自動(dòng)化集裝箱碼頭經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，相關(guān)技術(shù)早已成熟。
在亞洲地區(qū)，雖然我國(guó)的自動(dòng)化碼頭發(fā)展起步較晚，但通過(guò)不斷努力，已經(jīng)在全自動(dòng)化集裝箱碼頭成套關(guān)鍵技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位。
我國(guó)最早的自動(dòng)化碼頭是1999年建成的香港國(guó)際集裝箱碼頭，經(jīng)過(guò)二十年的發(fā)展，我國(guó)已擁有了世界領(lǐng)先水平的全自動(dòng)化集裝箱碼頭。
從2014年的廈門遠(yuǎn)海碼頭的投產(chǎn)到青島港前灣港四期和上海的洋山深水港四期的成功運(yùn)營(yíng)，標(biāo)志著我國(guó)在全自動(dòng)化碼頭發(fā)展上，實(shí)現(xiàn)了“從學(xué)習(xí)，到試驗(yàn)，到參與，再到引領(lǐng)”的跳躍式發(fā)展。
當(dāng)今世界云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈等最新技術(shù)迅猛發(fā)展，港口作為連接世界的“端口”，正在以“智慧賦能”進(jìn)行新一輪的轉(zhuǎn)型升級(jí)。
我國(guó)眾多港口也積極響應(yīng)世界新趨勢(shì)。例如，2018年，天津港投資3.15億元對(duì)集裝箱碼頭進(jìn)行的自動(dòng)化升級(jí)改造；廣州南沙港四期工程的建設(shè)等。
No.1 中國(guó)香港港——香港國(guó)際集裝箱碼頭(HIT)
香港港是全球最繁忙和效率最高的國(guó)際集裝箱港口之一。
2018年，香港港集裝箱吞吐量為1960萬(wàn)TEU，其中葵涌-青衣集裝箱碼頭的吞吐量達(dá)1547萬(wàn)TEU，約占港口集裝箱吞吐量的80%，在2019年Lloyd’s List發(fā)布的全球港口排名中，排在第7位。
圖1 香港港集裝箱吞吐量（2008-2018）
數(shù)據(jù)來(lái)源：https://www.hkmpb.gov.hk
香港國(guó)際集裝箱碼頭位于世界最繁忙之一的香港葵靑集裝箱港，包括四號(hào)、六號(hào)、七號(hào)和北九號(hào)碼頭，處理香港的集裝箱貿(mào)易超過(guò)50%。
香港國(guó)際集裝箱碼頭采用的是“單小車岸橋+集卡+帶外伸臂的軌道吊” 的裝卸工藝。
作為世界上最先進(jìn)的集裝箱碼頭之一，香港國(guó)際集裝箱碼頭裝有現(xiàn)代化的設(shè)備、設(shè)施，以及先進(jìn)的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，能夠確保實(shí)時(shí)規(guī)劃和控制所有的集裝箱處理活動(dòng)，包括集裝箱堆場(chǎng)前期規(guī)劃和船舶的運(yùn)行監(jiān)測(cè)，以及客戶、卡車控制和操作的數(shù)據(jù)交換。
圖2 香港國(guó)際集裝箱碼頭布局圖
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表1 香港國(guó)際集裝箱碼頭基本情況和主要設(shè)施設(shè)
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No.2 中國(guó)臺(tái)灣臺(tái)北港——臺(tái)北集裝箱碼頭
臺(tái)北港是一個(gè)國(guó)際商港，位于遠(yuǎn)東和歐美的遠(yuǎn)洋主航線上。
港口的陸地完全使用填海形成，港區(qū)陸域面積達(dá)1038公頃，水域面積為2064公頃，總面積3102公頃。
臺(tái)北港是基隆港的輔助港，擁有E01-E07、E10-E17以及N01-N06共計(jì)21座營(yíng)運(yùn)碼頭。
2003年，長(zhǎng)榮、萬(wàn)海、陽(yáng)明三大航運(yùn)集團(tuán)共同出資建造了臺(tái)北集裝箱碼頭，碼頭吃水較深，可以?？看笮图b箱船舶，彌補(bǔ)了基隆港腹地過(guò)小的缺點(diǎn)。
2018年，臺(tái)北港集裝箱吞吐量為174萬(wàn)TEU，在2019年Lloyd’s List發(fā)布的全球港口排名中，排在第100位。
圖3 臺(tái)北港集裝箱吞吐量（2010-2018）
數(shù)據(jù)來(lái)源：Wind數(shù)據(jù)庫(kù)
臺(tái)北集裝箱碼頭是臺(tái)灣省耗時(shí)5年6個(gè)月，斥資46.4億元人民幣打造的集裝箱儲(chǔ)運(yùn)中心，包括N3、N4、N5和N6碼頭。
N3、N4碼頭于2009年3月9號(hào)正式啟用，N5碼頭于2011年11月27號(hào)正式啟用，N6碼頭于2014年11月27號(hào)正式啟用。
臺(tái)北集裝箱碼頭總長(zhǎng)1355m，縱深475m，碼頭水深達(dá)16m，是北部港口唯一可靠泊萬(wàn)TEU級(jí)以上的集裝箱碼頭。
碼頭水平運(yùn)輸采用“ARMG+集卡”的作業(yè)方式，是一種半自動(dòng)化碼頭。
集裝箱碼頭的相關(guān)車道都安裝有車號(hào)、集裝箱碼頭辨識(shí)系統(tǒng)（OCR），用于協(xié)助自動(dòng)化系統(tǒng)收集和核對(duì)交領(lǐng)柜作業(yè)。
自動(dòng)化作業(yè)系統(tǒng)通過(guò)處理集裝箱存放區(qū)的無(wú)線感知網(wǎng)絡(luò)（WSN Wireless Sensor Network）的回饋信息，做出資料的交換和車柜定位工作。
表2 臺(tái)北集裝箱碼頭基本情況和主要設(shè)施設(shè)備
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No.3 中國(guó)臺(tái)灣高雄港——高明集裝箱碼頭
高雄港是一座位于中國(guó)臺(tái)灣高雄市的海港，是臺(tái)灣主要的的海運(yùn)樞紐與貨運(yùn)進(jìn)出口門戶，港口貨物吞吐量約占臺(tái)灣所有港口貨物吞吐量的1/2。
高雄港現(xiàn)有營(yíng)運(yùn)碼頭約116座，其中雜貨碼頭30座、集裝箱碼頭24座、散裝碼頭32座、榖類碼頭2座。
2018年，高雄港集裝箱吞吐量為1044萬(wàn)TEU，在2019年Lloyd’s List發(fā)布的全球港口排名中位居第15位。
圖4 高雄港集裝箱吞吐量（2010-2018）
數(shù)據(jù)來(lái)源：Wind數(shù)據(jù)庫(kù)
高明集裝箱碼頭緊鄰高雄港第二港口航道，包括第108號(hào)泊位、第109號(hào)泊位、第110號(hào)泊位和第111號(hào)泊位。
集裝箱碼頭采用“帶外伸臂軌道吊+集卡”的作業(yè)方式，實(shí)現(xiàn)了集裝箱碼頭的半自動(dòng)化作業(yè)。
碼頭在集裝箱堆存區(qū)采用嵌有自動(dòng)化作業(yè)系統(tǒng)的軌道式門式起重機(jī)，利用遠(yuǎn)程操作及無(wú)線射頻感應(yīng)技術(shù)(RFID)對(duì)堆場(chǎng)無(wú)人化操作，并且還搭配有自動(dòng)化管制站協(xié)助車輛的通行，有效降低了拖車在場(chǎng)內(nèi)的滯場(chǎng)時(shí)間。
表3 高明集裝箱基本情況和主要設(shè)備設(shè)施
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No.4 中國(guó)廈門港——遠(yuǎn)海碼頭
廈門港是我國(guó)沿海主要港口之一，是我國(guó)綜合運(yùn)輸體系的重要樞紐、集裝箱干線港、郵輪始發(fā)港、廈門東南國(guó)際航運(yùn)中心的主要載體和海峽兩岸交流的重要口岸，是國(guó)家確定的四大國(guó)際航運(yùn)中心和四大郵輪運(yùn)輸試點(diǎn)示范港之一。
根據(jù)《廈門港總體規(guī)劃（修編）》，廈門港包括廈門市（東渡、海滄、翔安）和漳州市（招銀、后石、石碼、古雷、東山、詔安）的九大港區(qū)，自然海岸線總長(zhǎng)約899公里，規(guī)劃港口岸線約106公里，主要港口資源分布在環(huán)廈門灣和環(huán)東山灣。
2017年、2018年連續(xù)兩年集裝箱吞吐量超過(guò)1000萬(wàn)標(biāo)箱，超越高雄港，在Lloyd’s List發(fā)布的全球港口排名中居第14位，創(chuàng)歷史最好成績(jī)。
圖5 廈門港集裝箱吞吐量（2011-2018）
數(shù)據(jù)來(lái)源：Lloyd’s List
遠(yuǎn)海碼頭位于遠(yuǎn)東至地中海、歐洲，北美經(jīng)由臺(tái)灣海峽的兩大國(guó)際航線上，是中國(guó)東南沿海對(duì)外經(jīng)濟(jì)交往的重要門戶。
遠(yuǎn)海自動(dòng)化碼頭是我國(guó)第一個(gè)全自動(dòng)化集裝箱碼頭，掀開了國(guó)內(nèi)集裝箱碼頭的新篇章，碼頭的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理經(jīng)驗(yàn)對(duì)自動(dòng)化碼頭標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制及推動(dòng)指導(dǎo)自動(dòng)化碼頭發(fā)展具有重要的參考作用和借鑒意義。
遠(yuǎn)海碼頭的進(jìn)港航道全長(zhǎng)約42公里，航道基準(zhǔn)水深14米，10萬(wàn)噸級(jí)船舶全天候進(jìn)出港。
碼頭由廈門市與中遠(yuǎn)集團(tuán)、中國(guó)交通建設(shè)集團(tuán)三方投資建設(shè)，擁有海滄保稅港區(qū)14號(hào)-17號(hào)泊位，泊位集裝箱碼頭工程于2006年5月29日開工，2014年10月29日完工。
2015年，廈門遠(yuǎn)海自動(dòng)化集裝箱碼頭正式投入商業(yè)運(yùn)行。
遠(yuǎn)海自動(dòng)化碼頭放棄了國(guó)內(nèi)“堆場(chǎng)平行岸線”的傳統(tǒng)布置方式，開創(chuàng)了自動(dòng)化碼頭作業(yè)箱區(qū)平行岸線布置的先例。
碼頭采用“雙小車岸橋+AGV（+AGV伴侶）+ARMG”的裝卸工藝，岸邊配有3臺(tái)帶轉(zhuǎn)接平臺(tái)的雙小車自動(dòng)化岸橋，18臺(tái)全鋰電池驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化導(dǎo)引小車，8個(gè)水平于岸線的自動(dòng)化堆場(chǎng)，每個(gè)堆場(chǎng)配備兩個(gè)同等規(guī)格的自動(dòng)化軌道吊。
岸邊單橋的平均效率實(shí)現(xiàn)了每小時(shí)運(yùn)送37/38自然箱，提升作業(yè)效率約20%。
表4 遠(yuǎn)海碼頭基本情況和主要設(shè)施設(shè)備
資料來(lái)源：www.coscoyh.com.cn
2019年7月26日，廈門移動(dòng)、廈門遠(yuǎn)海碼頭集裝箱有限公司在海滄港區(qū)簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，發(fā)布廈門首個(gè)智慧港口5G應(yīng)用，努力推動(dòng)自動(dòng)化碼頭的前瞻性發(fā)展。
No.5 中國(guó)青島港——前灣碼頭
青島港口開埠于1892年，位于中國(guó)環(huán)渤海港口群及長(zhǎng)江三角洲港口群的中心地帶，是西太平洋重要的國(guó)際貿(mào)易樞紐，是世界最大的綜合性港口之一。
青島港國(guó)際股份有限公司是港口的主要經(jīng)營(yíng)者，運(yùn)營(yíng)管理青島前灣港區(qū)、黃島油港區(qū)、董家口港區(qū)和大港港區(qū)四大港區(qū)。
大港港區(qū)營(yíng)運(yùn)配備18個(gè)泊位，主要處理糧食、鋼鐵、氧化鋁、化肥及其它一般貨物；
前灣港區(qū)營(yíng)運(yùn)配備38個(gè)泊位，主要處理集裝箱、金屬礦石、煤炭、紙漿及其它一般貨物；
黃島油港區(qū)營(yíng)運(yùn)配備11個(gè)泊位，主要處理液體散貨；
董家口港區(qū)營(yíng)運(yùn)配備17個(gè)泊位，主要處理干散貨、液體散貨及其它一般貨物。
2018年，青島港集裝箱吞吐量達(dá)到1931萬(wàn)TEU，在2019年Lloyd’s List發(fā)布的全球港口排名中位列第8。
圖6 青島港港區(qū)分布圖
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圖7 青島港集裝箱吞吐量（2010-2018）
數(shù)據(jù)來(lái)源：Lloyd’s List
前灣碼頭位于前灣港區(qū)四期5-10號(hào)泊位，縱深784米，年通過(guò)能力達(dá)520萬(wàn)TEU，可停靠世界上最大的24000TEU集裝箱船舶。
從開工到投入使用，前灣碼頭僅用了3年的時(shí)間，整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)里面有超過(guò)25項(xiàng)的專利技術(shù)，自主創(chuàng)新能力為青島港的質(zhì)量和效率變革提供了強(qiáng)大的支撐。
前灣碼頭采用“雙小車岸橋+AGV+ARMG”的裝卸工藝，配備有7臺(tái)STS，20臺(tái)ARMG，38臺(tái)自動(dòng)起升混合動(dòng)力自動(dòng)化導(dǎo)引小車和38臺(tái)全自動(dòng)化高速軌道吊。
碼頭首創(chuàng)自動(dòng)化循環(huán)充電等多項(xiàng)技術(shù)，與互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)等深度融合，形成碼頭的超級(jí)大腦，大幅度提升了作業(yè)效率。
岸橋的單機(jī)平均效率曾達(dá)到39.6自然箱/小時(shí)，比傳統(tǒng)碼頭效率約提升30%，這也成為我國(guó)全自動(dòng)化碼頭達(dá)到世界自動(dòng)化碼頭領(lǐng)先水平的標(biāo)志。
表5 前灣碼頭基本情況和主要設(shè)施設(shè)備
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No.6 中國(guó)上海港——洋山四期碼頭
上海港位于我國(guó)大陸海岸線的中部，扼長(zhǎng)江入海口，地處長(zhǎng)江東西運(yùn)輸通道與海上南北運(yùn)輸通道的交匯點(diǎn)，是我國(guó)沿海最大的樞紐港。
作為我國(guó)最大的綜合性港口，上海港是我國(guó)對(duì)外交往，參與國(guó)際經(jīng)濟(jì)大循環(huán)最重要的口岸。
上海港主要?jiǎng)澐譃椋和飧邩蚋蹍^(qū)、寶山港區(qū)、黃浦江下游港區(qū)、黃浦江中游港區(qū)、黃浦江上游港區(qū)、金山及漕涇化工港區(qū)、洋山港區(qū)、崇明三島港區(qū)和臨港新城港區(qū)。
2018年，上海港的集裝箱吞吐量為4201萬(wàn)TEU，在2019年Lloyd’s List發(fā)布的全球港口排名中排在第1位。
圖7 上海港集裝箱吞吐量（2012-2018）
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洋山深水港位于長(zhǎng)江和東海的交匯處，是世界上首座依托島礁建成的超大型港口，其中，洋山四期全自動(dòng)化碼頭位于洋山深水港一、三期西北側(cè)，由顆珠山島、小烏龜島、蔣公柱島及花魚礁等圍海填筑約2230000平方米形成。
洋山四期碼頭是全球規(guī)模最大、設(shè)備最先進(jìn)的全自動(dòng)化碼頭，工程總投資128.48億元，建設(shè)規(guī)模為5個(gè)50000t級(jí)和2個(gè)70000t級(jí)集裝箱泊位，一個(gè)工作船泊位，可滿足多艘大型集裝箱船同時(shí)靠泊。
洋山四期碼頭的建成奠定了上海國(guó)際航運(yùn)中心港地位。
洋山四期碼頭采用“雙小車岸橋+AGV+ARMG”的裝卸工藝，碼頭的裝卸設(shè)備均為中國(guó)制造。
AGV在橋吊和堆場(chǎng)間轉(zhuǎn)運(yùn)集裝箱，新增了無(wú)人駕駛、自動(dòng)導(dǎo)航、路徑優(yōu)化、主動(dòng)避障、自我故障診斷、自我電量監(jiān)控等功能。
借助無(wú)線通訊、自動(dòng)調(diào)度、精密定位系統(tǒng)和地面敷設(shè)的6萬(wàn)多個(gè)磁釘引導(dǎo)，AGV能在繁忙碼頭穿梭自如，準(zhǔn)確到達(dá)指定位置。
四期碼頭在亞洲港口中首次采用中國(guó)自主研發(fā)的自動(dòng)導(dǎo)引車自動(dòng)換電系統(tǒng)：鋰電池充滿后，可持續(xù)運(yùn)行8小時(shí)；電力不足時(shí)求助換電機(jī)器人，為一臺(tái)AGV換一次電池，只需6分鐘。
表6 洋山四期碼頭基本情況和主要設(shè)施設(shè)備
數(shù)據(jù)來(lái)源：http://www.portshanghai.com.cn
圖8 洋山四期碼頭自動(dòng)化流程（船舶到堆場(chǎng)）
全自動(dòng)化集裝箱碼頭在通過(guò)能力、裝卸效率、安全可靠性、節(jié)能減排、環(huán)保等方面相對(duì)于傳統(tǒng)碼頭有明顯的優(yōu)勢(shì)，并且隨著新一輪科技革命的到來(lái)，新技術(shù)（5G通信技術(shù)）、新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范將會(huì)不斷完善和優(yōu)化全自動(dòng)化碼頭，為智慧港口增添新的動(dòng)力。
本文由中國(guó)港口網(wǎng)www.radiationrelations.com特約
上海海事大學(xué)付玉鵬、周鑫、沙梅獨(dú)家提供
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