洋山四期工程全自動化集裝箱碼頭總體布置

洋山四期工程全自動化集裝箱碼頭總體布置劉廣紅;程澤坤;羅勛杰;莊驊;何繼紅【摘要】洋山四期工程是一個擁有大規(guī)模深水岸線但陸域縱深狹窄的專業(yè)化集裝箱港區(qū),陸域縱深是制約港區(qū)綜合通過能力的瓶頸.為了更有效地利用土地和深水岸線資源、實現資源利用的最大化，在深入分析工程建設條件及建設目標的基礎上，通過合理確定裝卸工藝系統(tǒng)，因地制宜地布置堆場、道路和輔助設施，優(yōu)化交通組織等組合措施，總體上達到了功能布局合理、土地利用率高、綜合能力大的既定目標.【期刊名稱】《水運工程》【年(卷)，期】2016(000)009【總頁數】6頁(P46-51)【關鍵詞】集裝箱碼頭;自動化;閘口布置;自動化堆場;港區(qū)平面布置;交通組織【作者】劉廣紅;程澤坤;羅勛杰;莊驊;何繼紅【作者單位】中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海200032;中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海200032;上海國際港務(集團)股份有限公司，上海200080;洋山同盛港口建設有限公司，上海201308;中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海200032【正文語種】中文【中圖分類】U656.1+35深水岸線和土地是建設深水集裝箱港口所必備的資源，對于洋山港這樣一個遠離大陸、夕卜海島礁環(huán)境下建設的港口尤為珍貴，其碼頭岸線深入外海，土地均由深海填筑形成，獲得資源的難度和成本遠超一般港口。洋山四期工程是新形勢下洋山港建設的又一個超大型集裝箱港區(qū)，碼頭岸線長2350m,年設計通過能力630萬TEUO^管四期工程擁有大規(guī)模深水岸線，但陸域縱深十分狹窄,成為制約港區(qū)綜合效能發(fā)揮的瓶頸。如何突破瓶頸、實現資源利用最大化，是港區(qū)總體布置的關鍵。本文在深入分析工程建設條件及建設目標的基礎上，通過合理確定裝卸工藝系統(tǒng)，因地制宜地布置堆場、道路和輔助設施，優(yōu)化交通組織等組合措施，總體上達到了功能布局合理、土地利用率高、綜合能力大的既定目標。為了充分發(fā)揮深水資源優(yōu)勢，洋山四期工程確定了〃三高兩低”的總體建設目標：1）高能力：目標年設計通過能力達630萬TEU；2）高效率：目標船時裝卸效率達400TEU；3）高智能：實現主要裝卸環(huán)節(jié)的智能化、無人化操作；4）低能耗：較大程度地降低港區(qū)能源消耗；5）低排放：大幅降低港區(qū)尾氣排放。工程設計以目標為導向，主要考慮了以下幾點：1）盡可能擴大自動化堆場容量，優(yōu)化道路及生產輔助設施布置,提升土地利用效率；2）推動裝卸工藝系統(tǒng)的技術升級，做好裝卸環(huán)節(jié)的效率匹配，提高裝卸效率；3）實現裝卸系統(tǒng)的自動化和智能化，減少工人數量、降低運營成本、改善作業(yè)條件和提高作業(yè)安全；4）優(yōu)選具備能量反饋、低能耗的裝備，節(jié)能降耗；5）主要裝備實現電力驅動或清潔能力替代，降低排放。自動化集裝箱碼頭歷經20余年的發(fā)展，先后出現了10余種裝卸工藝解決方案,而又以〃雙小車岸橋+AGV+ARMG”、"單小車岸橋+跨運車+ARMG”和〃單小車岸橋+集卡+ARMG”3種方案應用最為普遍。因后2種方案在自動化程度、尾氣排放上略有不足，根據洋山四期工程的建設目標，〃雙小車岸橋+AGV+ARMG”方案成為最終優(yōu)選方案。該方案碼頭裝卸效率高、水平運輸距離短、堆場堆存密度大,主要裝卸環(huán)節(jié)全電力驅動、零排放、低噪音，能量反饋技術進一步降低了能耗，智能化系統(tǒng)降低了對人工的依賴并大幅改善了人員的作業(yè)條件。2.1合理布置進、出港閘口,簡化交通流程[2]閘口是集裝箱港區(qū)對外交通的咽喉，交通順暢與否對港區(qū)的生產影響巨大。閘口的布置方式主要與港區(qū)的夕卜部交通條件與裝卸作業(yè)流程直接相關?？v觀世界典型的自動化集裝箱碼頭,閘口的布置不外乎進、出港閘口集中布置和分離布置2種布置方式。采用進、出港閘口集中布置，則進、出港車流匯集于一處,方便車輛的集中管理。但對于作業(yè)繁忙的港區(qū)，因交通的不均衡性，加上閘口附近車流的高度聚集，如遇交通高峰期易造成閘口附近的交通擁堵,進而影響到港區(qū)的正常運營。同時，夕卜來車輛需要在港內折返，行駛距離和滯港時間相對較長。采用進、出港閘口分離布置，外來車輛在港內一進一出，單向行駛,交通組織相對簡單、順暢和高效，道路需求相對較小，這也與自動化集裝箱碼頭外來車輛提、送箱流程更為契合，在港區(qū)的陸域條件和外部交通條件具備的條件下值得優(yōu)先選擇。洋山四期工程陸域橫向寬度大，但縱深狹小，且后方緊貼東海大橋。結合東海大橋的交通接口條件，四期工程采用了〃東進西出”的閘口布置方式，一方面適應港區(qū)陸域地形條件，另一方面使得外來車輛在港內單向行駛，行駛距離短，流向簡單，交通效率高（圖1）。2.2適應自動化裝卸工藝系統(tǒng)需要,優(yōu)化碼頭前方作業(yè)地帶布置[3]對于全自動化集裝箱碼頭，其碼頭裝卸通常分為兩種情況，對于占絕大多數的標準集裝箱均通過自動化裝卸完成，而少部分的非標準箱及危險品箱仍是通過人工裝卸完成。碼頭前方作業(yè)地帶的布置，一要合理劃分自動和人工的作業(yè)范圍,二要根據工藝需要合理確定平面尺度。洋山四期工程采用了“雙小車岸橋+AGV+ARMG”裝卸工藝啟動化、人工的水平運輸設備分別為AGV和集卡。為了避免相互干擾，碼頭前方作業(yè)地帶以岸橋陸側軌道為界，劃分為自動化和人工作業(yè)區(qū)。岸橋軌內為人工作業(yè)區(qū)，布置3條集卡車道及艙蓋板堆放區(qū)。自動化作業(yè)區(qū)位于軌道另一側，又可細分為裝卸區(qū)、緩沖區(qū)和行駛區(qū)。裝卸區(qū)位于岸橋后伸距內，寬28m,設7條AGV車道，裝卸車道成對布置，相互之間布置1條穿越車道，該布置可滿足同泊位多臺岸橋同時作業(yè)需要。行駛區(qū)鄰近自動化堆場布置，車道數量根據前方AGV交通量確定，設雙向6車道，寬26.5m。裝卸區(qū)與行駛區(qū)之間為緩沖區(qū)，寬27m。AGV在裝卸區(qū)完成裝卸后經穿越車道轉彎進入緩沖區(qū)排序,根據根據指令進入相應的行駛車道。碼頭前方作業(yè)地帶總寬度為120m（圖2）。2.3突破狹小陸域縱深制約，實現自動化堆場的布局合理化、能力最大化[3]自動化堆場是洋山四期工程的核心堆場，其堆放的普通空、重箱、冷藏箱和45ft（13.7m）箱占到港區(qū)總量的96.5%。因此，要突破陸域縱深的制約，實現港區(qū)高能力和高效率的目標，其關鍵是如何提升自動化堆場的容量和優(yōu)化堆場布局。洋山四期工程自動化堆場布置主要采取了以下幾個方面的針對措施：1） ARMG箱區(qū)垂直碼頭布置,兩端設置AGV和集卡交換區(qū)，水平運輸設備不進箱區(qū),場內道路大幅減少,堆場實現密集堆垛,堆存容量和場地利用率大幅提升。2） 堆場縱深依據地形實現了最大化，箱區(qū)堆箱數量達到33~53貝位。3） 采用了無懸臂、單懸臂ARMG箱區(qū)相間布置的方式，單懸臂箱區(qū)2臺ARMG均可對海作業(yè)，有效解決了洋山四期工程水水中轉比例高、對陸和對海側作業(yè)的不均衡性。4） 堆場西側布置一個雙懸臂軌道吊箱區(qū),可實現AGV對集卡的直接裝卸作業(yè)，用于碼頭之間互拖集裝箱的裝卸，提升中轉效率。5） 冷藏箱采用〃相對集中”布置，綜合考慮了作業(yè)效率、AGV車流的集中度、方便人員管理及供電等因素。洋山四期工程自動化堆場布置見圖3。2.4根據陸域地形特點，因地制宜地布置輔助堆場及生產、生活輔助設施要全面實現洋山四期工程的建設目標，除了需對碼頭前方作業(yè)地帶、自動化堆場、閘口等核心功能區(qū)進行合理布置外，契合陸域地形特點、因地制宜地開展輔助堆場及配套生產、生活設施的布置也是十分重要的。洋山四期工程輔助堆場及生產、生活輔助設施布置見圖4。1） 利用自動化堆場北側東部不規(guī)則地塊和西側地塊分別布置2塊超限箱堆場和1塊危險品堆場，危險品堆場的選址同時考慮遠離人員集中區(qū)域和位于夏季常風向的下游。2） 利用自動化堆場北側西部不規(guī)則地塊布置生產管理區(qū)及口岸查驗區(qū)，擁有高層建筑的生產管理區(qū)均坐落在開山區(qū)，有效降低建筑的工程造價。3） 機修區(qū)考慮與自動化作業(yè)無縫銜接，布置于自動化堆場東側相鄰地塊，采用AGV測試、維修和機修集約化的聯合布置。故障AGV可自動行駛至AGV修理棚西側的交互區(qū)，再轉至人工遙控模式行駛至AGV修理棚進行修理。完成修理后,AGV進入測試區(qū)進行測試，合格后再投入正常作業(yè)（圖5）。4） 根據進港流程，優(yōu)化進港閘口及港外停車場布置。進港閘口總共布置三級道口：一級道口為門架式結構，用于讀取車輛信息；二級、三級道口聯合布置，根據一級道口識別信息,二級道口對進港車輛進行分流處理，一部分由第三級道口進入港區(qū)，另一部分進入港外停車場臨時等待或補錄信息（圖6）。港外集卡停車場用于加強對進港車輛的管控，遇到車輛集中到港時可對進港車輛進行緩沖,以減少進港閘口的通行壓力和排隊車輛對東海大橋通行的影響。同時，港外集卡停車場內還可開展車輛補錄信息、調箱門、冷藏箱補電等作業(yè)。2.5基于各功能分區(qū)的交通需求,合理確定港內、夕卜道路布置方案及路幅尺度[4]港口作業(yè)過程的實質是貨物的搬運過程，港口綜合效能的高低很大程度上取決于港口的交通條件，而交通條件又與道路布置和交通組織是否合理、路幅尺度是否科學性直接相關。為優(yōu)化洋山四期工程的交通條件,港內、夕卜道路系統(tǒng)設計主要采用了以下方法：1） 交通組織設計借鑒城市道路單向交通理念，港內、夕卜主干道路均采用單向設計，從而達到提高道路使用效率、減少沖突點和優(yōu)化通行條件的目的。2） 通過設置長達1.7km的專用進港輔道，使港區(qū)進港閘口與東海大橋之間獲得一段較長緩沖距離，形成一定的蓄車能力，從而在一定程度上填補自動化集裝箱碼頭堆場內車輛緩沖能力的不足，降低大流量下進港車輛溢出至東海大橋的可能性。3） 進港輔道實行客貨分流,并與同向出港道路立體交叉，提高通行效率。4） 根據港區(qū)的年設計通過能力及閘口、堆場、輔助設施等功能布局，開展港內、夕卜道路的OD分析，合理確定各條道路的路幅尺度，對道路的交通條件進行評價,并通過交通仿真模擬的技術手段對交通設計成果進行驗證。洋山四期工程港內、夕卜主干道路布置見圖7,港內、夕卜道路的交通飽和度及服務水平見圖8、9。洋山四期工程是一個擁有大規(guī)模深水岸線但陸域狹窄的港口項目，建設條件受到制約。從充分發(fā)揮深水資源優(yōu)勢的角度出發(fā)，確定了建設“高能力、高效率、高智能、低能耗、低排放”的總體建設目標。以目標為導向，根據四期工程的用地條件，對港區(qū)總體布置進行深入研究,有效提升了資源利用效率。主要結論如下：1） 結合工程港外交通條件及陸域形態(tài)，提出〃東進西出”的閘口布局模式，交通組織簡單、順暢和高效，道路使用高效。2） 提出進港閘口及港外停車場集約化布置形式,土地利用率高，并達到了與進港流程的高度契合。3） 闡述全自動化集裝箱碼頭前方作業(yè)地帶的布置方式及平面尺度。4） 提出自動化集裝箱堆場最大化布置原則，根據陸域地形條件，盡可能增加自動化箱區(qū)數量和箱區(qū)長度，做到堆場布局的合理化及通過能力的最大化。5） 提出無懸臂、單側帶懸臂、雙懸臂ARMG組合布置的自動化堆場布局新方式，有效解決了洋山四期工程水水中轉比例高、對陸和對海側作業(yè)的不均衡性等問題。6） 利用場地不規(guī)則地塊，因地制宜地開展輔助堆場及生產、生活輔助設施布置。7） 結合自動化集裝箱碼頭的運營特點，提出AGV測試、維修和機修集約化的聯合布辛I'置萬式。8） 基于功能分區(qū)的交通需求,合理確定港內、夕卜道路布置方案及路幅尺度，并通過交通仿真模擬的技術手段對交通設計成果進行驗證。【相關文獻】中交第三航務工程勘察設計院有限公司.上海國際航運中心洋山深水港區(qū)四