(dòng)化集裝箱碼頭的發(fā)展在開局便駛?cè)肟燔嚨溃文昵鄭u港自動(dòng)化集裝箱碼頭和上港集團(tuán)洋山四期自動(dòng)化集裝箱碼頭相繼投產(chǎn)。此后，國內(nèi)沿海自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)及傳統(tǒng)集裝箱碼頭自動(dòng)化改造項(xiàng)目像雨后春筍般涌現(xiàn)，并在“十三五”期間形成一定規(guī)模，成為全球自動(dòng)化集裝箱碼頭發(fā)展的主力軍。剖析推動(dòng)國內(nèi)沿海自動(dòng)化集裝箱碼頭發(fā)展的原因，以國內(nèi)沿海典型自動(dòng)化集裝箱碼頭發(fā)展情況研究為基礎(chǔ)，提出關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)預(yù)判“十四五”我國自動(dòng)化集裝箱碼頭規(guī)模增長(zhǎng)潛力、關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展方向發(fā)揮關(guān)鍵作用。

一、國內(nèi)自動(dòng)化集裝箱碼頭發(fā)展背景分析

1. 政策引導(dǎo)與支持

我國是港口大國，2019 年全球港口集裝箱吞吐量排名中我國有7 個(gè)港口位居前10。為全面提升我國港口發(fā)展水平，實(shí)現(xiàn)從世界大港向世界一流強(qiáng)港的轉(zhuǎn)變，國家相關(guān)部委出臺(tái)了《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》《關(guān)于建設(shè)世界一流港口的指導(dǎo)意見》《關(guān)于推動(dòng)交通運(yùn)輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》等一系列方針政策，為我國港口加強(qiáng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線，推進(jìn)港口自動(dòng)化、智能化建設(shè)提供根本遵循與政策支持。與此同時(shí)，我國港口發(fā)展在新時(shí)代被賦予了新使命，在推動(dòng)數(shù)字化高質(zhì)量發(fā)展的同時(shí)打造樣板、樹立名片、走出國門，在“一帶一路”沿線港口建設(shè)中發(fā)揮更大作用。

2. 技術(shù)發(fā)展與成熟

近幾年，港口與高校、科研機(jī)構(gòu)、高新技術(shù)企業(yè)聯(lián)合開展技術(shù)攻關(guān)愈加密切，為前沿技術(shù)研究成果提供運(yùn)用場(chǎng)景的同時(shí)促進(jìn)技術(shù)持續(xù)優(yōu)化升級(jí)，加速人工智能、5G 通信、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、無人駕駛等技術(shù)在港口落地運(yùn)用，推動(dòng)港口在自動(dòng)化水平極大提升的同時(shí)向智慧港口轉(zhuǎn)變。同時(shí)，港口自動(dòng)化建設(shè)成功案例不斷增加，高效率、高穩(wěn)定、高可靠性能凸顯，進(jìn)一步增強(qiáng)了行業(yè)自動(dòng)化發(fā)展信心。此外，技術(shù)的成熟與發(fā)展降低了廠商入市門檻，港口智能裝卸裝備及系統(tǒng)供應(yīng)商增加，供應(yīng)商間的競(jìng)爭(zhēng)使得自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)成本持續(xù)降低。

3. 勞動(dòng)力短缺與成本壓力

港口長(zhǎng)期以來屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，過去人口紅利為國內(nèi)港口的規(guī)模及吞吐量發(fā)展提供了有力支撐。然而，隨著人口紅利收緊、新一代勞動(dòng)力就業(yè)理念轉(zhuǎn)變、港口城市生活成本提升，港口招工難、用工貴的問題日益突出。港口設(shè)備遠(yuǎn)程控制技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用可改善勞動(dòng)環(huán)境、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)安全性， 過去只適合男性的崗位實(shí)現(xiàn)對(duì)女性開放，用工范圍擴(kuò)大，降低勞動(dòng)力成本壓力。

二、國內(nèi)沿海自動(dòng)化集裝箱碼頭發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)總體情況現(xiàn)狀

1. 國內(nèi)沿海典型自動(dòng)化集裝箱碼頭發(fā)展現(xiàn)狀

（1）廣西欽州港大欖坪南（7#~10# 泊位）

北部灣港集團(tuán)廣西欽州港大欖坪南建設(shè)4 個(gè)集裝箱泊位，其中7#、8# 泊位利用已建成的2 個(gè)7 萬噸級(jí)多用途泊位進(jìn)行改造，9#、10# 為新建10 萬噸級(jí)集裝箱泊位，岸線長(zhǎng)度為1 302 m，陸域面積為115.5 萬m2，設(shè)計(jì)年吞吐量260 萬TEU，預(yù)計(jì)2022 年投產(chǎn)。

碼頭采用“自動(dòng)化雙小車岸橋+ 智能導(dǎo)引車（IGV）+ 自動(dòng)化軌道吊”的全自動(dòng)化裝卸工藝系統(tǒng)，作業(yè)規(guī)模為12 臺(tái)岸橋、84 臺(tái)IGV、52 臺(tái)軌道吊。岸橋主小車為自動(dòng)運(yùn)行+ 船側(cè)抓放箱遠(yuǎn)程操作模式，門架小車全自動(dòng)作業(yè)。IGV 通過激光、視覺和衛(wèi)慣組合的融合技術(shù)來進(jìn)行導(dǎo)航定位，鋰電池動(dòng)力，在箱區(qū)海側(cè)端部設(shè)置充電設(shè)施。堆場(chǎng)采用垂直布局，軌道吊采用雙懸臂模式，IGV 和外集卡分別在軌道吊的兩側(cè)懸臂下進(jìn)行裝卸作業(yè)，并利用圍網(wǎng)隔離， 每塊箱區(qū)配置2 臺(tái)軌道吊。相鄰兩塊箱區(qū)間隔布置外集卡作業(yè)通道和IGV 作業(yè)通道，首次采用外集卡車道“U”型布置，每隔1 塊箱區(qū)在軌道吊的軌內(nèi)布置2 根港外集卡行駛車道，外集卡在軌道吊的一側(cè)懸臂下完成裝卸后在海側(cè)端部調(diào)頭至軌內(nèi)集卡車道出場(chǎng)。碼頭管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)全場(chǎng)設(shè)備優(yōu)化調(diào)度、智能堆場(chǎng)管理、智能自動(dòng)配載、自動(dòng)箱位分配等功能。

（2）廣州南沙四期碼頭

廣州港集團(tuán)廣州南沙四期碼頭規(guī)劃4 個(gè)集裝箱干線泊位、岸線長(zhǎng)度為1460 m，12 個(gè)支線泊位、岸線長(zhǎng)度為984 m，陸域面積為120 萬m2，設(shè)計(jì)年吞吐量490 萬TEU，內(nèi)外貿(mào)業(yè)務(wù)并存，水水中轉(zhuǎn)比例達(dá)80%，預(yù)計(jì)于2021 年投產(chǎn)。

碼頭主要采用“自動(dòng)化單小車岸橋+ 智能導(dǎo)引車（IGV）+ 自動(dòng)化軌道吊”的全自動(dòng)化裝卸工藝系統(tǒng)，自動(dòng)化作業(yè)區(qū)封閉。配置22 臺(tái)半自動(dòng)化岸橋，其中6 臺(tái)輕型岸橋用于支線作業(yè)， 在支線泊位上還布置了9 臺(tái)集裝箱低門架門機(jī)。干線泊位IGV 裝卸作業(yè)通道位于岸橋軌內(nèi)，軌后布置拆裝扭鎖輔助通道。堆場(chǎng)與碼頭平行布局，空箱、重箱分開堆存，采用不同額定載重的自動(dòng)化單懸臂軌道吊，重箱箱區(qū)布置40 臺(tái)， 采用全自動(dòng)化作業(yè)模式，空箱箱區(qū)布置9 臺(tái)， 箱區(qū)側(cè)采用遠(yuǎn)程手動(dòng)抓放箱模式，其余自動(dòng)化作業(yè)。設(shè)置港內(nèi)外車輛交接區(qū)，外集卡在交接區(qū)完成提送箱作業(yè)，交接區(qū)配備3 臺(tái)自動(dòng)化雙懸臂軌道吊作業(yè)，對(duì)外集卡作業(yè)采用半自動(dòng)化作業(yè)模式。配置158 臺(tái)IGV，全電驅(qū)動(dòng)，使用自動(dòng)臂拔插式固定充電，具備L4 級(jí)自動(dòng)駕駛能力，采用4G/5G 雙網(wǎng)冗余通信。碼頭管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)堆存計(jì)劃、配載、設(shè)備調(diào)度、理貨、閘口、冷藏箱抄溫等功能。

（3）深圳媽灣港

招商局港口集團(tuán)利用原海星碼頭1#~4# 散雜貨泊位改建全自動(dòng)化集裝箱碼頭，岸線長(zhǎng)850 m，建設(shè)2 個(gè)20 萬噸級(jí)集裝箱泊位，設(shè)計(jì)年通過能力155 萬TEU，預(yù)計(jì)2021 年5 月投產(chǎn)。

泊位采用“自動(dòng)化單小車岸橋+ 智能集卡+ 自動(dòng)化軌道吊”的全自動(dòng)化工藝系統(tǒng)，自動(dòng)化設(shè)備規(guī)模為8 臺(tái)岸橋、40 臺(tái)智能集卡、26 臺(tái)軌道吊。岸橋采用半自動(dòng)運(yùn)行，起升高度為52 m。智能集卡使用L4 級(jí)無人駕駛技術(shù)，純電驅(qū)動(dòng)，碼頭車隊(duì)管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)設(shè)備調(diào)度及初始路徑規(guī)劃，支持多種無人駕駛拖車混編作業(yè)。堆場(chǎng)平行碼頭布置，重箱堆場(chǎng)采用單懸臂軌道吊，空箱堆場(chǎng)采用雙懸臂軌道吊，對(duì)人工集卡采用自動(dòng)運(yùn)行+ 遠(yuǎn)程人工抓放箱操作模式，對(duì)智能集卡實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)作業(yè)。相鄰兩臺(tái)單懸臂軌道吊對(duì)稱布置，下方混合布置內(nèi)外集卡裝卸及穿行通道。碼頭采用自主開發(fā)的操作系統(tǒng)CMPort CTOS，除自動(dòng)化生產(chǎn)、計(jì)劃、調(diào)度等模塊外，智能安全管理系統(tǒng)得到有效運(yùn)用，5G 通信技術(shù)在遠(yuǎn)程控制、理貨、無人駕駛等多個(gè)場(chǎng)景中使用。

（4）廈門遠(yuǎn)海自動(dòng)化碼頭

中遠(yuǎn)海運(yùn)港口集團(tuán)廈門遠(yuǎn)海自動(dòng)化碼頭2016 年投產(chǎn)，是對(duì)原有廈門港海滄港區(qū)14# 泊位和15# 泊位做改造，岸線長(zhǎng)447 m，建設(shè)1 個(gè)集裝箱泊位，設(shè)計(jì)年吞吐能力95 萬TEU。

碼頭采用“自動(dòng)化雙小車岸橋+ 自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）+ 自動(dòng)化軌道吊”的全自動(dòng)化工藝系統(tǒng)，自動(dòng)化設(shè)備規(guī)模為3 臺(tái)岸橋、18 臺(tái)AGV、16 臺(tái)軌道吊。岸橋采用自動(dòng)運(yùn)行+ 船側(cè)抓放箱遠(yuǎn)程操作模式，支持自動(dòng)化岸橋、傳統(tǒng)岸橋同船混合作業(yè)。堆場(chǎng)平行岸線布局，采用端部作業(yè)模式：箱區(qū)西端為集卡交接區(qū)，包括人工集卡和智能集卡；箱區(qū)東端為AGV 交接區(qū)， 配置無懸臂軌道吊。AGV 通過磁釘定位，電力驅(qū)動(dòng)，箱區(qū)交互區(qū)車道配置1 臺(tái)AGV 伴侶，支持AGV 充電同時(shí)可暫落集裝箱。智能集卡目前處于測(cè)試階段。5G 在設(shè)備遠(yuǎn)程控制、智能集卡、理貨等多個(gè)場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)探索性運(yùn)用。

（5）洋山四期自動(dòng)化碼頭

上港集團(tuán)洋山四期自動(dòng)化碼頭2017 年12 月投產(chǎn)， 總面積達(dá)223萬m2， 碼頭總長(zhǎng)度2 350 m，建設(shè)7 個(gè)集裝箱深水泊位、61 塊自動(dòng)化箱區(qū)，設(shè)計(jì)吞吐能力630 萬TEU。

碼頭采用“自動(dòng)化雙小車岸橋＋自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）＋自動(dòng)化軌道吊” 的全自動(dòng)化裝卸工藝系統(tǒng)，到2021 年將配備26 臺(tái)岸橋、135 臺(tái)AGV、119 臺(tái)軌道吊，堆場(chǎng)及自動(dòng)導(dǎo)引車自動(dòng)化作業(yè)區(qū)封閉。岸橋主小車除船側(cè)抓放箱需遠(yuǎn)程操作外，其余自動(dòng)運(yùn)行，配備雙吊具作業(yè)工藝，門架小車全自動(dòng)作業(yè)。堆場(chǎng)采用垂直布局模式，采用無懸臂、單懸臂、雙懸臂等3 種形式軌道吊提升海側(cè)作業(yè)能力，除了對(duì)陸側(cè)外集卡作業(yè)需安全確認(rèn)外，均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)， 每塊箱區(qū)固定布置2 臺(tái)，海側(cè)軌道吊以裝卸船作業(yè)為主、具備雙箱吊作業(yè)能力，陸側(cè)軌道吊以集卡進(jìn)提箱作業(yè)為主。AGV通過磁釘導(dǎo)航定位，采用鋰電池驅(qū)動(dòng)，全自動(dòng)換電，在箱區(qū)海側(cè)與軌道吊交互，配備頂升功能，配合支架解決堆場(chǎng)銜接“解耦”問題，同時(shí)可駛?cè)霊冶圮壍赖跸路阶鳂I(yè)。智能集卡處于類商業(yè)化運(yùn)作階段，在陸側(cè)與人工集卡混線作業(yè)。碼頭管理系統(tǒng)TOS，自動(dòng)化堆存計(jì)劃、配置、岸橋作業(yè)路計(jì)劃、發(fā)箱等模塊全面運(yùn)用，同時(shí)配備智能理貨、智能閘口、大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分析等系統(tǒng)。

（6）寧波舟山港梅山港區(qū)二期（6#~10#泊位）

寧波舟山港集團(tuán)梅山港區(qū)二期規(guī)劃建設(shè)3 個(gè)15 萬噸級(jí)、2 個(gè)20 萬噸級(jí)集裝箱泊位，岸線長(zhǎng)2 150 m，陸地面積180 萬m2，設(shè)計(jì)年吞吐量430 萬TEU，6#、7# 泊位于2020 年投產(chǎn)。

碼頭布局與1#~5# 傳統(tǒng)泊位保持一致，堆場(chǎng)與碼頭平行，采用“自動(dòng)化單小車岸橋+ 集卡+ 自動(dòng)化輪胎吊”的半自動(dòng)化工藝系統(tǒng)，智能集卡目前處于測(cè)試階段。作業(yè)規(guī)模為22 臺(tái)岸橋、66 臺(tái)輪胎吊。岸橋在船側(cè)及水平運(yùn)輸設(shè)備抓放箱需遠(yuǎn)程人工操作，其余實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行， 起升高度升級(jí)至52 m。輪胎吊除大車運(yùn)行，對(duì)人工集卡抓放箱，對(duì)底層箱作業(yè)需人工遠(yuǎn)程安全確認(rèn)外，其余環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。智能集卡通過北斗、GPS、激光雷達(dá)等融合導(dǎo)航技術(shù)，采用電力驅(qū)動(dòng)，使用充電槍對(duì)設(shè)備直充。人工集卡與智能集卡混線作業(yè)，安全管控及交通組織復(fù)雜度高，尤其是在箱區(qū)內(nèi)單車道作業(yè)，前期采取分時(shí)段作業(yè)的方式解決，逐步推進(jìn)混線作業(yè)。碼頭采用自主研發(fā)的n-TOS 系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)理貨、道口等環(huán)節(jié)自動(dòng)化，5G 通信技術(shù)在輪胎吊上探索性運(yùn)用。

（7）日照港（E、F 區(qū)堆場(chǎng)）

山東省港口集團(tuán)日照港在石臼港區(qū)西9#、10# 泊位后方原散雜貨堆場(chǎng)E、F 區(qū)做自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)改造，工程分3 期，采用“本地單小車岸橋+ 集卡+ 自動(dòng)化軌道吊”的半自動(dòng)化工藝系統(tǒng)。一期、二期工程分別于2019 年、2020 年投產(chǎn)，規(guī)劃7 塊箱區(qū)20 萬m2，箱區(qū)與碼頭平行，配備14 臺(tái)自動(dòng)化雙懸臂軌道吊，吊具對(duì)集卡作業(yè)時(shí)在下降到安全高度后由人工遠(yuǎn)程操作，其余實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。三期工程將進(jìn)一步擴(kuò)大自動(dòng)化改造范圍，引入智能集卡及自動(dòng)化單小車岸橋，形成“自動(dòng)化單小車岸橋+ 智能集卡+ 自動(dòng)化軌道吊”全自動(dòng)化工藝系統(tǒng)。碼頭操作系統(tǒng)目前基本采用人工決策，后續(xù)計(jì)劃自主研發(fā)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。

（8）青島港前灣四期自動(dòng)化碼頭

山東港口集團(tuán)青島港前灣四期自動(dòng)化碼頭2017 年5 月投產(chǎn)，岸線長(zhǎng)為2 088 m，規(guī)劃建設(shè)6 個(gè)集裝箱深水泊位、38 個(gè)自動(dòng)化箱區(qū)，設(shè)計(jì)年吞吐量520 萬TEU。

碼頭采用“自動(dòng)化雙小車岸橋+ 自動(dòng)導(dǎo)引車（AGV）+ 自動(dòng)化軌道吊”的全自動(dòng)化裝卸工藝，目前配備16 臺(tái)岸橋、83 臺(tái)AGV、76 臺(tái)軌道吊。岸橋主小車為半自動(dòng)模式，門架小車全自動(dòng)作業(yè)。堆場(chǎng)采用垂直布局模式，軌道吊采用無懸臂形式，除陸側(cè)對(duì)外集卡作業(yè)需人工安全確認(rèn)外，其余實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，海側(cè)以作業(yè)AGV 裝卸船為主、配備雙箱吊，陸側(cè)以作業(yè)外集卡進(jìn)提箱為主。自動(dòng)導(dǎo)引車通過磁釘導(dǎo)航定位，采用鋰電池驅(qū)動(dòng)，配備頂升功能。近期，碼頭啟動(dòng)建設(shè)空軌集疏運(yùn)體系建設(shè)，打通鐵路港站到堆場(chǎng)運(yùn)輸。碼頭生產(chǎn)使用NAVIS-N4 系統(tǒng)，具備自動(dòng)生產(chǎn)組織、計(jì)劃調(diào)度等功能，同時(shí)在閘口及理貨等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

（9）天津港北疆港區(qū)C 段

天津港集團(tuán)北疆港區(qū)C 段規(guī)劃建設(shè)全自動(dòng)化集裝箱碼頭，預(yù)計(jì)2021 年投產(chǎn)，岸線長(zhǎng)為1 100 m，規(guī)劃建設(shè)3 個(gè)20 萬噸級(jí)集裝箱泊位，設(shè)計(jì)年吞吐量250 萬TEU。

碼頭采用“自動(dòng)化單小車岸橋+ 智能集卡+ 自動(dòng)化軌道吊”的全自動(dòng)化工藝系統(tǒng)，形成12 臺(tái)岸橋、42 臺(tái)軌道吊、76 臺(tái)智能集卡的生產(chǎn)規(guī)模。自動(dòng)化堆場(chǎng)平行于碼頭前沿，布置9 個(gè)箱區(qū)，采用雙懸臂自動(dòng)化軌道吊，懸臂下布置4 根集卡車道。港內(nèi)外集卡采用“空間+ 時(shí)間” 的隔離方式，在內(nèi)外集卡平面交叉處設(shè)置道閘。

（10）京唐港區(qū)（21#~25#泊位）

唐山港集團(tuán)京唐港區(qū)21#~25# 泊位是自動(dòng)化改造項(xiàng)目，規(guī)劃建設(shè)4 個(gè)10 萬噸級(jí)和1 個(gè)3 萬噸級(jí)集裝箱泊位，設(shè)計(jì)年吞吐量為230 萬TEU，以內(nèi)貿(mào)為主，21#、22# 泊位2018 年改造完成并投產(chǎn)。

碼頭采用“自動(dòng)化單小車岸橋+ 集卡+ 自動(dòng)化軌道吊”的半自動(dòng)化工藝系統(tǒng)，設(shè)備規(guī)模為10 臺(tái)岸橋、20 臺(tái)軌道吊，智能集卡處于測(cè)試階段，未來將升級(jí)為全自動(dòng)化工藝。堆場(chǎng)與碼頭前沿平行布局，重箱堆場(chǎng)采用自動(dòng)化無懸臂式軌道吊作業(yè)，對(duì)集卡采用自動(dòng)運(yùn)行+ 遠(yuǎn)程人工抓放箱模式，軌內(nèi)布置2 根集卡作業(yè)車道， 重箱及空箱堆存分離，空箱堆場(chǎng)目前采用堆高機(jī)作業(yè)。智能集卡處于測(cè)試階段，搭配融合導(dǎo)航技術(shù)，使用5G 信息傳輸技術(shù)，具備自動(dòng)避讓及路徑規(guī)劃功能。碼頭生產(chǎn)使用NAVIS 系統(tǒng)，生產(chǎn)、計(jì)劃基本通過人工操作。

2. 國內(nèi)沿海自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)及關(guān)鍵技術(shù)總體情況

在外部利好政策及技術(shù)刺激、內(nèi)部變革需求雙向驅(qū)動(dòng)下，國內(nèi)自動(dòng)化集裝箱碼頭的發(fā)展在開局便駛?cè)肟燔嚨溃鲜鲰?xiàng)目外，鹽田、大連、南通、威海等多個(gè)地區(qū)的港口也開展了新建自動(dòng)化碼頭或碼頭自動(dòng)化改造的實(shí)踐。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，“十三五”期間投產(chǎn)的自動(dòng)化集裝箱碼頭近10個(gè)，預(yù)計(jì)到“十四五”我國沿海自動(dòng)化集裝箱碼頭投產(chǎn)規(guī)模將近20 個(gè)，整體自動(dòng)化水平將進(jìn)一步提升，向智慧港口邁進(jìn)。國內(nèi)沿海典型自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)及關(guān)鍵技術(shù)總體情況詳見表1。

表1 國內(nèi)沿海典型自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)及關(guān)鍵技術(shù)總體情況表

三、國內(nèi)沿海自動(dòng)化集裝箱碼頭關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

1. 平面布局與裝卸工藝

（1）懸臂式軌道吊在垂直布局式堆場(chǎng)中運(yùn)用進(jìn)一步推廣

堆場(chǎng)布局模式是自動(dòng)化集裝箱碼頭平面布局的重點(diǎn)，堆場(chǎng)一般分為垂直碼頭及平行碼頭布局兩種形式。國內(nèi)率先建設(shè)的全自動(dòng)化集裝箱碼頭新建項(xiàng)目基本采用堆場(chǎng)垂直碼頭的模式，自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備銜接碼頭與堆場(chǎng)作業(yè)，縮短箱區(qū)到碼頭前沿運(yùn)輸距離、簡(jiǎn)化行駛路徑。裝卸設(shè)備布局及出箱點(diǎn)相對(duì)固定，海側(cè)負(fù)責(zé)裝卸船作業(yè)，陸側(cè)負(fù)責(zé)集卡進(jìn)提箱作業(yè)，將人工駕駛集卡與自動(dòng)化機(jī)械隔離，保證人機(jī)安全，降低堆場(chǎng)交通組織安全管控風(fēng)險(xiǎn)，但對(duì)作業(yè)任務(wù)在時(shí)間及空間上的均衡性提出較高要求。隨著集裝箱船舶大型化發(fā)展，單艘次作業(yè)量持續(xù)增加，此外，海運(yùn)周期長(zhǎng)、影響要素多，船期存在不確定性，實(shí)際靠泊位置與計(jì)劃靠泊位置可能存在偏差，箱區(qū)沖突無法避免，加之外集卡進(jìn)提箱業(yè)務(wù)量不均衡，多要素疊加對(duì)箱區(qū)出箱能力的要求持續(xù)提高，箱區(qū)布局及裝卸工藝的選擇在結(jié)合場(chǎng)地條件、堆存密度等要素的同時(shí)向具備更加靈活及彈性作業(yè)能力發(fā)展，懸臂式軌道吊在垂直式堆場(chǎng)布局中得到進(jìn)一步推廣，提升該布局中堆場(chǎng)的出箱能力。

（2）智能集卡及碼頭規(guī)模化運(yùn)用理念助推平行布局式堆場(chǎng)發(fā)展

智能集卡在許多港口實(shí)現(xiàn)探索性測(cè)試或運(yùn)用，隨著無人駕駛及智能識(shí)別、車路協(xié)同等技術(shù)發(fā)展，智能集卡與人工駕駛集卡混線運(yùn)行水平將進(jìn)一步提升，堆場(chǎng)水平碼頭布局模式中復(fù)雜的交通組織問題將得到解決，堆場(chǎng)與碼頭平行的布局模式在機(jī)械靈活調(diào)度、快速提高局部箱區(qū)收發(fā)箱作業(yè)能力降低堆場(chǎng)計(jì)劃決策難度的優(yōu)勢(shì)將逐步發(fā)揮，將進(jìn)一步在傳統(tǒng)碼頭自動(dòng)化改造及新建小型自動(dòng)化集裝箱碼頭中得到推廣。與此同時(shí)，隨著港口規(guī)?；\(yùn)營理念的發(fā)展，堆場(chǎng)平行碼頭的布局模式在新建的多泊位自動(dòng)化集裝箱碼頭中也將進(jìn)一步得到運(yùn)用，以保持港口整體布局統(tǒng)一性，為未來碼頭規(guī)?；\(yùn)營提供支撐。

（3）以腹地貨源為主的自動(dòng)化集裝箱碼頭將進(jìn)一步發(fā)展多式聯(lián)運(yùn)布局規(guī)劃

近幾年，我國持續(xù)加大環(huán)境保護(hù)力度，推動(dòng)多式聯(lián)運(yùn)發(fā)展，大力推動(dòng)一系列突破性政策利好出臺(tái)、鐵路場(chǎng)站及網(wǎng)絡(luò)加快建設(shè)、內(nèi)河碼頭及河道加快發(fā)展、江海聯(lián)運(yùn)船舶研究及運(yùn)用，大量港口加速布局腹地多式聯(lián)運(yùn)交通網(wǎng)絡(luò)，也逐步加強(qiáng)碼頭多式聯(lián)運(yùn)交通布局及自動(dòng)化裝卸工藝探索。鐵路將逐步鋪設(shè)到碼頭內(nèi)部，通過自動(dòng)化水平運(yùn)輸模式，突破“最后一公里”的轉(zhuǎn)運(yùn)問題。支線作業(yè)重要性日益突出，單獨(dú)設(shè)立支線泊位的布局模式將被更多港口采用，同時(shí)將配備輕型自動(dòng)化岸橋，進(jìn)一步降低投資成本。

2. 自動(dòng)化裝卸裝備技術(shù)

（1）單小車岸橋得到推廣，全過程自動(dòng)化待提升

雙小車岸橋在效率提升、自動(dòng)化程度、降低勞動(dòng)強(qiáng)度等方面具備優(yōu)勢(shì)，但隨著智能駕駛設(shè)備的推廣，改變了人、機(jī)作業(yè)環(huán)境隔離的傳統(tǒng)理念，加之單小車岸橋在成本、能耗、場(chǎng)地要求等方面優(yōu)勢(shì)突出，單小車岸橋?qū)⑦M(jìn)一步推廣運(yùn)用。

目前岸橋的主要技術(shù)壁壘在于船側(cè)自動(dòng)化和自動(dòng)拆裝鎖鈕等技術(shù)上。船上集裝箱精確檢測(cè)技術(shù)是岸邊裝卸設(shè)備實(shí)現(xiàn)海側(cè)自動(dòng)化的關(guān)鍵，推動(dòng)船側(cè)自動(dòng)化還處于深耕發(fā)展階段，未來有望實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制員一對(duì)多作業(yè)。目前，自動(dòng)拆裝鎖鈕暫未實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化穩(wěn)定作業(yè)，集裝箱鎖孔精確定位和鎖鈕拆裝夾具自動(dòng)更換技術(shù)是主要研究方向。

（2）無人駕駛技術(shù)助推水平運(yùn)輸設(shè)備智能化水平持續(xù)提升

使用多傳感器融合定位技術(shù)的智能導(dǎo)引車在導(dǎo)航技術(shù)、路徑規(guī)劃邏輯、車架設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了提升和改良，相較于早期的自動(dòng)導(dǎo)引車， 單機(jī)設(shè)備智能化程度更高，為未來自動(dòng)導(dǎo)引車實(shí)現(xiàn)向智能、低成本發(fā)展提供發(fā)展方向。與此同時(shí)，智能集卡在大量自動(dòng)化碼頭建設(shè)及改造項(xiàng)目中運(yùn)用，但處于調(diào)試或初步探索階段，高精度的車輛定位技術(shù)、周圍環(huán)境感知技術(shù)、車輛路徑規(guī)劃導(dǎo)航控制技術(shù)和車隊(duì)調(diào)度與控制系統(tǒng)存在很大發(fā)展空間，目前通常使用空間或時(shí)間隔離方式將人工集卡與智能集卡分開作業(yè)，同時(shí)探索通過發(fā)放定位設(shè)備、安裝定位軟件等手段將外集卡、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員納入碼頭整體規(guī)劃及管控，減少人機(jī)混合作業(yè)不確定性。隨著技術(shù)的成熟，智能集卡運(yùn)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，混線作業(yè)可靠性進(jìn)一步提升，助力半自動(dòng)化碼頭實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)升級(jí)。

3. 碼頭生產(chǎn)管控系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

（1）碼頭生產(chǎn)管控系統(tǒng)逐步走上自研道路

為掌握核心技術(shù)、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的主動(dòng)權(quán)， 各港口對(duì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作越來越重視，碼頭生產(chǎn)管控系統(tǒng)自主研發(fā)成為重點(diǎn)突破方向。自動(dòng)化集裝箱碼頭的生產(chǎn)管控系統(tǒng)主要包括碼頭操作系統(tǒng)（TOS）和設(shè)備管控系統(tǒng)（ECS）。TOS自主研發(fā)南方港口起步較早，總體應(yīng)用情況良好，主要代表有上海港的TOPS 和ITOS、寧波舟山港的N-TOS、招商局港口的C-TOS。另外廣州南沙四期、廈門遠(yuǎn)海、日照港等也采用國內(nèi)華東電子的TOS。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，體量大的港口會(huì)朝著自主研發(fā)TOS 的方向推進(jìn)，技術(shù)力量相對(duì)薄弱的港口則與專業(yè)軟件公司聯(lián)合開發(fā)。

（2）生產(chǎn)管控系統(tǒng)架構(gòu)相對(duì)固化為兩種模式

新建全自動(dòng)化集裝箱碼頭主要采用強(qiáng)TOS 模式，把任務(wù)分配、設(shè)備調(diào)度和過程控制集中在TOS，這種模式實(shí)現(xiàn)集中決策，有利于碼頭三大機(jī)種的高效協(xié)同，便于過程動(dòng)態(tài)調(diào)整。該模式有進(jìn)一步加強(qiáng)的趨勢(shì)，上海港以色列海法新港項(xiàng)目將岸橋管理系統(tǒng)（QCMS）功能整合至TOS，TOS 直接與岸橋自動(dòng)化系統(tǒng)（ACCS）對(duì)接， 后續(xù)TOS 將會(huì)完全整合ECS 系統(tǒng)功能，成為自動(dòng)化集裝箱碼頭生產(chǎn)管控的核心。傳統(tǒng)碼頭自動(dòng)化改造項(xiàng)目主要采用強(qiáng)ECS 模式，原TOS 不做大規(guī)模改造，自動(dòng)化作業(yè)模式相關(guān)功能被聚焦到ECS 系統(tǒng)，部分港口聯(lián)合設(shè)備供應(yīng)商共同研發(fā)ECS 系統(tǒng)。

（3）智能化計(jì)劃、調(diào)度模塊發(fā)展后勁大

當(dāng)前各碼頭主要聚焦于設(shè)備自動(dòng)化和智能化，對(duì)生產(chǎn)管控系統(tǒng)中計(jì)劃、調(diào)度模塊的智能化發(fā)展關(guān)注度欠缺，而這是評(píng)判碼頭智能化水平的關(guān)鍵要素。目前自動(dòng)化堆場(chǎng)選位、配載及設(shè)備調(diào)度等模塊已在部分港口得到使用，隨著人工智能的進(jìn)步，智能化水平還有較大提升空間，開展基于大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的碼頭作業(yè)協(xié)同優(yōu)化與智能決策方法的研究，進(jìn)一步完善智能管控系統(tǒng)功能，提升生產(chǎn)組織和過程控制的智能化水平，打造全流程智慧集裝箱碼頭是未來發(fā)展方向。

（4）大數(shù)據(jù)分析和數(shù)字孿生系統(tǒng)初步發(fā)展

上海洋山四期自動(dòng)化碼頭、深圳媽灣港等少數(shù)港口啟動(dòng)了大數(shù)據(jù)分析和數(shù)字孿生系統(tǒng)探索及嘗試?，F(xiàn)階段大數(shù)據(jù)作業(yè)分析系統(tǒng)已具備匯集自動(dòng)化集裝箱碼頭全過程作業(yè)海量數(shù)據(jù)，構(gòu)建智能決策大數(shù)據(jù)知識(shí)庫的能力，但在實(shí)際運(yùn)用方面也僅停留在船舶完工后的數(shù)據(jù)采集、相關(guān)指標(biāo)的匯總及展示，實(shí)現(xiàn)事前作業(yè)預(yù)測(cè)、資源配置指導(dǎo)、作業(yè)方案優(yōu)化、即時(shí)智能決策等核心功能是未來發(fā)展趨勢(shì)。

目前數(shù)字孿生系統(tǒng)處于探索階段，主要是采用實(shí)際場(chǎng)景與模型的映射方法，孿生模型與數(shù)據(jù)的虛實(shí)融合機(jī)制可對(duì)生產(chǎn)過程信息進(jìn)行全面檢測(cè)和分析，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

（5）人工智能在安全生產(chǎn)管控方面將發(fā)揮大作用

部分港口通過人臉識(shí)別、人體行為識(shí)別、車輛識(shí)別等技術(shù)建立智慧安全系統(tǒng)，對(duì)作業(yè)區(qū)域內(nèi)的作業(yè)人員、車輛的行為進(jìn)行監(jiān)控，自動(dòng)識(shí)別安全隱患，并主動(dòng)報(bào)警，與無人機(jī)結(jié)合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)全域無死角監(jiān)控。后續(xù)隨著人工智能技術(shù)的持續(xù)突破，特別是計(jì)算機(jī)視覺、語音識(shí)別和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，可提升安全管控系統(tǒng)智能化水平，成為智慧碼頭重要的組成部分。

（6）多種通信方式互補(bǔ)、網(wǎng)絡(luò)安全重要性凸顯

隨著5G 商業(yè)化運(yùn)用落地，大量自動(dòng)化集裝箱碼頭在裝卸設(shè)備遠(yuǎn)程控制、智能集卡、理貨等場(chǎng)景開展啟動(dòng)探索性運(yùn)用，充分利用5G 通信低網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、高帶寬的特點(diǎn)，支持大量高清視頻及圖片高速回傳。同時(shí)，5G 為傳統(tǒng)碼頭設(shè)備自動(dòng)化改造帶來新的路徑，替代光纜鋪設(shè)，降低工程量。5G 優(yōu)勢(shì)將會(huì)在5G 生態(tài)相對(duì)成熟、工業(yè)控制終端產(chǎn)品日趨豐富、基站建設(shè)成本下降后進(jìn)一步凸顯。對(duì)于全新采購自動(dòng)化設(shè)備、業(yè)務(wù)流程重構(gòu)的碼頭，通常選用多種通信方式互補(bǔ)的方案，在探索性部署5G 的同時(shí)， 保留岸邊、堆場(chǎng)裝卸設(shè)備有線網(wǎng)絡(luò)方案，自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備、理貨等采用雙網(wǎng)冗余無線網(wǎng)絡(luò)，確保指令傳輸穩(wěn)定性。

隨著數(shù)字化發(fā)展，數(shù)據(jù)價(jià)值持續(xù)提升，港口網(wǎng)絡(luò)安全重視度持續(xù)加強(qiáng)，碼頭往往通過專網(wǎng)建設(shè)筑牢網(wǎng)絡(luò)安全屏障，構(gòu)建符合等保標(biāo)準(zhǔn)的工控系統(tǒng)安全防護(hù)平臺(tái)是發(fā)展趨勢(shì)。

四、結(jié) 語

近幾年，國內(nèi)沿海港口深入推進(jìn)自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)及碼頭自動(dòng)化改造項(xiàng)目，投產(chǎn)規(guī)模快速增大，且具備較強(qiáng)的發(fā)展勢(shì)頭。碼頭平面布局、裝卸工藝、設(shè)備選型、系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是自動(dòng)化集裝箱碼頭建設(shè)決策及向智能化發(fā)展的關(guān)鍵，各港口結(jié)合發(fā)展實(shí)際形成各具特色的自動(dòng)化、智能化建設(shè)方案，但逐步實(shí)現(xiàn)全域、全流程智能化及無人化是各項(xiàng)技術(shù)整體發(fā)展的大趨勢(shì)。