★ 于興旺（津唐國際集裝箱碼頭有限公司，河北 唐山 063600）

關鍵詞： 自動化集裝箱碼頭；堆場作業；箱位優化；設備協同；流程重構

1   引言

隨著國際貿易的持續增長與集裝箱運輸的普及化，港口作為全球供應鏈的關鍵節點，正面臨著吞吐量激增與運營效率提升的雙重壓力。傳統集裝箱碼頭堆場作業依賴人工規劃與半自動化設備，存在作業效率低、箱位利用率低、人力成本高、安全風險突出等弊端，已難以滿足現代物流對“高效、精準、低成本”的核心需求。在此背景下，自動化集裝箱碼頭憑借其無人化作業、智能調度、高效協同的優勢，成為港口行業轉型升級的必然趨勢。

2   自動化集裝箱碼頭堆場作業現狀與問題分析

2.1    自動化集裝箱碼頭堆場作業流程

在集裝箱需要進入堆場時，前端作業系統將集裝箱的信息同步至堆場智能管理系統。該系統結合集裝箱的信息以及當前堆場箱位的實際狀況，安排箱位的分配；接著，調度系統指揮AGV把集裝箱運到指定的堆場區域。AGV到達目標區域后，借助物聯網設備與自動化軌道吊進行信息交換。自動化軌道吊按照指令執行集裝箱的抓取和堆放工作，同時把作業完成的情況回傳給堆場智能管理系統，從而形成一個完整的進場作業循環。

當需要從堆場提取集裝箱時，提箱需求方通過系統提交包含集裝箱信息、提箱時間等內容的提箱申請。堆場智能管理系統根據提箱申請，查詢目標集裝箱的箱位信息，規劃最優作業路徑。調度系統指令自動化軌道吊前往目標箱位抓取集裝箱，并將其放置到指定位置的AGV上。 AGV完成集裝箱接收后，根據調度指令將其轉運至指定出場區域。作業完成后，各設備將作業信息反饋至系統，完成出場作業閉環。

如果堆場箱位的布局不夠合理、存在無效箱位或者需要為后續作業騰出空間時，堆場智能管理系統會依據箱位狀態和作業需求，制定倒箱、移箱等整理作業計劃。調度系統指揮自動化軌道吊按照計劃執行整理作業。在整個作業過程中，系統會實時監控作業進度，并及時調整作業計劃。作業結束后，系統會更新箱位信息，確保箱位管理的準確性。

2.2   當前堆場作業模式現狀

當前，大多數自動化集裝箱碼頭采用“智能系統統一安排加分區固定作業”的堆場運營模式，由堆場智能管理系統統一安排全堆場作業任務，將堆場分成幾個固定功能區域，每個區域配置專門的自動化軌道吊和AGV負責作業。該模式分工明確、管理便捷、運行穩定性高，可滿足碼頭運行初期的基本作業需求。部分自動化碼頭還將出口重箱區按照航線再劃成小塊區域，由固定軌道吊負責對應區域作業，實現了同航線集裝箱集中管理，提升了集裝箱轉運效率。

隨著智能化技術的不斷發展，部分先進的自動化集裝箱碼頭逐步應用大數據、人工智能等技術優化堆場管理：通過大數據預判不同時間段作業量的波動規律，提前完成設備安排和箱位布置；依托人工智能算法動態優化箱位分配和設備調度方案，實現了作業效率提升。但總的來看，當前自動化堆場仍以“固定計劃加局部改進”為主要運營思路，缺乏面向全局作業需求的靈活適應能力。

2.3   堆場作業過程中存在的主要問題

（1）作業流程協同不暢

作業流程協同不暢是當前自動化集裝箱碼頭堆場作業存在的核心問題之一。自動化堆場的作業流程涉及卸船、堆存、移箱、裝船、提箱、送箱等多個環節，各環節之間需要緊密銜接、協同運作。但在實際作業過程中，由于各環節的作業節奏不匹配、信息傳遞不及時，導致流程銜接出現斷層，出現作業延誤和沖突。

（2）資源配置不合理

資源配置不合理是制約自動化堆場作業效率提升的重要因素。自動化堆場的資源主要包括設備資源、空間資源和人力資源。當前部分自動化集裝箱碼頭在資源配置方面存在諸多問題，導致資源利用率偏低，運營成本增加。在設備資源配置方面，部分碼頭存在自動化堆垛機、自動導引車等設備配置數量不合理的問題，要么配置過多導致設備閑置，要么配置不足導致作業瓶頸；同時，設備的維護保養機制不夠完善，部分設備出現故障后不能及時維修，影響作業進度。此外，設備之間的協同配合不夠默契，存在設備作業沖突、路徑交叉等問題，進一步降低了設備利用率。

（3）智能調度水平有待提升

調度算法的優化程度不夠。  一方面，現有調度算法多側重于單一環節的調度優化，缺乏對堆場作業全流程的系統考量，難以適應作業流程的動態變化。同時，調度算法的靈活性不足，當出現突發情況時，不能及時調整調度方案，導致作業延誤；另一方面，調度系統的信息集成能力不足，不能有效整合碼頭前沿、堆場、智能閘口等各環節的信息，導致調度決策缺乏全面、準確的信息支撐，出現調度不合理、作業沖突等問題。

（4）技術融合深度不足

物聯網、大數據、人工智能等新興技術與堆場作業的融合不夠深入，物聯網技術的應用主要集中在設備狀態監測方面，未能實現對集裝箱、設備、人員等全要素的實時感知和精準管控；大數據技術的應用未能充分挖掘作業數據的價值，難以通過數據分析為調度決策、資源配置提供有效支撐；人工智能技術的應用較為單一，主要集中在設備的自動操作方面，在智能調度、故障預警、風險防控等方面的應用不夠充分。

（5）應急處置能力薄弱

目前，自動化集裝箱碼頭缺乏完善的應急處置預案。一方面，針對各類突發情況的應急處置流程、責任分工不夠明確，當突發情況發生時，工作人員不知所措，難以快速開展應急處置工作；另一方面，應急處置資源不足，缺乏專業的應急處置設備和人員，應急處置技術水平較低，導致應急處置效率低下，難以快速化解突發情況帶來的影響。此外，應急處置機制不夠靈活，不能根據突發情況的具體類型和嚴重程度，及時調整應急處置方案，導致應急處置效果不佳。

3   自動化集裝箱碼頭堆場作業優化策略

3.1   重構作業流程，提升協同效能

梳理現有作業流程，消除冗余環節，簡化作業流程，明確各環節的作業標準、作業節奏和銜接要求，避免流程銜接斷層。例如，優化卸船作業與堆存作業的銜接流程，建立卸船作業與堆存作業的協同調度機制，根據卸船作業進度實時調整堆存作業節奏，確保兩者協同運作，避免出現自動導引車排隊等待或堆垛機閑置的情況；同時，優化移箱作業、裝船作業、提箱作業之間的銜接流程，提前規劃移箱作業計劃，確保移箱作業與裝船、提箱作業同步推進，減少作業延誤。

3.2   優化資源配置，提高利用效率

首先，根據堆場的作業量、作業類型和作業節奏，合理確定自動化堆垛機、自動導引車等設備的配置數量，避免設備閑置或不足；其次，建立完善的設備維護保養機制，定期對設備進行維護保養，及時排查設備故障，確保設備處于良好的運行狀態，減少設備故障對作業的影響；最后，優化設備協同配合機制，通過智能調度系統合理安排設備的作業任務和路徑，避免設備作業沖突和路徑交叉，提升設備利用率。

在人力資源配置方面，根據堆場作業的實際需求，合理配置管理人員、技術人員和維護人員，優化人力資源結構，減少冗余人員，提升人員工作效率；同時，加強對工作人員的培訓，提高工作人員的技術水平和應急處置能力，確保工作人員能夠熟練操作設備、處理作業中的各類問題，為堆場作業的正常開展提供保障。

3.3   升級智能調度系統，提升調度水平

優化調度算法，結合堆場作業的全流程，設計多目標優化調度算法，綜合考慮作業效率、資源利用率、作業成本等因素，實現對作業任務、設備、路徑的全局優化調度；同時，增強調度算法的靈活性，針對突發情況（如設備故障、集裝箱優先級調整），建立動態調度機制，及時調整調度方案，減少作業延誤。例如，引入深度強化學習、遺傳算法等先進優化算法，提升調度算法的求解效率和優化效果，實現場橋調度、路徑規劃等環節的智能優化。

3.4   深化技術融合，提升智能化水平

深化物聯網技術的應用，在集裝箱、設備、人員等要素上安裝智能感知設備，實現對集裝箱位置、設備狀態、人員動態等全要素的實時感知和精準管控；同時，利用物聯網技術實現設備之間的互聯互通，提升設備協同運作能力，減少作業沖突。

加強大數據技術的應用，建立堆場作業大數據平臺，收集整理卸船、堆存、移箱、裝船等各環節的作業數據，通過數據分析挖掘作業規律，為調度決策、資源配置、流程優化提供有效支撐；同時，利用大數據技術預測作業需求，提前規劃作業計劃，提升作業的前瞻性和主動性。

3.5   完善應急處置機制，提升應急能力

制定完善的應急處置預案，針對設備故障、惡劣天氣、集裝箱破損、作業沖突等各類突發情況，明確應急處置流程、責任分工和處置措施，確保突發情況發生時，工作人員能夠快速響應、規范處置；同時，定期組織應急演練，提升工作人員的應急處置能力，確保應急處置預案能夠有效落地。

加強應急處置資源建設，配備專業的應急處置設備和工具，如備用設備、維修工具、應急照明設備等，確保突發情況發生時，能夠及時開展應急處置工作；同時，培養專業的應急處置人員，提升應急處置技術水平，確保能夠快速解決突發情況帶來的問題。

4   結論

本文以自動化集裝箱碼頭堆場作業優化為研究目標，通過對自動化堆場作業流程與現狀的調研，歸納出現階段作業流程中存在箱位規劃不合理、設備調度協同性不足、作業流程冗余繁瑣、智能監控和應急處置能力薄弱、多目標優化難以平衡等一系列問題。本文所提出的優化方案，通過建立全維度信息感知框架、引入更前沿的智能優化算法、構建協同作業與動態反應體系，能夠有效提升箱位利用效率、改善設備協同作業效果、壓縮整體作業時間、強化突發狀況處置能力，最終實現多目標的動態均衡。該研究為自動化集裝箱碼頭堆場作業效率的提高提供了可行的實施路徑，同時豐富了港口物流優化的理論體系，為后續同類研究提供了理論上的借鑒。

作者簡介：

于興旺（1982-），男，河北承德人，工程師，學士，現就職于津唐國際集裝箱碼頭有限公司，研究方向為專業集裝箱自動化。

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摘自《自動化博覽》2026年6月刊