天津港太平洋國際集裝箱碼頭擁有碼頭岸線2300?m，共6個集裝箱專業(yè)化泊位，可全天候接卸6艘10萬t級集裝箱船，設(shè)計靠泊能力15萬t級，設(shè)計年通過能力400萬TEU，后方布置8塊堆場（編號A-H），主要裝卸機械配有23臺66?m-65?t集裝箱裝卸橋和58臺電力輪胎式集裝箱龍門起重機（以下簡稱E-RTG）。

隨著自動駕駛技術(shù)、5G、人工智能、大數(shù)據(jù)分析、北斗定位系統(tǒng)等先進技術(shù)的發(fā)展，以及交通運輸部印發(fā)《關(guān)于推動交通運輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》、《交通運輸部關(guān)于推進港口轉(zhuǎn)型升級的指導(dǎo)意見》、《關(guān)于建設(shè)世界一流港口的指導(dǎo)意見》，對智慧港口、綠色港口、碳達峰和碳平衡等政策的推近，集裝箱碼頭自動化已成為我國集裝箱碼頭建設(shè)和發(fā)展的必然趨勢。

天津港集團先后進行了岸橋遠程操控和軌道吊自動化的改造工作，這不僅僅是在自動化方面的嘗試，也是為將來自動化的改造和建設(shè)積累經(jīng)驗。隨著太平洋國際岸橋遠程操控改造獲得成功，為進一步擴大成果應(yīng)用范圍，降低生產(chǎn)過程中的人力成本，提高設(shè)備利用效率，通過對裝卸設(shè)備的升級改造，優(yōu)化投入產(chǎn)出比，從而提高企業(yè)競爭能力，天津港以太平洋國際集裝箱碼頭為試點，實施了E-RTG集裝箱堆場自動化改造工作，即天津港太平洋國際堆場自動化改造一期工程。

1、堆場自動化改造方案

目前E-RTG堆場的工藝布置為：跨距23.47 m，跨下布置6排箱加1條集裝箱拖掛車（以下簡稱“集卡”）車道，E-RTG背靠背布置，堆碼層數(shù)為“堆4過5”，集裝箱堆箱間距400mm，車道側(cè)兩臺E-RTG跑道中心線間距6.5m，采用低架滑觸線進行供電，堆箱側(cè)兩臺E-RTG跑道中心線間距4.0m，高桿燈所在區(qū)域的跑道間距為6.5m。

E-RTG設(shè)備自身的自動化改造主要包括電控系統(tǒng)升級、防碰撞保護技術(shù)、智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)、定位及目標檢測系統(tǒng)、遠程及自動化操作系統(tǒng)、輪胎胎壓監(jiān)測系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測和管理系統(tǒng)、車輛信息識別系統(tǒng)、語音采集與聲音頻譜分析系統(tǒng)、箱號識別系統(tǒng)、光纖拖鏈系統(tǒng)、過場系統(tǒng)、吊具垂纜更換、防止垂纜出筐等自動化改造內(nèi)容，且經(jīng)核算，堆場既有跑道梁無法滿足現(xiàn)有大機加高后增加的荷載，且存在較大的改造難度，故維持現(xiàn)有大機“堆4過5”的現(xiàn)狀，本文不再具體研究，自動化改造后的E-RTG簡稱為ARTG。本文主要研究相比于傳統(tǒng)作業(yè)模式下，集裝箱堆場和E-RTG自動化改造后，自動化集裝箱堆場及車道的工藝布置方案，共提出并研究了4個工藝方案。

1.1工藝方案1

工藝方案1沿用既有工藝布置，采用“6+1”布置形式，見圖1：在ARTG跨距內(nèi)布置“6列集裝箱+1條集卡作業(yè)車道”。該方案基本不改變堆場現(xiàn)有布置形式，且裝卸作業(yè)跟現(xiàn)狀生產(chǎn)組織保持一致，改造量最小。

圖1工藝方案1局部斷面圖

1.2工藝方案2

工藝方案2采用“5+2”布置形式，見圖2：在ARTG跨距內(nèi)布置“5列集裝箱+1條集卡作業(yè)車道和1條超車道”。同時對上機梯、平臺、電氣室等進行改造，以增大ARTG跨內(nèi)凈寬度，保證集卡作業(yè)車道和超車道的凈寬度不小于7 m，車道側(cè)安全圍欄與大機門腿外形安全間距不小于200 mm，非車道側(cè)集裝箱與大機門腿外形安全間距不小于600 mm。

圖2工藝方案2局部斷面圖

1.3工藝方案3

工藝方案3采用“1+5+1”布置形式，見圖3：在ARTG跨距內(nèi)布置“1條集卡作業(yè)車道+5列集裝箱+1條集卡作業(yè)車道”。本方案在ARTG跨內(nèi)箱區(qū)兩側(cè)分別布置1條集卡作業(yè)車道，可以實現(xiàn)內(nèi)、外集卡作業(yè)分離，生產(chǎn)組織簡單，但不能進行超車，且需要對上機梯、平臺、電氣室等進行改造，以增大ARTG跨內(nèi)凈寬度，改造量較大；同時，兩個作業(yè)車道分別位于箱區(qū)兩側(cè)，需在雙側(cè)安裝堆場道閘、RFID、集卡防吊起、集卡引導(dǎo)及定位系統(tǒng)、車輛信息識別系統(tǒng)等堆場自動化輔助設(shè)施設(shè)備，投資進一步加大。

圖3工藝方案3局部斷面圖

1.4工藝方案4

工藝方案4采用“4+2”布置形式，見圖4：在ARTG跨距內(nèi)布置“4列集裝箱+1條集卡作業(yè)車道和1條超車道”。本方案不需要對大機機械結(jié)構(gòu)進行改造，跨內(nèi)車道寬度較寬，可進行超車作業(yè)，但相較于以上幾種方案，本方案堆場容量大幅減少，堆場年周轉(zhuǎn)能力大大降低。

圖4工藝方案4局部斷面圖

2、方案比選及問題分析

2.1方案比選

根據(jù)提出的4個工藝方案，從交通組織、作業(yè)安全性、業(yè)務(wù)組織、行車轉(zhuǎn)彎、設(shè)備配置等方面進行比選。

1）交通組織方面

工藝方案1優(yōu)點在于先進先出，交通組織簡單；不存在集卡超車，避免產(chǎn)生信號的干擾或中斷現(xiàn)象。缺點在于單車道，無超車道，內(nèi)外集卡在同一條作業(yè)車道，易造成主干道交通堵塞；無法繞行超車，若集卡在箱區(qū)內(nèi)發(fā)生突發(fā)情況無法行駛，將導(dǎo)致本條堆場通道不暢，無法順利完成取裝箱作業(yè)。

工藝方案2優(yōu)點在于跨內(nèi)同時布置作業(yè)車道及超車道，可有效緩解堵車壓力。缺點在于作業(yè)車道、超車道之間無隔離，對集卡約束性差，若港外集卡未按規(guī)定限制性行駛作業(yè)，將導(dǎo)致本條堆場通道不暢，無法順利完成取裝箱作業(yè)。

工藝方案3優(yōu)點在于港內(nèi)、外集卡車道實現(xiàn)物理分離；不存在集卡超車，避免產(chǎn)生信號的干擾或中斷現(xiàn)象。缺點在于港內(nèi)、港外集卡作業(yè)車道均為單車道，無超車道，易造成交通堵塞；無法繞行超車，若集卡在箱區(qū)內(nèi)發(fā)生突發(fā)情況無法行駛，將導(dǎo)致本條堆場通道不暢，無法順利完成取裝箱作業(yè)；箱區(qū)集卡進出口增加了1倍，交通指揮壓力大，易出現(xiàn)進錯車道現(xiàn)象。

工藝方案4優(yōu)點在于跨內(nèi)同時布置作業(yè)車道及超車道，可有效緩解堵車壓力。

2）作業(yè)安全性方面

工藝方案1和工藝方案3優(yōu)點在于不存在集卡超車，避免產(chǎn)生信號的干擾或中斷現(xiàn)象，ARTG裝卸作業(yè)安全性高。工藝方案2和工藝方案4優(yōu)點在于跨內(nèi)同時布置作業(yè)車道及超車道，靠近箱區(qū)為作業(yè)車道，ARTG與集卡融合裝卸作業(yè)安全性較高。缺點在于集卡掃描系統(tǒng)、集卡防吊起系統(tǒng)需進行提升改造。

3）業(yè)務(wù)組織方面

工藝方案1和現(xiàn)狀一致，業(yè)務(wù)組織相對簡單。工藝方案2和工藝方案4與現(xiàn)狀接近，業(yè)務(wù)組織相對簡單。工藝方案3需重新安排業(yè)務(wù)組織。

4）行車轉(zhuǎn)彎方面

工藝方案1和工藝方案3對于主干道進入單車道，司機操作難度加大。工藝方案2和工藝方案4車道入口較寬，集卡轉(zhuǎn)彎可借用車道，行車方便，司機操作難度較低。

5）設(shè)備配置方面

各個工藝方案均需在單側(cè)安裝堆場道閘、RFID，集卡防吊起、集卡引導(dǎo)及定位系統(tǒng)、車輛信息識別系統(tǒng)等。工藝方案2還須將ARTG跨內(nèi)凈距加寬，改造量大。工藝方案3除了須將ARTG跨內(nèi)凈距加寬外，還須在雙側(cè)安裝堆場道閘、RFID，集卡防吊起、集卡引導(dǎo)及定位系統(tǒng)、車輛信息識別系統(tǒng)等，設(shè)備投資高。

2.2問題分析與方案的確定

從以上工藝方案及比選分析來看，對于傳統(tǒng)集裝箱碼頭，采用E-RTG作為堆場裝卸作業(yè)設(shè)備，其自動化改造存在以下幾點問題：

1）自動化改造前生產(chǎn)作業(yè)均為人工操作，作業(yè)模式簡單靈活；自動化改造后，考慮安全生產(chǎn)因素，需對堆場箱區(qū)、作業(yè)車道進行物理隔離，一定程度上造成生產(chǎn)作業(yè)的局限性；

2）堆場自動化改造后，若繼續(xù)沿用改造前“6+1”的布置形式，則在設(shè)置箱區(qū)安全圍欄后，堆場內(nèi)沒有超車道，同一箱區(qū)內(nèi)作業(yè)需等待，若集卡在車道內(nèi)產(chǎn)生故障，對生產(chǎn)作業(yè)影響較大；

3）若采用“5+2”的布置形式，則較改造前損失1/6的地面箱位數(shù)，堆場容量損失較大，而且為了滿足跨內(nèi)車道凈寬要求，需對大機本體進行局部改造，改造量較大，投資較高；

4）若采用“1+5+1”的布置形式，可實現(xiàn)內(nèi)、外集卡的分離作業(yè)，但同樣損失了1/6的地面箱位數(shù)，且箱區(qū)內(nèi)也沒有超車道，同時需在同一箱區(qū)兩側(cè)設(shè)置道閘設(shè)備，進一步提高了投資；

5）若采用“4+2”的布置形式，雖然跨內(nèi)布置有作業(yè)車道及超車道，也無需對大機本體進行改造，但較改造前損失1/3的地面箱位數(shù)，對堆場周轉(zhuǎn)能力影響較大。

本項目采用了“5+2”的布置形式作為實施方案，雖然損失了地面箱位，且ARTG改造量較大，但其作業(yè)車流組織更加靈活，便于生產(chǎn)組織管理。

3、改造效果分析

3.1關(guān)鍵技術(shù)的突破及成果

太平洋國際四繩輪胎吊升級改造項目在行業(yè)內(nèi)重點突破了諸多業(yè)內(nèi)面臨的關(guān)鍵技術(shù)難點，取得了諸多技術(shù)創(chuàng)新成果：四繩輪胎吊防搖防扭、內(nèi)集卡全自動抓放箱、堆場內(nèi)自動開底、輪胎吊大車定位、集卡信息采集識別、綜合安全防護等關(guān)鍵技術(shù)以及“5+2”堆場布置下的堆場調(diào)度管理系統(tǒng)（BMS）開發(fā)和應(yīng)用，大大提升了自動化改造后的作業(yè)效率、安全性及穩(wěn)定性。后續(xù)還將進一步突破四繩輪胎吊自動化雙箱技術(shù)，來進一步滿足自動化作業(yè)的需求。

3.2作業(yè)效率

ARTG改造后，目前14臺ARTG全部為單箱場橋，數(shù)據(jù)基于作業(yè)40尺大柜統(tǒng)計。全部投入生產(chǎn)測試，自動化場橋與人工場橋作業(yè)效率對比如表1。

表1自動化與人工場橋作業(yè)效率對比表

項目	海運側(cè)	陸運側(cè)	本貝翻到箱
	/Moves·h-1	/Moves·h-1	/Moves·h-1
E-RTG（人工）	20	15	32
ARTG（自動）	18	14	30

自動化場橋在單機峰值效率上與人工場橋相比不占優(yōu)勢，但在作業(yè)穩(wěn)定性和運行時長上優(yōu)勢比較明顯，交接班時間短，甚至無縫交接，自動化場橋可以24小時不間斷作業(yè)，所以自動化場橋作業(yè)時長比人工要長。堆場自動化改造后作業(yè)工藝、作業(yè)策劃、生產(chǎn)組織等方面與人工有很大區(qū)別，目前影響效率的因素除了單機以外，主要還有系統(tǒng)，生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)組織等因素。后續(xù)重點可在生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)組織兩個方面繼續(xù)提升作業(yè)效率。

3.3生產(chǎn)安全性提高

一期改造了14臺場橋+16塊堆場，改造后場地平整度更高，集卡運行更加穩(wěn)定。項目采用多種安全防護技術(shù)等手段，例如：防碰撞、防吊起、防吊具傾斜、防砸車頭、低底鎖檢測、防擦箱、防箱門打開、大車防撞等22項保護功能，減少了人為主觀因素造成的操作失誤事故，極大地提高了生產(chǎn)作業(yè)的安全保障性。

3.4經(jīng)濟效益評價

經(jīng)統(tǒng)計，自動化場橋作業(yè)效率已初步達到目標效率，且14臺場橋司機數(shù)量節(jié)約了3/4，節(jié)約人力成本約256萬元/年，遠控司機操作熟練度也明顯增加，作業(yè)效率也在持續(xù)提高。此外，設(shè)備運行成本也進一步減少，包括生產(chǎn)安全保障性提高等方面都達到了預(yù)期效果，例如按14臺場橋投入使用至今統(tǒng)計，實心胎輪胎運行良好，相比于之前工藝，節(jié)約投資約50萬元；節(jié)約能源約26萬元/年；節(jié)約隱形及顯性安全費用約130萬元/年?；诖?，如果一期全部場橋投產(chǎn)運營，節(jié)約的成本是十分可觀的。

項目的實施進一步實現(xiàn)了集裝箱碼頭以最合理的投入達到最大的產(chǎn)出，從而提高企業(yè)的綜合競爭能力。改造后的自動化場橋技術(shù)先進，可實現(xiàn)堆場內(nèi)及內(nèi)集卡全自動作業(yè)，系統(tǒng)通過流程優(yōu)化及過程控制，實現(xiàn)效率的最優(yōu)化，并產(chǎn)生良好了的經(jīng)濟效益，同時對當?shù)卣呢斦杖牒投愂掌鸬椒e極作用。

3.5社會效益評價

項目的實施是傳統(tǒng)集裝箱碼頭提升綜合效率的必要支撐，是港口高質(zhì)量發(fā)展的必然趨勢，是交通強國建設(shè)的重要一環(huán)。我國作為輪胎式集裝箱龍門起重機的使用大國，ARTG技術(shù)改造的探索與應(yīng)用是我國自動化港區(qū)改造的重要發(fā)展方向，隨著堆場的自動化改造逐步由局部改造向整體改造邁進，規(guī)模經(jīng)濟、協(xié)同作業(yè)、資源統(tǒng)籌等優(yōu)勢將逐漸凸顯。本項目的外部效果顯著，企業(yè)可以獲得良好的社會效益，同時改善了工作環(huán)境，提高了當?shù)厝嗣裆钏健?/p>

3.6項目可持續(xù)評價

交通運輸是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性產(chǎn)業(yè)和服務(wù)性行業(yè)，目前，中國社會總物流費用仍占據(jù)年均GDP的15％左右，與歐美發(fā)達國家8%左右的水平，仍有較大差距。港口物流業(yè)作為提升國民經(jīng)濟運行質(zhì)量和效率的重要戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，擁有發(fā)展智能化、自動化經(jīng)濟的場景和條件，港口智能化改造可提高港口物流業(yè)運行效率和現(xiàn)代化水平，是我國物流業(yè)降費增效，激發(fā)經(jīng)濟發(fā)展新動能的重要舉措，是我國交通強國、航運強國建設(shè)的必然要求。我國作為輪胎式集裝箱龍門起重機的使用大國，ARTG技術(shù)改造的探索與應(yīng)用是我國自動化港區(qū)改造的重要發(fā)展方向。

就天津港而言，對傳統(tǒng)集裝箱碼頭進行自動化改造是天津港加快建設(shè)世界一流港口的具體實踐。對于生產(chǎn)企業(yè)，隨著公司業(yè)務(wù)的發(fā)展，未來集裝箱吞吐量將進一步增長，司機的緊缺問題將愈加突出，從而限制企業(yè)的生產(chǎn)能力，自動化改造是緩解用工難問題的有效舉措。本項目的建設(shè)是天津港實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、高質(zhì)量發(fā)展的必經(jīng)之路。隨著傳統(tǒng)集裝箱堆場的自動化改造逐步由局部改造向整體改造邁進，規(guī)模經(jīng)濟、協(xié)同作業(yè)、資源統(tǒng)籌等優(yōu)勢將逐漸凸顯。

4、結(jié)語

天津港太平洋國際堆場自動化改造一期工程，為全球首個成規(guī)模完成四繩輪胎吊全自動化改造并投入正式生產(chǎn)運營的項目，在關(guān)鍵技術(shù)上取得諸多突破，目前已經(jīng)初具效果，ARTG自動化改獲得圓滿成功，生產(chǎn)調(diào)度實現(xiàn)智能化作業(yè)，不僅大幅度提高了設(shè)備利用率，在司機人數(shù)一定的條件下增加了場橋的場地覆蓋率，有利于生產(chǎn)計劃安排和調(diào)度，也加強了場地資源的有效統(tǒng)籌，在分區(qū)域打散的基礎(chǔ)上提升場地周轉(zhuǎn)率。根據(jù)14臺ARTG的運營數(shù)據(jù)，改造成果滿足既定目標，具有良好的社會效益以及經(jīng)濟效益，項目質(zhì)量、安全、投資等目標全部實現(xiàn)。本項目的成功實施為繼續(xù)實施堆場自動化改造二期工程奠定了基礎(chǔ)，具有持續(xù)發(fā)展能力。