洋山四期工程全自動(dòng)化集裝箱碼頭總體布置

洋山四期工程全自動(dòng)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(gè)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(shí)現(xiàn)資源利用的最大化，在深入分析工程建設(shè)條件及建設(shè)目標(biāo)的基礎(chǔ)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(shè)施，優(yōu)化交通組織等組合措施，總體上達(dá)到了功能布局合理、土地利用率高、綜合能力大的既定目標(biāo).【期刊名稱】《水運(yùn)工程》【年(卷)，期】2016(000)009【總頁數(shù)】6頁(P46-51)【關(guān)鍵詞】集裝箱碼頭;自動(dòng)化;閘口布置;自動(dòng)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(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，上海200032;中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，上海200032;上海國際港務(wù)(集團(tuán))股份有限公司，上海200080;洋山同盛港口建設(shè)有限公司，上海201308;中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)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(shè)深水集裝箱港口所必備的資源，對于洋山港這樣一個(gè)遠(yuǎn)離大陸、夕卜海島礁環(huán)境下建設(shè)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(yuǎn)超一般港口。洋山四期工程是新形勢下洋山港建設(shè)的又一個(gè)超大型集裝箱港區(qū)，碼頭岸線長2350m,年設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)資源利用最大化，是港區(qū)總體布置的關(guān)鍵。本文在深入分析工程建設(shè)條件及建設(shè)目標(biāo)的基礎(chǔ)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(shè)施，優(yōu)化交通組織等組合措施，總體上達(dá)到了功能布局合理、土地利用率高、綜合能力大的既定目標(biāo)。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(shè)目標(biāo)：1）高能力：目標(biāo)年設(shè)計(jì)通過能力達(dá)630萬TEU；2）高效率：目標(biāo)船時(shí)裝卸效率達(dá)400TEU；3）高智能：實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)以目標(biāo)為導(dǎo)向，主要考慮了以下幾點(diǎn)：1）盡可能擴(kuò)大自動(dòng)化堆場容量，優(yōu)化道路及生產(chǎn)輔助設(shè)施布置,提升土地利用效率；2）推動(dòng)裝卸工藝系統(tǒng)的技術(shù)升級，做好裝卸環(huán)節(jié)的效率匹配，提高裝卸效率；3）實(shí)現(xiàn)裝卸系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化，減少工人數(shù)量、降低運(yùn)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(shí)現(xiàn)電力驅(qū)動(dòng)或清潔能力替代，降低排放。自動(dòng)化集裝箱碼頭歷經(jīng)20余年的發(fā)展，先后出現(xiàn)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(yùn)車+ARMG”和〃單小車岸橋+集卡+ARMG”3種方案應(yīng)用最為普遍。因后2種方案在自動(dòng)化程度、尾氣排放上略有不足，根據(jù)洋山四期工程的建設(shè)目標(biāo)，〃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(yùn)輸距離短、堆場堆存密度大,主要裝卸環(huán)節(jié)全電力驅(qū)動(dòng)、零排放、低噪音，能量反饋技術(shù)進(jìn)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(jìn)、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(chǎn)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(guān)?？v觀世界典型的自動(dòng)化集裝箱碼頭,閘口的布置不外乎進(jìn)、出港閘口集中布置和分離布置2種布置方式。采用進(jìn)、出港閘口集中布置，則進(jìn)、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(jìn)而影響到港區(qū)的正常運(yùn)營。同時(shí)，夕卜來車輛需要在港內(nèi)折返，行駛距離和滯港時(shí)間相對較長。采用進(jìn)、出港閘口分離布置，外來車輛在港內(nèi)一進(jìn)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(dòng)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?qū)挾却螅v深狹小，且后方緊貼東海大橋。結(jié)合東海大橋的交通接口條件，四期工程采用了〃東進(jìn)西出”的閘口布置方式，一方面適應(yīng)港區(qū)陸域地形條件，另一方面使得外來車輛在港內(nèi)單向行駛，行駛距離短，流向簡單，交通效率高（圖1）。2.2適應(yīng)自動(dòng)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(dòng)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(shù)的標(biāo)準(zhǔn)集裝箱均通過自動(dòng)化裝卸完成，而少部分的非標(biāo)準(zhǔn)箱及危險(xiǎn)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(dòng)和人工的作業(yè)范圍,二要根據(jù)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(dòng)化、人工的水平運(yùn)輸設(shè)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(cè)軌道為界，劃分為自動(dòng)化和人工作業(yè)區(qū)。岸橋軌內(nèi)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(dòng)化作業(yè)區(qū)位于軌道另一側(cè)，又可細(xì)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(nèi)，寬28m,設(shè)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(tái)岸橋同時(shí)作業(yè)需要。行駛區(qū)鄰近自動(dòng)化堆場布置，車道數(shù)量根據(jù)前方AGV交通量確定，設(shè)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(jīng)穿越車道轉(zhuǎn)彎進(jìn)入緩沖區(qū)排序,根據(jù)根據(jù)指令進(jìn)入相應(yīng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化堆場的布局合理化、能力最大化[3]自動(dòng)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(shí)現(xiàn)港區(qū)高能力和高效率的目標(biāo)，其關(guān)鍵是如何提升自動(dòng)化堆場的容量和優(yōu)化堆場布局。洋山四期工程自動(dòng)化堆場布置主要采取了以下幾個(gè)方面的針對措施：1） ARMG箱區(qū)垂直碼頭布置,兩端設(shè)置AGV和集卡交換區(qū)，水平運(yùn)輸設(shè)備不進(jìn)箱區(qū),場內(nèi)道路大幅減少,堆場實(shí)現(xiàn)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(jù)地形實(shí)現(xiàn)了最大化，箱區(qū)堆箱數(shù)量達(dá)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(tái)ARMG均可對海作業(yè)，有效解決了洋山四期工程水水中轉(zhuǎn)比例高、對陸和對海側(cè)作業(yè)的不均衡性。4） 堆場西側(cè)布置一個(gè)雙懸臂軌道吊箱區(qū),可實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)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(dòng)化堆場布置見圖3。2.4根據(jù)陸域地形特點(diǎn)，因地制宜地布置輔助堆場及生產(chǎn)、生活輔助設(shè)施要全面實(shí)現(xiàn)洋山四期工程的建設(shè)目標(biāo)，除了需對碼頭前方作業(yè)地帶、自動(dòng)化堆場、閘口等核心功能區(qū)進(jìn)行合理布置外，契合陸域地形特點(diǎn)、因地制宜地開展輔助堆場及配套生產(chǎn)、生活設(shè)施的布置也是十分重要的。洋山四期工程輔助堆場及生產(chǎn)、生活輔助設(shè)施布置見圖4。1） 利用自動(dòng)化堆場北側(cè)東部不規(guī)則地塊和西側(cè)地塊分別布置2塊超限箱堆場和1塊危險(xiǎn)品堆場，危險(xiǎn)品堆場的選址同時(shí)考慮遠(yuǎn)離人員集中區(qū)域和位于夏季常風(fēng)向的下游。2） 利用自動(dòng)化堆場北側(cè)西部不規(guī)則地塊布置生產(chǎn)管理區(qū)及口岸查驗(yàn)區(qū)，擁有高層建筑的生產(chǎn)管理區(qū)均坐落在開山區(qū)，有效降低建筑的工程造價(jià)。3） 機(jī)修區(qū)考慮與自動(dòng)化作業(yè)無縫銜接，布置于自動(dòng)化堆場東側(cè)相鄰地塊，采用AGV測試、維修和機(jī)修集約化的聯(lián)合布置。故障AGV可自動(dòng)行駛至AGV修理棚西側(cè)的交互區(qū)，再轉(zhuǎn)至人工遙控模式行駛至AGV修理棚進(jìn)行修理。完成修理后,AGV進(jìn)入測試區(qū)進(jìn)行測試，合格后再投入正常作業(yè)（圖5）。4） 根據(jù)進(jìn)港流程，優(yōu)化進(jìn)港閘口及港外停車場布置。進(jìn)港閘口總共布置三級道口：一級道口為門架式結(jié)構(gòu)，用于讀取車輛信息；二級、三級道口聯(lián)合布置，根據(jù)一級道口識(shí)別信息,二級道口對進(jìn)港車輛進(jìn)行分流處理，一部分由第三級道口進(jìn)入港區(qū)，另一部分進(jìn)入港外停車場臨時(shí)等待或補(bǔ)錄信息（圖6）。港外集卡停車場用于加強(qiáng)對進(jìn)港車輛的管控，遇到車輛集中到港時(shí)可對進(jìn)港車輛進(jìn)行緩沖,以減少進(jìn)港閘口的通行壓力和排隊(duì)車輛對東海大橋通行的影響。同時(shí)，港外集卡停車場內(nèi)還可開展車輛補(bǔ)錄信息、調(diào)箱門、冷藏箱補(bǔ)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(nèi)、夕卜道路布置方案及路幅尺度[4]港口作業(yè)過程的實(shí)質(zhì)是貨物的搬運(yùn)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(xué)性直接相關(guān)。為優(yōu)化洋山四期工程的交通條件,港內(nèi)、夕卜道路系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要采用了以下方法：1） 交通組織設(shè)計(jì)借鑒城市道路單向交通理念，港內(nèi)、夕卜主干道路均采用單向設(shè)計(jì)，從而達(dá)到提高道路使用效率、減少?zèng)_突點(diǎn)和優(yōu)化通行條件的目的。2） 通過設(shè)置長達(dá)1.7km的專用進(jìn)港輔道，使港區(qū)進(jìn)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(bǔ)自動(dòng)化集裝箱碼頭堆場內(nèi)車輛緩沖能力的不足，降低大流量下進(jìn)港車輛溢出至東海大橋的可能性。3） 進(jìn)港輔道實(shí)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(jù)港區(qū)的年設(shè)計(jì)通過能力及閘口、堆場、輔助設(shè)施等功能布局，開展港內(nèi)、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(jìn)行評價(jià),并通過交通仿真模擬的技術(shù)手段對交通設(shè)計(jì)成果進(jìn)行驗(yàn)證。洋山四期工程港內(nèi)、夕卜主干道路布置見圖7,港內(nèi)、夕卜道路的交通飽和度及服務(wù)水平見圖8、9。洋山四期工程是一個(gè)擁有大規(guī)模深水岸線但陸域狹窄的港口項(xiàng)目，建設(shè)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(shè)“高能力、高效率、高智能、低能耗、低排放”的總體建設(shè)目標(biāo)。以目標(biāo)為導(dǎo)向，根據(jù)四期工程的用地條件，對港區(qū)總體布置進(jìn)行深入研究,有效提升了資源利用效率。主要結(jié)論如下：1） 結(jié)合工程港外交通條件及陸域形態(tài)，提出〃東進(jìn)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(jìn)港閘口及港外停車場集約化布置形式,土地利用率高，并達(dá)到了與進(jìn)港流程的高度契合。3） 闡述全自動(dòng)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(dòng)化集裝箱堆場最大化布置原則，根據(jù)陸域地形條件，盡可能增加自動(dòng)化箱區(qū)數(shù)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(cè)帶懸臂、雙懸臂ARMG組合布置的自動(dòng)化堆場布局新方式，有效解決了洋山四期工程水水中轉(zhuǎn)比例高、對陸和對海側(cè)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(chǎn)、生活輔助設(shè)施布置。7） 結(jié)合自動(dòng)化集裝箱碼頭的運(yùn)營特點(diǎn)，提出AGV測試、維修和機(jī)修集約化的聯(lián)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(nèi)、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(shù)手段對交通設(shè)計(jì)成果進(jìn)行驗(yàn)證。【相關(guān)文獻(xiàn)】中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司.上海國際航運(yùn)中心洋山深水港區(qū)四