科技进步特等奖 超强大脑：洋山四期自动化码头

文/李冲

洋山四期码头的ITOS智能系统，使其成为国内全自动化码头领域的领头羊。

“西兴渡口帆初落，渔浦山头日未欹。”自古以来，港口码头就是百姓生活的重要依靠。眼下，全球贸易不断升级，港口在其中的重要性不言而喻。

上海作为中国对外开放的重要海岸城市，临靠东海，交通便利；趁着改革开放的春风，上海港重点发展集装箱产业，成为世界第一大港。全球贸易往来日益增加，港口吞吐能力和集疏运体系成为制约贸易发展的主要因素。

2020年，洋山四期码头吞吐量达到420万集装箱，约占上海港全年吞吐量的十分之一。自动化、智能系统成为港口未来发展的新方向。

洋山四期码头的ITOS智能系统，使其成为国内全自动化码头领域的领头羊，“洋山四期超大型自动化集装箱码头关键技术研究与应用”项目也因此被评为上海市科技进步奖特等奖。

开建—— 全自动化码头建设势在必行

如何快速安置货物、装卸货物，找到最优路径一直是港口码头提升的关键。

2013年“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”建设展开的同时，中国（上海）自由贸易试验区在同年9月正式挂牌，洋山保税港区被纳入新成立的自贸区内，上海对外贸易不断增加。面对持续增长的货物量，通过增效挖潜，几年来上海港既有集装箱码头交出的吞吐量成绩均已远远超越当初的设计能力，受制于泊位资源与设备资源的数量，高负荷运转无法从根本上满足未来逐年增高的吞吐量预期。因此，建设自动化集装箱码头，提升泊位吞吐能力成为一个必然的选择。

“过往的自动化码头操控系统采用主从式分级分层管控模式，计划与控制按不同原则分层分级单项船体，协同效率低，制约了码头整体运营效率的提升。”上海国际港务（集团）股份有限公司副总裁方怀瑾说道。

在此背景下，上港集团从2014年4月开始对全自动化集装箱码头建设方案及可行性进行论证分析，2014年末正式投入洋山四期码头建设，决定开发具有自主知识产权的码头智能化系统。

2017年12月，洋山四期码头建设成功，正式投入使用。2018年达到201万标准箱，2019年实现327万标准箱，2020年突破420万标准箱，成为目前世界上最先进的自动化集装箱码头之一。

“洋山四期码头攻克了无人设备全域感知、多体协同、多活并发等核心技术，实现了系统与设备设施间海量数据处理动态协同与高效可靠，核心功能与性能全面超越国外产品，能力与效率均居全球自动化码头首位。”方怀瑾自豪地说。

ITOS智能管控系统—— “超级大脑”掌握码头运营

从集装箱控制中心大楼15层向下望，只能看到零星的人影在维护道路，无人车码头装卸车行驶在路道上，平静而有序。

“全自动化”是洋山四期码头最明显的特征，全自动化的背后是“超级大脑”—ITOS智能管控系统掌控码头的运行，覆盖码头全场景、全流程作业。

洋山四期项目之前，由于自动化程度有限，需要人工区控制岸桥卸载集装箱、寻找集装箱的摆放位置，在整个过程中人工对于路径的选择主要取决于人工的经验。由于人工对于整个码头集装箱调配工作的掌控有限，想要达到更高水平的码头装卸，全自动化技术势在必行。

据上港集团技术中心主任黄秀松介绍，在洋山四期项目建设初期，集团内部曾讨论是否要进行技术创新和研发。“后来我们决定自己做技术创新，我们有20多年做码头（集装箱运输）的经验，内部有能力去设计属于自己的系统。”黄秀松说道。

之后，上港集团全面开展自主研发，根据已有的自动化码头，构建数据差异量化模型和相关算法，解决作业时空多变、状态不稳定导致设备协同难的关键问题，使系统和设备间可协同高效处理海量数据，在解放人工的同时，提高作业效率。据相关统计，自洋山四期码头投入生产后，人均劳动生产率提高至传统码头的213%。

“两只手扔三个乒乓球，压力不大；但两只手扔三十个乒乓球，其难度可想而知。”以此来形容ITOS背后的运行复杂程度并不为过。在目前码头运行过程中，“选择最优的集装箱摆放位置是ITOS系统目前工作的主要内容，”黄秀松介绍道，“这其中所需要的运算难度不言而喻。”

“大脑”升级—— 码头吞吐量有望突破600万标准箱

洋山四期全自动化码头运行机制，一改原先从业者在室外岸桥上驾驶室工作的工作方式，人工只需在室内查看吊具下方具体位置，鼠标点击“确认”即可，使人工从狭窄的驾驶室之中解放出来。“改善了从业者的工作环境，对从业者身体健康也是一种关心。”

面向超大型自动化集装箱码头装卸、堆存、转运、进出道口等多种作业场景，洋山四期应用大数据、云计算和数字孪生等新一代信息技术，从技术、调度、工艺和过程控制等各方面进一步提升超大型集装箱码头作业管理系统，进一步减少人工干预，优化资源配置。

随着项目的不断完善，集装箱吞吐量将不断增加，到2020年，项目完成我国首个拥有完全自主知识产权的超大型自动化集装箱码头智能操作系统的升级研发，推进码头运营效率再次大幅提升，实现整体岸桥平均台时效率进一步提升10%以上，单体码头年吞吐能力进一步提升50%以上。

提及洋山四期全自动化技术的推广，方怀瑾介绍，目前“洋山四期超大型自动化集装箱码头关键技术研究与应用”项目的成果已经在14个国内外码头中得到应用，将“中国智造”推广到世界。

目前，洋山四期建设成果显著，对开创完善中国版的超大型自动化码头管控新模式，打破国外软件在自动化码头管理系统上的“一统天下”，实现我国智慧技术港口核心技术的自主化具有重要意义。