摘要：企联副会长单位天津港集团有限公司(以下简称"天津港集团")深入贯彻落实习近平总书记来港视察指示精神，积极落实《关于加快天津北方国际航运枢纽建设的意见》，加快推进世界一流智慧港口建设，积极推动新一代信息技术与港口装卸、物流、经营深度融合，打造多项全球领先的硬核成果，建成全球首个"智慧零碳"码头，成功实践适用范围更广、智能程度更高、运营效率更优、投资成本更低、绿色发展更佳的自动化码头2.0方案，以全新模式引领世界港口智能化升级和低碳发展。

    关键词：智慧港口 智慧零碳 绿色发展

天津港集团入选《天津国资国企社会责任蓝皮书(2023)》“强化科技创新篇优秀案例

    一、背景

    我国已有传统集装箱码头普遍采用"平行码头前沿线布置模式"，无法适配传统非自动化码头的智能化改造升级需求，迫切需要新一代自动化码头方案的研究。为了应对传统码头自动化改造的重大需求，天津港集团积极建设智慧零碳码头，提出自动化码头2.0方案，依托5G、大数据、云计算、物联网、人工智能等现代信息技术赋能，打造新一代自动化码头。方案主要包括建设全球首个零碳码头智慧绿色能源系统，提出了一种新型自动化集装箱码头系统及其装备，涉及一个新型装卸工艺"堆场水平布置边装卸、单小车地面集中解锁"、六种关键装备"自动化单小车岸桥、双悬臂轨道桥、人工智能水平运输机器人ART、自动充电站、地面解锁站、智能闸口"、一套自主研发软件"智能水平运输系统"，给出了装卸工艺、关键装备和系统软件的关键技术及其实现原理。该方案是对自动化码头1.0版本的突破性变革，系统解决了世界主流非自动化集装箱码头智能化改造升级的技术瓶颈，对推动世界自动化码头发展具有重要意义。天津港自动化码头2.0方案(天津港北疆港区C段智能化集装箱码头项目)入围国家首个"5G智慧港口新基建项目"，是世界首个真正意义上实现"车-路-港-船"协同的自动化码头，较同规模传统集装箱码头人员降低60%，减少集装箱作业倒运环节50%，较同等岸线自动化集装箱码头投资减少30%。截至目前，通过智慧绿色能源系统建设成为全球首个100%使用电能，电能100%为风电、光伏等绿色电能，且绿色电能100%自产自足的零碳码头，率先实现在能源生产和消耗两侧的二氧化碳"零排放"。全球首创"堆场水平布置边装卸+单小车地面集中解锁"工艺，作业效率可达39自然箱/小时，平均单箱能耗下降20%，综合运营成本下降10%，解决了我国传统码头自动化改造升级适配难题。

    二、责任行动

    天津港集团提出自动化码头2.0方案，采用"单小车自动化岸桥(记为QC)+ART+双悬臂轨道桥"的工艺模式和堆场平行码头的边装卸方案，建成全球首个零碳码头智慧绿色能源系统，引领港口行业智能绿色低碳发展。依托5G、大数据、云计算、物联网、人工智能等现代信息技术赋能，通过自主研发的智能水平运输系统，基于5G网络实现76台超L4级无人驾驶ART自动编队作业等，打造以人为本、安全健康、环境友好的新一代"智慧、绿色集装箱码头"，实现智慧融港、协同高效。

    （一）建设智慧绿色能源系统

    天津港建设智慧色能源系统，采用"自发自用，余电上网"模式，包含风电(图1所示)和光伏两个部分，年发电量可达到5500万千瓦时以上。目前已累计发电量约3142万千瓦时，节约标煤约3862吨，减少二氧化碳排放超过33000吨。C段自动化码头在此期间累计用电量约2790万千瓦时，低于智慧绿色能源系统发电量，真正实现了码头能源消耗100%来源于绿色电能，绿色电能100%自产自足，在能源生产和消耗两侧二氧化碳"零排放"。

风力发电机组

    （二）提出新型自动化码头装卸工艺

    面向传统集装箱码头常见布置形式和装卸工艺，天津港集团提出"堆场水平布置边装卸+单小车地面集中解锁"的新型装卸工艺。采用平行码头前沿线布置模式的自动化单小车QC+地面锁站+ART+双悬臂ARMG的边装卸工艺方案(图2所示)，边装卸是指ARMG在堆场垛区边侧对ART装卸车。该工艺可发挥ART的灵活、快速的运行优势，减少ARMG的无效耗能运行，有利于充分释放QC和ARMG的作业效能，实现码头的经济、高效运行，并具有极强的普适性和推广性，可以满足世界主流码头的新建或改建需求。

新型自动化码头装卸工艺

    （三）开发智能水平运输系统

    面向传统集装箱码头常见布置形式和装卸工艺，天津港集团提出"堆场水平布置边装卸+单小车地面集中解锁"的新型装卸工艺。采用平行码头前沿线布置模式的自动化单小车QC+地面锁站+ART+双悬臂ARMG的边装卸工艺方案(图2所示)，边装卸是指ARMG在堆场垛区边侧对ART装卸车。该工艺可发挥ART的灵活、快速的运行优势，减少ARMG的无效耗能运行，有利于充分释放QC和ARMG的作业效能，实现码头的经济、高效运行，并具有极强的普适性和推广性，可以满足世界主流码头的新建或改建需求。

智能水平运输系统功能架构

    （四）打造基于"车-路-港"协同感知的智能集疏运

    打造基于"车-路-港"协同感知的智能集疏运(如图4所示)，在码头进出的预闸口、主闸口等采用图像识别、RFID、V2X等技术，可以自动识别外集卡的车辆信息;外集卡进入码头内部，通过V2X技术，自动实现任意路口的车辆交通流量预测和统计。内部ART在码头前沿QC和堆场ARMG等的作业位，利用RFID、集卡引导系统等，实现ART与大型港口装卸设备的信息交互与自动作业;内部ART在堆场在途行驶中，感知彼此，实现自动行驶和避碰控制。此外，在堆场任意交叉口，设有进、出场口道闸，利用检测雷达、RFID、语音与屏幕显示、红绿灯、抬杆(升降柱或挡车器)、单目相机等，自动获取外部有人集卡和内部ART的车辆信息及其排队情况，智能道闸根据车辆交通流及其排队情况进行交叉口道闸的智能控制。

"车-路-港"协同感知

    三、履责成效

    （一）主要创新点

    一是方案创新。天津港C段自动化码头建设全球首个零碳码头智慧绿色能源系统(多源融合的能源智能管控系统)，通过能源智能调配，最大程度使用码头风力、光伏产生电能，减少弃风、弃光率，大幅提升管理水平和用电设备安全水平，率先实现在能源生产和消耗两侧的二氧化碳"零排放"。为了应对我国传统码头自动化改造的重大需求，全球首创"堆场水平布置边装卸+单小车地面集中解锁"工艺，提出自动化码头2.0方案，推动传统码头智慧化改造升级和新一代自动化码头建设。

    二是装备创新。天津港C段自动化码头新型设备涉及自动化单小车QC、双悬臂ARMG、ART、自动充电桩、地面解锁站、堆场内部ART和外集卡横纵向车道交汇处的智能闸口等。其中，ART为自主研发人工智能运输机器人(如图5(a)所示)，采用L4级无人驾驶技术，不需磁钉定位，主要是靠激光、雷达、北斗、5G和驾驶技术，不需磁钉定位，主要是靠激光、雷达、北斗、5G和人工智能的融合技术进行工作。自动充电桩分布在堆场左侧和右侧的两片箱区海侧端，依托智能充电桩系统实现对ART锂电池的自动充电，如图5(b)所示。地面解锁站由4个可移动的解锁岛组成(如图5(c)所示)，采用激光扫描系统、六轴自动机器人、3D视觉识别和定位装置，实现ART自动定位、箱体扫描、锁型选择、机器人加解锁的自动化作业。智能闸口系统包括车路协同控制单元、堆场智能道闸系统和车辆管控系统等交通控制系统及装置(如图5(d)所示)，实现堆场内ART与外集卡智能交通控制。

天津港C段自动化码头新型设备

    三是工艺创新。结合5G、物联网、智能交通、自动驾驶、远程操控、图像识别、人工智能、大数据等技术，创新发展了以ART为核心的堆场水平布置边装卸的港口自动化工艺，系统形成了与之相适应的多级流量动态调控、智能交通管控、"车-路-港"协同、ART群智能编队、智能动态阶段按需充电、ART群路径自主规划、ART作业车序自适应调控、多级动态锁站智能分配等核心关键技术，实现了传统码头堆场布置及其工艺的重大创新突破。

    （二）效益分析

    天津港自动化码头2.0方案采用以ART为核心的堆场水平布置边装卸工艺，有效提升码头作业效率、降低码头能耗，且生产设备全部电动化，实现码头零排放。同时，建成全球首个零碳码头智慧绿色能源系统，成为我国港口首个"风光储荷一体化"智慧绿色能源项目，以全新模式引领港口行业绿色低碳发展，经济、社会和环境效益显著。

    一是经济效益。一方面，降低了码头运营成本。依托数字孪生系统、ART双轴控制、自动充电桩系统应用，提高作业效率、降低人力成本、节省保养费用，较同规模传统集装箱码头人员降低60%，以先进工艺设计、最佳技术应用、最优设备配置，较同等岸线自动化集装箱码头投资减少30%。

    另一方面，提升了码头装卸效率。天津港自动化码头2.0方案较同规模传统集装箱码头减少集装箱作业倒运环节50%，作业效率可达到39自然箱/小时。第三是降低了码头能耗水平。实现绿电供能100%自给自足，全部采用环保材料、节能设备、节能工艺，率先实现码头全年生产消耗"碳中和"，较传统自动化集装箱码头能耗降低17%以上。

   二是社会效益。一方面，提升多式联运参与各方的市场响应速度。针对服务产品受市场影响价格波动较大的问题，中铁铁龙依托数字化服务平台为客户提供精准服务，通过市场反馈信息及时调整运输计划乃至生产计划，从而帮助客户有效应对市场价格波动的冲击和影响。通过实时调整运输计划，使客户实现产品的库存前移，降低库存量，积极应对市场的波动，极大地增强了企业的市场竞争力。

    另一方面，提高了多式联运协同服务效率和管控能力。在基于数据的新模式下，数字化服务平台借助物联网、5G，区块链等新技术支持，实现了物流服务的数字化升级。通过数据的共享模式，平台参与各方可以实时获取货物位置、集装箱轨迹、订单状态等关键信息，以及基于数据驱动的商业智能服务，如智能报价、热点分析、政策解读、行业动态等精准化服务，实现多式联运协同服务的透明化管理，为特种集装箱物流产业各方市场决策提供科学指引。

    三是环境效益。天津港集团牢固树立绿色发展理念，全面落实国家"双碳"目标，全力打造绿色港口。天津港C段自动化码头采用"单小车自动化QC+ART+双悬臂ARMG"的工艺模式和堆场平行码头的边装卸方案，有效降低码头能耗，且生产设备全部电动化，实现码头零排放。

    天津港建设智慧绿色能源系统采用"自发自用，余电上网"模式，包含风电和光伏两个部分，年发电量将达到5500万千瓦时以上，完全满足C段自动化码头达产阶段绿色能源需求，还可满足天津港三家滚装码头公司对绿色能源的需求。C段自动化码头真正实现了码头能源消耗100%来源于绿色电能，绿色电能100%自产自足，在能源生产和消耗两侧二氧化碳"零排放"。

    四、展望

    天津港自动化码头2.0方案是全球首个采用以ART为核心的堆场水平布置边装卸工艺的自动化码头，也是首个真正意义上实现"车-路-港-船"协同的智慧零碳码头，具有造价低、施工周期短、效能高、绿色节能、安全可靠的优点，能够满足传统码头的智能化改造升级，具有强大的适配性、推广性、移植性和动态柔性，是对自动化码头1.0版本的突破性变革，对非自动化码头改造升级、新一代自动化码头建设、零碳码头建设等均具有借鉴意义。下一步将继续在传统码头智能化改造、新一代智能水平运输系统研发、智慧零碳码头建设等方面取得突破。

（转自天津国资）