自动化集装箱码头箱区作业仿真分析
基于三维仿真的自动化集装箱码头堆场布置形态
ｔｒａｎｓｓｈｉｐｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｌａｙｏｕｔ ｐａｔｔｅｒｎ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｓｔａｃｋｉｎｇ ｙａｒｄ ｉｎ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｐｒｏｊｅｃｔ ｗｉｔｈ ｂｅｒｔｈｓ ａｒｒａｎｇｉｎｇ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｌｙ ｔｏ ｔｈｅ ｓｈｏｒｅｌｉｎｅ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｈａｎｄｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｌａｙｏｕｔ ａｐｐｌｉｅｄ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｔｅｒｍｉｎａｌｓ ｗｅ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ａ ３Ｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｌａｙｏｕｔ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｂｙ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｆｌｅｘｔｅｒｍ ｉ. ｅ. ｔｈｅ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｓｔａｃｋｉｎｇ ｙａｒｄ ｂｅｉｎｇ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｏｒ ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｏ ｔｈｅ ｗｈａｒｆ ｓｈｏｒｅｌｉｎｅ. Ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｌａｙｏｕｔ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｓｔａｃｋｉｎｇ ｙａｒｄ ｗｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅ ｔｈｅ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｌａｙｏｕｔ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｐｒｏｊｅｃｔ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａｒｒａｎｇｅｄ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒｌｙ ｔｏ ｔｈｅ ｗｈａｒｆ ｓｈｏｒｅｌｉｎｅ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｉｍｉｌａｒ ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｃｏｎｔａｉｎｅｒ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ.
仿真实验报告模板
AGV任务分配与充电配置选择模型1、作业流程描述在集装箱码头的AGV作业流程：首先系统根据当前作业情况进行判断，若此时无运输任务，AGV进入休息区等待；若存在运输任务，则判断当前处于工作状态的AGV数量是否足够；若不足，则将非工作AGV组中的AGV分配至工作组。
当AGV完成一次运输作业后会对自身电量进行判断，若此时电量高于30%，则继续进行运输作业；若此时电量低于30%，则前往充电桩充电。
确立仿真参数的输入，确立任务数，AGV数量，自动充电桩数量，充电桩充电速度，AGV最低充电阈值（30%），AGV电量充足阈值（80%）。
2、仿真目标设置本文的仿真目标是设计和实施一个集装箱自动化码头作业流程的仿真模型，并评估其中的AGV充电任务调度策略。
具体而言，仿真目标包括以下几个方面：首先，模拟进口箱作业流程：建立一个真实的模拟环境，包括岸桥提取进出口箱、AGV小车水平运输等环节，以准确模拟进口箱的作业流程。
其次，实现AGV充电任务调度：开发一个高效的AGV充电任务调度算法，考虑到AGV的电池寿命和电量状态，以最小化充电任务的时间和成本。
该算法将基于实时的作业需求和AGV的可用状态进行智能调度，以保证作业流程的平稳运行。
再次，评估作业效率和成本：通过仿真模型，分析和比较不同的AGV充电任务调度策略对作业效率和成本的影响。
使用实际数据和性能指标，如作业时间、能源消耗和人力成本等，对各种策略进行定量评估，并找到最佳的调度策略。
最后，提出优化建议，在自动化集装箱码头作业流程中，合理的充电桩布局可以显著提升AGV充电任务的效率和整体作业流程的顺畅性。
分析作业热点区域：通过对集装箱作业流程中的瓶颈区域和高频度作业区域进行分析，确定作业热点区域。
这些区域通常是集装箱堆场附近、码头入口/出口以及岸桥与AGV交接点等位置。
准确定位热点区域可以帮助本文合理布置充电桩，以满足高负荷作业需求。
考虑AGV行驶距离和电池寿命：根据AGV的行驶距离和电池寿命特性，合理分析AGV的电池续航能力。
集装箱自动化码头堆存管理模型、仿真与优化
集装箱自动化码头堆存管理模型、仿真与优化摘要：张小茜1，王璐 2 ，周道远2(1 浙江大学经济学院, 2 浙江大学数学系杭州310027)本文从三个方面对集装箱自动化码头堆存效率进行了仿真和优化：一是箱区划分方式，二是码头前沿至堆场的运输方式，三是集装箱在堆场中的堆存方式。
为使集装箱自动化码头经济效益最大化，我们综合考虑了集装箱运输成本、取箱作业的翻箱次数以及堆场平面占用率等因素。
仿真模拟的结果显示：箱区采用垂直划分方式比水平划分更有效，采用轨道运输车运送集装箱比全程通过起吊机吊运更省成本，在堆场中从远离车道处开始堆放集装箱具有更高的效率。
关键词：集装箱自动化码头；堆存；仿真1 背景介绍1目前，世界集装箱港口吞吐量正以平均 9%的速度增长，在整个运输中的市场份额越来越大。
距统计，亚洲区港口集装箱吞吐量占全球的56.9%，欧洲地区 16.7%，北美9.4%。
我国港口集装箱吞吐量年均增长30%，并已成为世界各大班轮公司的聚集地。
建立高效的集装箱自动化码头管理系统，对于解决中国港口运输中的重大问题、使中国成为全球集装箱运输中心具有重要的战略意义。
可以预见，到2020 年每个重要港口的集装箱吞吐量会增加一到两倍。
新的大型集装箱货船和码头占地面积的限制迫使码头当局寻找更有效的集装箱管理系统。
一种能够提高码头效率、增加码头吞吐量、满足未来需求的方案就是使用先进的技术，实现自动化码头。
自动化码头与传统码头的最大区别是，码头前沿与堆场间运转的方式采用全电驱动的立体装卸模式，不仅节能、二氧化碳排放少而且装卸效率高。
上海振华港机（ZPMC）自动化码头的统计显示，在相同的装卸条件下，自动化码头的装卸效率可提高至少20%。
集装箱码头管理系统，又称水运集装箱终端1 基金项目：本研究得到十一五863 计划重点项目“集装箱自动化码头装备及示范”（项目编号：2009AA043001）资助。
（Marine Container Terminals）。
浅谈自动化码头的三维仿真模型
浅谈自动化码头的三维仿真模型我国的科学技术正处于不断的发展当中，尤其是机械设备自动化程度的提升，使得多个工业领域的运作效率极大提高，而自动化码头作为一种新型的、动态的理念具有极为广阔的发展前景，可以通过建立数学仿真模型的形式探究其调度策略，不仅能够解决复杂的计算问题，还可以将立体轨道式的理念应用于自动化码头设备当中，同时，计算机仿真分析技术的应用使得港口的设计规划更加完善，极大促进我国经济建设。
1、立体轨道式自动化码头的作业流程要想更加科学、规范的实现码头设备的作业流程就应当将立体轨道式自动化码头系统的结构与功能明确掌握，首先，此系统包含立体轨道平板车、集装箱起重机以及地面的平板车，这些设备都需要一定的工艺布局才能够充分的发挥作用，确保集装箱的缆绳互相平行，同时，立体轨道的长度也要与卸货位置相符合，注重每个停泊位置装卸线的高低布局，尽可能保证立体轨道由于延伸的集装箱机构互相垂直，以便于使系统达到最大的运行效率，也能够提升货物装卸的准确率；其次，卸船作业是自动化码头系统必要的工作流程之一，需要严格按照系统的调度进行货物的装卸，在提升货物过程中，立体平板车要与港口靠紧，当缆绳拉伸到制定位置后再卸载货物；最后，就是外卡集装箱作业，最近几年，我国进出口贸易逐年增多，外卡集装箱的自动化作业需要每隔一段时间进行系统安全检测，确保外卡就位无误，才能将目标集装箱由侧路端部吊放于制定位置，其具体的作业内容还包括RMG单独作业和RMG-GT配合作业，这两种设备的调度策略有各自的优缺点，调度人员还要根据现场的实际情况选择或配合使用。
2、自动化码头设备仿真模型的建立建立自动化码头设备的仿真模型不仅便于其调度策略的分析，还能够对突发的状况起到相应的应对作用，最早的三维仿真模型是由美国著名研究人员创建的，我国在自动化的研发与应用方面还处于初级阶段，需要充分借鉴西方发达国家的成功经验[1]。
首先，建立二维的立体轨道式自动化码头设备模型，其可以对堆场的面积进行评估，再将仿真的数据输出进行数据库的存储与分析，之后，通过计算机科学技术的不断进步，三维的仿真模型被建立起来，这样就可以通过数据库中的信息进行更加直观的检测与设计，这种高效能的仿真系统可以对设备进行不同需求的调度，同时设备的利用率、优化评估等工作有比传统方式有很大突破，可以为港口运营管理者提供有利的决策依据[2]。
港口集装箱堆场作业流程仿真分析
港口集装箱堆场作业流程仿真分析敖晨,杨欣,朱辰丰,徐铭蔚,张晗北京交通大学交通运输学院交通信息管理工程系，北京(100044)摘要：本文在了解系统仿真在港口中应用的发展和现状以及深刻理解Petri网的基本原理和方法的基础上；研究集装箱港口平面布局、装卸系统以及集装箱堆场的基本职能、堆存的作业流程；并利用面向对象Petri网(OOPN)的建模方法对堆场作业进行静态、动态建模并做深入地分析；再利用计算机模拟仿真技术(ExtendSim仿真软件)，结合所建立的集装箱堆场系统的OOPN模型，对集装箱港口的整个生产作业系统进行数字仿真并实现了二维及三维的计算机动画模拟，直观地显示港口集装箱堆场的运作情况和效率，通过对模型输出的仿真的结果进行综合分析，剖析堆场的物流活动流程，对其进行集最优化处理，以达到提高堆场的资源利用率，使资源配置成本最小的目的。
关键词：集装箱堆场；OOPN建模；ExtendSim；仿真分析1.引言港口是联系内陆腹地和海洋运输（国际航空运输）的一个天然界面，是国际物流的一个特殊结点。
国际货运量90%由海运来完成，我国进出口贸易85%以上依靠海运实现[1]。
随着我国经济体制改革和开放政策的深化，以及加入WTO的机遇，我国与世界各国贸易迅速发展，港口集装箱吞吐量保持了高速度的增长。
20年来，我国集装箱运输事业有了突破性的发展，港口集装箱吞吐量平均年增长29.4%（（不包括台湾、香港、澳门）1988年仅947万标箱（TEU），2001年则达到了2700万标箱）[2]。
中国港口货物吞吐量和集装箱吞吐量已连续5年居世界第一，中国已有12个港口的吞吐量超过亿吨。
2007年，中国港口货物和集装箱吞吐量保持快速增长态势，其中集装箱吞吐量突破1亿标箱大关[3]。
集装箱港口由于结构复杂、投资大、建设周期长以及生产过程的随机因素，使港口的合理规划意义重大，难度也较大。
计算机仿真作为一种有效的定量分析手段，在确定合理泊位利用率、设施及设备的配置、码头装卸工艺流程等方面都得到了应用。
货运码头作业过程仿真模型研究
货运码头作业过程仿真模型研究随着国际贸易的不断发展，货运码头作业量也逐年上升。
如何有效地提高货运码头的运作效率、降低物流成本，成为各大物流企业和码头管理部门需要解决的问题。
而货运码头作业过程仿真模型的研究与应用，可以为我们提供一种优秀的解决方案。
1. 货运码头作业过程仿真模型的定义货运码头作业过程仿真模型，是一种运用计算机技术以及数学模型，对货运码头作业流程进行模拟和分析的方法。
它可以有效地模拟码头作业环境，进行一系列运作情况的模拟，以达到对现实环境的观察和研究。
2. 货运码头作业过程仿真模型的优点仿真模型的研究与应用可以带来以下优点：（1）提高作业效率：货运码头作业过程的仿真模拟可以帮助我们更好地预测作业流程，调整作业计划，提高作业效率。
（2）减少成本：通过对运作流程的仿真模拟，我们可以找到运作过程中的瓶颈，降低各环节的费用，达到减少成本的目的。
（3）提高安全性：仿真模拟中无需真实的设备、人员，所以在进行复杂操作的训练时更加安全。
（4）实时监测：仿真模型的研究可以让我们实时监测作业流程，在遇到突发状况时更及时地处理，避免事故的发生。
3. 货运码头作业过程仿真模型的应用场景现如今，货运码头作业过程仿真模型已经在许多领域得到了广泛应用，如：（1）码头建设与设计：采用仿真模型技术，可以帮助设计、建设人员更好地了解作业流程中的各种环节，以及相互之间的关联，从而更好地安排码头的建设与设计。
（2）作业流程的优化：仿真模型的研究可以帮助我们更好地优化作业流程，减少时间浪费，提高效率。
（3）训练与演习：通过计算机仿真模拟，可以进行项目演练和工序培训，达到教育和培训的目的。
4. 货运码头作业过程仿真模型的研究现状目前，国内外的许多学者和研究人员已经开展了对货运码头作业过程仿真模型的研究。
其中，部分研究成果已经得到了广泛的应用。
（1）近年来，国内外许多学者已经发表了一系列的论文，并提出了许多创新的研究方法。
（2）在仿真技术的基础上，一些国家已经开始对物流领域进行了推广和应用，如美国、新加坡、日本等。
自动化码头的技术分析
自动化码头的技术分析一、引言自动化码头是指利用先进的技术设备和系统，实现货物装卸、仓储、运输等环节的自动化操作，提高码头作业效率、降低人力成本，并提供更高的安全性和可靠性。
本文将对自动化码头的技术进行分析，包括技术原理、应用场景、优势和挑战等方面。
二、技术原理1.物联网技术：自动化码头通过物联网技术实现设备之间的互联互通，实现信息的实时共享和远程控制，提高码头作业的智能化水平。
2.机器视觉技术：通过摄像头和图像识别算法，实现对货物、集装箱等的自动识别和定位，提高装卸效率和准确性。
3.无人驾驶技术：自动化码头采用无人驾驶技术，通过激光雷达、传感器等设备实现自动导航和避障，提高运输效率和安全性。
4.人工智能技术：自动化码头利用人工智能技术，通过数据分析和预测算法，优化作业计划和资源调度，提高整体运作效率。
三、应用场景1.集装箱码头：自动化码头可以实现对集装箱的自动装卸、堆垛和运输，提高码头的作业效率和吞吐量。
2.散货码头：自动化码头可以实现对散货的自动装卸、称重和分拣，降低作业风险和人力成本。
3.港口仓储：自动化码头可以实现对货物的自动存储、检索和配送，提高仓储效率和准确性。
四、优势1.提高作业效率：自动化码头利用先进的技术设备和系统，实现作业的自动化和智能化，大幅提高作业效率和生产能力。
2.降低人力成本：自动化码头减少了人工操作的需求，降低了人力成本，提高了作业的经济效益。
3.提高安全性：自动化码头采用先进的安全监控系统和避障技术，减少了人为因素对作业安全的影响，提高了作业的安全性。
4.提升可靠性：自动化码头通过数据分析和预测算法，优化作业计划和资源调度，提高了作业的可靠性和稳定性。
五、挑战1.高投资成本：自动化码头的建设需要大量的资金投入，包括设备采购、系统集成和人员培训等方面，对资金的要求较高。
2.技术难题：自动化码头的实施需要解决多个技术难题，如设备的互联互通、数据的实时处理和安全的保障等方面。
自动化码头卸船作业仿真报告
（7）场桥二到达中转区后两个倍位
（8）场桥二到达中转区 （9）场桥二离开中转区
判断中转区是否有集装箱
从中转区提箱 ——
（10）场桥二到达目的倍位
运送集装箱至目的箱位
仿真逻辑框图
产生集装箱
海侧暂 存区是否有 空箱位？ 是 将集装箱放至 暂存区 场桥一运送集装箱至中转区 中转区 是否有空 箱位？ 是 将集装箱放至 中转区 否 等待暂存区有 空箱位
场桥二
时间/秒 1000 0 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91 96 2000 中转区 3000 暂存区 4000 5000 6000
场桥一
集装箱等待时间
4 优化改进
对仿真结果分析后发现堆场卸 船作业系统的效率瓶颈是场桥 效率（3分45秒/集装箱）远低
产生集装箱 海侧暂 存区是否有 空箱位？ 是 否 等待暂存区有 空箱位
将集装箱放至 暂存区
场桥一运送集装箱至中转 区 中转区 是否有空 箱位？ 是 将集装箱放至 中转区 场桥二运送集装箱至 目的箱位
于水平运输设备效率（1分40
秒/集装箱），造成集装箱在 暂存区等待时间过长，因此我 们考虑增加一台梭车以提高堆 场卸船作业效率。
主要参数
集装箱
100
每隔1分40秒产生一个集装箱
仿真基本要素
仿真事件
（1）水平运输设备到达暂存区
（2）场桥一接到指令到达暂存区 （3）场桥一提箱后离开暂存区
事件对应的活动
将集装箱放至暂存区
从海侧暂存区提箱 ——
（4）场桥一到达中转区前两倍位
（5）场桥一到达中转区 （6）场桥一离开中转区
通用性集装箱码头工艺方案设计仿真系统建模与仿真研究
仿真系统应具备模拟集装箱码头的装卸、堆 放、中转等工艺流程的功能，能够实现对不 同工艺方案的设计和评估。
系统可视化需求
仿真系统应具备直观、形象的可视化界面， 能够实现对仿真过程和结果的实时监控和可 视化展示。
03
通用性集装箱码头工艺方 案设计仿真系统建模
仿真系统总体架构设计
基于组件的分布式仿真框架
集装箱码头工艺方案设计模块建模
输入输出模型
建立输入输出模型，包括货物类型 、数量、船舶信息等，用于模拟集 装箱码头的实际输入输出过程。
调度模型
根据集装箱码头的实际调度过程， 建立调度模型，包括泊位分配、装 卸桥作业等。
装卸作业模型
建立装卸作业模型，模拟集装箱的 装卸过程，包括堆垛、拆垛等操作 。
路径规划模型
通过将仿真系统划分为多个独立的组件模
面向对象的仿真建模方法
利用面向对象的思想，将现实世界中的对象抽象成仿真模型，通 过对象间的交互来模拟码头的实际运行过程。
数据库与数据持久化
设计并实现一个高效的数据库管理系统，用于存储仿真过程中的 各种数据，并提供数据持久化的功能。
方案设计
根据需求分析结果，制定 相应的工艺方案设计，包 括装卸设备配置、堆场规 划、道路交通组织等。
方案评估与优化
对制定的工艺方案进行评 估，根据评估结果对方案 进行优化，提高方案的可 行性和可靠性。
集装箱码头工艺方案设计仿真系统需求分析
系统功能需求
系统性能需求
仿真系统应具备高效、稳定、可扩展等性能特点， 能够满足大规模仿真实验和数据分析的需求。
仿真系统测试方案与过程
测试方案
制定详细的测试计划，包括测试目标、测试环 境、测试数据等。
测试过程
通用性集装箱码头工艺方案设计仿真系统建模与仿真研究
首先，进一步拓展仿真系统的适用范围，使其能够更好地模拟现实世界中的 各种情况。其次，开展长期仿真实验，以便更好地评估码头的运营效率以及预测 未来的发展趋势。此外，还可以将等技术引入仿真系统中，以提高模拟的精度和 效率。
总之，本次演示通过对通用性集装箱码头工艺方案设计仿真系统的建模与仿 真研究，为理解集装箱码头的运行机制、优化码头设计、提高运营效率提供了有 益的参考。然而，仍需在现有研究的基础上继续努力，不断完善和创新该领域的 研究。
一、引言
集装箱码头物流系统是一个复杂的系统，涉及多个环节和多个实体。为了更 好地理解和优化集装箱码头物流系统，建模与仿真成为重要的研究方法。本次演 示旨在综述集装箱码头物流系统建模与仿真的研究现状和未来发展趋势。Biblioteka 二、集装箱码头物流系统概述
集装箱码头物流系统是一个包括装卸、堆存、运输、管理等环节的复杂系统。 它具有高度的动态性和不确定性，需要高效、准确的管理和控制。
集装箱码头物流系统涉及多个学科领域，包括计算机科学、运筹学、交通工 程等。未来研究需要加强跨学科合作，综合利用不同学科的理论和方法来解决问 题。
六、结论
本次演示综述了集装箱码头物流系统建模与仿真的研究现状和未来发展趋势。 通过总结不同建模方法和仿真技术的应用，指出了当前研究的不足和未来研究方 向。未来研究需要加强智能化建模与仿真、多尺度建模与仿真以及跨学科合作等 方面的工作，以更好地理解和优化集装箱码头物流系统。
参考内容
摘要
本次演示综述了集装箱码头物流系统的建模与仿真研究。首先介绍了集装箱 码头物流系统的基本概念和特点，然后总结了建模方法，包括离散事件模拟、概 率论模拟、元胞自动机模拟和混合模拟。接着，综述了仿真技术的应用，包括计 算机辅助仿真和物理仿真。最后，指出了当前研究的不足和未来研究方向。
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自动化集装箱码头箱区作业仿真分析
作者：宓为建杨小明舒帆
来源：《集装箱化》2014年第12期
自动化集装箱码头依靠装卸设备的联动实现堆场集装箱水平运输和装卸作业，典型的装卸设备为自动化轨道式集装箱龙门起重机（Automated Rail-MountedContainer Gantry Crane，ARMG）。
按照ARMG的尺寸，分为穿越式ARMG装卸工艺和对等式ARMG装卸工艺。
两者的共同点在于均仅由ARMG完成堆场集装箱水平运输和装卸作业；不同点在于，穿越式ARMG可以全堆场行走，但其匹配方式过于严苛，作业情况不理想；对等式ARMG作业有明显的海陆侧分工，不可避免地带来海陆侧任务交互时的翻箱作业，影响堆场装卸效率。
本文提出梭车式自动化集装箱码头概念，并对传统无梭车系统及新型有梭车系统自动化集装箱码头堆场作业进行仿真分析。
由于穿越式ARMG装卸工艺已被证明作业效果不理想，本文提到的无梭车系统指的是对等式ARMG装卸工艺系统。
1 无梭车系统箱区作业能力
传统无梭车系统箱区布局如图1所示。
在该类自动化集装箱码头箱区：进口箱通常放置在海侧箱区前端H区，然后由场桥A搬运至B区，再由场桥B搬运至C区等待提箱；出口箱一般放置在陆侧箱区前端E区，然后由场桥B搬运至B区，再由场桥A搬运至A区等待装船。
由于2台场桥不能相互穿越，进出口箱需要经多次转运才能到达理想位置。
图1 传统无梭车系统箱区布局
传统无梭车系统箱区海侧装卸效率仿真结果如图2所示。
西班牙TTI自动化码头的箱区长度为，岸桥平均装卸效率为36～40自然箱/h，则其箱区海侧装卸效率为18～20自然箱/h，与箱区长度为的仿真数据相近。
当堆场箱区长度为时，在不同场桥大车速度下的无梭车系统箱区海侧装卸效率分别下降为16.0自然箱/h，16.8自然箱/h和17.9自然箱/h，无法满足岸桥作业要求。
图2 传统无梭车系统箱区海侧装卸效率仿真结果
2 有梭车系统箱区作业能力
配备1辆梭车的系统箱区布局如图3所示。
在该类自动化集装箱码头箱区，卸船时，进口箱被跨运车放置在梭车上，由梭车运至C区，再由场桥B卸至C区；提箱时，场桥B将进口箱从C区直接转运至E区集卡上，或场桥A将A区或B区的进口箱放置在梭车上，由梭车转运至E区，等待场桥B装车。
集港过程与提箱过程相反，装船过程与卸船过程相反。
图3 配备1辆梭车的系统箱区布局
2.1 配备高速场桥方案
配备1辆梭车和2台/min高速场桥方案的总调度规则是：当进行卸船、装船、集港、提箱作业时，如果梭车在可用状态，则优先使用梭车，否则直接使用场桥。
场桥与梭车同时充当堆场内水平运输工具的角色。
某箱区长度为，有72个贝位，配备高速场桥的有平台系统箱区装卸效率仿真结果如图4所示，其装卸效率较高。
当梭车速度为/min时，平均海侧装卸效率为21.8自然箱/h，平均陆侧装卸效率为15.4自然箱/h；当梭车速度为/min时，平均海侧装卸效率为20.9自然箱/h，平均陆侧装卸效率为15.3自然箱/h。
注：方案1～6的梭车速度为300 m/min，方案7～12的梭车速度为/min
图4 配备高速场桥的有平台系统箱区装卸效率仿真结果
配备高速场桥的无平台系统箱区装卸效率仿真结果如图5所示，其与有平台系统具有基本相当的装卸效率。
当梭车速度为/min时，平均海侧装卸效率为21.8自然箱/h，平均陆侧装卸效率为16.3自然箱/h；当梭车速度为/min时，平均海侧装卸效率为20.8自然箱/h，平均陆侧装卸效率为15.6自然箱/h。
注：方案1～6的梭车速度为300 m/min，方案7～12的梭车速度为/min
图5 配备高速场桥的无平台系统箱区装卸效率仿真结果
由图4和图5可知，在高速场桥的配合下，当梭车可用时，优先选用梭车，当梭车不可用时，立即启用高速场桥；因此，平台配置对码头装卸效率影响不大。
2.2 配备低速场桥方案
配备1辆梭车和2台/min低速场桥方案的总调度规则是：当进行卸船、装船、集港、提箱作业时，如果梭车在可用状态，则优先使用梭车，否则直接使用场桥。
场桥与梭车同时充当堆场内水平运输工具的角色。
某箱区长度为，有72个贝位，配备低速场桥的有平台系统箱区装卸效率仿真结果如图6所示，其装卸效率较低。
当梭车速度为/min时，平均海侧装卸效率为16.9自然箱/h，平均陆侧装卸效率为11.1自然箱/h；当梭车速度为/min时，平均海侧装卸效率为15.8自然箱/h，平均陆侧装卸效率为11.7自然箱/h。
注：方案1～6的梭车速度为300 m/min，方案7～12的梭车速度为/min
图6 配备低速场桥的有平台系统箱区装卸效率仿真结果
配备低速场桥的无平台系统箱区装卸效率仿真结果如图7所示，其与有平台系统具有基本相当的装卸效率。
当梭车速度为/min时，平均海侧装卸效率为18.0自然箱/h，平均陆侧装卸效率为11.3自然箱/h；当梭车速度为/min时，平均海侧装卸效率为15.5自然箱/h，平均陆侧装卸效率为11.7自然箱/h。
注：方案1～6的梭车速度为300 m/min，方案7～12的梭车速度为/min
图7 配备低速场桥的无平台系统箱区装卸效率仿真结果
由图6和图7可知，该方案下虽然有无平台的装卸效率差别不大，但是其总体装卸效率偏低，无法满足岸桥36～40自然箱/h的作业效率要求。
2.3 以梭车为主、低速场桥为辅方案
如前所述，若将梭车和低速场桥同时作为堆场内水平运输设备，则低速场桥将对系统装卸效率产生较大影响，从而导致码头整体作业能力较低。
因此，调整系统总调度规则为：当进行卸船、装船、集港、提箱作业时，将梭车作为主要水平运输设备，低速场桥负责箱区内部装卸作业。
在此规则下，以梭车为主、低速场桥为辅系统的箱区海侧装卸效率仿真结果如图8所示。
可见，在有平台的情况下，箱区海侧装卸效率为19～20自然箱/h，能够满足岸桥作业要求。
由于梭车为箱区水平运输设备，因此，有无平台对箱区海侧装卸效率影响较大。
图8 以梭车为主、低速场桥为辅系统的箱区海侧
装卸效率仿真结果
3 有无梭车系统比较
3.1 能耗比较
对于传统无梭车系统，场桥在垂直方向上的能耗为：卸船作业有2次起升能耗；装船作业有1次起升能耗；集港作业有2次起升能耗；提箱作业有1次起升能耗。
对于有梭车系统，场桥在垂直方向上的能耗为：卸船作业有1次起升能耗；装船作业有1次起升能耗；集港作业有2次起升能耗；提箱作业有1次起升能耗。
因此，使用梭车可在卸船作业中减少1次场桥起升能耗。
配备1辆梭车和2台/min场桥系统各类作业效率仿真结果见表1。
可见，在卸船作业过程
中梭车平均使用比例为38%，因此38%的进口箱单箱作业可节省场桥1次起升能耗。
经查，场桥1次起升装卸集装箱的能耗为 h。
假设吊具自重，能耗与起升物质量成正比，则1次起升装卸20 t集装箱的能耗为 h。
假设20英尺集装箱和40英尺集装箱的平均质量分别为20 t 和40 t，其数量比例为1：1，码头年集装箱吞吐量为150万TEU，进口箱与出口箱数量相等
且中转箱比例为5%，则进口20英尺集装箱和进口40英尺集装箱的数量均为25万个，使用梭车的进口箱数量均为9.025万个。
由此可知，在不考虑堆场内部水平移动梭车能耗与场桥带箱运输能耗差异以及翻箱作业增加能耗的情况下，年集装箱吞吐量为150 万TEU的码头配备1辆梭车后可节省能耗33.48万kW h。
表1 配备1辆梭车和2台/min场桥系统各类作业效率仿真结果
3.2 完成能力比较
在图1和图3中：对于箱区作业来说，卸船时只需要将集装箱卸至箱区A，B，C任何区域即可；但对于箱区整体作业来说，集装箱卸至A或B区将对后续提箱作业造成较大困难，因此当集装箱转运至C区时作业才算真正完成。
在自动化集装箱码头中，装卸船舶完成后的整理箱区作业主要是将进口箱转运至C区和将进口箱转运至A区。
由表1可知，对于配备1辆梭车和2台240 m/min场桥的系统，平均有41%的进口箱直接卸至C区，有31%的出口箱直接集港至A区，这能在很大程度上减少后续整理箱区作业任务量，降低翻箱率。
4 结束语
随着箱区长度的增加，传统无梭车系统自动化集装箱码头的箱区作业能力逐渐下降，因此，其箱区长度不宜超过。
单个箱区配备1辆梭车和2台高速场桥的自动化集装箱码头具有以下优点：（1）作业效率较高，有助于实现进出口箱一次性到达目的箱位、减少翻箱作业的目的；（2）在船舶装卸作业时形成双条作业路线，这比传统无梭车系统具有更高灵活性，可以充分发挥系统作业能力，降低船舶滞港概率。
（编辑：谢尘收稿日期：2014-11-26）。