摘 要

受益于“一带一路”倡议、自贸区及长江经济带政策的利好，上海港在总吞吐量连年创新高的同时，国际枢纽港地位逐渐确立。而与之形成对比的是，面对持续增长的货量，通过增效挖潜，几年来上海港既有集装箱码头交出的吞吐量成绩均已远远超越当初的设计能力，但受制于泊位资源与设备资源的数量，高负荷运转无法从根本上满足未来逐年增高的吞吐量预期。与此同时，上海国际航运中心也面临空前激烈的外部竞争环境，韩国、日本、新加坡等地的许多港口都在着力增强自身作为国际集装箱枢纽港的综合实力。放眼未来，上海需要一座新的自动化集装箱码头来承载更艰巨的使命、应对更激烈的挑战。

本文主要就沪港自动化集装箱码头和沪港普通集装箱码头的总平面布置和装卸工艺进行设计，同时完成码头机械设备的选型和配置。本文的设计分析可分为四个部分，即装卸工艺设计分析、机械设备选型及配置、总平面布置、经济性与环保性分析以及总结。第一部分装卸工艺设计分析的主要内容为装卸工艺设计计算和装卸工艺方案的拟定；第二部分机械设备选型及配置的主要内容为集装箱装卸桥、轮胎式集装箱龙门吊、轨道式集装箱龙门吊、集装箱正面吊运机、空箱堆高机和水平运输机械的选型及配置；第三部分总平面布置的主要内容为码头前沿布置、堆场布置、集装箱码头大门布置和生产、生活辅助建筑物的布置；第四部分的主要内容为经济性与环保性分析以及总结。

全自动化集装箱码头装卸工艺基本模式主要有“双小车岸桥 自动导引车（AGV） 自动化轨道吊 （ARMG）”、“单小车岸桥 自动跨运车 自动化轨道吊 （ARMG）”，通过综合论证比较，在满足上海港集装箱码头建设规模要求的前提下，根据有关部门推荐的工程平面规划方案，本着最少投资、最大产出的宗旨，即技术可行、经济合理的原则，结合国内外港口的装卸工艺系统和上海港集装箱码头建设地区的各种条件，确定了上海港集装箱码头平面布置与装卸工艺推荐方案。推荐方案采用了技术较为成熟、可靠的“双小车岸桥 自动导引车（AGV） 自动化轨道吊（ARMG）”工艺方案。

关键词：自动化；集装箱码头；平面布置；装卸工艺；设备配置

Abstract

Benefiting from the "The Belt and Road" , the FTA and the policy of the Yangtze River economic belt are developing well , Shanghai port throughput in successive years of record high at the same time, the international hub port status gradually established. In contrast,with the sustained increase in the volume of goods, through increasing efficiency, the throughput of Shanghai port has been far beyond the original design capacity in the past few years, but it is subject to the number of berth resources and equipment resources, and the high load operation can not fundamentally meet the increase of throughput expectation in the future. At the same time, the Shanghai international shipping center is also facing an unprecedented fierce external competition environment, and many ports in Korea, Japan, Singapore and other places are trying to enhance their comprehensive strength as an international container hub. Looking forward to the future, Shanghai needs a new automated container terminal to carry out more arduous missions and face more intense challenges.

This paper mainly designs the general layout and handling technology of the automatic container terminal in Shanghai, and completes the selection and configuration of the mechanical equipment of the wharf at the same time. The design and analysis of this paper can be divided into four parts, that is, the analysis of loading and unloading process design, the selection and configuration of mechanical equipment, the general layout, the analysis of the economy and environmental protection and summary . The main content of the first part of the loading and unloading process design is the design and calculation of loading and unloading process and the formulation of the loading and unloading process plan; the main contents of the second parts are container loading and unloading bridge, tyre type container gantry crane, rail type container gantry crane, assembly box frontal crane, empty box heap high machine and water. The type selection and configuration of flat transportation machinery; the main contents of the third part of the total plane layout are the layout of the wharf front, the layout of the yard, the layout of the container terminal and the layout of the production and the auxiliary buildings of the life; The ain contents of the fourth part are the analysis economy and environmentaprotection and summary.

The basic mode of loading and unloading process of fully automated container terminal includes "double small car bank bridge automatic guide car (AGV) automatic rail crane (ARMG)", "single car bank bridge automatic cross transport vehicle automatic track crane (ARMG") ", through comprehensive demonstration and comparison, the premise of meeting the construction scale requirements of Shanghai port set packing wharf is satisfied. At the same time, according to the project plan plan recommended by the relevant departments, in line with the tenet of minimum investment and maximum output, that is, the principle of technical feasibility and economic rationality, the layout and installation of the container terminal in Shanghai port is determined in combination with the conditions of the loading and unloading process system at home and abroad and the conditions in the construction area of the container terminal in Shanghai port. Recommendation scheme for unloading process. The recommended scheme adopts a relatively mature and reliable technological scheme of "double trolley quayside bridge automatic guided vehicle (AGV) automatic track crane (ARMG)".

Key words: automation; container terminal; plane layout; handling technology; equipment configuration.

目录

摘要 I

Abstract II

1 绪论 1

1.1 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 3

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 6

1.3.1 集装箱码头装卸工艺发展现状 6

1.3.2 集装箱码头平面布置发展现状 7

1.4 设计的方法与内容 10

1.4.1 设计的方法 10

1.4.2 设计的内容 10

2.1 沪港自动化集装箱码头概述 11

2.1.1码头作业天数分析 11

2.1.2 设计船型分析 12

2.1.3 建设规模及主要设计参数 12

2.2 装卸工艺设计计算 14

2.2.1 泊位通过能力计算 14

2.2.2 堆场容量计算 18

2.2.3 集装箱码头大门所需车道数计算 21

2.2.4 拆装箱库容量计算 22

2.3 装卸工艺方案设计 23

2.3.1 装卸桥——轮胎式龙门吊装卸工艺方案设计 24

2.3.2 双小车岸桥——自动导引车（AGV）——自动化轨道吊（ARMG）装卸工艺设计 25

3 沪港自动化集装箱码头机械设备选型及配置 27

3.1 集装箱装卸桥选型及配置 27

3.1.1 集装箱装卸桥选型分析 27

3.1.2 集装箱装卸桥配置分析 35

3.2 轮胎式集装箱龙门起重机选型及配置 36

3.2.1 轮胎式集装箱龙门起重机选型分析 36

3.2.2 轮胎式集装箱龙门起重机配置分析 37

3.3 轨道式集装箱龙门起重机选型及配置 38

3.3.1 轨道式集装箱龙门起重机选型分析 38

3.3.2 轨道式集装箱龙门起重机配置分析 42

3.4 集装箱正面吊运机选型及配置 43

3.5 空箱堆高机选型及配置 46

3.6 沪港自动化集装箱码头水平运输工艺设计 47

3.6.1 水平运输工艺设计 47

3.6.2 水平运输工艺方案选择 49

3.6.3 AGV小车数量确定 50

3.7 沪港普通集装箱码头水平运输工艺设计 50

3.8 自动化集装箱码头装卸设备选型及配置 51

3.8.1 远程自动控制集装箱装卸桥选型及配置 51

3.8.2 远程自动控制轨道式龙门吊选型及配置 53

3.9岸边集装箱起重机总体设计 53

3.9.1轮压和稳定性计算 53

3.9.2工作循环 59

3.9.3电机功率 62

4 沪港集装箱码头总平面布置 63

4.1 码头前沿设计 63

4.1.1 码头岸线长度计算 63

4.1.2 码头前沿作业地带布置 63

4.2 堆场布置 64

4.3.1 集装箱码头大门布置原则 66

4.3.2 集装箱码头大门布置形式 67

4.3.3 集装箱码头智能闸口 68

4.4 生产、生活辅助建筑物布置 69

4.5 码头路网结构设计 69

4.6沪港集装箱码头方案比较 70

5沪港自动化集装箱码头环保性与经济性分析 70

5.1环保性分析 70

5.1.1“以电代油”治理船舶污染 70

5.1.2 远程操控⾃动化轨道吊节能环保 71

5.1.3 AGV环保性能好 71

5.2经济性分析 71

5.2.1可停泊较大船型带来的经济效益 71

5.2.2节省人力资源成本 72

5.2.3设备电力驱动带来的效益 72

5.2.4有助于形成规模经济效应 72

6全文总结 73

参考文献 74

致谢 75

1 绪论

背景与意义

随着世界范围内经济合作的拓展和国际贸易的迅速发展,港口作为国家对外开放的门户,水陆转运、江海联运的枢纽,作为联结生产与消费、沿海与内地、国内与国外的纽带以及参与国际市场竞争的联结基地的作用日益突出,在国际经济合作与国际贸易中扮演着越来越重要的角色。

上海港位于长江三角洲前缘，居中国18000公里大陆海岸线的中部、扼长江入海口， 世界港口行业很著名，地处长江东西运输通道与海上南北运输通道的交汇点，是中国沿海的主要枢纽港，中国对外开放，参与国际经济大循环的重要口岸。上海市外贸物资中99%经由上海港进出，每年完成的外贸吞吐量占全国沿海主要港口的20%左右。作上海为世界著名港口，2013年上海港集装箱吞吐量位居世界第一，货物吞吐量位居世界第二，仅次于宁波-舟山港。2015年前11个月集装箱吞吐量升3.33%至3347万箱。

上海港所在的上海市是全国最大的经济、金融、贸易、科技、文化、信息中心，也是全国最大的港口城市。上海港的直接腹地主要是长三角地区，包括上海、江苏南部和浙江北部。长三角包括上海、南京、镇江、常州、无锡、苏州、南通、扬州、泰州﹑盐城﹑淮安﹑杭州、宁波、嘉兴、湖州、绍兴、舟山等15个城市，土地面积10余万平方公里，人口近1亿。2003年，长三角15个城市共完成国内生产总值22774.2亿元，占全国GDP总量的19.2%。进出口贸额2737亿美元，同比增长56.2%，占全国总量的32.2%；其中出口总值1387亿美元，同比增长50.l%。吸收外商投资实际到位金额255.7亿美元，同比增长49.5%；利用外资总额占全国的47.8%。 

上海已形成由铁路、水路、公路、航空、轨道等5种运输方式组成的，具有超大规模的综合交通运输网络。上海港是中国最大的枢纽港之一，共有35个客运站，长途班线1611条，可抵达全国14个省市的660个地方。上海市已形成了由地面道路、高架道路、越江隧道和大桥以及地铁、高架式轨道交通组成的立体型市内交通网络。

受益于“一带一路”倡议、自贸区及长江经济带政策的利好，上海港在总吞吐量连年创新高的同时，国际枢纽港地位逐渐确立。而与之形成对比的是，面对持续增长的货量，通过增效挖潜，几年来上海港既有集装箱码头交出的吞吐量成绩均已远远超越当初的设计能力，但受制于泊位资源与设备资源的数量，高负荷运转无法从根本上满足未来逐年增高的吞吐量预期。与此同时，上海国际航运中心也面临空前激烈的外部竞争环境，韩国、日本、新加坡等地的许多港口都在着力增强自身作为国际集装箱枢纽港的综合实力。放眼未来，上海需要一座新的自动化集装箱码头来承载更艰巨的使命、应对更激烈的挑战。

1.2国内外集装箱码头发展现状

集装箱，指的是能装载包装/无包装货进行运输、并便于用机械设备进行装卸搬运的一种组成工具。集装箱最大的成功在于其产品的标准化以及由此建立的一整套运输体系，并以此为基础逐步实现全球范围内的船舶、港口、铁路、公路、中转站、多式联运等相配套的物流系统，这的确堪称人类有史以来创造的伟大奇迹之一。

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）便于装卸作业机械化，装卸效率高，劳动强度低；

（2）货损货差小，货物运输的安全与质量高；

（3）减少运输环节，货物在途时间大大缩短，车船周转快；

（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。

（6）可露天作业，露天存放，不怕风雨，节省仓库。

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专业化集装箱码头，采用了集装箱装卸桥等专业化机械设备，大大提高了码头装卸效率。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、装卸桥——轨道式龙门吊装卸工艺等。

近年来，随着全球经济一体化步伐的加快，现代科学技术的发展及网络经济的崛起，码头的功能已经不是单一的货运生产了。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

进入21世纪以来，随着经济全球化进程的加快和信息技术、企业管理科学的迅猛发展，国外港口物流的发展进入了一个新的阶段。港口物流运营的技术手段和管理方法不断创新，服务质量稳步提高，服务范围迅猛扩大，装卸效率不断提高，成本逐渐下降，整个港口都在向物流服务全球化、系统功能一体化、过程信息化和集约化的方向发展。

欧、美、日等发达国家的集装箱码头正逐步向大型化、自动化、高效化、系统功能一体化方向发展。为了适应大型集装箱船舶（第五代或第六代集装箱船）的装卸，提高装卸效率，国外的集装箱码头正在逐步使用双小车式，双20英尺或双40英尺式大型集装箱装卸桥。另外，国外一些大型港口已经建立了全自动化集装箱码头，如荷兰鹿特丹港的ECT集装箱码头，德国汉堡港的CAT全自动化集装箱码头，日本名古屋港的Tobishima集装箱码头等。这些自动化集装箱码头虽然建设投资大，但可有效提高码头吞吐能力，缓解码头作业压力，且运营成本低。

1.2.2 国内集装箱码头发展现状

我国集装箱运输起步比较迟，1978年才正式开展海上国际标准集装箱运输，1985年才在天津港建立了我国第一个集装箱码头。但经过20多年的发展，我国目前已建设有20多个集装箱码头。各码头腹地都有较稳定的货运量和充足的适箱货，而且腹地内中转运输设施和场站基本形成，码头集装箱集疏运效率有了较大的提高。另外，各码头充分利用水域资源和自然环境条件，合理布置码头岸线和装卸设备，满足了船舶作业要求。

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