AGV 装卸位非平行于岸线的前沿作业区布置设计

金建明，夏 剑

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）

引言

装卸工艺系统设计是自动化集装箱码头规划设计的“龙头”，对整个码头的功能实现和生产效率起着决定性作用[1]。自动化集装箱码头前沿作业区的布局设计直接影响到码头系统作业效率及码头陆域纵深的需求。本文在总结目前国内外自动化集装箱码头前沿作业区布局设计特点的基础上，创新性地提出了一种AGV 装卸位非平行于码头岸线的前沿作业区布局，可为未来集装箱码头的规划设计提供参考。

1 自动化集装箱码头前沿作业区常规布置

传统集装箱码头的港内水平运输设备多数采用在岸桥大车轨间进行装卸作业的方式，此方式通常要求水平运输设备排队从船尾方向进入船头方向离开，且装卸完成后须向前绕行驶向堆场，从而影响装卸效率。为了规避上述布置方式的缺点，当前国内外已经实施的以AGV 作为水平运输设备且堆场垂直于岸线的自动化集装箱码头，其前沿作业区通常布置在岸桥陆侧轨后区域；该作业区在纵向方向从海侧向陆侧依次划分为装卸区、缓冲区和高速道区三大区域[2-3]，见图1。

图1 典型AGV 前沿作业区域划分示意图

上述布置方式中，AGV 从前沿装卸区驶向堆场目标装卸位，单程通常至少要经过3 个转弯。其中，与装卸道和通行道互相垂直的缓冲区的布置方式[4]，作为实现整个装卸过程的必经之路，增加了AGV 转弯次数，不仅造成了AGV 循环能耗的增加[5]，而且也不利于AGV 效率的提升[6]，更是前沿作业区宽度占用大的主要原因之一。

这种典型的AGV 前沿作业区布置方式，虽然实现了装卸区内AGV 车长方向与岸线保持平行，但是该区域占地面积通常较大。以近年国内建成的洋山四期、青岛新前湾自动化码头为例，其对应的占用宽度如表1 所示。

表1 岸桥陆侧轨至堆场装卸位的距离

从表1 可以看出，前沿作业区的宽度为123～125 m，而传统集装箱码头前沿作业区的宽度通常只有40～50 m，因此该种布置形式对码头场地的占用面积要远远高于传统码头[7]。

2 装卸位非平行于岸线的作业区布置方式

2.1 装卸设备配置

目前现有双小车岸桥的主小车或门架小车在水平面内的主运动方向均垂直于岸线，在平行岸线方向上吊具只能实现厘米级的微量位移；自动化码头普遍使用的AGV 仅能沿车长方向直线行走、斜行或转弯，而无90 °横向行走功能。

为满足AGV 装卸位非平行于岸线的装卸作业要求，结合现有岸桥和AGV 已经具有的功能特点，装卸设备和水平搬运设备的功能配置需要考虑作如下改变：

1）在岸桥小车或吊具上增加0～180 °回转功能，以实现吊具下的集装箱可回转至相应的角度，并在岸桥小车或吊具上增加厘米级横向移动的功能，以实现在不移动或少移动岸桥大车时实现对地面多个AGV 的装卸作业；

2）在AGV 上增加横向行走功能，以实现AGV的横移功能。

2.2 前沿作业区布置

前沿作业区从海侧向陆侧依次布置为装卸区、低速进出区和高速道区三个区域，典型布置图见图2 所示。

图2 前沿作业区划分示意图

1）装卸区布置

装卸区由一系列并排布置的装卸位组成。根据装卸位与岸线之间所形成的夹角不同，AGV 非平行于岸线的装卸位可具体分为两种典型形式：一种是AGV 装卸位与岸线垂直（即夹角=90 °），另一种是AGV 装卸位与岸线呈锐角（即0 °＜夹角＜90 °）。

受AGV 自身宽度及运行避障要求，相邻装卸位间隔不宜小于4 m。装卸位的长度需充分考虑AGV 转弯进出的空间要求。受到岸桥结构尺寸限制，同一台岸桥下可分配作业的装卸位数量不宜过多。附近未被占用的装卸位可作为临时缓冲区使用。

装卸区的宽度与AGV 装卸位与岸桥夹角的大小密切相关。当AGV 装卸位垂直于岸线时，装卸区的宽度约26 m；当AGV 装卸位与岸线呈锐角时，所需的装卸区宽度将会更小些。

AGV 进出装卸位的方式与AGV 是否具有横向行走功能具有密切关系。可分两种以下情况：

①当AGV 无横向行走功能时，AGV 只能沿装卸位方向进出。虽然附近未被占用的空闲装卸位可以兼用作临时缓冲位，但由于AGV 无横移功能，当该处AGV 被调用时，只能原路后退离开临时缓冲位后再进入指定装卸位。图3 是AGV 沿一定夹角进出某一装卸位的示意图。需要注意的是，AGV以小夹角进出装卸位时会影响到较多的区域，因此夹角不宜过小。

图3 AGV 进出装卸位方式1 示意图

当AGV 无横向行走时，岸桥吊具所需的横移距离与装卸位夹角大小和大车不动时所要求覆盖的装卸区域密切相关。以AGV 装卸位与岸线夹角α=45 °为例（见图4），在满足岸桥能作业相邻AGV上的前20 尺和后20 尺箱的工况条件下，岸桥吊具需沿岸线方向的横移范围L1=±5.5 m 左右。当AGV 装卸位与岸线夹角α 越小，满足相邻装卸位装卸所需的岸桥吊具横移范围值L1 就越大；反之，当夹角α 越大，则所需的岸桥吊具横移范围值L1就越小。考虑岸桥门框结构尺寸的限制，装卸位与岸线的夹角不宜过小。

图4 装卸位呈45°夹角时的布置示意图

因此，综合考虑AGV 进出装卸位便利性及岸桥吊具横移范围等因素，AGV 装卸位与岸线的夹角不宜过小，以垂直岸线为最佳。

②当AGV 具有横向行走功能时，同一台岸桥所能覆盖的装卸位将不再完全受限于岸桥吊具的最大横移范围，对AGV 的调度也将更加灵活。如果岸桥所覆盖区域的某一装卸位正好空闲时，AGV可直接进入该空闲装卸位进行装卸作业，任务完成后再后退离开。如果岸桥吊具覆盖区域内的装卸位全被占用时，此时AGV 可先进入附近的临时缓冲位，然后按先进先出原则通过AGV 横移方式从侧面到达装卸位，装卸完成后再后退离开装卸位（见图5）。

图5 AGV 进出装卸位方式2 示意图

因此，在AGV 具有横移功能的作业模式下，AGV 的进出方式更为灵活，但也对AGV 的路径规划和调度协调能力提出了更高的要求[8]。

2）高速通道区布置

高速通道是岸桥与堆场之间水平运输的主干道。高速通道一般仍按双向6 车道布置，总宽度约为26 m。

3）低速进出区布置

为尽量减少或避免AGV 进出装卸区时与高速道区产生互相等待或干扰，在装卸区与高速道区之间设置了低速进出通道区。在装卸作业繁忙时期，低速进出道也可兼作AGV 转弯进入装卸位前的缓冲等待位。低速进出区一般可考虑按双向两车道布置。单车道宽度为4 m，总宽度为8 m。

通过上述装卸区、高速通道区和低速进出区的布置，岸桥陆侧轨至堆场装卸位之间的宽度约为104 m，比现有AGV 装卸位平行于岸线的布局方式可节约20 m 左右。即在同等规模码头条件下，前沿作业区的占地面积可比现有码头节省16 %；或者说，在同等码头纵深条件下，可比现有码头增加约7 %的堆场容量。

2.3 对AGV 循环效率和能耗的影响

与目前普遍采用的AGV 装卸位平行于岸桥的前沿作业区循环路径（见图6）相比，采用AGV 装卸位非平行于岸线的前沿作业区循环路径（见图7）可以显著减少转弯次数、缩短循环路径、提高效率和降低能耗。经粗略估算，在某一循环路径下，后者AGV 的循环距离可减少12 %，转弯次数减少33 %，循环效率提高15 %，相应可节约能耗13 %。

图6 装卸位平行于岸线的AGV 循环路径示意图

图7 装卸位非平行于岸线的AGV 循环路径示意图

3 结语

AGV 装卸位非平行于岸线方向的前沿作业区布置，不仅克服了传统码头前沿作业水平运输设备在岸桥轨间排队进出、装卸前后需从船尾、船头方向绕行进出作业区的不足，而且在继承了自动化集装箱码头AGV 在岸桥轨后作业能快速进出装卸位的优点的基础上，进一步减少了AGV 的转弯次数，缩短了AGV 的循环路径，提高了AGV 的运行效率，节约了土地或提高了堆场通过能力，具有显著的经济效益。