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浅论应用自动导引车的港口物流系统的分析与比较
摘要：本文介绍了集装箱自动化码头的特点和应用情况，分析和比较了国内外应用自动导引车的港口物流系统构成和技术特点，并对自动导引车系统的应用和发展进行了展望。
关键词：自动导引车;物流系统;集装箱码头
随着集装箱运输量的快速发展和船舶大型化，要求以最快的速度对集装箱船进行装卸，这对港口的物流系统装卸效率提出了更高的要求。集装箱自动化码头是提高装卸效率和降低劳动人员成本的有效途径。
集装箱自动化码头主要由岸边起重机、水平运输设备、堆场起重机及其他自动化设备构成，根据这些设备的自动化程度不同分为全自动化码头和部分自动化码头。水平运输设备的自动化以自动导引车的应用最为成功，自动导引车物流系统是目前国际上最先进的集装箱装卸工艺系统之一，自从20 世纪九十年代以来，集装箱自动导引车系统先后在荷兰鹿特丹港和德国汉堡港得到了成功的应用，其他一些码头在堆场起重机上实现了自动化。
目前，自动导引车系统还未在全世界范围内得到普通应用，不过业内专家认为，面临劳动力高成本压力和场地紧缺的码头将会考虑采用自动导引车系统。随着世界贸易和物流的发展，许多港口将不得不在自动化方面有所作为，以期进一步提高效率和降低成本，自动导引车系统必将得到更加广泛的应用。
1 集装箱自动化码头的应用情况
集装箱自动化码头主要由集装箱船的装卸、水平运输、堆场的装卸等三部分构成，集装箱自动化码头按照整个物流过程的自动化程度分为全部或部分自动化码头，其物流过程及应用情况见表1。
荷兰鹿特丹港ECT delta 码头和Euromax 码头、德国汉堡港的CTA 码头实现了码头的自动化，只有岸桥的吊具起吊集装箱时需要小车司机进行对箱，其他全部是自动化运转，水平运输采用的是自动导引车系统。而新加坡PPT 码头和英国泰晤士港等码头只是实现了堆场起重机的自动化运行。自动化码头的典型码头有鹿特丹港ECT delta码头、Euromax 码头、汉堡港CTA 码头以及韩国光阳港(在建)。部分自动化码头的典型码头有新加坡PPT、英国泰晤士港、日本川崎港、名古屋港、香港HIT 以及比利时安特卫普Gateway 码头。
韩国的光阳港三期工程第二阶段的集装箱码头共有3 个泊位，决定全部建成能停靠12 000 TEU级船舶的全自动化泊位(总长1 050 m)。计划配备9 台双小车岸桥，42 台双轨式堆场起重机，63台自动导引车，目前正在建设中。
近年来，我国在集装箱自动化码头方面不断进行尝试和创新。交通运输部水运科学研究院进行了包括自动导引车的集装箱水平自动运输实验系统建设项目[1]，目前正在研制过程中。上海振华重工有限公司的全电动立体分配式集装箱自动化码头装卸系统将在唐山港建立自动化集装箱码头，标志着环保、节能、高效的全电驱动自动化码头技术将从试验区走向产品舞台[2]。
2 典型的自动导引车物流系统
2.1 荷兰鹿特丹港ECT 码头和Euromax码头鹿特丹港ECT delta terminal (以下简称ECT码头) 自从1993 年先后在DDN 、DDE、DDW使用自动导引车系统。岸线长为3 600 m，泊位水深为16.6 m，自动导引车系统区域共有30 台岸桥、265 台自动导引车、137 台全自动堆场起重机。
ECT 码头的物流过程如下：
1) 进港(水转陆) 集装箱：集装箱船→岸桥→自动导引车→堆场起重机→集卡→大门2) 出港(陆转水) 集装箱：大门→集卡→堆场起重机→自动导引车→岸桥→集装箱船3) 水转水集装箱：集装箱船→岸桥→自动导引车→堆场起重机→自动导引车→岸桥→集装箱船岸桥的小车将集装箱从集装箱船上取下后，运到岸桥跨距内自动导引车的停放位置，将集装箱放到自动导引车上面，然后自动导引车按照过程控制系统给定的路线将集装箱水平运输到堆场靠近岸边一侧装卸点，等待全自动堆场起重机来卸集装箱。集装箱被卸下后，自动导引车再进行下一个集装箱的水平运输。
堆场沿码头岸线垂直方向布置，在堆场靠近码头岸边一侧装卸点，全自动堆场起重机接运由自动导引车运来的集装箱，堆放在堆场的指定箱位，或把堆场上要装船的集装箱装到自动导引车上。而在堆场的靠近陆侧装卸点，堆场起重机全自动或通过中控室遥控完成装卸集装箱拖挂车作业。
鹿特丹港Euromax 码头一期工程2008 年投入运营，码头岸线长1 500 m，泊位水深最大可达19.6 m，采用的是12 台双小车岸桥， 96 台自动导引车，堆场共有29 个箱跺区，每个箱跺区有2 台自动堆场起重机。与ECT 码头相比，除了岸桥采用双小车外，自动导引车的速度更高，控制系统更加先进。
2.2 德国汉堡港CTA 码头德国汉堡港的CTA (HHLA Container TerminalAltenwerder，以下简称CTA 码头) 2002 年开始引入自动导引车系统。码头岸线长1 400 m，布置4个泊位，泊位水深16.7 m。码头拥有15 台岸桥、约44 台全自动堆场起重机、约90 台自动导引车。
CTA 码头的物流过程如下：
1) 进港(水转陆) 集装箱：集装箱船→岸桥前小车→转接平台→岸桥后小车→自动导引车→堆场起重机→集卡2) 出港(陆转水) 集装箱：集卡→堆场起重机→自动导引车→岸桥后小车→转接平台→岸桥前小车→集装箱船3) 水转水集装箱：集装箱船→岸桥前小车→转接平台→岸桥后小车→自动导引车→堆场起重机→自动导引车→岸桥后小车→转接平台→岸桥前小车→集装箱船与ECT delta 码头不同的是，CTA 码头的岸桥为半自动化双小车岸桥[3]，前小车不用等待自动导引车来取集装箱，而是把集装箱放到转接平台后，直接进行下一个集装箱的装卸。后小车在起重机后伸距范围内工作，负责自动导引车与转接平台之间的集装箱装卸，然后由自动导引车再将集装箱运送到堆场靠近岸边一侧装卸点。岸桥后伸距范围内布置了4 条自动导引车车道。
堆场沿码头岸线重直方向布置，堆场内共设置22 个箱垛，同一箱垛配有两台不同轨距的全自动堆场起重机，可以相互穿越运行，每台起重机都可以独立完成箱垛任何一部分的装卸作业，极大地提高了装卸效率和灵活性。提箱和送箱的集装箱卡车在堆场陆侧装卸点进行装卸箱作业。
2.3 新加坡PPT 码头新加坡PSA 的PPT (Pasir Panjang Terminal，以下简称PPT 码头) 是新加坡最新和最先进的码头，目前共有23 个泊位。2000 年建设初期设有4个泊位，24 台岸桥，堆场前方44 台高架桥式起重机(OHBC)，堆场后方15 台轨道式集装箱门式起重机(RMG)。新加坡PSA 于1999 年选用5 辆自动导引车(厂家分别为德国Kamag (3 辆)、日本三井(2 辆)) 在Brani Terminal 进行了试验，由于技术问题和系统价格昂贵等原因，在PPT 码头没有使用自动导引车系统，而是采用码头牵引车来进行集装箱的水平运输。
规划的自动导引车系统的集装箱物流过程如下：
1) 出港(陆转水) 集装箱：集卡→RMG→自动导引车→OHBC→自动导引车→岸桥→集装箱船。
2) 进港(水转陆) 集装箱：集装箱船→岸桥→自动导引车→RMG→集卡。
3) 水转水的集装箱：集装箱船→岸桥→自动导引车→OHBC→自动导引车→岸桥→集装箱船。
岸桥的运行区域分为两个区域：自动导引车运输区和集卡运输区，自动导引车有6 条车道，集卡运输区为集卡运输特殊的集装箱，有2 条车道。
堆场是平行于码头岸线布置的，每个泊位有4列OHBC 箱跺和1 列RMG 箱跺，自动导引车在码头前沿和堆场的OHBC 之间运行。出港和水转水的集装箱堆放在OHBC 区域，OHBC 通过远程控制(每个操作员能够控制6 台起重机) 来装卸集装箱，最高可堆8 层，其跨度是45 m，跨度内两侧各放置5 排集装箱，中间留有3 个自动导引车车道。进港的集装箱由自动导引车运到RMG 区域，该区域也可以作为出港集装箱的缓冲区。RMG 为双悬臂式，能够堆放12 排集装箱，最高可堆8 层，其下设有2 个自动导引车车道和1 个集卡车道。
在OHBC 和RMG 之间的区域设有4 条自动导引车车道，用于自动导引车运送进港集装箱到RMG 区域，或是运送临时堆放在轨RMG 区域的出港集装箱到OHBC 区域。
3 自动导引车物流系统的分析与比较
对ECT 码头、Euromax 码头、CTA 码头和PPT码头的自动导引车物流系统的分析与比较见表2。
4 自动导引车物流系统的发展趋势
4.1 带卸箱功能的自动导引车系统德国GOTTWALD 公司最近研制了一种新型的带自升降功能的自动导引车(LIFT AGV)。与传统的被动型自动导引车不同，LIFT AGV 不用等待堆场起重机来取箱。在堆场靠近岸边一侧装卸点上设有专用的集装箱存放架，LIFT AGV 具有自升降机构，在进入集装箱存放架之前，自动将集装箱向上托起，然后进入到集装箱存放架里面，自升降机构再下降就可将集装箱放到存放架上面，LIFT AGV 可以离开去进行下一个集装箱的作业，而不必等待堆场起重机来卸集装箱。
这种带自卸箱功能的自动导引车系统将自动导引车的运输和存放过程分离开，不仅提高了工作效率和生产率，而且大大地降低了需要配置的水平运输自动导引车的数量，据估计大约可减少40%的自动导引车。
4.2 带装卸功能的自动装卸车系统为了充分利用岸桥和场桥的装卸效率，使自动导引车的装卸运输和岸桥与场桥的装卸分离开来，开发带自装卸功能的自动装卸车是提高物流系统装卸效率新的途径。
这种带自装卸功能的自动装卸车类似于低矮型集装箱跨运车。据worldcargonews 报道，2002 年12 月demag mobile cranes gottwald gmdh 公司完成用于在码头前沿和堆场之间往返进行集装箱运输的全自动跨运车样机的研制，采用差分全球定位系统(DGPS) 进行导引，导引精度达到±15 mm[4]。
但Euromax 码头进行前期设计时，对所有码头前沿与堆场之间的往返运输系统，包括无人跨运车和穿梭运输进行了广泛的仿真模拟试验，结果发现传统的自动导向车操作平台提供了最佳的解决方案。
5 结束语
①集装箱自动化码头具有广泛的应用前景，虽然像新加坡PPT 码头和英国泰晤士港等码头只实现了堆场的自动化，随着集装箱运输的发展，实现全自动化码头是一个必然的趋势。这些码头的发展过程对于我国集装箱自动化码头的建设也有重要的参考意义。
②采用自动导引车的集装箱自动化码头具有较广的推广价值。鹿特丹港和汉堡港的使用经验和成熟的自动导引车技术都值得我们学习，当然，如果采用自动导引车系统，还有诸如路线规划等许多技术问题需要我们去研究。岸桥在对集装箱船装卸时还需要人工进行对箱操作，实现完全自动化操作的岸桥技术仍然在探索之中，也是一个富有挑战的课题。
③自动导引车物流系统的购置和维护成本高，据报道德国汉堡港CTA 码头6.5 亿欧元成本的1/2用在了自动化现代技术方面[5]。英国泰晤士港和日本的川崎港都是因为资金问题而不得不将自动导引车系统建设搁置。投资以及相关技术问题在集装箱自动化码头建设规划中必须加以权衡。
参考文献
[1]北京华海诚交通设计院有限公司项目组。港口物流装备与控制工程交通行业重点实验室集装箱水平自动运输实验系统建设项目初步设计，2008 年6 月。
[2] 谭广仁。公司签署首个自动化集装箱码头项目[OL].
[3]田洪。全自动双小车超巴拿马型岸边集装箱起重机[J].港口装卸，2000, (5)：2.
[4]彭传圣。集装箱码头的自动化运转[J].港口装卸，2003, (2)：1- 6.
[5]Tom Todd.ALTEWERDER AND DELTA COUNT COST OF AUTOMATIOJN[J].Port Strategy, (July/August) 2004.
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