黃炳林，丘耀樺

(廣州南沙聯(lián)合集裝箱碼頭有限公司，廣東 廣州 511462)

廣州港南沙港區(qū)四期工程采用“堆場(chǎng)箱區(qū)水平布置+智能導(dǎo)引車+單小車自動(dòng)化岸邊裝卸橋”的全新自動(dòng)化集裝箱碼頭技術(shù)路線[1-2]，其自動(dòng)化作業(yè)模式、裝卸作業(yè)和水平運(yùn)輸設(shè)備選型、集疏運(yùn)特點(diǎn)、陸域和岸線形態(tài)等方面與其他自動(dòng)化集裝箱碼頭均存在較大差異。因此需要對(duì)平面布置方案進(jìn)行重點(diǎn)分析研究，保證自動(dòng)化集裝箱碼頭高效、安全運(yùn)行，提高土地集約化利用水平。

本文結(jié)合南沙四期工程自動(dòng)化作業(yè)流程、設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)、交通組織方案，通過(guò)分析碼頭前沿作業(yè)地帶、自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)、維修測(cè)試區(qū)等細(xì)部設(shè)計(jì)內(nèi)容，提出該自動(dòng)化集裝箱碼頭技術(shù)路線的平面布置要點(diǎn)，為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

廣州港南沙港區(qū)四期工程建設(shè)2個(gè)10萬(wàn)噸級(jí)和2個(gè)5萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船海輪泊位、12個(gè)2 000噸級(jí)集裝箱內(nèi)河駁船泊位，其中駁船泊位布置在海輪泊位側(cè)面；工程設(shè)計(jì)年通過(guò)能力480萬(wàn)TEU，水水中轉(zhuǎn)比例高達(dá)75%[3]。

南沙四期工程碼頭前沿作業(yè)地帶采用自動(dòng)化單小車岸橋、自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)采用自動(dòng)化單懸臂軌道龍門吊和自動(dòng)化雙懸臂軌道龍門吊、水平運(yùn)輸采用智能導(dǎo)引車(IGV)進(jìn)行自動(dòng)化作業(yè)。

2 陸域平面總體布置

南沙四期工程位于廣州港南沙港區(qū)南沙作業(yè)區(qū)(龍穴島)規(guī)劃的中部挖入式港池，東南側(cè)緊鄰已建的南沙港區(qū)一期工程，陸域西側(cè)規(guī)劃物流園區(qū)，南側(cè)為在建鐵路。

基于水水中轉(zhuǎn)比例高的特點(diǎn)，駁船碼頭布置在海輪碼頭岸線側(cè)面，海輪碼頭與駁船碼頭在空間形態(tài)上呈一定夾角，從而實(shí)現(xiàn)江海聯(lián)運(yùn)的無(wú)縫對(duì)接[4]。

根據(jù)自動(dòng)化作業(yè)流程，從海側(cè)往陸側(cè)依次在港區(qū)陸域布置自動(dòng)化作業(yè)區(qū)和非自動(dòng)化區(qū)，其中自動(dòng)化作業(yè)區(qū)包括碼頭前沿作業(yè)地帶、自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)，非自動(dòng)化區(qū)包括維修測(cè)試區(qū)、閘口區(qū)、辦公區(qū)等。陸域平面布置見圖1。

圖1 陸域平面布置

3 碼頭前沿作業(yè)地帶布置

自動(dòng)化碼頭的前沿作業(yè)地帶內(nèi)包含自動(dòng)化作業(yè)區(qū)和非自動(dòng)化作業(yè)區(qū)，其平面的合理布置是自動(dòng)化裝卸工藝系統(tǒng)順暢運(yùn)行及人工輔助作業(yè)可達(dá)性、便利性和安全性的重要保證。

碼頭前沿作業(yè)地帶各功能區(qū)的布置主要根據(jù)碼頭裝卸船和水平運(yùn)輸作業(yè)流程，考慮盡量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)功能區(qū)、非自動(dòng)化作業(yè)功能區(qū)各自集中布置，同時(shí)充分利用不同功能區(qū)之間錯(cuò)時(shí)使用的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)部分功能區(qū)空間重疊布置。

南沙四期工程碼頭前沿裝卸船采用岸橋軌內(nèi)作業(yè)方式，碼頭前沿作業(yè)地帶可分為多個(gè)功能區(qū)，由海側(cè)往陸側(cè)依次設(shè)置海側(cè)附屬設(shè)施區(qū)、非自動(dòng)化車道、自動(dòng)化裝卸車道、艙蓋板放置區(qū)、拆裝扭鎖區(qū)、IGV轉(zhuǎn)向區(qū)、檢修車道、IGV緩沖區(qū)、IGV行車道、陸側(cè)附屬設(shè)施區(qū)等，見圖2。

圖2 碼頭前沿作業(yè)地帶布置(單位：m)

3.1 海側(cè)附屬設(shè)施區(qū)

海側(cè)附屬設(shè)施區(qū)為碼頭前沿線至岸橋海側(cè)軌中心之間的區(qū)域，該區(qū)域應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)船型、設(shè)計(jì)水位、船舶側(cè)搖角度、船舶艙蓋板上集裝箱的堆放高度、系船柱基礎(chǔ)、岸橋軌道梁基礎(chǔ)、船舶岸電及碼頭前沿供水供電管溝的需求等因素確定。南沙四期工程海輪泊位按靠泊10萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船設(shè)計(jì)，海側(cè)附屬設(shè)施區(qū)寬度取為3.5 m[5]，主要布置系船柱、岸橋軌道梁、船舶岸電箱、碼頭前沿供水供電管溝、岸橋系固設(shè)施等。

3.2 非自動(dòng)化車道

自動(dòng)化集裝箱碼頭前沿的系纜解纜作業(yè)、特殊集裝箱和危險(xiǎn)貨物箱的裝卸船作業(yè)、海側(cè)附屬設(shè)施的檢修作業(yè)、其他輔助作業(yè)車輛的通行等通常為人工操作，不同作業(yè)之間具有一定的錯(cuò)時(shí)性，因此在岸橋軌內(nèi)、靠近海側(cè)軌道一側(cè)設(shè)置綜合性的非自動(dòng)化車道，寬度6.5 m，與海側(cè)軌道中心距離為2 m。

3.3 自動(dòng)化裝卸車道

自動(dòng)化裝卸車道主要用于自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備與岸橋交互作業(yè)和通行，布置在岸橋軌內(nèi)，共6條IGV車道，車道寬度4 m。為保證IGV順利出入拆裝扭鎖區(qū)和岸橋軌內(nèi)裝卸車道，根據(jù)軌跡仿真結(jié)果，自動(dòng)化裝卸車道中第2、3、5車道(以海側(cè)起算)為作業(yè)道，第1、4、6為穿行車道。自動(dòng)化裝卸車道與非自動(dòng)化車道之間布置寬度0.5 m的圍欄。

3.4 艙蓋板放置區(qū)

艙蓋板放置區(qū)布置在岸橋陸側(cè)軌后2.5 m，沿碼頭通長(zhǎng)布置?？紤]到海輪碼頭設(shè)計(jì)最小靠泊船型為3萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船，同時(shí)兼顧拆裝扭鎖區(qū)的布置，艙蓋板放置區(qū)寬度取為18.5 m。

3.5 拆裝扭鎖區(qū)

船舶靠泊碼頭進(jìn)行作業(yè)時(shí)，艙蓋板放置在船長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的艙蓋板放置區(qū)，IGV從船頭、船尾出入岸橋軌內(nèi)。南沙四期工程利用船頭、船尾的艙蓋板放置區(qū)布置移動(dòng)式拆裝扭鎖區(qū)，對(duì)應(yīng)不同靠泊船舶，拆裝扭鎖區(qū)的位置是相應(yīng)移動(dòng)的。拆裝扭鎖區(qū)設(shè)置6個(gè)垂直碼頭前沿線的拆裝扭鎖操作站，布置在陸側(cè)軌后5 m處。單個(gè)拆裝扭鎖操作站由1條作業(yè)車道及車道兩側(cè)的安全島組成，安全島長(zhǎng)16 m、寬1.5 m，內(nèi)設(shè)安全崗?fù)?、扭鎖框放置區(qū)，兩側(cè)為交通標(biāo)線，作業(yè)車道寬3.75 m，相鄰拆裝扭鎖操作站共用一個(gè)安全島。

3.6 IGV轉(zhuǎn)向區(qū)

IGV轉(zhuǎn)向區(qū)布置在拆裝扭鎖區(qū)后方，寬度15.5 m，另外檢修車道、特殊集裝箱和危險(xiǎn)貨物箱裝卸船作業(yè)的行駛通道也利用轉(zhuǎn)向區(qū)布置。港內(nèi)人工駕駛集卡或檢修車輛通過(guò)該區(qū)域時(shí)采取電子鎖閉措施。

3.7 IGV緩沖區(qū)

IGV緩沖區(qū)利用行車道的第二、三車道(從海側(cè)起算)，在對(duì)應(yīng)靠泊船舶的區(qū)域平行布置緩沖車位，緩沖車位距離拆裝扭鎖區(qū)根據(jù)軌跡模擬結(jié)果取為22 m。

3.8 IGV行車道

IGV行車道布置在緩沖區(qū)后方、自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)前方，共布置6條車道，寬度24 m。

3.9 陸側(cè)附屬設(shè)施區(qū)

陸側(cè)附屬設(shè)施區(qū)布置在行車道與自動(dòng)化堆場(chǎng)之間，寬度4 m，布置照明鐵塔、5G基站、攝像機(jī)等。

4 自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)布置

自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)是自動(dòng)化集裝箱碼頭的核心區(qū)域，關(guān)系到碼頭整體堆存能力和作業(yè)效率，其平面布置需要結(jié)合總體技術(shù)路線、集疏運(yùn)特點(diǎn)、裝卸設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)和陸域條件等因素確定。

南沙四期工程具有以下特點(diǎn)：集裝箱水水中轉(zhuǎn)比例高、岸線布置采用在海輪碼頭側(cè)邊獨(dú)立設(shè)置駁船碼頭的形態(tài)、堆場(chǎng)內(nèi)集裝箱運(yùn)輸工藝流向以平行于海輪泊位方向?yàn)橹鞯?。自?dòng)化集裝箱堆場(chǎng)采用空間隔離型平行布置的形式，集裝箱在堆場(chǎng)內(nèi)采用IGV直接進(jìn)入堆箱區(qū)側(cè)邊的邊裝卸作業(yè)方式，陸路集疏運(yùn)集裝箱利用獨(dú)立的交互區(qū)實(shí)現(xiàn)港內(nèi)外交互。自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)主要由自動(dòng)化集裝箱堆箱區(qū)、港內(nèi)外集卡交互區(qū)及相關(guān)附屬設(shè)施組成。堆場(chǎng)裝卸設(shè)備采用單懸臂自動(dòng)化集裝箱軌道龍門吊(ARMG)，交互區(qū)臨時(shí)堆場(chǎng)裝卸設(shè)備采用雙懸臂自動(dòng)化集裝箱軌道龍門吊(ARMG)，IGV與港外集卡均采用邊裝卸的作業(yè)方式，見圖3。

圖3 自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)布置(單位：m)

4.1 自動(dòng)化集裝箱堆箱區(qū)

自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)布置在碼頭前沿作業(yè)地帶后方。根據(jù)陸域形態(tài)，沿海輪碼頭岸線方向布置A～F共6塊堆場(chǎng)；沿縱深方向上，A～E堆場(chǎng)均布置11個(gè)箱區(qū)，F(xiàn)堆場(chǎng)布置2個(gè)箱區(qū)，其中靠海側(cè)9個(gè)箱區(qū)為重箱和冷藏箱堆場(chǎng)，靠陸側(cè)2個(gè)箱區(qū)為空箱堆場(chǎng)。

自動(dòng)化箱區(qū)采用“背靠背”成組布置模式。單懸臂ARMG軌距31 m，軌距內(nèi)堆10排重(冷)箱或11排空箱。各箱區(qū)單懸臂ARMG懸臂下設(shè)置1條IGV裝卸作業(yè)車道和1條IGV超車道，單車道寬度4 m，IGV裝卸作業(yè)車道與懸臂側(cè)軌道中心線間安全距離2 m。單懸臂ARMG懸臂側(cè)相鄰區(qū)域兩軌道中心線間距為20 m(無(wú)高桿燈和照明鐵塔)和24 m(設(shè)高桿燈和照明鐵塔)；非懸臂側(cè)相鄰區(qū)域兩軌道中心線間距為6.5 m，除布置軌道龍門吊高壓接電井、拖輪槽外，該區(qū)域還兼顧消防和檢修車通行功能。

4.2 港內(nèi)外集卡交互區(qū)

港內(nèi)外集卡交互區(qū)布置在自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)后方，設(shè)置1個(gè)臨時(shí)堆場(chǎng)，長(zhǎng)度1 235 m。

港內(nèi)外集卡交互區(qū)雙懸臂ARMG軌距31 m，軌距內(nèi)堆10排箱。ARMG海側(cè)懸臂下設(shè)置1條IGV裝卸作業(yè)車道和2條IGV超車道，單車道寬4 m，IGV裝卸作業(yè)車道與ARMG海側(cè)軌中心線安全距離為2 m；ARMG陸側(cè)懸臂下設(shè)置1條港外集卡裝卸作業(yè)車道和1條超車道，單車道寬3.5 m。

港內(nèi)外集卡交互區(qū)在對(duì)應(yīng)堆場(chǎng)內(nèi)縱向道路的位置預(yù)留遠(yuǎn)期改造為通道的可能，遠(yuǎn)期混行功能實(shí)現(xiàn)時(shí)交互區(qū)可直接作為堆場(chǎng)使用。

4.3 附屬設(shè)施

堆場(chǎng)內(nèi)附屬設(shè)施包括自動(dòng)充電站、高桿燈(照明鐵塔)、5G基站、攝像機(jī)、消火栓、排水設(shè)施、圍網(wǎng)等。

IGV自動(dòng)充電站布置在堆場(chǎng)3個(gè)變電所附近，共7個(gè)、36套IGV充電設(shè)施，IGV采用端部充電方式。

高桿燈(照明鐵塔)布置在單懸臂ARMG懸臂側(cè)，距離縱向道路30 m，占用寬度4 m。5G基站集成在照明鐵塔上布置，間距約500 m。堆場(chǎng)內(nèi)所有高桿燈(照明鐵塔)均設(shè)置攝像機(jī)，其他橫向道路、箱區(qū)變裝卸車道和縱向道路的交叉路口處，攝像機(jī)均布置在立桿上方。攝像機(jī)立桿布置在箱區(qū)端部的軌內(nèi)。

堆場(chǎng)西側(cè)在IGV車道和人工車道之間布置圍網(wǎng)，對(duì)應(yīng)堆場(chǎng)內(nèi)橫向道路設(shè)置2個(gè)門禁。圍網(wǎng)高度1.2 m、區(qū)域?qū)挾?.5 m。

交接區(qū)港外集卡作業(yè)車道與ARMG陸側(cè)軌之間布置圍網(wǎng)，在交接區(qū)兩端各設(shè)置1個(gè)門禁?？紤]交接區(qū)拖纜槽布置要求，圍網(wǎng)距離軌道2.75 m、高度1.1 m。

5 維修測(cè)試區(qū)布置

維修測(cè)試區(qū)是自動(dòng)化集裝箱碼頭必備的配套功能區(qū)，主要為港內(nèi)裝卸設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備提供維修、保養(yǎng)等服務(wù)。自動(dòng)化集裝箱碼頭水平運(yùn)輸設(shè)備為自動(dòng)化設(shè)備，并且通常采用電力驅(qū)動(dòng)，與傳統(tǒng)碼頭相比，自動(dòng)化碼頭除常規(guī)維修功能外，還需要增加自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備維修和測(cè)試功能。因此自動(dòng)化集裝箱碼頭維修測(cè)試區(qū)的布置需要結(jié)合自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備的特點(diǎn)、碼頭前沿和堆場(chǎng)自動(dòng)化作業(yè)區(qū)的布置綜合確定。

南沙四期工程IGV可在碼頭前沿和堆場(chǎng)內(nèi)行駛，其維修測(cè)試區(qū)布置在堆場(chǎng)側(cè)邊、與堆場(chǎng)自動(dòng)化作業(yè)區(qū)域無(wú)縫連接，包括常規(guī)維修區(qū)和自動(dòng)化維修測(cè)試區(qū)。維修場(chǎng)地、IGV測(cè)試區(qū)、輔助建筑物見圖4。

圖4 維修測(cè)試區(qū)布置

常規(guī)維修區(qū)包括常規(guī)機(jī)修車間、工具材料庫(kù)、維修區(qū)辦公室、吊具棚、維修場(chǎng)地、廢電池間、廢鋼絲繩和廢鋼材間、含油污水處理站，其中維修區(qū)辦公室布置在機(jī)修車間和吊具棚二層。維修場(chǎng)地布置在常規(guī)機(jī)修車間、工具材料庫(kù)、吊具棚出入口前方，兼顧流動(dòng)設(shè)備停放使用，維修場(chǎng)地四周布置截水溝。

自動(dòng)化維修測(cè)試區(qū)包括IGV維修車間、緩沖場(chǎng)地和測(cè)試區(qū)。IGV維修車間與常規(guī)機(jī)修車間、工具材料庫(kù)、吊具棚按T形布置，寬度27 m，考慮IGV直接進(jìn)入車間內(nèi)維修，坡道的坡度為4.5%。緩沖場(chǎng)地布置在IGV維修車間正前方，緩沖場(chǎng)地與自動(dòng)化作業(yè)區(qū)通過(guò)緩沖通道連接?？紤]IGV駛出緩沖通道后可以進(jìn)入維修車間內(nèi)每個(gè)維修工位的要求，緩沖場(chǎng)地尺寸為55 m×40 m。緩沖通道考慮IGV的長(zhǎng)度、停車需要的距離等，長(zhǎng)度取20 m、寬度取7.5 m。緩沖通道四周設(shè)置圍網(wǎng)，兩端設(shè)置聯(lián)動(dòng)的門禁，IGV從自動(dòng)化作業(yè)區(qū)進(jìn)入緩沖通道后退出自動(dòng)駕駛模式，位于自動(dòng)化作業(yè)區(qū)一側(cè)的門禁關(guān)閉，位于緩沖場(chǎng)地一側(cè)的門禁相應(yīng)開啟，然后由人工控制IGV駛出緩沖通道，此時(shí)位于緩沖場(chǎng)地一側(cè)的門禁關(guān)閉，另一側(cè)門禁相應(yīng)開啟。

IGV測(cè)試區(qū)布置在集裝箱堆場(chǎng)東側(cè)、工作船碼頭后方，根據(jù)陸域形狀布置為梯形場(chǎng)地，長(zhǎng)邊約為130 m，短邊分別為28、80 m，四周設(shè)置圍網(wǎng)。測(cè)試區(qū)滿足IGV直線行駛、斜行、掉頭、S彎道行駛等功能的測(cè)試。IGV測(cè)試區(qū)與緩沖場(chǎng)地相鄰的一側(cè)設(shè)置測(cè)試區(qū)入口，另一側(cè)設(shè)置測(cè)試區(qū)出口。測(cè)試區(qū)出口與自動(dòng)化作業(yè)區(qū)通過(guò)緩沖通道連接，長(zhǎng)度20 m、寬度7.5 m；緩沖通道四周設(shè)置圍網(wǎng)，兩端設(shè)置聯(lián)動(dòng)的門禁。

6 辦公區(qū)及閘口區(qū)

根據(jù)港內(nèi)外集卡交互區(qū)作業(yè)流程，以及陸域中間突出的特點(diǎn)，辦公區(qū)布置在后方陸域中部，包括辦公、住宿及相關(guān)配套建筑。

閘口區(qū)布置見圖5。閘口區(qū)包括進(jìn)港閘口、出港閘口、閘口緩沖區(qū)。港區(qū)進(jìn)出閘口綜合考慮周邊水域、鐵路、規(guī)劃、港外道路等因素，布置在陸域東南角、一期工程和鐵路下沉段之間，采用分離式布置形式。進(jìn)港、出港閘口分別布置在北側(cè)和南側(cè)，采用3道閘口形式，1#閘口為預(yù)檢閘口，設(shè)置OCR功能；2#閘口為控制閘口；3#閘口為放行閘口。出港2#閘口與3#閘口之間設(shè)置返回車道。進(jìn)港2#閘口與3#閘口之間提供外集卡進(jìn)入交互區(qū)的管理、進(jìn)港空箱驗(yàn)箱、進(jìn)出港異常集裝箱和車輛問題的處理、進(jìn)港集裝箱調(diào)箱門等功能。辦公車道布置在進(jìn)港、出港閘口中間。

圖5 閘口區(qū)布置

7 結(jié)語(yǔ)

1)碼頭前沿裝卸船采用軌內(nèi)作業(yè)方式時(shí)，海側(cè)向陸側(cè)依次設(shè)置海側(cè)附屬設(shè)施區(qū)、非自動(dòng)化車道、自動(dòng)化裝卸車道、檢修車道、艙蓋板放置區(qū)、拆裝扭鎖區(qū)、自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備轉(zhuǎn)向區(qū)、自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備緩沖區(qū)、自動(dòng)化水平運(yùn)輸設(shè)備行車道、陸側(cè)附屬設(shè)施區(qū)等功能區(qū)。主要根據(jù)碼頭裝卸船和水平運(yùn)輸作業(yè)流程，考慮按自動(dòng)化作業(yè)功能區(qū)、非自動(dòng)化作業(yè)功能區(qū)集中布置的原則確定碼頭前沿作業(yè)地帶各功能區(qū)的布置。

2)空間隔離型平行布置的自動(dòng)化集裝箱堆場(chǎng)主要由自動(dòng)化集裝箱堆箱區(qū)、港內(nèi)外集卡交互區(qū)及相關(guān)附屬設(shè)施組成，需要結(jié)合總體技術(shù)路線、集疏運(yùn)特點(diǎn)、裝卸設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)和陸域條件等因素進(jìn)行布置。

3)自動(dòng)化集裝箱碼頭維修測(cè)試區(qū)包括自動(dòng)化維修測(cè)試區(qū)和常規(guī)維修區(qū)，其中自動(dòng)化維修測(cè)試區(qū)宜靠近自動(dòng)化作業(yè)區(qū)布置。

4)堆場(chǎng)采用平行布置形式，同時(shí)設(shè)置相應(yīng)的橫向、縱向道路，總體布置形態(tài)與傳統(tǒng)碼頭類似，為傳統(tǒng)碼頭的自動(dòng)化升級(jí)改造提供借鑒。