空中堆场，立体堆场，有差吗？| 港口圈
港口圈曾列举过世界上多个新奇的集装箱堆场项目（详见《全国首个立体集装箱堆场开建，能装2.68万个空箱》），文中空中堆场、立体堆场交错出现，虽然都是立体仓储技术在集装箱码头行业的推广应用，但它俩的区别可不仅是“一个在天，一个在地”这么简单。
表1 新奇的堆场项目
空中堆场≠立体堆场
空中堆场类似空中花园，一般建在港外货运站建筑的楼顶。以新加坡空中堆场为例，高昇控股一站式物流中心坐落在港区外，共6层楼，1-5楼为仓库，提供仓储、集装箱仓库和运输服务，6楼为集装箱出入库验箱区，楼顶为空中堆场。空中堆场高度约60米，采用钢架结构，地面使用堆高机，空中使用架空桥式起重机，将空箱的堆存高度从传统的8-9层提升到15层，可容纳1.67万TEU。除此之外，高昇控股在裕廊岛建造了第二个带有空中集装箱堆场的大型综合物流中心。
图1 空中堆场示意图
图2 高昇控股的两个空中堆场
空中堆场主要为物流场站建设，将空箱堆场和仓库结合，既节省空间，又为货主提取空箱节省时间。但立体堆场是港口码头利用自动化立体仓库技术改进港口内的集装箱堆存方式。19世纪60年代中期，日本开始兴建立体仓库，成为自动化立体仓库发展得最快，建造速度最多的国家。2011年，世界第一个自动化集装箱立体仓库出现在日本也不奇怪，由NYK联合日本钢铁工程企业JFE在东京大井5号码头后方设置的立体堆场更像是一个新技术的试点，而间隔10年后，DP World联合德国机械制造企业SMS建设的高架存储系统项目虽然目前只建设了2排，但未来将在码头建造一个完全由立体堆场来堆放集装箱的自动化堆场。
图3 立体堆场项目
图4 迪拜杰贝阿里港Boxbay高架仓存储系统的整体设想
空中堆场和立体堆场都是利用钢结构货架在有限面积内，向上要空间增加集装箱的堆存容量，提高堆场的利用率。立体堆场将集装箱存放在单元格内，空中堆场虽然仍采用直接堆叠，但由于存取空箱不需要翻箱，都能降低集装箱的翻倒箱率，但两者在作业机械、能源应用等仍有差别。空中堆场主要运用了立体高层货架仓库早期的理念，用钢结构技术，结合叉车优点改造桥式起重机吊取货物。立体堆场则是采用了立体仓库后期改进的巷道式堆垛机和计算机技术等技术，更偏向自动化仓库。如果空中堆场是立体仓库1.0，立体堆场则是立体仓库2.0。
表2 空中堆场和立体堆场的区别
立体堆场是如何运行的？
堆场是连接码头前沿装卸船作业和港口后方集疏运的中间地带。在集装箱作业流程中，堆场既要和码头前沿通过水平运输工具（内集卡、AGV、IGV和无人集卡等）相衔接，又要和外部集卡进行交互。堆场内部也有着提高利用率，减少翻倒箱率的要求。那么，立体堆场是如何运行的呢？
自动化立体仓库一般由钢结构的立体货架、托盘、巷道堆垛机、输送机系统、AGV系统、自动控制系统以及计算机管理系统等组成。无论是日本还是迪拜的立体堆场，都是自动化立体仓库的“变形”，基本组成是：钢结构高层货架、两个货架之间配备Stacker 起重机、与集卡交互处配备起重机、移动托盘车若干等。两个相隔10年的立体堆场目前都只建设了2-3列货架，箱位数量相差仅48，但迪拜立体堆场的层高较10年前提高了4层，占地面积仅为日本立体堆场的70%。从集装箱摆放方向来看，日本立体堆场和自动化码头前期的堆场布局类似，垂直于岸线，而迪拜立体堆场的集装箱排列方向接近传统堆场，平行于岸线。
表3 立体堆场对比
为满足港口堆场作业需要，日本立体堆场在堆场的两端配备顶棚起重机等，分别满足内外集卡的交接需求。集卡移动到堆场侧边，由顶棚起重机将集装箱移动到转盘，由于集装箱垂直于岸线分布，通过转盘改变集装箱朝向后，移动托盘车进入转盘，载着集装箱一起移动到Stacker起重机上，Stacker起重机在立体仓库穿行移动至对应单元格后，移动托盘车载着集装箱进入单元格内，通过移动托盘车的升降装置将集装箱放入单元格内后，移动托盘车退出单元格。
图5 日本东京大井5号码头立体堆场
10年后，迪拜立体堆场的作业方式有了较大的变化。Boxbay堆场将海侧交互区设置到堆场的侧面，由跨运车将集装箱放置到钢架平台上，带有伸缩取货装置的有轨堆垛机抓取集装箱后，在货架之间穿行移动至对应单元格，由可伸缩的取货装卸将集装箱放入单元格。外集卡交换区设置在靠近陆侧位置，由起重机抓取外集卡上的集装箱放置到下沉式的传送带系统内的托盘车上，由托盘车移动到有轨堆垛机下方进行搬运和存取。相较日本立体堆场采用的工艺，迪拜Boxbay堆场主要采用有伸缩装置的堆垛机，不再需要靠托盘车将集装箱送入单元格内，同时港区内部的集装箱交互可以采用跨运车，不必再重复设置起重机交互，可将货架之间每列过道的堆垛机数量减少至1台。
图6 迪拜杰贝阿里港Boxbay高架仓存储系统
虽然两个立体堆场都宣称能显著提高堆场利用率和堆场装卸效率，并采用光伏等清洁能源减少碳排放，但也存在着一些问题。例如箱型问题，日本堆场的单元格规格以40英尺集装箱为标准，共有420个箱位，可堆放420FEU或者840TEU，而迪拜堆场分别为集装箱设置了40英尺和20英尺两种规格的单元格，40英尺单元格内不能放入两个20英尺集装箱，灵活性无法与传统堆场相比。
图7 迪拜杰贝阿里港Boxbay高架仓存储系统堆放集装箱示意图
自动化码头的新解法？
立体堆场看起来新颖，其实也算老技术的新运用。比起立体，更值得关注的是自动化。在自动化码头建设热潮趋势下，立体堆场有可能成为自动化码头的新解法吗？
技术准备好了吗？由于立体堆场突出的“层高”，整体堆场在地面防沉降、防震和防台风的能力都会让人打一个问号，这些问题该如何解决？小圈曾在进博会上请教DP World展台的工作人员，得到的回答是迪拜没有地震，也没有台风（其实还是有的，可能频次不高）。而据相关论文介绍，目前建筑工程防沉降技术成熟，可采用嵌岩桩等方式防沉降。
资金准备好了吗？为安全达标，立体堆场前期工程建设需要在防沉降、防风防震上加大投入，需要采购大量钢结构货架、相关作业机械和光伏发电设备等等。小圈也就Boxbay堆场的造价询问DP World展台的工作人员，对方表示造价不便透露，价格不是问题，DP World更注重对技术的追求。
运营准备好了吗？立体堆场的优势在于可彻底解决翻倒箱问题、提高堆场利用率以及应用清洁能源，但具体运营上，仍有一些疑虑。如果立体堆场出现异常情况，高空作业的维修工作对安全性和便捷性都是一种挑战。和自动化码头一样，立体堆场的运营效率也非常依赖调度软件的水平，具体的应用效果有待实践检验。
立体堆场在纸面的畅想更加大胆，设计岸桥陆侧直接与立体堆场交互，彻底消除集装箱作业的水平运输环节，有论文测算，“桥吊+立体堆场”的集装箱装卸工艺将在劳动力成本、能源成本以及维护成本上完胜现有模式。迪拜Boxbay堆场的技术提供商Amova在钢卷的立体仓储上经验丰富，DP World与Amova的母公司SMS Group成立合资公司Boxbay进入集装箱立体堆场行业。在官网上，Boxbay表明已具备推广能力，但在整体建造完成之前，在造价成本公开之前，在实际运营效率得到证实之前，推广仍需时间，但观望新技术说不定会让自动化码头多种选择多条路。
参考文献：
1.新型集装箱立体堆场及其规划设计[J]. 温富荣;宋海涛;耿卫宁.物流技术,2022(06)
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