摘 要

为满足日益增长的集装箱运输量需求，全世界都在大力发展自动化集装箱码头。上海振华提出了一种新型自动化集装箱码头装卸工艺——高效立体装卸工艺，此方案以低架桥系统代替AGV系统进行岸桥到堆场之间的集装箱水平运输，提高了装卸效率，且节能环保。本文拟就天津港东港四期工程的码头尺寸数据进行立体式自动化集装箱码头和普通型集装箱码头的平面布置和装卸工艺设计。

本文的设计内容主要可分为四个部分。第一部分为装卸工艺设计分析，进行装卸工艺的设计计算并拟定两种装卸工艺方案；第二部分选择码头装卸运输设备，包括岸边集装箱装卸桥、轨道式集装箱龙门起重机、集装箱正面吊运机、空箱堆高机和水平运输机械，合理确定其主要技术参数，并计算所需配置数量；第三部分进行各方案的总平面布置，设计码头前沿布置、堆场布置、进出港大门布置、生产生活辅助建筑物布置；第四部分比较分析二种方案的技术经济性能和优缺点，并确定推荐方案。

通过综合论证分析，在满足立体式自动化集装箱码头建设规模要求的前提下，根据推荐的工程平面规划方案，本着最少投资、最大产出的宗旨，结合国内外港口的装卸工艺系统和天津港集装箱码头建设地区的条件，确定了立体式自动化集装箱码头平面布置与装卸工艺方案。推荐方案采用装卸桥——自动轨道式龙门吊装卸工艺方案，集装箱堆场垂直与码头布置，沿码头岸线方向布置成4块，集装箱码头大门采用分离式布置形式。本文所得结论可为天津港四期工程设计提供一定的参考价值。

关键词：立体式；自动化；集装箱码头；平面布置；岸桥

Abstract

To meet the ever-increasing demand of container terminal’s throughput, automated container terminals are energetically developed all over the world. ZPMC proposed a new loading and unloading technology of automated container terminals -- efficient three-dimensional loading and unloading technology, this scheme takes the low bridge system instead of the AGV system to carry out container horizontal transportation between the quay and the yard, and it increases the handling efficiency, and energy conservation and environment protection. This article mainly designs the plane layout and the loading and unloading system of three-dimensional automated container terminal and ordinary terminal refer to Tianjincontainer terminal’s data.

This article is carved up four part. The first part is the analysis and the handling technology design, carry out the design and calculation of the handling process and draw up two loading and unloading process plans. The second part chooses terminal loading and unloading equipment, include container crane、RMG、container reach stacker、empty forklift and horizontal transportation machinery, reasonably determine its main technical parameters and calculate the quantity required. The third part carries out the general layout of each scheme, design wharf apron layout、container yard layout、gate layout of container terminal、auxiliary building layout; The fourth part compares and analyzes the technical and economic performance and advantages and disadvantages of the two schemes, and determines the recommendation scheme.

Through integrated demonstration and analysis, in the condition of meeting the scale of construction of three-dimensional automated container terminal, in accordance with recommended plane plan, we can confirm the plane layout and handling technology project of three-dimensional automated container terminal at least in investment, the largest in outputs, combining with the loading and unloading process of the port at home and aboard and the conditions of Tianjin container terminal district. The recommended project uses container crane——ARMG handling technology project, the container yard layout is vertical to the wharf and it can be divided into four parts along the wharf line, the container terminal entrance gate and departure gate are arranged separately. The conclusions of this article can provide a reference value for the design of Tianjin container terminal.

Key Words：three-dimensional；automation；container terminal；plane layout；container crane

目录

摘 要 I

Abstract I

1 绪论 1

1.1设计背景与意义 1

1.2国内外集装箱码头发展现状 2

1.2.1 国外集装箱码头发展现状 2

1.2.2 国内集装箱码头发展现状 3

1.3 集装箱码头装卸工艺与平面布置发展现状 3

1.3.1 集装箱码头装卸工艺发展现状 3

1.3.2 集装箱码头平面布置发展现状 4

1.4当前集装箱码头存在的问题 5

1.5设计内容 5

2 立体式自动化集装箱码头装卸工艺设计 7

2.1 天津港四期工程基本参数 7

2.1.1 码头作业天数分析 7

2.1.2 设计船型分析 7

2.1.3 建设规模及主要设计参数 7

2.2 装卸工艺设计计算 8

2.2.1 泊位通过能力计算 8

2.2.2 堆场容量计算 10

2.2.3 拆装箱库容量计算 12

2.2.4 集装箱码头大门所需车道数计算 13

2.3装卸工艺方案设计 14

2.3.1普通型装卸工艺方案设计 14

2.3.2立体式装卸工艺方案设计 16

3 集装箱码头机械设备选型及配置 19

3.1 集装箱装卸桥选型及配置 19

3.1.1 集装箱装卸桥选型分析 19

3.1.2 集装箱装卸桥配置分析 23

3.2 轨道式集装箱龙门起重机选型分析 23

3.2.1轨道式集装箱龙门起重机选型分析 23

3.2.2轨道集装箱龙门起重机配置分析 25

3.2.3远程自动控制轨道式龙门起重机选型分析 25

3.2.4远程自动控制轨道式龙门起重机配置分析 26

3.3集装箱正面吊运机的选型及配置 26

3.4空箱堆高机选型及配置 28

3.5水平运输机械选型及配置 28

4 集装箱码头总平面布置 30

4.1 码头前沿设计 30

4.1.1 码头岸线长度计算 30

4.1.2普通型集装箱码头前沿作业地带布置 30

4.1.3立体式集装箱码头前沿作业地带布置 31

4.2普通型集装箱码头堆场布置 31

4.2.1堆场布置原则及布置形式 31

4.2.2堆场分块设计 32

4.2.3 重箱堆场布置 32

4.2.4冷藏箱堆场布置 32

4.2.5空箱堆存布置 33

4.2.6危险品箱堆存布置 33

4.3立体式集装箱码头堆场布置 34

4.3.1堆场布置形式 34

4.3.2堆场分块设计 34

4.3.3重箱堆场布置 34

4.3.4冷藏箱堆场布置 35

4.3.5空箱堆场布置 35

4.3.6危险品箱堆场布置 35

4.4 集装箱码头大门布置 35

4.4.1 集装箱码头大门布置原则 35

4.4.2 集装箱码头大门布置形式 36

4.5 生产、生活辅助建筑物布置 36

5 岸边集装箱起重机总体设计 37

5.1轮压和稳定性计算 37

5.2工作循环 42

5.3电机功率 45

6 集装箱码头平面布置与装卸工艺方案确定 47

6.1平面布置与装卸工艺方案拟定 47

6.2方案比较和推荐方案确定 48

7 立体式自动化集装箱码头经济性分析 50

7.1 投资估算 50

7.1.1编制内容 50

7.1.2编制依据 50

7.1.3取费标准 50

7.1.4主要材料市场价格 51

7.1.5其它 51

7.2 经济评价 51

7.2.1主要依据 51

7.2.2基础数据 51

7.2.3经济效益分析 52

7.2.4财务效益分析 53

7.2.5结论 55

8 总结 56

参考文献 57

附录一 58

总估 算 表 58

附录二 61

码头平面设计方案一 61

附录三 62

码头平面设计方案二 62

附录四 63

岸边集装箱装卸桥总图 63

致谢 64

1 绪论

1.1设计背景与意义

自从集装箱运输出现以来，经过多年的社会发展与技术进步，集装箱运输已遍及全球，成为世界经济发展、物流运输的最重要方式。而集装箱码头是联系海陆运输的关键，是集装箱在转变运输方式时的中转站，是世界金融贸易的结点。据统计世界贸易总额的2/3经过港口和码头，可见其的重要性。

我国集装箱码头建设开始较晚，但发展迅速，取得了巨大的进步。但是我国港口仍有许多不足之处，比如基础设施薄弱、作业效率低等，港口主要靠低费用与国外竞争。造成这种现象的主要原因是我国缺少先进的技术设备，建港的投资也相对较低。由于缺乏资金，无法购进先进的操作设备，港口的装卸效率和吞吐量也就难以提高。就像我国绝大多数港口的岸桥一次只能装卸一个集装箱，但在国外许多港口的岸桥一次可以装卸2个集装箱，有些甚至可以装卸4个。除此之外，管理系统的落后、信息系统的不完善，这些都成为了制约港口装卸效率提高的桎梏。

在大型集装箱船舶出现的今天，为了提高装卸效率，集装箱码头的总平面布置应该更加合理，其装卸工艺要更加系统化，装卸机械设备也要更加大型化和高效化。如今世界范围内的各大码头企业都开始发展自动化码头，在这样的国际趋势和历史潮流的影响下，建设自动化集装箱码头，不论在行业影响、投资回报还是社会效益上都将取得良好的发展机遇。智能港口及其关键技术的突破和应用是港口长远发展的核心，这不仅对解决用工困难、缺乏熟练工人、人力成本过高、企业利润增长困难等问题有帮助，还可以推动安全绿色智慧港口的发展。当前世界范围内火热进行着对新型装卸工艺的研究，本文以立体式自动化集装箱码头装卸工艺系统进行尝试，它的特点是从岸边集装箱桥式起重机到堆场之间，采用垂直与水平高架桥进行集装箱水平转接。这种装卸工艺系统具有良好的机动性和缓冲性，能够大幅提高装卸效率，同时对环境友好，可节约人力成本，符合现在绿色港口的要求。

1.2国内外集装箱码头发展现状

自20世纪60年代以来，集装箱运输发展迅速，相对于传统的运输方式，集装箱运输具有以下优点：

（1）货损货差小，货物运输的安全与质量高；

（2）装卸效率高，劳动强度低；

（3）货物运输快，交接方便；

（4）货物运输标准化，运输费用少，理货方便；

（5）有利于组织多种运输方式的联合运输。

随着海上集装箱运输和集装箱运输船舶的飞速发展，世界各港纷纷建立了现代化集装箱码头，采用集装箱装卸桥等专业机械设备，提高码头装卸效率。为了进一步提高码头装卸效率和进行集装箱的专业化管理，集装箱码头一方面进行合理的平面布置，一方面采用了专业化集装箱装卸工艺，如装卸桥——底盘车装卸工艺、装卸桥——跨运车装卸工艺、装卸桥——轮胎式龙门吊装卸工艺等。

近年来，随着经济贸易的全球化发展和现代科学技术的进步，码头已经不仅仅是简单的货物运输站了。目前的集装箱码头已经发展为一个小型物流中心了，其功能包括集装箱装卸船、集装箱堆存、拆装箱库作业、海关检查、集装箱铁水转运等。另外，集装箱船舶的大型化发展对集装箱码头的装卸效率和机械设备有了更高的要求，集装箱码头正逐步向大型化、专业化、现代化、自动化发展。

1.2.1 国外集装箱码头发展现状

国外发达国家的集装箱码头自动化发展可以分为多个阶段。

1993年建成的荷兰鹿特丹港ECT码头是第一阶段。它的水平搬运采用自动引导小车，岸桥采用单小车布置。每一台装卸桥配备8台AGV，可由计算机进行远程控制。堆场每个堆区有一台自动轨道式龙门起重机。集装箱堆场内的装卸作业大体上自动化，但岸桥是半自动化作业还得由司机操作，并未完全自动化。ECT码头作为世界上第一个自动化集装箱码头，它的成功给全世界的港口建设提供了宝贵的经验，让人们看见港口发展的新方向。

第二阶段是建于1999年的德国汉堡港CTA码头，它与ECT相比，主要用双小车岸桥替代了单小车。双小车岸桥的特点是由两辆小车分别负责船舶与起重机上的转运平台间的集装箱作业和转运平台与AGV间的集装箱搬运。而堆场作业采用每个堆区布置一高一低两台可相互穿越运行的自动轨道吊，装卸效率得到大大提升，避免AGV在堆区等待，减少集装箱卡车在港时间。AGV小车的性能得到大幅提升，运行速度加快，定位精度也更准确。

第三阶段则是2010年建成的鹿特丹港Euromax码头。该码头布置了多台超巴拿马型岸桥，堆场装备有自动化轨道式龙门起重机，水平运输采用AGV系统。岸桥的跨距内最多可放23列集装箱，且所有的岸桥都是半自动的，还配置了空中吊运车来提高装卸效率。堆场内每个子箱区都配置了两台自动轨道式龙门起重机，分别布置在海侧和陆侧，从而大大提高了装卸效率。

1.2.2 国内集装箱码头发展现状

我国集装箱码头建设经过30多年的发展，已经在沿海形成多个港口群，这些港口群的出现实现了港口群内和港口群之间的合作共赢、取长补短、合理竞争，得以更好地服务腹地经济。还有些大型港口成功发展成国际性航运物流中心，成为世界集装箱运输的重要枢纽。现阶段我国港口发展的特点如下：

（1）我国经济和对外贸易结构的调整对集装箱码头的发展产生巨大影响。通过吸引外资，获得充足资金，购入先进的装卸机械，来提高集装箱码头的装卸效率，从而加快了港口发展。

（2）我国集装箱码头的总平面布置大多采取长顺岸、宽突堤、多泊位、大纵深的形式。

（3）港口更注重集装箱装卸设备的迭代，改善装卸工艺，增加设备种类和系统配套。

（4）加强港口的信息化管理，随着互联网的发展，集装箱可通过电子数据进行管理，简化了相关手续，提高工作效率。

1.3 集装箱码头装卸工艺与平面布置发展现状

1.3.1 集装箱码头装卸工艺发展现状

集装箱码头装卸工艺主要是对集装箱进行移动。其装卸工艺系统一般由岸边装卸作业、堆场作业和水平运输作业三部份组成。典型的集装箱装卸工艺系统有装卸桥——底盘车装卸工艺系统、装卸桥——跨运车装卸工艺系统、装卸桥——轮胎式龙门吊装卸工艺系统、装卸桥——轨道式龙门吊装卸工艺系统。

装卸桥——底盘车装卸工艺系统具有机动性强，进出堆场效率高，堆场无需装卸堆码作业等优点。但其所需堆场面积大，堆场容量利用率低，且需要大量拖挂车。装卸桥——跨运车装卸工艺系统具有机动性强、作业灵活、倒箱率低、工艺系统简单的优点，但其机械设备容易故障，堆场集装箱堆箱层数较少，堆场容量利用率低。装卸桥——轮胎式龙门吊装卸工艺系统具有装卸效率高、操作简、堆场利用率较高、作业较灵活等优点，但其不易实现自动控制，且环保效果差。装卸桥——轨道式龙门吊装卸工艺系统具有运行稳定、操作简单、综合成本低等优点，但其机动性差，作业范围受限制。

随着科学技术的不断发展进步，新型集装箱码头装卸工艺也不断涌现。目前在自动化集装箱码头被广泛应用的新型装卸工艺系统有自动导引车工艺系统。在自动导引车工艺系统中，码头装卸船作业采用双小车集装箱装卸桥，前方水平运输采用自动导引车系统，堆场作业采用远程自动控制轨道式龙门起重机。在早期的自动化集装箱码头，如荷兰鹿特丹港ECT码头、德国汉堡港CTA码头、鹿特丹港Euromax码头等，都采用了自动引导车工艺系统。而在高效立体装卸工艺系统中，前方水平运输采用横移低架桥电动小车和堆场电动平板车自动输送系统，相比于自动导引车工艺系统更高效、节能、环保。

1.3.2 集装箱码头平面布置发展现状

集装箱码头平面布置主要包括码头前沿布置、堆场布置、集装箱大门布置、生活辅助建筑物布置等。码头前沿的布置形式可分为栈桥式、满堂式、突堤式、挖入式。栈桥式的特点是泊位与岸之间由栈桥相连，常用于水比较深的码头；满堂式的特点是泊位沿码头岸桥直线布置，这种形式装卸能力大，交通方便。突堤式的码头前沿线与岸线成较大角度，可以充分利用深水岸线，但水平运输距离较长，一定程度上降低了运输效率；挖入式在向岸的陆地内侧开挖出港池水域，这种形式有利于作业面的开展，但工程耗资巨大，费时费力。

堆场的布置形式主要分为堆场平行于岸线和堆场垂直于岸线两种形式。国内的集装箱码头一般采用堆场平行于岸线的布置形式。该布置形式的堆场作业既可以采用轮胎式龙门起重机，也可以采用轨道式龙门起重机，堆场内交通方便，可减少集卡的交叉作业，方便了作业现场的交通管理。但这种布置形式土地利用率低，需较多的子箱区，设备的布置也容易不均衡。堆场垂直于岸线布置形式的子箱区数目较少，所需的堆场面积也较小，所以堆场建设投资相对较低，但水平运输的距离长，场吊调度不灵活，常用于自动化集装箱码头或堆场作业采用轨道式龙门吊的集装箱码头。

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