5月9日，南沙四期碼頭上正在進行裝卸作業(yè)。 本報記者 陳瑤 攝

　　南沙四期碼頭司機遠程操控作業(yè)。本報記者 陳瑤 攝

　　IGV按照指令，完成集裝箱的運載任務。 本報記者 陳瑤 攝

　　南沙四期碼頭全流程調(diào)試作業(yè)。肖逸飛 攝

　　地處龍穴島中部，西面緊鄰廣東佛山、中山，向東與深圳、東莞一水之隔，距離香港、澳門約40海里……處在粵港澳大灣區(qū)心臟腹地的廣州港南沙港區(qū)，憑借先天地理優(yōu)勢，為續(xù)寫2000多年長盛不衰的大港奇跡注入源源動力。

　　2022年7月28日，廣州港南沙港區(qū)四期全自動化碼頭（以下簡稱“南沙四期碼頭”）正式投入運行。港區(qū)面積約120萬平方米，建有4個10萬噸級海輪泊位及配套集裝箱駁船泊位，年設(shè)計通過能力為490萬標箱。運行近一年后，集裝箱測試吞吐量達92萬標箱，南沙港區(qū)集裝箱年通過能力穩(wěn)步提升至2400萬標箱，位居全球單一港區(qū)前列。

　　記者近日走進南沙四期碼頭，探尋它的智能密碼。

　　智能化做加法，安全性更有保障

　　站在智控中心大樓頂層，南沙四期碼頭盡收眼底。

　　“這會兒碼頭比較忙。”此時是5月9日上午10點。記者循著廣州港股份有限公司總經(jīng)理陳宏偉手指的方向看去，南沙四期碼頭3個海輪泊位已被占滿。仔細觀察，智能化都藏在細微處——

　　近端的交貨區(qū)，不時有剛?cè)腴l的重型拖掛車駛?cè)搿?ldquo;進閘時刷個卡，車輛和裝卸貨信息就能馬上顯示，直觀又便捷。”廣州南沙經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)海和船務代理有限公司總經(jīng)理吳家麒說，只要在指定區(qū)域停留一會兒，即可完成集裝箱裝卸。

　　如果說交貨區(qū)是“前臺”，緊挨著的堆場就是“后倉”，有35臺懸臂式軌道吊正在作業(yè)。“它們就像‘理貨員’，不僅要負責將集裝箱放到位，還要在接到指令后自動進行翻倒箱，完成堆場集裝箱收箱與出箱。”陳宏偉說。

　　最忙碌的還要數(shù)橙色的智能導引車（Intelligent Guided Vehicle，簡稱IGV）。它取代了傳統(tǒng)碼頭拖車的職能，負責碼頭前沿和堆場間的集裝箱水平運輸。粗略計算，為了裝卸3艘海輪的貨物，碼頭派出了50輛IGV。

　　有趣的是，忙碌似乎只屬于這些機械、設(shè)備。放眼看去，碼頭陸域之上，竟空無一人。

　　“IGV是南沙四期碼頭的一大亮點，其駕駛級別相當于無人駕駛L4級，非常智能。”南沙四期碼頭總經(jīng)理助理黃炳林介紹，通過衛(wèi)慣導航定位系統(tǒng)、激光雷達、視覺以及多傳感器融合定位技術(shù)的配合應用，IGV可自動規(guī)劃最優(yōu)路徑，在碼頭堆場間自由穿梭，精準抵達每一個箱位。

　　據(jù)了解，IGV滿載時速21.6公里/小時，忙時日均里程可達55公里。為確保高強度高速率運轉(zhuǎn)，研發(fā)人員設(shè)置了四重安全保障。“第一重從系統(tǒng)層面設(shè)計了安全區(qū)域，若發(fā)生安全區(qū)域重疊就會觸發(fā)剎車系統(tǒng)。第二重來自激光雷達的保障，每輛IGV的激光雷達靈敏度高，在通電狀態(tài)下能夠在最短時間發(fā)現(xiàn)障礙物。”黃炳林介紹，IGV前后端的防撞桿，則是從車體結(jié)構(gòu)上給予保護。此外，還借助輔道視覺確保車輛運行保持中位，只走直線。

　　自動化集裝箱碼頭領(lǐng)域中大規(guī)模應用自動化單小車岸橋，可使作業(yè)流程簡化，提高裝卸效率和精準性，它也是IGV的搭檔。南沙四期碼頭已配置的10臺岸橋，“腿”長“臂”直，每臺都裝有26個攝像頭，其中6個是球機，能實現(xiàn)對現(xiàn)場情況的全方位監(jiān)控。

　　記者了解到，自動化單小車岸橋與傳統(tǒng)岸橋的最大區(qū)別，是將司機室挪到了幾百米外的智能操控中心。“搬遷”后的司機室其實就是一個大開間，可以同時容納20多位司機同時作業(yè)。“自動化單小車岸橋配備自動防搖防扭、船型掃描、防撞保護、智能著箱、光學字符識別（Optical Character Recognition，簡稱OCR）等功能，通過高清全數(shù)字視頻采集系統(tǒng)，可實現(xiàn)對集裝箱船舶的智能裝卸作業(yè)和對IGV的全自動裝卸。”黃炳林介紹，與之前相比，現(xiàn)在岸橋司機在電腦屏幕前輕推搖桿，岸橋就能按照信息系統(tǒng)自動發(fā)布的指令精準地抓取船上的集裝箱。

　　突破“卡脖子”技術(shù)，全自動化碼頭信息系統(tǒng)中國造

　　“要建設(shè)一個全國產(chǎn)自動化碼頭。”2019年，南沙四期碼頭總經(jīng)理何業(yè)科的這句豪言壯語，引起參與迪拜碼頭智能化解決方案交流論壇的國際專家熱議。

　　這些聲音絕大多數(shù)是質(zhì)疑，甚至是否定的。因為在當時技術(shù)條件下，精準定位、最優(yōu)路徑規(guī)劃幾乎難以實現(xiàn)?？赡仙乘钠诖a頭做到了，還提供了“廣州方案”。

　　南沙四期碼頭集物聯(lián)網(wǎng)感知、大數(shù)據(jù)分析、北斗導航、人工智能、5G通信等先進技術(shù)為一體，制定了全球首創(chuàng)“自動化單小車岸橋+IGV+堆場平行布局側(cè)面裝卸+國產(chǎn)軟件系統(tǒng)+港區(qū)全自動化”全新一代自動化集裝箱碼頭技術(shù)路線，以及具有中國特色的智能化集裝箱碼頭設(shè)計方案。

　　“技術(shù)路線具有自主可控、可復制可推廣等特點，創(chuàng)造了多項紀錄：全球最大的平行布局全自動化碼頭，全球首創(chuàng)北斗導航無人駕駛智能導引車，全球首創(chuàng)擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的全自動化碼頭信息系統(tǒng)。”陳宏偉說。

　　以碼頭的布局為例。與全球現(xiàn)有的自動化碼頭多數(shù)使用垂直布局不同，南沙四期碼頭采取傳統(tǒng)平行布局方式。黃炳林解釋，平行布局能有效改變垂直布局堆場中軌道吊“全場跑”、集卡車“場外等”的問題，具有自動化軌道吊“少跑路”、IGV在場內(nèi)“自由行”的特點，降低能耗的同時還有利于軌道吊的靈活調(diào)度，有效提升生產(chǎn)作業(yè)效率。“同時，堆場平行布局與傳統(tǒng)碼頭堆場布局方式相同，具備新技術(shù)大規(guī)模復制應用的經(jīng)濟性、實操性，南沙四期碼頭的先進技術(shù)對傳統(tǒng)集裝箱碼頭自動化升級改造以及新一代自動化碼頭建設(shè)都具有重要借鑒意義。”

　　作為自動化碼頭，南沙四期碼頭的智能化，來自于“灣區(qū)芯”為碼頭配置的“超級大腦”——擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的全自動化碼頭信息系統(tǒng)。它包括碼頭操作系統(tǒng)（Terminal Operating System，簡稱TOS）、調(diào)度系統(tǒng)和設(shè)備控制系統(tǒng)、智能閘口、智能理貨系統(tǒng)等，可為自動化設(shè)備運行、交互、集裝箱裝卸、堆存、轉(zhuǎn)運、進出閘口等多種作業(yè)場景調(diào)度最優(yōu)資源、規(guī)劃最優(yōu)路徑，從決策端到執(zhí)行端保障全自動化碼頭的安全性和高效性。

　　由于“廣州方案”的首創(chuàng)性，當時國內(nèi)行業(yè)沒有一家現(xiàn)成的信息系統(tǒng)能夠支持南沙四期碼頭的工藝特點，系統(tǒng)的研發(fā)相當于從零做起。

　　首先是誰來做。“我們是幸運的。”陳宏偉說。秉承“堅持本土創(chuàng)新，打造民族品牌”的理念，南沙四期碼頭得到了多家國內(nèi)民族品牌企業(yè)的大力支持。項目的設(shè)計方是中交四航設(shè)計院，施工方中交四航局，設(shè)備制造商上海振華重工，系統(tǒng)開發(fā)商煙臺華東電子，5G設(shè)備供應商華為，IGV動力電池供應商比亞迪，北斗導航為海格通信，無人駕駛、視覺定位等技術(shù)均由國內(nèi)知名企業(yè)研發(fā)支持。同時也運用了港科大（廣州）、華南理工大學、同濟大學、北京郵電大學等高校的最新科研成果。

　　5月10日，TOS系統(tǒng)迎來投入運行以來的第10次更新，這版系統(tǒng)主要是解決在岸橋下面進出通道擁堵的問題。

　　自2021年1月，自動化設(shè)備陸續(xù)抵達南沙四期碼頭現(xiàn)場并開展調(diào)試工作以來，類似的升級調(diào)試始終在進行。在黃炳林看來，自動化信息系統(tǒng)的開發(fā)是一個不斷調(diào)試的過程。“就像教育孩子一樣，通過大量作業(yè)數(shù)據(jù)，讓系統(tǒng)適應環(huán)境需求，從熟練走向高效。”

　　亞熱帶沿海的暴曬與連續(xù)降雨，是影響碼頭作業(yè)的重要因素。面對自然環(huán)境的挑戰(zhàn)，“廣州方案”的考驗來得總是猝不及防。

　　2021年的一個傍晚，正在碼頭作業(yè)的IGV突然集體“罷工”，朝著夕陽的方向“觀賞日落”。從未遇到過的突發(fā)情況，讓研發(fā)團隊有些“蒙圈”。在故障排除中發(fā)現(xiàn)，視覺影像系統(tǒng)就像人的眼睛，遇到強光會因眩光產(chǎn)生視覺盲區(qū)，導致IGV自動停止。“現(xiàn)在的IGV已經(jīng)能通過算法智能識別出哪些是眩光，哪些是危險。”黃炳林說。

　　如果把每次技術(shù)突破比作游戲闖關(guān)，“廣州方案”關(guān)關(guān)難闖、關(guān)關(guān)相連，有時需要多個角色、設(shè)備的聯(lián)手，有時要提防關(guān)卡的“突襲”。盡管每次的闖關(guān)難度不同，研發(fā)團隊的目標和態(tài)度始終如一：要攻克“卡脖子”問題，打破國外自動化碼頭的技術(shù)壟斷，打造一個技術(shù)精湛、最智慧的中國式自動化碼頭。

　　講求效率、經(jīng)濟實惠，復制推廣潛力大

　　作為全球首個江海鐵多式聯(lián)動全自動化集裝箱碼頭，南沙四期碼頭具備同時作業(yè)4艘大船和16艘駁船的能力，“江海聯(lián)運”流程可以在自動化區(qū)域內(nèi)完成，有效提高“水水中轉(zhuǎn)”作業(yè)效率。

　　通過幾天走訪，記者發(fā)現(xiàn)講求效率、經(jīng)濟實惠是南沙四期碼頭的一個特點。

　　南沙四期碼頭共創(chuàng)造了70多項專利，其中發(fā)明專利30多項，從設(shè)備制造到系統(tǒng)開發(fā)都實現(xiàn)了國產(chǎn)化。“技術(shù)掌握在自己手里，舒心又實惠。”陳宏偉給記者算了一筆賬，如果使用國外自動化碼頭的技術(shù)系統(tǒng)，除支付1億元人民幣的購買費外，每年還有10%的升級費、專利費，“性價比”極低。

　　IGV的性價比優(yōu)勢也十分顯著。從制造成本看，與當前流行的自動導引運輸車（Automated Guided Vehicle，簡稱AGV）相比，IGV輪胎的造價僅是它的1/2，使用壽命卻是其2倍。

　　從推廣普及性看，AGV的磁釘導航方式對場地要求苛刻。一些傳統(tǒng)集裝箱碼頭選用磁釘方案的話，需要把地面全部重新翻鋪一遍，工程量巨大，建設(shè)成本和維護成本高。而北斗、激光和視覺導航定位技術(shù)，讓IGV行駛無需借助磁釘導航。

　　從供能續(xù)航看，IGV采用鋰電池變頻驅(qū)動形式和定點自動充電的設(shè)計理念，能根據(jù)自身電量狀態(tài)，確定是可以“忙完手頭的活兒再充電”還是“先充電再干活”，以此保障一天24小時續(xù)航效能。

　　從AGV到IGV，是自動化向智能化的升級。整個南沙四期碼頭項目，則是勞動密集型產(chǎn)業(yè)向自動化智能化轉(zhuǎn)變。同等規(guī)模下，智能化改造后的碼頭，每年可節(jié)約人工成本1億多元。

　　廣州市南沙區(qū)商務局副局長林瀚宇認為，“廣州方案”的意義在于它的復制、推廣示范，無論是國內(nèi)市場還是國際市場，都具有比較強的競爭力，尤其是國外市場，人工成本的降低無疑是一大賣點。

　　記者了解到，目前廣州港將此模式復制應用在南沙港區(qū)三期集裝箱碼頭，正逐步推動傳統(tǒng)集裝箱碼頭向半自動化、全自動化升級改造。

　　廣州港是大灣區(qū)內(nèi)最大的綜合性港區(qū)，又是“一帶一路”沿線的重要港口，區(qū)域優(yōu)勢顯著，未來可期。“隨著南沙四期碼頭投入運行，與南沙港區(qū)前三期碼頭協(xié)同聯(lián)動，將進一步提升廣州港專業(yè)化、規(guī)?；?、智能化水平，為南沙打造高水平對外開放門戶樞紐提供強有力支持。”林瀚宇說，朝著全球最前沿的自動化碼頭技術(shù)探索方向，瞄準全球最大的集裝箱船停泊條件，南沙港區(qū)第五期規(guī)劃作為交通強國建設(shè)工程之一，已被寫入國家“十四五”規(guī)劃。