二十五、集装箱码头双吊具工艺关键技术

1.技术概要

集装箱码头双吊具工艺关键技术对集装箱码头传统作业模式进行了重点分析，在此基础上，把双吊具作业管理办法与装卸工艺充分结合起来，在海侧作业和水平作业两方面提出了一整套支持双吊具装卸工艺的技术方案和管理办法，并解决了相应的技术关键问题。实践证明，集装箱码头双吊具工艺系统发挥了双四十英尺桥吊运转单周期操作量成倍增加的作业能力，同时，结合双四十英尺双起升桥吊的作业方式以及与集卡上离档规则和车道划分规则的协同，有效实现了桥吊边装边卸和集卡重进重出的高效融合。

该技术创新了集装箱码头桥吊作业工艺方法，在提高桥吊作业效率的同时合理地降低了作业能耗。技术有效提高了码头岸线利用率，在不投入新资源的前提下，可大幅增加码头的整体作业能力。

2.适用范围

该技术适用于各类集装箱码头。

3.技术内容

集装箱码头双吊具新工艺，通过混合整数数学规划模型来精确构建桥吊在每个船倍位的作业时序，并研发二阶段启发式算法实现支持双吊具工艺下的船舶作业箱自动排序和工艺，在较短的时间内得出用于双吊具的集装箱装卸作业组合，结合支持双吊具集装箱排序问题的决策支持系统（DSS）和集卡引导系统，创新了集装箱码头桥吊作业模式，提高桥吊作业效率的同时合理地增加双吊具的使用率，达到提升整个集装箱码头作业效率和降低作业能耗的最终目的。项目的应用，提高了码头岸线利用率，在不投入新资源的前提下，可有效增加码头的整体作业能力。

与原有的集卡单向作业规则相比，双吊具边装边卸应用的实施可以显著减少集卡由堆场到岸边的空车运行次数，减少能源消耗和车辆机械磨损。此应用能在降低码头运营成本及加快船舶装卸作业速度方面起到重要作用。

（1）基于实配船图的双吊具边卸边装最优次序的应用模型和算法构建

由于双吊具工艺在制定船倍位作业顺序方面非常复杂，不仅需考虑多种可选工艺的情况，包括单吊、双吊工艺，单吊边装边卸，双吊边装边卸等，而且需考虑不同船舶的特性，以制定合适的作业顺序，使桥吊的总体作业时间最短，这一过程人工无法实现。同时，在作业次序建立过程中，双吊具和单调具的切换、双吊具作业中一个船倍位不同槽的高度差和重量等级限定等都限制了可以使用双吊具作业的数量。双吊具工艺下船倍位作业顺序的优化模型，合理地增加了双吊具的使用比例和边装边卸率，降低作业倍位的整体作业时间，通过模型计算自动生成作业路顺序,目标是船倍位的总体作业时间最少。

该整体目标从三个方面来实现，为船舶配载和船控发箱工艺的制定提供技术支撑与参考：

目标1：（参考配载工艺）

配载完成后，参考实配的配载工艺，通过模型计算双吊具、双吊具边装边卸等各种工艺占作业箱量的比例。以评定配载方案是否支持双吊具边装边卸，提供管理人员决策与监控。

目标2：（不参考配载工艺）

配载完成后，不参考实配配载工艺的情况下，通过模型自动计算最优的作业工艺组合可实现的作业次序，以及双吊具、双吊具边装边卸的作业关数，将系统计算出的作业路作业时间最短的配载工艺，提供给业务人员参考与调整。

目标3：（自动生成发箱作业次序）

中控发箱时，系统提供按最终调整确认的支持双吊具边装边卸工艺的船舶倍位作业计划，同时必须考虑单吊具作业的情况，为控制室船舶控制员的发箱次序提供参考，后续条件成熟时，可考虑自动发箱模式。以匹配双吊具、双吊具边装边卸工作工艺操作数的最大化，以获得作业路作业时间最小化。

考虑到部分码头靠泊的船舶因进出口集装箱的属性、箱型结构，如高/平箱、危险品、特种箱等特点不适合作业双吊具边装边卸，或有的船舶所装卸集装箱属性满足作业双吊具边装边卸条件，但存在进出口不均衡问题，使得无法开展双吊具边装边卸工艺。因此，我们首先构建系统规则来自动判断适合作用双吊具边装边卸的作业船舶和作业倍位，通过系统自动识别，可精准地确定适合双吊具边装边卸的船舶以及相应的作业倍位。管理人员根据一线作业的技术要求进行布置与跟进，从而最大程度地实现双吊具边装边卸在码头的应用，控制系统采用了多层启发式算法，获得最优的作业箱工艺和排序方案。

（2）集卡上档车道的合理规划及管理、基于GPS的集卡行驶路径的规划和引导

考虑到码头现场可作业双吊具边装边卸作业工艺的重要前提是集卡可以在系统计算的前提下按合理的路径行驶，因此，这涉及到集卡GPS的实时交互与计算，码头车道的划分模型的建立。因此需要系统实现以下功能：

①在集卡上安装GPS，系统动态得到集卡目前所处的位置及行驶方向，对数据过滤处理，获得集卡有效数据信息，该有效数据信息包含集卡驶入的车道号信息和集卡在大车方向上与标准位置的偏差信息、集卡驶入方向、集卡类型、作业箱类型;

②经由远程控制台设置集卡作业参数，该作业参数至少包括作业车道，并且通过集卡引导显示屏显示该作业车道；

③监控作业车道，通过识别车道上的集卡信号计算出待检测的作业车道；

④对待检测的作业车道进行检测，判断是否有集卡存在；

⑤实时扫描并计算出当前集卡位置与标准位置的差值，并在集卡位置显示屏上显示根据该差值获得的操作信息，利用自动纠偏装置，引导集卡司机操作；

⑥集卡车道的合理有效划分。首先对港区拖运集卡的挂车宽度进行了实际测量，在对码头车道平台实地测量计算后，在确保码头拆装锁钮作业人员的安全性和便捷性的前提下，对桥吊下30m的轨距即集卡作业车道进行重新划分，其次开创性的将码头平台的舱盖板摆放区域后移，在双起升桥吊后大梁和重新划定的舱盖板摆放区之间划分了3根集卡作业通行车道，充分利用了有限的码头平台资源，创立了适合码头特色的双起升桥吊作业车道的划分模式。（详见图1）

图1双起升桥吊作业车道的划分模式

⑦车道划分之后对集卡上离档规则的制定。双吊具作业，对于集卡的上离档有很严格的规定。在作业车道划分完毕后，按照重新建立的作业车道规范研制了双起升桥吊作业集卡的上离档生产组织模式，考虑到为了充分应用码头平台并不富裕的车道资源，确保多部双起升桥吊能够同时作业一艘船舶，在避开关路关下的前提下，突破性的将两辆符合集卡安全上离档距离的双起升桥吊的作业车道安排在3根车道上，使这两部桥吊的其中1条车道作为共用车道进行交叉使用，同时配合优化具有先进GPS功能的TPS集卡调度系统，明确每一部作业集卡的上档车道和上档顺序，合理使用了码头平台上的9根作业车道，在极限情况下可以同时使用9至10台双起升桥吊作业一艘船舶，创立了符合码头平台的双起升桥吊集卡上离档模式。

图2双起升桥吊集卡上离档模式

⑧远程控制台用以设置集卡作业参数，该作业参数至少包括作业车道：车道监控单元，连接该远程控制台，监控作业车道，通过识别车道上的集卡信号计算出待检测的作业车道；引导定位单元，连接该远程控制台，用于对待检测的作业车道进行检测以及控制集卡位置显示屏的显示，该引导定位单元，显示该作业车道，以及集卡当前位置与标准位置的差值；集卡位置显示屏，连接该集卡引导单元，显示该作业车道，以及根据当前位置与集卡标准位置的差值获得的操作信息，引导集卡司机操作车辆；桥边双吊具终端，连接集卡引导单元，显示集卡单车道和双车道上档作业，以及根据当前终端显示的车道严格安排集卡上档作业。

在基于GPS的集卡行驶路径的规划引导下，以及码头前沿的创新性的车道划分模式，配合对集卡上档车道的合理规划，确保了洋山码头在不需要对码头前沿做大幅度更新改造的情况下，为双吊具边装边卸实施的可行性提供了切实有效的保障。

（3）建立符合双吊具桥吊作业工艺的集卡指令的优化调度模型和算法模块。

项目将原集卡的调度业务规则从单一的优先规则优化为组合条件，即原规则的固定优先级为边装边卸、重点路、普通作业路，结果为逐个按作业路来满足集卡的需求。规则优化后，项目以积分权值的方式进行调度，即每次仅调度一辆集卡，而集卡的分配去向由各作业路的所有条件权值来确定，积分权值主要考虑因素由作业路的需求集卡数、重点作业路权值、边装边卸作业路权值、作业路集卡贡献权值多元决策组成，其集卡分配方式由原先的固定条件，提升为轮询方式，使集卡调度更优。

系统引入了区域差别化的集卡预分配模型，即当集卡为重车状态，对其码头区域的预空（卸箱）的时间进行预判，在集卡当前集装箱未卸箱之前，由系统在后台预先指派下一个作业指令给集卡；系统后台分配了预空指令的集卡在确认完成当前作业任务后，才会收到正式的作业指令，区域化预空的这一个作业指令是当前集卡资源池内所有集卡相比较而选择的最接近的集卡。从而实现了指令的全局最优规划。

为了防止已完成装船作业的空集卡在变空时被其他作业路提前规划，系统也考虑在双吊具边装边卸作业工艺的情况下，集卡的绑定功能，实现装卸一条路的作业方式，减少了集卡的行驶距离，提高了集卡的运行效率。

4.案例分析

（1）技术应用单位

上海国际港务（集团）股份有限公司、上海盛东集装箱码头有限公司。

（2）技术应用情况

上海港共投资100万元开展集装箱码头双吊具工艺技术改造，用于盛东集装箱码头有限公司的13台双吊具桥式起重机。

（3）效益分析

通过现场实测，采用该工艺后桥吊单箱电耗节能19.8%。按照每昼夜双吊具边装边卸作业平均150次，单次满载耗电4.18kWh，每昼夜可减少耗电124.146kWh，以洋山地区平均1.5元/kWh计算，每昼夜可减少电费186.2元，年减少用电45313.3kWh，折合14.95tce，节约电费67963元。

按码头岸线测算，每车次大约行驶3公里，每昼夜可因集卡重进重出而减少集卡空驶距离450公里，按每公里行驶耗油0.6升，每年约可减少98550升燃油，折合标准煤121tce，减少CO2排放302t。按照每升柴油5.2元计算，每年可减少集卡空驶燃油98550升，节约燃油费用512460元。

双吊具边装边卸作业工艺装卸效率较传统装卸工艺提升49%，按平均每天双吊具边装边卸作业150箱计算，每天可节省约1.5小时的桥吊作业时间，普通桥吊每小时作业32箱，每箱净利润为130元，理论上年度可增加相应的产能经济效益为1.5*32*130*365=227.76万元，即年度可新增227.76万元。

以上合计，年节约136tce，减少CO2排放339t。每年度节约支出58.03万元，新增利润227.76万元，总计约为人民币285.8万元。

另外，由于双吊具工艺比单吊具工艺的作业效率提高10%左右，项目的应用，可以相应增加10%的岸线利用率，在不投入新资源的前提下，增加码头整体作业能力。

集装箱码头采用双吊具边装边卸工艺可有效降低设备运行能耗，降低码头碳排放，实现节能环保。

5.推广建议

考虑到码头装卸作业各环节密切相关，建议应用企业在后续堆场收箱阶段进一步优化，充分考虑堆场的堆放原则，以适合双吊具边卸边装工艺的出箱点目标，进一步提高双吊具的作业效率，使得双吊具桥吊的作业能力可以充分发挥。