广州港南沙港区四期自动化集装箱码头建设方案

何业科 刘政刚

我国已建成的自动化集装箱码头主要有“堆场平行于岸线布置+端面装卸”和“堆场垂直于岸线布置+端面裝卸”两种建设方案;而我国传统集装箱码头采用“堆场平行于岸线布置+侧面装卸”建设方案，在实施自动化改造时不能完全复制自动化集装箱码头建设方案。广州港南沙港区四期自动化集装箱码头（以下简称“南沙四期自动化码头”）采用“堆场平行于岸线布置+侧面装卸”建设方案，堆场采用“智能导引车（intelligent guided vehicle，IGV）运输+自动化机械装卸”作业模式，致力于打造高效率、低能耗自动化集装箱码头。

1 南沙四期自动化码头堆场布置方案

堆场平行于岸线布置指堆场放置的集装箱长边平行于岸线，堆场机械（轨道吊或轮胎吊）运行轨迹平行于岸线（转场时除外）;堆场垂直于岸线布置指堆场放置的集装箱长边垂直于岸线，堆场机械（轨道吊或轮胎吊）运行轨迹垂直于岸线。南沙四期自动化码头堆场采用平行于岸线布置方案。

1.1 堆场平面布置

目前，广州港南沙港区已建成传统集装箱码头3个，其堆场采用平行于岸线布置方案。从广州港南沙港区的水水中转比例来看，南沙四期自动化码头水水中转比例预计高达80%以上。由于南沙四期自动化码头IGV自动驾驶等级相当于美国汽车工程师学会的L4级，不能与外集卡混行，从而有必要建立交互区，实现IGV与外集卡隔离。结合地块特点设计南沙四期自动化码头堆场平面布局（见图1）：设置物理围网（红色线）围蔽自动化堆场和道路，实现IGV与非自动化车辆和人员隔离;在围网外围设置非自动化车辆道路，方便船舶补给、维修及作业人员车辆通行。

1.2 堆场断面布置

南沙四期自动化码头堆场作业区域纵深，每个小箱区的长度约为228 m，箱区呈水平布置，设置重箱（含冷藏箱）箱区9个（图2中的红色箱区）、空箱箱区2个（图2中的黄色箱区）。交互区布置在空箱堆场后方，地面箱位共1 870 TEU，用于放置由外集卡提取的集装箱和由外集卡转入港区装船的集装箱。

1.3 IGV与外集卡交互方案

1.3.1 IGV与外集卡隔离要求

南沙四期自动化码头IGV自动驾驶等级为L4级，实现高度自动化，可以由无人驾驶系统完成所有的驾驶操作;但根据系统要求，不能实现所有应答，当IGV在限制道路或环境下自动驾驶时，需要与人员和有人集卡隔离。

1.3.2 IGV与外集卡隔离交互方案

南沙四期自动化码头采用“隔离围网+双悬臂轨道吊”作业方案，实现 IGV与外集卡隔离交互作业（见图3）：IGV在双悬臂轨道吊自动化区域一侧悬臂下车道通行，该悬臂端实施IGV装卸作业;外集卡在双悬臂轨道吊非自动化区域一侧悬臂下车道通行，该悬臂端实施外集卡装卸作业。

1.3.3 IGV与外集卡混行展望

在南沙四期自动化码头堆场设计方案下，IGV行驶范围为岸桥轨道内或轨道后、堆场道路和堆场导引车装卸道路，与传统集装箱码头内的集卡行驶范围基本一致，行驶路径较为复杂。IGV导航定位系统选择以北斗导航定位系统为主，融合激光导航定位、视觉导航定位、惯性导航定位等技术，与道路无人驾驶车辆的导航定位方案十分接近。随着自动驾驶技术的成熟，当自动驾驶技术的自动驾驶等级达到美国汽车工程师学会的L5级时，可以较为容易地将相关技术应用于IGV。当IGV自动驾驶技术达到L5级时，便可撤销交互区，实现传统集装箱码头IGV与外集卡混合运行模式。

2 南沙四期自动化码头堆场装卸方案

2.1 堆场端面装卸与侧面装卸

堆场端面装卸指港内导引车、外集卡行驶到堆场的一端（场头或场尾），由堆场设备对导引车、外集卡上的集装箱实施装卸，然后堆场设备运行到相关贝位抓取或放置集装箱。港区内导引车包括自动导引车（automated guided vehicle，AGV）和IGV，还可以根据需要使用AGV伴侣或AGV顶升装置将集装箱放置到平台上。堆场侧面装卸指导引车、外集卡行驶到堆场的某一贝位，由堆场设备对导引车、外集卡上的集装箱实施装卸。

2.2 自动化集装箱码头堆场装卸方案

国内已建成的自动化集装箱码头一般采用“堆场垂直布置+端面装卸”或“堆场平行布置+端面装卸”方案，相关流程见图4。

2.3 南沙四期自动化码头堆场装卸方案

南沙四期自动化码头堆场装卸要求与堆场端面装卸特点有所不同，若完全套用国内已建成的自动化集装箱码头堆场装卸方案，则不能满足相关作业要求。鉴于此，南沙四期自动化码头采用“堆场平行布置+侧面装卸”方案，并设置交互区，具体流程见图5。

3 南沙四期自动化码头建设方案优势

3.1 堆场机械基础要求较低

南沙四期自动化码头采用低速轨道吊，轨道吊大车在作业过程中无须频繁地带箱行走;相比之下，国内已建成的自动化集装箱码头对堆场机械要求较高，需要轨道吊大车频繁带箱行走。可见，南沙四期自动化码头机械基础要求明显低于国内已建成的自动化集装箱码头。

3.2 单箱能耗较低

南沙四期自动化码头采用IGV将集装箱运到堆场机械下方，IGV自重仅23 t;相比之下，国内已建成的自动化集装箱码头采用堆场机械（1～2台，根据需要安排）将集装箱驳运至堆场，堆场机械自重约300 t。可见，南沙四期自动化码头单箱能耗明显低于国内已建成的自动化集装箱码头。

3.3 堆场机械配置要求较低

南沙四期自动化码头堆场机械只参与装卸作业，不参与集装箱运输或接驳;因此，南沙四期自动化码头堆场机械配置明显少于国内已建成的自动化集装箱码头（见表1），不过前者配置的IGV数量相对较多。

4 结束语

南沙四期自动化码头采用“堆场平行于岸线布置+侧面装卸”建设方案，与国内传统集装箱码头布局和装卸方式一致，并设置港区水平运输机械与外集卡作业专用交互区，有效隔离港区水平运输机械作业与外集卡作业。南沙四期自动化码头建设方案可以为传统集装箱码头实施自动化升级改造提供借鉴和参考。