第3章集装箱码头前沿装卸设备
3．1概述
3．1．1集装箱码头前沿装卸设备分类

集装箱码头前沿装卸船作业主要采用岸边集装箱起重机，内河小型港口也有的采用多用途轨道式集装箱门式起重机、集装箱专用门座起重机、多用途门座起重机、高塔柱起重机或浮式起重机等进行集装箱船舶的装卸作业。
3．1．2集装箱船舶大型化
随着全球经济一体化的快速发展，国际贸易90%以上的货物需要通过海上运输实现流通，寻觅一种高效率、低成本、安全可靠的货物运输方式，是全世界运输领域面临的一个重大课题20世纪50年代中叶，集装箱运输在美国脱颖而出，60多年来飞速发展，彻底改变了世界港口、船舶、航道和装卸设备及装卸工艺等的传统格局，大型化、高效化、绿色化、安全化成为集装箱船舶运输的重要特征和发展趋势。
集装箱运输对提高货物装卸效率、确保货物运输安全、防止货物被盗、减少或消灭货损货差、装卸船舶实现全天候作业、充分利用堆存货场面积和空间、重复使用集装箱、实现门到门货物运送、大大降低运输成本、缩短货物运输时间等具有显著优越性，使它得到了快速发展。全球经济和贸易的发展，使杂货集装箱化率和集装箱运输增长速度逐年提高。
1. 集装箱船舶等级标准
按国际航运界的习惯，以集装箱船的载箱量来划分其年代，目前分为8代。各代集装箱船等级标准如表3．11所示。


表3．11各代集装箱船等级标准




船舶等级
船舶能力
船舶主尺度/m
代
型
级
船舶吨级
/DWT(t)
载箱量
/TEU
总长
型宽
满载吃水
船舶积载情况
装箱层数
舱内
甲板上
甲板堆
箱列数
开发
年份
第一代
小型
支线级
10000

(1000~12500)
≤830
147
22．6
8．2
6
2
8
1968


第二代
第三代
中型
沿海及近洋级
20000

(12501~27500)
831~1900
183
27．8
10．5
6
2
10
1968
远洋级
30000

(27501~45000)
1901~3100
244
32．3
12．0
7
3
12
1972

第四代
第五代
第六代
大型
巴拿马级
超巴拿马级
50000

(45001~65000)
3101~4600
294
32．3
13．0
8
5
13
1984
70000

(65001~85000)
4601~6000
300
40．3
14．0
8
5
16
1995
100000

(85001~115000)
6001~8200
347
42．8
14．5
9
5
17
1997

第七代
第八代
特大型
苏伊士运河级
150000

(115001~175000)
8201~12500
380
55．8
15~16
10
7
22
2005
马六甲海峡级
200000

(175001~240000)
12501~18000
400
60
16~18
13
8
24
2015


“地中海古尔松”号集装箱船
224986．4
23756
399．9
61．5



24
2019


注： 
(1) DWT系指船舶载重量(t)，TEU系指20ft国际标准集装箱； 
(2) 载箱量为23756TEU的“地中海古尔松”号集装箱船，其船舶主尺度为实船资料。

依据《海港总体设计规范》(JTS 165—2013)，集装箱船设计船型尺度如表3．12所示。


表3．12集装箱船设计舶型尺度



船舶吨级/DWT
设计船型尺度/m
总长L
型宽B
型深H
满载吃水T
载箱量/TEU
1000(1000~2500)
90
15．4
6．8
4．8
≤200
3000(2501~4500)
106
17．6
8．7
5．8
201~350
5000(4501~7500)
121
19．2
9．2
6．9
351~700
10000(7501~12500)
141
22．6
11．3
8．3
7701~1050
20000(12501~27500)
183
27．6
14．4
10．5
1051~1900
30000(27501~45000)
241
32．3
19．0
12．0
1901~3500
50000(45001~65000)
293
32．3
21．8
13．0
3501~5650
70000(65001~85000)
300
40．3
24．3
14．0
5651~6630
100000(85001~115000)
346
45．6
24．8
14．5
6631~9500
120000(115001~135000)
367
48．2
29．7
15．5
9501~11000
150000(135001~175000)
368
51．8
29．9
16．0
11001~15500
200000(175001~200000)
399
59．0
30．3
16．0
15501~18000


注： 
(1) 集装箱码头设计标准以船舶吨级(DWT)对应的设计船型尺度为控制标准，其载箱量为参考值； 
(2) 200000吨级集装箱船的吨级范围上限暂为200000t，船型尺度为实船资料(实船载重吨为200000t，载箱量为18000TEU)。


2. 巴拿马运河和超巴拿马型集装箱船
巴拿马运河位于中美洲国家巴拿马共和国境内，横穿巴拿马地峡，连接太平洋和大西洋，是重要的航运要道。
1) 老巴拿马运河和超巴拿马型集装箱船
巴拿马运河自1914年开通投运以来，成为沟通太平洋和大西洋的重要航道。这个依靠两端三级闸门通过船舶的阶梯式运河(如图3．11所示)，总长为82km，最小宽度为32．7m，因而只能允许小于以下尺寸的集装箱船舶通过： 船长为289m,船宽为32．31m，一般船舶吃水11．3m，最大吃水12m。同时，由于运河航道上架有桥，桥下一般允许通过高度为57．91m，在最低水位期可通过高度为62．48m。



图3．11巴拿马运河三级船闸示意图


国际航运界习惯用巴拿马运河允许通过宽度来定义船舶。船宽在32m左右，能通过巴拿马运河限宽的船舶称为巴拿马型船，巴拿马型船一般不超过7．5万t； 而宽度超过此值的船舶为超巴拿马型船。
由于国际集装箱的标准宽度为8ft(2438mm，近似可认为2．5m)，当船甲板上放置13排箱时，船宽近似为32．2m，因此凡超过13排宽的集装箱船均为超巴拿马型船； 当甲板上沿宽度排列的集装箱超过13排时，其总宽将超过32m，如第四代集装箱船，当载箱量超过4000TEU时，必须用加大船宽来增加载箱量，这种集装箱船即为超巴拿马型船。表3．11中的“巴拿马级”和“超巴拿马级”即按照老巴拿马运河参数标准来划分的。
2) 新巴拿马运河
2016年6月，历时9年扩建的新巴拿马运河正式通航，意味着巴拿马运河开始进入一个新的时代。巴拿马运河新船闸的长度和宽度分别为427m和55m。扩建后的新船闸使得全球船队中相当大比重的船舶可以通过巴拿马运河。
在新巴拿马运河扩建之前，全球船队快速扩张和显著的船舶大型化趋势使得当时全球仅45%的运力(以载重吨计)可以通过巴拿马运河。2016年起巴拿马运河启用新船闸，所允许通过的船舶最大船宽由原先的32．3m增至49m，由此全球船队中可以通过巴拿马运河的运力比重也进一步增至79%。
2017年8月22日，新巴拿马运河迎来通航以来的最大集装箱船——达飞轮船旗下的Theodore Roosevelt轮。该船承载量为14855TEU，船长365．96m，船宽48．252m，是当年7月在韩国现代重工刚刚完成建成并交付使用的。
2018年6月起，巴拿马运河允许通过的最大船宽进一步增至51．25m，船舶甲板上沿宽度排列的集装箱可达到20排，船长限制则仍保持在366m，使得全球船队中可以通过巴拿马运河的运力提升至82%。经巴拿马运河管理局允许，所有12000~15000TEU的集装箱船都能够通过巴拿马运河，这进一步推动了船舶大型化发展。
2019年5月15日，长荣海运的Triton号集装箱船(见图3．12)通过新巴拿马运河，这是巴拿马运河扩建以来通过的最大尺寸的集装箱船。 Triton号为新巴拿马型集装箱船： 总载箱量为15313TEU，总宽度为51．2m(20列集装箱宽度)，总长度为369m。此次航行从太平洋向北驶入大西洋，不仅跨过了载箱量15000TEU的门槛，创造了总载箱量的新纪录，还突破了通过巴拿马运河的最长366m的限值。



图3．12长荣海运Triton号集装箱船通过新巴拿马运河


随着新巴拿马运河的开通，巴拿马型船和超巴拿马型船、巴拿马型岸桥和超巴拿马型岸桥，这两对曾经在航运界被经常提及的名词，将会逐渐淡出人们的视线。
3. 集装箱船舶大型化发展趋势
2013年7月19日，世界航运巨头马士基航运公司的3E级18000TEU集装箱船“马士基迈克凯尼穆勒号” 首航中国上海港。这一全新船型被命名为3E系列，代表着规模经济(economy of scale)、能源效率(energy efficient)、环保绩效(environmentally improved)。该集装箱船是由韩国大宇造船厂负责建造的当时世界上投入营运的最大集装箱船舶，船长近400m，宽59m，吃水14．2m，载箱量为18000TEU。
2018年6月12日，由中国自主研制建造的世界最大级别集装箱船“宇宙号”，在上海正式交付。这是我国在高端船舶建造领域的新突破，也将进一步提升我国海上运输的能力。“宇宙号”总长400m，船宽58．6m，最大载重量19．8万t，设计时速达到约22．7knkn(节)为业内惯用单位，表示每小时行驶1海里，即1kn=1.852km/h。，最多可装载21237TEU。投入使用后，“宇宙”号将主要运营亚洲到欧洲的航线。目前，运营这些航线的主要集装箱船，可装载集装箱的数量一般在14000TEU的水平。
2017年9月19日，法国达飞海运集团宣布在中国中船集团下属企业订造9艘22000TEU双燃料集装箱船。2018年7月26日，这批全球最大最先进集装箱船在上海长兴岛正式开工建造——沪东中华造船(集团)有限公司、江南造船(集团)有限责任公司分别举行首制船开工典礼。这款22000TEU集装箱船是中国从“造船大国”到“造船强国”转型升级的标志性产品，彰显了沪东中华和江南造船的强大建造实力。该超大型集装箱船由中船集团708研究所研发设计，入级法国船级社(BV)。船舶总长400m，型宽61．3m，航速22kn，载重量近220000t，载箱量达22000TEU，可运载2200个40ft冷藏集装箱。该集装箱船有着一颗绿色的“心”，可满足全球最严格排放限制区域的排放标准，船舶能效设计指数(EEDI)达到第三阶段标准。同时这是全球首款采用双燃料推进的超大型集装箱船，以LNG为主要燃料。此型船不仅采用了WinGD的双燃料主机，还配置了全球首型GTT MKⅢ薄膜式燃料舱，容量达18600m3。与燃烧重油相比，LNG具有明显的优势： 船舶CO2排放将减少25%，硫排放减少99%，细颗粒物排放减少99%，氮氧化物排放减少85%，EEDI能效指数低于现行标准60%。
2019年7月8日，23000TEU集装箱船舶“地中海古尔松轮”靠泊天津港，新一代世界最大集装箱船舶记录再次更新。“地中海古尔松轮” 是地中海航运在2017年9月向三星重工订购的6艘23000 TEU级船舶中交付的第一艘。该轮船舶总长399．9m，船宽61．5m，高33．2m，可装载23756TEU，吃水16m，载重量197500t，总吨位210000t。该船配备德国MAN Diesel&Turbo公司推出的G95MEC9．5超强动力主机，其优化设计可减少油耗，降低CO2排放。另有外媒报道，“地中海古尔松轮”与其同批建造的23000+大型船舶将全部安装脱硫塔。该集装箱船共有24贝位，24排，舱盖上下各12层，共计24层。该布置方式相较于其他超大型集装箱船能够多出大约1500个集装箱箱位。该船从天津新港开始，陆续挂靠我国青岛港、宁波港、上海港、盐田港等港口，后经新加坡前往欧洲。
目前，船舶大型化已是大势所趋，“世界最大”的集装箱船舶称号几经易主。2017年3月，日本航运企业商船三井旗下的MOL Triumph以20150 TEU的最大载箱量成为世界上第一艘超过20000 TEU的超大型集装箱船舶； 不到一个月，马士基航运旗下的Madrid Maersk号就以20568 TEU的最大载箱量成为新的纪录保持者，同时该轮的载重吨达到20．6万t，成为第一个载重量超20万t的集装箱船舶； 2017年9月，东方海外旗下的东方香港轮OOCL HONGKONG 以21413 TEU的载箱量正式获吉尼斯世界纪录确认为世界最大的集装箱货轮，此项纪录一直保持到“地中海古尔松轮”的出现才被打破。
除“地中海古尔松轮”之外，地中海航运在未来还将有10艘同类型船舶陆续交付，现代商船订造的12艘23000TEU型船，将从2020年上半年开始陆续交付。赫伯罗特和长荣海运也分别计划订造6艘和11艘23000TEU型大船。在目前的航运市场环境下，超大型集装箱船能较好地实现规模经济以降低成本，世界最大的集装箱船舶载箱量或许仍然会不停地被超越。
2019年12月4日，在第20届中国国际海事会展上，沪东中华造船(集团)有限公司推出的全球最大25000TEU LNG双燃料超大型动力集装箱船获得了DNV GL船级社颁发的AIP证书。该集装箱船全长432．5m，船宽63．6m，型深33．7m，配备12个货舱，最大堆箱数达25600TEU。其最大亮点是使用该企业自主研发的B型LNG燃料舱，舱容达20000m3。B型液舱是独立自持式围护系统，可与船体平行同步建造，能大幅缩短建造周期，B型液舱里可单独设置止荡舱壁，相比薄膜型围护系统在满足任意液位装载要求方面对几何尺度没有限制，能最大化利用船体空间，是高性价比的大容量LNG燃料储存解决方案。
2020年4月23日，24000TEU的HMM“阿尔赫西拉斯”号(Algeciras)集装箱船在韩国大宇造船海洋公司玉浦造船厂顺利下水。其后，大宇造船、三星重工还将分别为HMM建造7艘和5艘同等规模超大型集装箱船。“阿尔赫西拉斯”轮全长399．9m，船宽61．03m，型深33．2m，设计装载量为23964TEU，打破了此前“地中海古尔松”“地中海伊莎贝拉”和“地中海米娅”等23756箱的纪录，是目前世界上最大的集装箱船舶。4月26日，“阿尔赫西拉斯”号首航青岛港(见图3．13)，标志着山东港口集装箱业务迈入24000TEU“大船时代”，然后依次挂靠釜山港、宁波舟山港、上海港、盐田港、鹿特丹港、汉堡港、安特卫普港和伦敦港，然后通过苏伊士运河达到新加坡港。



图3．13“阿尔赫西拉斯”号集装箱船舶


图3．14形象地展示了全球集装箱船舶的大型化趋势。从1968年至2018年的50年间，集装箱船舶的承运能力提升了1338%。有研究报告表明，未来50000TEU也未必不可能。



图3．14集装箱船舶大型化进程



集装箱船舶大型化是国际贸易和全球经济一体化的需要，其带来的优势越来越明显。一方面船舶大型化可以有效降低营运成本，包括船舶购置费和营运费(船员费、保险费、燃料费、港口使用费和维护保养费等)，集装箱运费不断降低； 另一方面，船舶大型化后货箱运输安全性大大提高。另外，使用超大型船舶的航运公司其耀眼的明星效应，也使其更能吸引托运人，从而具有更强的市场竞争优势。
近两年，船舶大型化的争议声越来越大，究竟船舶要大到什么程度？毫无疑问，船舶大型化降低了航运公司的经济压力。但是整个综合运输成本却在不断增加，只是由海上转移到陆地了，港口需要对各种基础设施和服务进行升级，如起重设备、泊位大小及深度、航道深度、堆场容量、集疏运能力等，投资大大增加，这些都是船舶大型化对港口提出的新的挑战。
3．1．3岸边集装箱起重机
随着集装箱船舶的大型化，以及港口集装箱港吞吐量的不断增长，对集装箱码头装卸工艺和装备提出了更新更高的要求，岸桥正朝着大型化、高效化、自动化、绿色化方向发展。岸桥机型尺寸参数大型化、工作速度参数高值化、吊具下额定起重量重型化趋势越来越明显。
1. 岸桥大型化
1) 超巴拿马型岸桥
适用于巴拿马型集装箱船装卸作业的岸桥称为巴拿马型岸桥。巴拿马型岸桥的几何参数主要是外伸距小于40m，轨上起升高度小于28m，吊具下起重量小于41t，速度参数普遍较低。
适用于超巴拿马型集装箱船装卸作业的岸桥称为超巴拿马型岸桥。迄今为止，国际航运界和港口均没有对何谓超巴拿马型岸桥给以严格定义。由于超巴拿马型船的关键在于它的宽度，因而习惯上也用岸桥的外伸距大小来划分超巴拿马型岸桥。
考虑到海侧轨道距岸边和护舷防撞物将占据一定宽度(老码头为3~4m，自动化码头为7~10．25m)，故超巴拿马型岸桥外伸距大于40m，目前外伸距普遍在60~65m，最大已达到73m，可满足船舶甲板上堆放25列集装箱的装卸要求； 总起升高度已达到70m，其中轨上起升高度大于36m，最大已达到56m； 吊具下起重量大于50t，单箱吊具通常为60t或65t，双40ft集装箱吊具达到80t，三个40ft集装箱吊具达到120t； 速度参数更高。
除内河集装箱码头外，目前随着船舶大型化，提供海港的岸桥基本都是超巴拿马型岸桥，只有部分支线海港仍有少量巴拿马岸桥在用。但随着新巴拿马运河的开通，传统的巴拿马型岸桥和超巴拿马型岸桥的概念和划分也将逐渐消失。
2) 3E岸桥
随着3E级18000TEU以上集装箱船等大型化船舶的建造与应用，振华重工更是研发了针对3E级集装箱船的大型3E系列岸桥，并迅速得到推广应用，形成了船舶大型化与岸桥大型化的相互推进格局。
详见3．2节。
3) 现有岸桥加高加长
随着集装箱运输船舶的日益大型化，现有岸桥在高度上也无法满足使用要求，对现有岸桥进行加高改造是提升其性价比最佳的解决方案，可大幅提升码头的竞争力。
目前市场上70%以上的岸桥都由振华重工提供。 2012年振华重工开始岸桥加高业务，一经推出即受到国内外集装箱码头用户的热烈欢迎，已在世界范围内成功实施多项岸桥加高改造项目，业务遍及亚洲、欧洲、非洲和美洲，包括美国、西班牙、阿联酋、比利时、英国、韩国、摩洛哥等，以及国内的上海港、天津港、厦门港、盐田港、蛇口港、福州港和香港港等。
振华重工总承包了美国马士基洛杉矶码头10台岸桥加高改造项目，2016年9月顺利完成了首台岸桥的主体顶升、立柱加高段拼装工作，设备总体高度增加10．08m，成为全美最高的岸桥，同时也刷新了振华重工的提升高度记录。
振华重工不断研发并改进各种岸桥加高装置，目前主要有三种加高装置： 一是高落地式岸桥加高装置，如图3．15所示； 二是液压顶升式加高方式，也是极为成熟的一种加高提升技术，如图3．16所示； 三是新研发的钢绞线式加高方式。后者在新造岸桥的大梁提升上也有较多应用。



图3．15美国南卡罗来纳州查尔斯顿港岸桥的液压顶升式加高装置





图3．16蛇口SCT码头岸桥的液压顶升式加高装置


2018年10月初，振华重工又创造了一次具有里程碑意义的成就——成功完成对第100台岸桥的加高。该岸桥位于阿联酋迪拜T2码头，加高采用振华重工最新研发的钢绞线式提升装置，提升高度为10．5m，提升重量为1950t，是目前世界上提升重量最大的加高项目，如图3．17所示。



图3．17阿联酋迪拜T2码头岸桥的钢绞线式提升装置


2019年5月13日，振华重工美国子公司与美国新泽西Maher码头成功签约5台Fantuzzi岸桥加高项目，这是振华重工近年来在美国签下的第8个加高项目，此次加高高度达13．8m，也是迄今为止加高高度最高的项目之一，同时也是振华重工在美国南卡罗来纳州加高Pececo岸桥后，再一次对其他生产商的设备进行岸桥加高改造。
2019年7月5日，振华重工西班牙子公司顺利完成了西班牙Noatum码头的第一台加高加长岸桥的顶升工作，如图3．18所示。本次待加高的两台岸桥均是德国Noel制造的老岸桥，要求立柱加高7．5m，前大梁加长4m，是振华重工在欧洲的首个既加高又加长的项目，也是振华重工在西班牙获得的首个非本公司品牌岸桥的加高改造项目。



图3．18西班牙Noatum码头岸桥的加高加长


2019年8月14日，振华重工研发了具有自主知识产权的空中加长技术与装备，顺利完成广州南沙岸桥空中加长段的焊接，成功为大梁加长2．5m(见图3．19)。此为振华重工首次在岸桥改造领域实现空中加长，具有重要意义。



图3．19振华重工实现岸桥大梁空中加长


2. 岸桥装卸作业高效化
随着集装箱船舶的大型化，如何提高船舶装卸效率成为集装箱码头前沿设备的最重要指标。目前对于大型船舶一般4~5台岸桥进行装卸船作业，隔舱作业，效率为150箱/h左右。
增加同时作业岸桥的数量是目前提升船舶装卸效率的主要手段。按照规范，一般每个10万吨级大型集装箱泊位按照4~5台岸桥配置，当进行特大型集装箱船舶的装卸作业时，在条件允许的情况下，可以将相邻泊位的岸桥全部调配投入本船的装卸作业，以提高作业效率，但并不是每个港口都具备这个条件。
2019年12月4日，总长398．9m的 “埃斯特尔马士基”号集装箱船停靠宁波舟山港梅山港区集装箱码头5号泊位，梅山港区调配9台岸桥同时对船舶进行装卸作业，以确保安全高效地完成作业任务，如图3．110所示。



图3．110宁波舟山港梅山港区9台岸桥同时进行装卸作业