上海，是世界最大的港口城市之一；上海港，集裝箱吞吐量連續(xù)多年世界第一、外貿(mào)集裝箱吞吐量占全國(guó)總量1/4。作為“新生力量”的上海洋山四期自動(dòng)化碼頭（下稱“洋山四期”），如何引領(lǐng)一場(chǎng)全球的“碼頭革命”？從籌備到開港，如何在國(guó)外的質(zhì)疑聲中安上“中國(guó)芯”，從無到有？

除了日出和日落之外，這里并沒有清晰的晝夜之分。從臨港新片區(qū)的滴水湖出發(fā)，車子駛過壯闊的東海大橋，24小時(shí)忙碌的洋山四期就會(huì)進(jìn)入視線。貨物在這里分流卸載，海量的全球商品提供給中國(guó)的消費(fèi)者；同時(shí)，中國(guó)的商品從這里出發(fā)，沿著中美航線、亞歐航線、中東航線、非洲航線和東南亞航線銷往世界各地。

2022年9月30日，全球單體規(guī)模最大、綜合智能化程度最高的自動(dòng)化集裝箱碼頭——洋山四期，迎來了自開港以來的第2000萬標(biāo)準(zhǔn)箱；緊接著的10月2日，洋山四期晝夜集裝箱吞吐量突破26066標(biāo)準(zhǔn)箱，再次刷新歷史最高紀(jì)錄。

“2017年我吊了第一箱，現(xiàn)在我的徒弟吊了第2000萬箱。那時(shí)，碼頭剛開港，還很寂寥，堆場(chǎng)上箱不多，船更少。但現(xiàn)在這里巨輪列隊(duì)，熱鬧非凡。”上港集團(tuán)尚東分公司首席遠(yuǎn)程橋吊操作員黃華如是感慨。

和傳統(tǒng)碼頭作業(yè)不同的是，黃華和他的徒弟們?nèi)缃竦墓の?，在中控塔?5樓。他們?nèi)褙炞⒍⒅聊?，近處手里操控著手柄，五顏六色的集裝箱在前方遠(yuǎn)處被吊運(yùn)、平移……

要建世界領(lǐng)先的自動(dòng)化港口：安上“中國(guó)芯”

洋山四期位于洋山深水港區(qū)最西側(cè)，依托顆珠山島及大、小烏龜島圍海填筑形成，是目前全球最大的單體全自動(dòng)化碼頭，也是全球綜合自動(dòng)化程度最高的碼頭之一。碼頭岸線長(zhǎng)2350米，擁有7個(gè)集裝箱深水泊位，總面積223萬平方米，共有61個(gè)自動(dòng)化箱區(qū)。設(shè)計(jì)年吞吐量為630萬標(biāo)準(zhǔn)箱。

澎湃新聞?dòng)浾哔R梨萍攝

這座科技含量極高的碼頭從未停止追求“更先進(jìn)”。就在2021年6月25日，上港集團(tuán)尚東分公司、哪吒港航智慧科技（上海）有限公司、華為技術(shù)有限公司共同發(fā)布了上港集團(tuán)超遠(yuǎn)程智慧指揮控制中心項(xiàng)目成果，這是上港集團(tuán)聯(lián)合華為在全球港口首次將F5G技術(shù)應(yīng)用在港口超遠(yuǎn)程控制作業(yè)場(chǎng)景，是新一代智慧港口運(yùn)營(yíng)模式的重大突破。

“現(xiàn)在在臨港和市區(qū)都有相關(guān)的點(diǎn)，離這里大概100公里的地方可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，時(shí)延在6毫秒之內(nèi)。如果這項(xiàng)技術(shù)被大力應(yīng)用，可能大家都只要在市區(qū)上班，大大地節(jié)省了上下島時(shí)間，通勤成本也會(huì)降。”日前，上港集團(tuán)尚東分公司信息技術(shù)部經(jīng)理顧志華向澎湃新聞（www.loaarchitects.com.cn）在內(nèi)的媒體介紹時(shí)如是表示。

在顧志華看來，更值得暢想的是，在上港集團(tuán)大力推動(dòng)傳統(tǒng)碼頭自動(dòng)化改革的進(jìn)程下，“未來的某一天，或許我們就能實(shí)現(xiàn)‘在家開橋吊’，那么這有可能就是我們通過這些基礎(chǔ)建設(shè)的改變帶來的一個(gè)很大的變化?！?/p>

這是洋山四期自2017年12月開港試生產(chǎn)以來持續(xù)優(yōu)化的動(dòng)作之一。實(shí)際上，如果將時(shí)間回?fù)艿?014年之前，這一切還停在留白頗多的草圖上。

據(jù)介紹，在建設(shè)初期，洋山四期團(tuán)隊(duì)多次奔赴國(guó)外自動(dòng)化碼頭考察“取經(jīng)”。然而，國(guó)外同行“連捂帶蓋”，不提供任何數(shù)據(jù)和技術(shù)規(guī)范，甚至多看一眼都“不舍得”，國(guó)外專家更是當(dāng)面質(zhì)疑，中國(guó)有能力搞自動(dòng)化碼頭？

擺在團(tuán)隊(duì)面前的任務(wù)則是：上海港連續(xù)多年蟬聯(lián)集裝箱吞吐量世界第一，我們應(yīng)該有，也必須要有一座具有世界領(lǐng)先水平的自動(dòng)化港口。

工程建設(shè)啟動(dòng)之前，全國(guó)水運(yùn)行業(yè)專家80余人召開了各類咨詢、評(píng)議和審查會(huì)，僅實(shí)施大綱就反復(fù)討論修改了50多稿。生產(chǎn)籌建方面，自動(dòng)化碼頭的核心是生產(chǎn)工藝流程控制策略的自動(dòng)化，在工藝方案需要自己設(shè)計(jì)的緊迫和壓力之下，“吃住在島上、周一上島、周五下島成為工作常態(tài)。”最終，僅用8個(gè)月時(shí)間完成開港所需的3條作業(yè)路全流程貫通，比國(guó)外同類型碼頭縮短近2年時(shí)間。

對(duì)洋山四期團(tuán)隊(duì)來說，更硬的“骨頭”是系統(tǒng)開發(fā)，自動(dòng)化碼頭的“大腦”如何依靠自己的力量安上？

上港集團(tuán)科技信息部總經(jīng)理、時(shí)任洋山四期系統(tǒng)項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人黃秀松回憶，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)尚無先進(jìn)案例可供參考，連教科書都沒有，只能自己嘗試編寫代碼；國(guó)外對(duì)我們技術(shù)封鎖，只能摸著石頭過河。

上港集團(tuán)哪吒科技公司總經(jīng)理、時(shí)任海勃公司總經(jīng)理黃桁說，“自動(dòng)化碼頭的復(fù)雜就在于其背后擁有海量數(shù)據(jù)，這么大體量的碼頭，整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜程度超乎想象。”

黃桁形象地比喻道，一個(gè)人丟3個(gè)乒乓球同一個(gè)人丟30個(gè)乒乓球，這兩者的難度不可同日而語。同理，洋山四期多增加一臺(tái)機(jī)械設(shè)備，背后的運(yùn)算就成幾何級(jí)的增長(zhǎng)，更何況洋山四期是全球單體規(guī)模最大的自動(dòng)化碼頭，難易程度可想而知。

最終，歷經(jīng)三年研發(fā)，一座擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自動(dòng)化碼頭拔地而起。2017年12月，洋山四期開港試生產(chǎn)，這也意味著上海港自動(dòng)化碼頭“從無到有”。

值得一提的是，“洋山四期超大型自動(dòng)化集裝箱碼頭關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”還榮獲了2020年度上海市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)“科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)”。

自動(dòng)化碼頭的“珠穆朗瑪峰”：持續(xù)迭代優(yōu)化

上述系統(tǒng)有何創(chuàng)新亮點(diǎn)？顧志華介紹，洋山四期最主要的關(guān)鍵性系統(tǒng)，一是全自動(dòng)化碼頭智能生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)ITOS），另一個(gè)就是設(shè)備控制系統(tǒng)?！熬秃孟袷侨说拇竽X，由它去發(fā)指令，然后組織去執(zhí)行。這也是國(guó)內(nèi)第一次嘗試去開發(fā)這樣的系統(tǒng)?！?/p>

自動(dòng)化集裝箱碼頭總體布局也做了大膽突破，全球首創(chuàng)自動(dòng)化堆場(chǎng)無懸臂、單懸臂和雙懸臂等三種軌道吊混合的工藝布局模式。這突破了單一類型軌道吊工藝模式下碼頭資源綜合利用效率瓶頸，顯著提升了超大型集裝箱樞紐港的作業(yè)效率。

“堆場(chǎng)上面的所有的動(dòng)作都是通過堆場(chǎng)調(diào)動(dòng)策略去執(zhí)行，也涵蓋了大量的算法，我們從開港之初一直到現(xiàn)在，始終處于一個(gè)不斷迭代的過程。就是說，我們一方面在生產(chǎn)，一方面也在優(yōu)化我們的系統(tǒng)，這也是自研系統(tǒng)的一個(gè)最大的優(yōu)勢(shì)?！鳖欀救A強(qiáng)調(diào)，如果采購國(guó)外系統(tǒng)，改造成本、優(yōu)化成本、維護(hù)成本都會(huì)較大，“前進(jìn)的速度也可能會(huì)慢一些?！?/p>

他對(duì)澎湃新聞（www.loaarchitects.com.cn）進(jìn)一步表示，實(shí)際上剛調(diào)試的時(shí)候作業(yè)效率是比較低的，第一步僅僅是讓所有的通訊全部都打通?！霸O(shè)備需要磨合，系統(tǒng)也需要磨合。”據(jù)其介紹，剛到洋山四期的時(shí)候，設(shè)備根本沒有交互，指令層面也沒有動(dòng)作，怎么動(dòng)起來都是未知數(shù)?！?年了，看著它每天的成長(zhǎng)，就像看著自己的孩子一樣，越長(zhǎng)越‘結(jié)實(shí)’?！?/p>

顧志華舉例道，原來軌道吊在作業(yè)過程中可能會(huì)遇到一種情況，海側(cè)軌道吊作業(yè)的時(shí)候，陸測(cè)軌道吊由于安全位置的原因保持不動(dòng)，“但其實(shí)我們發(fā)現(xiàn)，只要是同向運(yùn)動(dòng)，就完全可以一起去作業(yè)。那么我們就根據(jù)軌道吊起始位置和目的位置方向，去判斷是不是可以同時(shí)作業(yè)，而不用在那里等待?！边@一簡(jiǎn)單的優(yōu)化帶來的效果是可觀的，整個(gè)堆場(chǎng)的能力提升20%-30%。

開港5年來，除上述“超遠(yuǎn)程智慧指揮控制中心”項(xiàng)目外，洋山四期團(tuán)隊(duì)還開發(fā)上線了洋山四期運(yùn)營(yíng)大數(shù)據(jù)分析與智能決策平臺(tái)，利用人工智能、大數(shù)據(jù)和3D技術(shù)，在虛擬空間中復(fù)刻一個(gè)洋山四期，讓其不斷進(jìn)行壓力測(cè)試和系統(tǒng)優(yōu)化迭代。再如，我國(guó)首個(gè)智能駕駛集裝箱轉(zhuǎn)運(yùn)業(yè)務(wù)場(chǎng)景也不斷提質(zhì)增效，通過“5G+L4”技術(shù)，2021年完成了4萬標(biāo)準(zhǔn)箱轉(zhuǎn)運(yùn)任務(wù)。

據(jù)介紹，目前，洋山四期三大設(shè)備數(shù)量較開港初期翻了3倍，在人工節(jié)約70%的同時(shí)，效率卻提高30%。橋吊單機(jī)作業(yè)效率達(dá)63.88自然箱/小時(shí)，單船平均最高作業(yè)臺(tái)時(shí)量58.28自然箱，生產(chǎn)指標(biāo)屢創(chuàng)新高，碼頭整體效率較開港初期提高了30%，勞動(dòng)生產(chǎn)率達(dá)到傳統(tǒng)碼頭的213%。

16年前就走進(jìn)40米高橋吊駕駛室的黃華對(duì)這些數(shù)字格外敏感。以軌道吊的人工節(jié)約來說，他給出一個(gè)清晰的對(duì)比，“我們現(xiàn)在121臺(tái)軌道吊24小時(shí)不間斷作業(yè)的話，一工班人員配置不到10人；相較之下，傳統(tǒng)碼頭單工班的出勤人數(shù)最起碼是121人，如果要實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷作業(yè)，最起碼需要242人。”

從傳統(tǒng)碼頭轉(zhuǎn)戰(zhàn)智能化程度最高的自動(dòng)化碼頭，黃華認(rèn)為，對(duì)橋吊司機(jī)來說， “從單機(jī)層面來看，我們只是一個(gè)熟練的操作工，個(gè)人的操作技能決定了裝卸的快慢，但是現(xiàn)在不單單要有單機(jī)的操作技能，還要去學(xué)很多東西，最重要一點(diǎn)就是對(duì)系統(tǒng)的判斷?！薄?0后”的黃華已有了很多徒弟，而他的很多徒弟都是“00后”。

來自工程技術(shù)部的吳紀(jì)林是一名“90后”，也是這座全球最先進(jìn)自動(dòng)化碼頭的“診療師”中的一員?！拔覄傔M(jìn)入上海港工作時(shí)，當(dāng)時(shí)的碼頭使用的是第一代岸橋，主要維修方式也是從外圍硬件著手。”他回憶起十幾年前的場(chǎng)景。

2011年，隨著上海港的“主戰(zhàn)場(chǎng)”從黃浦江轉(zhuǎn)戰(zhàn)長(zhǎng)江口，吳紀(jì)林來到外高橋碼頭工作。“此時(shí)的維修方式已經(jīng)從基礎(chǔ)硬件變成可編程軟件PLC，我突然發(fā)現(xiàn)自己在老碼頭學(xué)到的技術(shù)本領(lǐng)幾乎毫無用處了，連程序中常開、常閉都分不清楚?！?016年，吳紀(jì)林和一批年輕人一起，成為最早一批進(jìn)駐洋山四期籌備組的成員。

其所在的青年突擊隊(duì)提前3個(gè)月完成了洋山四期碼頭開港設(shè)備的調(diào)試工作，不僅確保了設(shè)備按期、順利投入使用，更為國(guó)際、國(guó)內(nèi)智能碼頭設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)提供了“洋四方案”，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)自動(dòng)化設(shè)備管理技術(shù)的空白。

從最老的設(shè)備修到最先進(jìn)的設(shè)備，吳紀(jì)林對(duì)澎湃新聞（www.loaarchitects.com.cn）記者表示，“有一個(gè)很大的區(qū)別，就是傳統(tǒng)設(shè)備是司機(jī)開的，他能聽得到設(shè)備有什么不對(duì)的地方，比如說有異響。就像我們自己開私家車，會(huì)感覺到輪胎是否夾了石子，或者說車擋風(fēng)玻璃裂了?！爆F(xiàn)在的情形則是沒有司機(jī)的，改為遠(yuǎn)程操作，“他根本聽不到現(xiàn)場(chǎng)的任何聲音，對(duì)于我們來說就難以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題。”

克服的辦法是在設(shè)備上安裝了很多傳感器和相對(duì)應(yīng)的程序邏輯，“有了這些新技術(shù)之后，它來告訴我們?cè)O(shè)備全壽命的使用程度。我們?cè)谒臍v史壽命當(dāng)中去看哪一些是未來可能會(huì)發(fā)生的事情，提前進(jìn)行維保，這也是相比傳統(tǒng)碼頭有很大提升的地方?！?/p>

洋山四期：仍需在不斷地超越自我中尋求突破

洋山四期的相關(guān)技術(shù)已被充分驗(yàn)證。值得一提的是，這些技術(shù)成果已在以色列海法新港等國(guó)內(nèi)外14個(gè)碼頭得以應(yīng)用。

2021年9月1日，上港集團(tuán)以色列海法新港正式開港，該碼頭便復(fù)刻了“洋山四期”的技術(shù)亮點(diǎn)。這也是我國(guó)首次向發(fā)達(dá)國(guó)家輸出“智慧港口”先進(jìn)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)。

據(jù)從以色列返回上海的海法新港建設(shè)者分享，盡管上海方案在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，幫助上港集團(tuán)獲得了海法新港碼頭的運(yùn)營(yíng)權(quán)，但在建設(shè)過程中，以色列方面始終拿中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和西方標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，并在許多方面表示出不理解。直到上港集團(tuán)邀請(qǐng)以色列代表到洋山四期自動(dòng)化碼頭參觀，才徹底改變了對(duì)方的態(tài)度。

然而，顧志華表示，他們一直在關(guān)注學(xué)界、業(yè)界最新的研究與應(yīng)用，總覺得能做的事還有很多?！氨M管我們的許多技術(shù)已經(jīng)全球領(lǐng)先，但拼搏與創(chuàng)新卻是無止境的，洋山四期碼頭仍需在不斷地超越自我中尋求突破?！?/p>

黃華和他的團(tuán)隊(duì)也制定了新的職業(yè)規(guī)劃目標(biāo)——把洋山四期碼頭打造成上海港橋吊遠(yuǎn)程操作“黃埔軍?！薄?/p>

作為一名土生土長(zhǎng)的崇明人，黃華從小有著一個(gè)航海夢(mèng)。2004年大學(xué)畢業(yè)即進(jìn)入上海港工作；2005年，25歲的他報(bào)名前往洋山一期碼頭，走進(jìn)40米高的橋吊駕駛室，成為一名橋吊司機(jī)，累計(jì)安全裝卸42萬多個(gè)集裝箱。2016年，黃華入選上海港首批橋吊遠(yuǎn)程操作員，開始參與洋山四期籌建。從一名普通橋吊司機(jī)逐步成長(zhǎng)為“上海工匠”，黃華還獲得了“全國(guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)隆钡?0多項(xiàng)榮譽(yù)。

從2017年建成投產(chǎn)到2022年，洋山四期規(guī)模不斷擴(kuò)大，作業(yè)能級(jí)顯著提升，2018年完成集裝箱吞吐量201萬標(biāo)準(zhǔn)箱，而到了2021年完成570萬標(biāo)準(zhǔn)箱，作業(yè)能級(jí)達(dá)630萬標(biāo)準(zhǔn)箱，全面實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)時(shí)的遠(yuǎn)期吞吐能力。

然而，630萬標(biāo)準(zhǔn)箱不是終極目標(biāo)。黃華提到，洋山四期今年將再新增2臺(tái)橋吊、2臺(tái)軌道吊、10臺(tái)AGV，碼頭自動(dòng)化裝卸裝備生產(chǎn)規(guī)模將達(dá)到294臺(tái)，生產(chǎn)能級(jí)也從原來630萬躍升至700萬。

就在10月12日，“振華32”輪在洋山港海事局船舶交通管理中心遠(yuǎn)程監(jiān)控和“海巡0109”現(xiàn)場(chǎng)護(hù)航下，緩緩駛進(jìn)洋山深水港，順利靠妥洋山深水港自動(dòng)化碼頭，2臺(tái)橋吊將卸至碼頭，待調(diào)試后投入生產(chǎn)使用。截至目前，2臺(tái)橋吊已成功上岸。

據(jù)介紹，未來，在對(duì)內(nèi)發(fā)展上，洋山四期擬建立全域智能化管控系統(tǒng)，將云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)手段結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)督更精準(zhǔn)、設(shè)備維保更智能、生產(chǎn)作業(yè)更高效、港口生產(chǎn)更環(huán)保，真正推進(jìn)自動(dòng)化碼頭向智慧化碼頭落實(shí)落地。

在對(duì)外服務(wù)上，將主動(dòng)融入并積極推動(dòng)“區(qū)塊鏈港航生態(tài)圈”建設(shè)，構(gòu)建起連接監(jiān)管、企業(yè)、金融的生態(tài)信息服務(wù)平臺(tái)，進(jìn)一步提升港口綜合競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

“這是一個(gè)趨勢(shì)，我們將通過技術(shù)的不斷應(yīng)用進(jìn)一步提升碼頭的能級(jí)，這是最大的一個(gè)區(qū)別。也就是說，不能通過人去疊加，而是用技術(shù)來替換，這是我們的目標(biāo)。”顧志華表示。