港口智能化发展新观察 (1).pdf

Observer行业观察影 响 有 影 响 的 人 68 港口智能化发展新观察文、图/陈正才繁忙的自动化集装箱码头已无人影，生产作业就像正在上演的“音乐会”，“乐手们”仿佛按照指挥的手势在演奏着优雅和谐的乐章，而“观众们”似乎听不到任何声响。岸桥上的自动化双小车各司其职，将从船舱抓起的集装箱稳稳放到码头的无人运输车上。这些无人运输车奔跑在码头和堆场之间，在自主运输的同时，提前为自己充电或换电，并招呼“同伴”前来替班。除此之外，还有无人高速轨道吊在堆场上往来穿梭，或装或卸，快速而精准地吊运着无人运输车上的集装箱如今，自动化集装箱码头高效运转已不再是传统概念下的“人机穿插、人海大战”，它依靠着神奇无比的智能化技术，让码头变得更加“聪明”和“能干”了。中国港口智能化领跑世界中国港口智能化发展顺势而为1993 年，世界上第一座自动化集装箱码头在荷兰鹿特丹港建成。随后，英国伦敦港、日本川崎港、新加坡港、德国汉堡港等相继建成自动化集装箱码头。由于自动化集装箱码头在降低人力成本、提高港口通过能力、降低装卸作业能耗、提升港口品牌形象等方面有着显著优势，全球各大港口均积极开始了以自动化集装箱码头为主要方向的港口智能化建设或改造。中国的港口自动化、智能化转型升级起步较晚，在近十年里方才迎来加速发展。目前，我国已建成 14 座自动化集装箱码头，10 余座自动化集装箱码头在建，已建和在建规模均居世界首位。2014 年，厦门远海码头将 14 号和15 号泊位改造成为国内第一个全自动化集装箱码头，于 2 年后投入运营。2015 年，青岛港在前湾港区迪拜环球码头工程设计基础上进行了集装箱自动化升级设计，于 2017 年 5 月投入使用，同年，上海港宣布新建洋山四期自动化集装箱码头，于 2017 年 12 月全面建成启用。2019 年，天津港对东突堤码头北区 4 个泊位进行全流程自动化升级改造，2021 年 1 月实现全面运营。亦在同一年，北部湾钦州港启动了 7 号、8号泊位自动化集装箱码头改造工程，于2022 年 6 月正式启用，其新建的 9 号、10 号自动化集装箱泊位于今年 6 月底通过对外开放验收。2022 年，广州港南沙港区四期全 广州港南沙港区四期全自动化码头 面貌一新的中国自动化集装箱码头 繁忙的北部湾港钦州自动化集装箱码头69NO.3/JUNE.2023交通建设与管理 影响有影响的人 自动化码头正式投入运行。这是粤港澳大湾区首个全新建造的自动化码头，作为江海铁多式联运全自动化码头，该码头建有 4 个 10 万吨级海轮泊位及配套集装箱驳船泊位。设计年通过能力 490 万标箱，其中江河运输作业量约 190 万标箱。此外，国内还有多个升级改造或规划新建的自动化集装箱码头正在建设中，将于不久的将来投入生产使用。自动化集装箱码头建设的中国创新中国自动化集装箱码头的三大核心设备：岸桥、轨道吊和自动导航载运车，全部搭载应用了全球领先的制造工艺及前沿技术。船边吊装作业多采用双小车于岸桥接力作业。其中，船侧小车由人工远程操控，陆侧小车则由电脑控制、自动操作，船侧小车与陆侧小车之间通过平台接转集装箱。这种操作模式可以显著减少设备等待时间，提高工作效率。自动拆装集装箱扭锁机器人应用是中国在自动化集装箱码头建设方面的又一项重要创新，不仅大大提高了作业效率，还彻底实现了人机分离，使装卸作业更加安全。与前三期工程相比，上海港新建的洋山四期自动化集装箱码头的堆场面积小很多，得益于全自动化码头方案的实行，作业线与码头岸线呈垂直方向布置并采用高密度方式堆垛，大幅度提高了土地与岸线资源利用率，显著缩短了集装箱港内的运输距离。利用先进智能技术代替人工操作，大幅降低作业成本支出，已成为港口发展的新思路。青岛港全自动化集装箱码头投产以后，操作人员减少了 70%，码头整体效率却提高了 30%，不仅用工成本大幅降低，码头作业效率也得到了大幅提高。配备有 12 台自动化岸桥、42 台自动化轨道桥和 76 台智能水平运输机器人的天津港智能化集装箱码头，采用了“单小车岸桥+地面智能解锁站+智能水平运输机器人+水平运输边装卸堆场”自动化码头工艺，通过码头“智慧大脑”实现全局最优调度，更借助先进的动态扫描技术，使岸桥、闸口和理货系统能够自动识别作业船舶、车辆和集装箱信息。钦州港首创的“U”型工艺方案结合了端部作业工艺及传统平行工艺的主要优点，装卸点多、出箱灵活，可以根据需要增加堆场的轨道吊，扩展性强，具有高效、经济的特点。该港采用自动化双小车接力岸桥作业，比传统自动化单小车岸桥效率提升 10%以上。堆场 广州港码头自动运行的集装箱平板车 钦州港大榄坪港区大榄坪南作业区 9 号 10 号泊位全景Observer行业观察影 响 有 影 响 的 人 70 采用的低速轨道吊可使设备成本、堆场建设投资、设备能耗和损耗降低 30%以上。水平运输上则采用了自动导航载运车搭载国内最新开发的智动柔性充电机器人，充电 20 分钟即可连续作业 4小时，具有“充电不离场，快充长续航”的特点。广州港南沙四期全自动化码头建有4 个 10 万吨级海轮泊位及配套集装箱驳船泊位。集北斗导航、5G 通讯、人工智能、无人驾驶等前沿技术于一体，从自动化设备硬件到信息化系统均采用全新一代自动化集装箱码头技术路线，成功申报 60 多项专利，其中，发明专利高达 31 项。通过消化吸收国外经验和大胆创新，目前，中国已全面掌握自动化码头设计建造、装备制造、系统集成和运营管理全链条关键技术，成功实现了从“跟跑”“并跑”到“领跑”的转变。不仅在码头总体布局、装卸工艺、智能化闸口、堆场协同、北斗及“5G”技术应用等方面取得了大量创新成果，中国亦在总结经验的基础上，相继编制发布了自动导引车（AGV）在危险生产环境应用的安全规范（GB/T37669-2019）、自动化集装箱码头设计规范（JTS/T174-2019）和自动化集装箱码头建设指南（JTS/T199-2021）等一批国家标准和行业标准。如今，以色列海法港、阿布扎比哈里发港二期等自动化码头在总平面布置、装卸工艺等方面均采用了中国技术标准，以色列海法港自动化码头更采用了上海港自主开发的生产管理系统。港口智能化发展方兴未艾以自动化、智能化技术应对港口劳动力成本提高、劳动强度繁重、工作环境恶劣和人力资源短缺等挑战，是全球港口发展的共同目标。自动化、智能化码头具有可减少从事码头作业和管理人员的劳动强度与人员数量，提高码头生产安全性、实现全天候作业、节能减排及降低码头运行成本等优点，对于建设更加高效、安全、智能、可靠、生态、绿色的港口具有非常重要的意义。自动化散货码头发展加快当今，世界上有许多港口均在对码头进行升级换代。一些散货码头公司试图通过对散货码头的自动化改造，增强散货码头智能化应用水平和市场竞争力。中国传统散货码头众多，实现智能化转型升级面临严峻挑战。与标准化集装箱货物相比，散装货物因货物形态与载运货物船舶类型不同，对机械设备操作精准度要求大大提高，从而增大了散货自动化码头的改造和建设难度。不过，国内多个港口依旧坚持对散货码头进行自动化、智能化改造，其探索和尝试取得了可喜的成就。以上海港罗泾自动化散货码头、黄骅港煤炭码头以及天津港南疆散货码头为例，一些大型煤炭码头已完成从“半自动化散货码头”到“全自动化散货码头”的过渡。2022 年 6 月，山东港口青岛港前港公司自主改造的全系统干散货智慧绿色码头投入运行。过去，像卸船机、门机、堆取料机之类的大型机械设备需要司机登机操控，不仅安全风险高、劳动强度大，作业环境同样恶劣。而现在，司机们只需坐在所在分区的电脑控制屏前，通过生产现场监控画面，对按钮和手柄进行简单操作，即可轻松完成装卸作业。烟台港开发的“卸船机自动化控制系统”“装车机自动化控制系统”“四种物料自动混配工艺”“清舱智能化技术”以及“自动化装船控制系统”5 大核心技术，在该港西港区实现了“抓料卸船、取料装船、堆取料混配、取料装车、智能清舱”各流程全部自动化。整个作业过程不需要人工参与，由机械自动完成所有作业。一艘 40 万吨船舶的装卸作业，过去在现场操作一台设备至少需要主、副司机两人，现在在控制室里，1 人便可同时管控 3 台设备，4 名操作人员通过 10 个工作台就能完成卸船机、装船机、装车机、堆取料机共计18 台大型设备的自动化作业。北部湾港钦州自动化集装箱码头一期采用“U”型工艺方案 青岛港自动化集装箱码头71NO.3/JUNE.2023交通建设与管理 影响有影响的人 作业中的厦门港自动化集装箱码头 厦门港自动化集装箱码头 天津港智能化集装箱码头危险品探测和港口安防智能机器人助推港口智能化发展近年来，为应对港口危险品堆存安全状态检查探测和港口码头现场安全保卫等需要，北京中交信达科技有限公司开发了一款多功能人工智能机器人。该智能机器人运用人工智能、大数据、物联网、北斗导航、云计算、5G等新一代信息技术，以危险品堆场环境与码头现场安全保卫实践为场景，将港口智慧安全从构想变为现实。该智能设备具备24小时自动巡检、自主充电、温湿度探测等功能，搭载了4 路高清摄像装置，可实现 360 度实时高清画面传输，真正做到全方位无死角监控。其中，云台红外成像测温摄像装置可对周围物体表面温度进行全方位识别，一旦超过温度预警值将自动报警。此外，该智能设备还内置多种气体探测装置，可对包括挥发性有机气体，溴化氢、氯气、磷化氢、三氟化硼无机有毒气体等在内的多种气体进行探测和识别。如果危险品发生泄漏，机器人在巡检过程中将适时检测出相应类别气体，并进行迅速识别和声光报警，在控制中心大屏幕上显示出险位置，以便管理人员迅速处置。机器人所采集到的数据可远程传输，通过系统处理实现数据统计、信息汇总以及远程操控等功能。现场巡检摄取的图像将自动回传到控制中心数字大屏，管理人员可随时调取传回图像与数据，第一时间捕捉到报警信息。使用该智能机器人巡检和探测危险品堆场，一方面可辅助人工完成对危险品堆场的巡检探测任务，防止工作人员因生理条件不适或其他主客观因素限制，难以做到全天候、全方位巡检探查，也可避免工作人员在有毒、有害、燃烧、爆炸等危险环境探测而造成意外伤害的情况发生。另外，该智能机器人还搭载了多功能消防侦测装置，具有多维度、高精度探测功能，弥补了人工视觉、嗅觉等感官能力方面的不足及差距，可协助消防人员进行事故侦查，迅速发现并准确判断事故状况，以获取最佳救援处置时机。上述智能机器人已在深圳妈湾港智慧港口项目、大连港南岸集发物流的港口危险品堆场巡检监控项目中投入生产使用。（作者系交通运输部水运局原调研员）烟台自动化散货码头