智能化集装箱码头轨道式龙门起重机轨距参数探讨
新建智能化集装箱码头对装卸设备的定位精度、作业精准性要求较高，故堆场堆码垛、装卸车作业设备大多采用自动化轨道式龙门起重机（以下简称“ARMG”）。目前国内外自动化集装箱堆场中ARMG应用最为广泛，技术最为成熟。ARMG因有无悬臂分为单悬臂、双悬臂、无悬臂3种机型，不同项目应根据港内水平运输设备选型、集疏运方式和陆域用地条件不同选择适用的机型。
本文结合天津港C段智能化集装箱码头堆场双悬臂ARMG选型，介绍不同轨距的ARMG的装卸工艺布置及对应的技术指标，以便为自动化集装箱码头ARMG设备选型提供参考。
1、智能化集装箱码头堆场ARMG选型
为更好适应集装箱运输“大进大出”的物流特点，智能化集装箱码头采用集卡可进入堆场相应垛位、贝位的原则，堆场堆码垛、装卸车选用双悬臂ARMG的边装卸作业方式，能够达到海陆侧分开作业，且海侧为全自动化作业。有利于交通组织和生产运营管理，整个码头装卸工艺系统的自动化智能化程度高、效率高、节能环保效果优。
自动化堆场装卸设备采用双悬臂轨道桥，结合工程平面布局情况，轨距确定为34m。吊具下起重量41t，轨距内布置11排箱，堆箱高度“堆6过7”，轨道桥两侧悬臂下各布置1条作业车道及1条超车道，相邻两条堆场轨道中心距离分别为21m/23m，见图1。
图1自动化堆场ARMG工艺断面图
2、不同轨距ARMG机型列举及性能对比
2.1全球投入使用双悬臂ARMG轨距数据
经不完全统计，全球已投入使用的双悬臂ARMG轨距多在28.4~42.5m，跨内9~14排箱，轨距越小，装卸效率越高，能耗越低，同时堆箱量也越低。其中轨距31m，跨内10排箱机型占比46%，见图2，其制造和使用经验最为成熟，安全可靠，制造工期更有保障，利于生产作业，设备自重小，能耗低。
（a）ARMG数量
（b）不同轨距占比
图2全球双悬臂ARMG数量及不同轨距占比
2.2国内智能化集装箱码头ARMG轨距参数
1）厦门远海智能化集装箱码头
厦门港海沧港区14~17号泊位集装箱码头工程，码头岸线长度1508m，建设4个10万t级集装箱泊位，水工结构预留15万t级。最初设计4个泊位均采用常规集装箱码头装卸工艺系统，实施阶段14号泊位及后方陆域改造为智能化集装箱码头装卸工艺系统（双小车集装箱装卸桥+AGV+ARMG工艺系统）。堆场装卸设备选用ARMG，每条堆箱区均配备2台ARMG，吊具下起重量为40.5t，轨距23.47m，轨内布置7排集装箱，堆5过6。
2）青岛港前湾港区迪拜环球码头
青岛港前湾港区迪拜环球码头智能化升级工程，码头岸线长度1320 m，建设10万t级和3万t级集装箱泊位各2个，水工结构均按靠泊10万t集装箱船舶设计。装卸工艺系统采用“双小车岸边集装箱装卸桥+LAGV+ARMG”工艺系统，每智能化箱区配置2台无悬臂ARMG，ARMG吊具下起重量41t，轨距28.5m，跨内布置9排箱，堆5过6。
3）上海国际航运中心洋山深水港区四期智能化集装箱码头
上海国际航运中心洋山深水港区四期工程，集装箱码头岸线长度2350m，共建设2个7万t级集装箱泊位和5个5万t级集装箱泊位，水工结构按靠泊15万t级集装箱船设计。装卸工艺系统采用“双小车岸边集装箱装卸桥+LAGV+ARMG”工艺系统，自动化堆场装卸设备采用带悬臂和无悬臂两种型式的ARMG，并采用无悬臂箱区和带悬臂箱区相间布置的方式，所有ARMG轨距31m，轨内布置10排箱，堆6过7，无悬臂箱区海侧ARMG吊具下起重量为61t，陆侧ARMG吊具下起重量为40t；带悬臂ARMG的外伸距为4.5m，吊具下起重量40t。
2.3不同轨距机型对比
1）工艺布置方面
ARMG的轨距越大，堆场的面积利用率越高。若轨距过小，则布置堆场条数增加，设备配备数量也要增加，造成设备利用率降低，设备配置不合理。
2）机械设计方面
轨距越大，整机金属结构的强度和刚度，尤其是动态刚度要求越高，加大了结构设计、制造的难度，目前国内外ARMG轨距最大已超过40m，C段项目设计充分考虑装卸工艺布置、机械设计制造及使用经验的因素，选择ARMG轨距在28.5～34m之间的机型。
3）单机平均效率、能耗指标
不同轨距的ARMG，轨距越小，装卸效率越高，能耗越低，见图3。
（a）单机效率
（b）能耗指标
图3不同轨距ARMG单机效率及能耗指标
3、堆场ARMG轨距确定方案
结合码头陆域用地范围、集装箱堆场地面箱位数等因素，对堆场ARMG轨距为31m、34m和39.5m的3种机型的装卸工艺布置及占用陆域纵深尺度、堆场地面箱位数布置进行分析如下：
3.1轨距31 m ARMG工艺布置及地面箱位数
1）轨距31mARMG工艺布置
轨距31mARMG，吊具下起重量41t，轨距内布置10排箱，堆箱高度“堆6过7”。轨道桥两侧悬臂下各布置1条作业车道及1条超车道，相邻两条堆场轨道中心距离分别为21m/23m，共布置8条堆场，24块堆区，第1条堆场ARMG海侧轨中心距码头前沿线131m，自动化堆场占用陆域纵深413.5m，自动化堆场与后方非自动化空箱堆场、辅建设施及闸口区（共占用陆域纵深180.5m）间主通道宽25m，见图4。
2）地面箱位数
本方案实际布置普通重箱（自动化）8540TEU，空箱（非自动化）1644TEU，冷藏箱480TEU，共计10664TEU。
图4轨距31 m ARMG工艺断面图
3.2轨距34mARMG工艺布置及地面箱位数
1）轨距34mARMG工艺布置
轨距34mARMG，吊具下起重量41t，轨距内布置11排箱，堆箱高度“堆6过7”。轨道桥两侧悬臂下各布置1条作业车道及1条超车道，相邻两条堆场轨道中心距离分别为21m/23m，共布置8条堆场，24块堆区，第1条堆场ARMG海侧轨中心距码头前沿线131m，自动化堆场占用陆域纵深437.5m，自动化堆场与后方非自动化空箱堆场、辅建设施及闸口区（共占用陆域纵深156.5m）间主通道宽25m，见图5。
2）地面箱位数
本方案实际布置普通重箱（自动化）9460TEU，空箱（非自动化空）1390TEU，冷藏箱440TEU，共计11290TEU。
图5轨距34 m ARMG工艺断面图
3.3轨距39.5mARMG工艺布置及地面箱位数
1）轨距39.5mARMG工艺布置
轨距39.5mARMG，吊具下起重量41t，轨距内布置13排箱，堆箱高度“堆6过7”。轨道桥两侧悬臂下各布置1条作业车道及1条超车道，相邻两条堆场轨道中心距离分别为21m/23m，共布置7条堆场，21块堆区。第1条堆场ARMG海侧轨中心距码头前沿线131m，自动化堆场占用陆域纵深419m，自动化堆场与后方非自动化空箱堆场、辅建设施及闸口区（共占用陆域纵深175m）间主通道宽25m，见图6。
2）地面箱位数
本方案实际布置普通重箱（自动化）9458TEU，空箱（非自动化空）612TEU，冷藏箱416TEU，共计10882TEU。
图6轨距39.5 m ARMG工艺断面图
码头设计年运量分别按近期250万TEU、远期300万TEU考虑，堆场所需地面箱位数见表1。
表1不同设计年运量堆场所需地面箱位数
| 箱种 | 设计年运量250万TEU/TEU | 设计年运量300万TEU/TEU | 平均堆存期/天 |
| 普通重箱 | 5 525 | 6 630 | 4.5 |
| 空箱 | 3 241 | 3 889 | 6 |
| 超限箱 | 179 | 215 | 6.6 |
| 冷藏箱 | 250 | 300 | 4 |
码头设计年运量分别按近期250万TEU、远期300万TEU考虑，对比近远期堆场需要地面箱位数与3种不同轨距机型堆场工艺实际布置地面箱位数可知，轨距34mARMG堆场工艺布置方案既可满足近期堆存需求，同时也可为未来码头运量的增长留有发展空间。
综上，结合设计年运量、平面布局、自动化堆场占用陆域纵深及对应实际布置的地面箱位数情况，同时兼顾非自动化空箱堆场、辅建设施及闸口区域功能需求，不同轨距ARMG的单机平均效率、能耗指标水平等因素，确定堆场装卸工艺设备采用轨距34mARMG的布置方案。
4、结语
目前国内外自动化集装箱堆场中ARMG应用最为广泛，技术最为成熟，其具有以下优点：
1）维修成本方面：ARMG由于采用高压电缆直接上机和钢制车轮，维修成本很低；
2）作业效率方面：ARMG沿轨道运行，对位精度高，稳定性好，不易与周围运行的车辆及堆场
上的集装箱等相撞，作业效率高；
3）堆箱能力方面，ARMG通常比E-RTG具有更大的跨度和堆码高度，因此在相同面积的堆场区域内可充分利用ARMG的堆高优势获得更大的堆箱容量。
因此，在确定自动化堆场装卸设备ARMG采用何种轨距时，需结合项目的建设规模、设计年运量、集装箱在港的平均堆存期、平面布局、陆域用地纵深、单机平均效率及能耗指标等因素综合考虑，选取适用的轨距参数。
