超級(jí)工程——南沙港四期“自動(dòng)化碼頭”方案領(lǐng)先世界
2018-07-10 11:46 來(lái)源：大洋網(wǎng)
未來(lái)在碼頭現(xiàn)場(chǎng)橋吊上不再有司機(jī)，來(lái)往運(yùn)輸集裝箱的卡車(chē)不再需要駕駛員，依靠碼頭自動(dòng)化系統(tǒng)的調(diào)配指揮，就可以讓碼頭上如鋼鐵俠般的軌道吊機(jī)，像夾娃娃一樣將巨大的集裝箱又準(zhǔn)又穩(wěn)地抓起或放下，讓無(wú)人駕駛的集裝箱卡車(chē)靈活自如地在碼頭內(nèi)穿梭往返，碼頭集裝箱的裝卸作業(yè)將會(huì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。即將于今年8月開(kāi)工，2021年建成投產(chǎn)的南沙港區(qū)四期碼頭，將成為廣州人身邊的一項(xiàng)“超級(jí)工程”，同時(shí)是全球第一個(gè)水平運(yùn)輸采用無(wú)人駕駛集卡(IGV)的全自動(dòng)化碼頭。
規(guī)劃之中的南沙港四期是一個(gè)全新的“自動(dòng)化碼頭”。據(jù)了解，南沙港區(qū)四期工程無(wú)論是海輪碼頭作業(yè)設(shè)備，還是集裝箱堆場(chǎng)作業(yè)設(shè)備以及港內(nèi)外交互區(qū)作業(yè)設(shè)備，都將采取自動(dòng)化設(shè)備。當(dāng)然，所謂的“自動(dòng)化碼頭”，并非指港區(qū)空無(wú)一人，而是利用機(jī)械和計(jì)算機(jī)替代了操作難度大、危險(xiǎn)系數(shù)高和重復(fù)性強(qiáng)的勞作，設(shè)備控制都通過(guò)計(jì)算機(jī)和后方監(jiān)控人員遠(yuǎn)程操作進(jìn)行。
平行布置設(shè)計(jì)領(lǐng)跑全球碼頭
廣州港地處珠江口，造就了南沙港區(qū)江海聯(lián)運(yùn)模式的特點(diǎn)。據(jù)介紹，廣州港南沙港區(qū)水水中轉(zhuǎn)比例達(dá)到百分之七十以上。這使得其主要工藝流向多為平行于碼頭前沿線(xiàn)，然而目前國(guó)內(nèi)外主要的自動(dòng)化碼頭多為堆場(chǎng)垂直布置。此布置與四期工程的主要工藝流向有平面交叉，若依然采用垂直布置，將增長(zhǎng)水轉(zhuǎn)水運(yùn)輸線(xiàn)路，提高建設(shè)、運(yùn)營(yíng)成本，降低裝卸效率。
據(jù)中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司總工程師、設(shè)計(jì)大師盧永昌介紹，目前已經(jīng)或者即將建成的集裝箱自動(dòng)化碼頭水平運(yùn)輸均采用自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)(AGV)聯(lián)合自動(dòng)化軌道龍門(mén)吊(ARMG)方式。而南沙港區(qū)四期工程自動(dòng)化方案與已經(jīng)建成的自動(dòng)化碼頭不同在于兩點(diǎn)：一是集裝箱的水平運(yùn)輸創(chuàng)新采用智能行駛車(chē)新技術(shù)(即IGV)，進(jìn)行碼頭與堆場(chǎng)之間的水平運(yùn)輸;二是突破全自動(dòng)化集裝箱碼頭堆場(chǎng)須垂直于碼頭前沿線(xiàn)布置的桎梏，全球首創(chuàng)了堆場(chǎng)采用水平布置全自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)布置形式，IGV可以將集裝箱運(yùn)輸至每一個(gè)堆場(chǎng)箱區(qū)內(nèi)，是堆場(chǎng)整體布局的升級(jí)。
揭秘?zé)o人駕駛集裝箱卡車(chē)
在南沙港區(qū)四期的“自動(dòng)化碼頭”藍(lán)圖之中，“無(wú)人駕駛集裝箱卡車(chē)”技術(shù)無(wú)疑是關(guān)鍵之鑰。廣州南沙聯(lián)合集裝箱碼頭有限公司工程技術(shù)部經(jīng)理黃炳林介紹，“無(wú)人駕駛集裝箱卡車(chē)”簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是將無(wú)人駕駛技術(shù)應(yīng)用到港區(qū)內(nèi)的集裝箱卡車(chē)上，實(shí)現(xiàn)集裝箱卡車(chē)在滿(mǎn)足碼頭各種裝卸工況下的自動(dòng)駕駛(車(chē)上無(wú)人)。“巨無(wú)霸”無(wú)人卡車(chē)需要靠北斗衛(wèi)星調(diào)度，再結(jié)合地面高精地圖，從自動(dòng)化升級(jí)為智能化，成本也可以大幅降低。
設(shè)計(jì)難點(diǎn)一：升級(jí)傳統(tǒng)集裝箱卡車(chē)
據(jù)廣州南沙聯(lián)合集裝箱碼頭有限公司工程技術(shù)部經(jīng)理黃炳林介紹，在單機(jī)層面上，一方面需要對(duì)傳統(tǒng)集裝箱卡車(chē)進(jìn)行功能升級(jí)，使其具備底盤(pán)線(xiàn)控、環(huán)境感知、決策規(guī)劃和車(chē)輛控制等自動(dòng)行駛功能，另一方面需要借助北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和本地差分基站等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“無(wú)人駕駛集卡”在港區(qū)內(nèi)的路徑規(guī)劃和精確定位。
設(shè)計(jì)難點(diǎn)二：智能化調(diào)配
在系統(tǒng)層面上，黃炳林表示，需要開(kāi)發(fā)無(wú)人駕駛集卡車(chē)隊(duì)管理系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)“ECS”系統(tǒng))，實(shí)現(xiàn)一百多臺(tái)集卡共同作業(yè)。ECS系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)無(wú)人駕駛集卡的智能路徑規(guī)劃、交通控制及各種異常工況的處理，來(lái)滿(mǎn)足碼頭各種業(yè)務(wù)工況的需要。智能路徑規(guī)劃需要盡量避免集卡空跑，交通擁堵以及最大效率的滿(mǎn)足橋吊的裝卸需求等，要根據(jù)當(dāng)前集卡位置、設(shè)備狀態(tài)和未來(lái)作業(yè)計(jì)劃來(lái)統(tǒng)籌管理，非常復(fù)雜。交通控制要實(shí)現(xiàn)各種交叉路口的交通管理，讓優(yōu)先級(jí)高的車(chē)輛先通行，避免發(fā)生死鎖(即集卡互相等待)，而且要支持各種轉(zhuǎn)彎方式，同時(shí)避免發(fā)生碰撞。在與岸橋與軌道吊的交互區(qū)域，要實(shí)現(xiàn)非常精準(zhǔn)的定位，才可以實(shí)現(xiàn)岸橋和軌道吊的自動(dòng)化作業(yè)，而岸橋與軌道吊區(qū)域有很多鋼鐵支架，信號(hào)遮擋嚴(yán)重，通信不順暢，定位和數(shù)據(jù)交互也比較困難。
總之ECS系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的智能系統(tǒng)，要有很強(qiáng)的自我適應(yīng)能力，而且對(duì)集卡定位和數(shù)據(jù)通信的要求非常高，再加上碼頭復(fù)雜的作業(yè)工況，導(dǎo)致整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度極大。
設(shè)計(jì)難點(diǎn)三：從A到I 從自動(dòng)化到智能化
目前，南沙港四期“無(wú)人駕駛集卡”目前暫時(shí)定義為“IGV”，這也是全國(guó)港口領(lǐng)先的創(chuàng)新。國(guó)內(nèi)外大多數(shù)全自動(dòng)碼頭使用的都是基于磁釘導(dǎo)航的自動(dòng)化導(dǎo)引車(chē)AGV作為水平運(yùn)輸設(shè)備，而四期工程采用的是北斗導(dǎo)航的IGV。所謂“AGV”是“Automatic Guided Vehicle”的縮寫(xiě)，也就是自動(dòng)搬運(yùn)車(chē);而“IGV”的意思是“Intelligent Guided Vehicle”的縮寫(xiě)，也就是智能搬運(yùn)車(chē)。從A變成I，實(shí)際上是從自動(dòng)化升級(jí)為智能化。據(jù)了解，IGV比AGV單機(jī)的價(jià)格降低了70%。中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司事業(yè)部副總工程師梁浩向記者介紹，借助北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和本地差分基站、港區(qū)交通標(biāo)識(shí)標(biāo)線(xiàn)及慣性導(dǎo)航技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“無(wú)人集卡”在港區(qū)內(nèi)的路徑規(guī)劃和精確定位。
最強(qiáng)大腦可復(fù)制于傳統(tǒng)碼頭升級(jí)
建成之后，廣州港南沙港區(qū)四期工程將成為華南地區(qū)第一個(gè)集物聯(lián)網(wǎng)感知、通信導(dǎo)航、信息網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)云計(jì)算和安全防范等先進(jìn)技術(shù)為一體的新建自動(dòng)化碼頭——“不僅僅是自動(dòng)化，而且碼頭會(huì)通過(guò)環(huán)境感知和導(dǎo)航定位進(jìn)行決策規(guī)劃，就像有一個(gè)大腦一樣自行規(guī)劃最佳流程。”參與自動(dòng)化碼頭設(shè)計(jì)的舒先生說(shuō)。
更重要的是，由于南沙港四期自動(dòng)化碼頭的部分技術(shù)以及成本控制措施具有可復(fù)制性，因此在首個(gè)全自動(dòng)化智能集裝箱碼頭出現(xiàn)后，將逐漸對(duì)其他碼頭推廣。例如對(duì)于已有堆場(chǎng)布置形式為水平布置的老碼頭，想要改造成為自動(dòng)化集裝箱碼頭常用的堆場(chǎng)垂直布置，在基礎(chǔ)設(shè)施的改造投入上是巨大的，改造難度高。而新一代的自動(dòng)化碼頭建成后，“堆場(chǎng)水平布置，無(wú)人駕駛集卡”方案，為堆場(chǎng)水平布置的傳統(tǒng)集裝箱碼頭自動(dòng)化升級(jí)改造提供寶貴的技術(shù)借鑒，在未來(lái)的碼頭運(yùn)營(yíng)中，南沙港區(qū)一二三期都能從四期工程取得寶貴的經(jīng)驗(yàn)，由傳統(tǒng)碼頭升級(jí)改造為局部自動(dòng)化，乃至全自動(dòng)化碼頭。
盧永昌表示，自動(dòng)化碼頭是未來(lái)港口建設(shè)技術(shù)發(fā)展的大勢(shì)所趨，隨著自動(dòng)化碼頭的新建和傳統(tǒng)碼頭自動(dòng)化改造進(jìn)程的不斷加快，如何在全新的工藝流程的基礎(chǔ)上提供更為優(yōu)化合理的設(shè)計(jì)是擺在所有港口設(shè)計(jì)人員面前的一道難題。“廣州港南沙四期工程的建設(shè)將引領(lǐng)集裝箱自動(dòng)化碼頭的發(fā)展方向,對(duì)我國(guó)現(xiàn)有碼頭的自動(dòng)化升級(jí)改造具有借鑒意義。”
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