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具有新型系泊技术的商业海港
E. Diacute;az-Ruiz-Navamuel, A. Ortega Piris amp;, C.A. Peacute;rez-Labajos,
L. Sanchez Ruiz amp; B. Blanco Rojo
摘要
本文是在西班牙坎塔布里亚桑坦德港（Diaz 2016）进行的一篇博士论文的基础部分，该论文研究最适合该港的自动系泊系统。为了进一步研究，需要对市场上现有的系统进行详尽的分析，以了解谁是适合安设在该港口的系统十分必要。本文综合了所选AMS（自动系泊系统）在世界上的研究成果，对安装了真空吸盘式自动系泊系统的不同港口进行了研究。目前，有31个港口运行着不同型号的自动系泊系统。尽管它们被安装的原因是不同的，但效果同样好。
1 介绍
几千年来，海运行业一直使用绳索、铁链和缆绳来系泊船只。这些系统一直虽然十分可靠，但现在看来，它们正与生产力和效率不断提高的海运业逐渐脱轨。
以集装箱船和散货码头为例，他们最常见的问题是需要吃水深度、长度和储存空间更大的码头，这意味着这些码头往往必须建在不受大潮和强风影响的地方。为了抵消这些不利气象条件引起的船舶移动，使用真空吸盘式自动系泊系统比建造海堤更便宜、更容易。
虽然由于大多数港口仍使用传统系统，使得海运行业尽管创新程度不如其他领域，但他们几乎在所有领域都进行了创新，其中包括系泊系统的创新。目前，一些码头正在开发和安装一些新型自动系泊系统（Caro 2014，Diacute;az等人，2016）。
直到第二次世界大战，海上交通的开发和组织才发生了质的变化。装卸作业又慢又费力。因此，战后随着市场的扩大和劳动力成本的迅速上升，港口受到了巨大的压力。港口拥堵加剧，必须智能化，通过技术和工艺创新来寻求解决这些问题的办法。（Caro，2014）。
为了面对新的挑战，在海运行业的两领域发生了两次“革命”：
- 发展综合运输系统以应付非常规交通（散装船）。
- 在常规航线上，通过集装箱化将普通货物分组。
为了应对这些挑战，所有这些都导致了商业海港深远的变化（Camarero Orive等人，2011）。
由于这些革命，技术和管理层面上都产生了新的创新，出现了新的交通工具，新的设备和新的方法。
尤其对于是汽车，由于汽车产量的增加，需要不断的将他们从工厂运到不同的销售点，这形成了一种不同形式的常规化的运输方式，例如火车—船舶—卡车联合运输，并且需要在尽可能短的时间以最低的成本运输和交付货物以获得最大的利润。后来，出现了使用有船尾或侧面坡道的船只，他们不仅可以用于汽车运输，而且能够用于滚装货物和平台上的货物的运输。因此，需要建造更大的船只，以便能够装载更多的货物，还需要开辟其他航线。
这一创新进程虽然在主要工业国家处于高级阶段，但还不能说已经结束（Natarajan, Ganapathy 1997, Natarajan, Ganapathy 1995, Nakamura等人, 2007）。
AMS（自动系泊系统）弥补了船舶和设施之间的巨大差距。在此之前，船舶系泊系统远远落后于海运码头的重大技术进步。
AMS对滚装货物及其轮渡码头是一种很好的解决方案，因为目前海洋对减少道路交通有着越来越重要的作用。专门从事汽车运输的海运公司和主要从事短途航线的客运渡轮就是一个很好的例子，前者是全球汽车制造链物流的重要组成部分，后者时间表的可靠性和快速处理至关重要。
集装箱码头已成为当今全球经济中的重要一环。他们往往是一块区域内确保消费品、原材料和工业产品流通的物流集散中心。通过在船上和陆地上安设自动系泊系统可以实现效率和生产率的提高，这对精简物流链有着潜在的重要意义。这对集装箱码头运营商和航运业的在商业上的成功有着重大的影响。（Jin等人，2014）
2 目标、假设和方法论
2.1 总体目标与具体目标
如上所述，传统系泊系统通常用于执行商船的系泊操作，但目前正在不同港口开发和安装一种通过真空吸盘（AMS）为商船自动系泊的新方法。
在这种背景下，本文的总体目标是分析这些系统的引进情况及其在世界上的位置。
2.2 假设
本文的目标需要在以下假设下进行：
- 假设1：AMS越来越多的出现在世界各地的港口上。
- 假设2：AMS已安装在不同类型的码头上，以应付不同的需要。
2.3 方法论
为了评估自动系泊系统的引入情况，我们收集了通用和局部的资料，以清晰的界定研究的目标（Gonzaacute;lez 2006, Moyano Retamero, 2002）。为了实现拟定的目标，提出了下列工作方法，其中可区分两个部分。（Camarero Orive et al., 2011）。
第一部分，分析目前市场上各种类型的真空吸盘自动系泊系统的特点。（Ortloff et al., 1986）。
第二部分，研究了世界上这类AMS的存在情况。
过去几年，为商船和游船开发的自动系泊系统已经有一些不同的专利，但是我们研究的重点是一种带真空吸盘的系统，其专利首次注册与2001年（Hadcroft, J. and PJ Montgomery, 2001），尽管该系统首次应用于1999年。
本文首先描述了目前市场上几种不同的AMS型号，然后鉴别了几个安设了自动系泊系统的港口和码头，最后通过对获取得到的数据进行分析得出结论。
3 AMS的型号
AMS有几种不同的型号，取决于用途、所需力的大小、船舶、使用频率、码头等等。
这些系统可以被安装在船上或者码头上。
表3.1显示了几种Quay Sailor不同型号的装置和监视系统的图片。
表3.1 几种不同型号的AMS示意图
来源：http://www.cavotec.com.
4 使用AMS的船舶和码头
AMS可以用于任何类型的码头和船舶。目前在集装箱码头、滚装码头、客运码头和散货码头中均有使用。
4.1 滚装码头和客运码头
已经安装了AMS的这种码头无需昂贵的码头扩建和靠船墩即可停靠大型船舶，这些系统已经在以下港口安设：
4.1.1 新西兰，皮克顿港，首个AMS（1998）
1998年，第一个AMS在这个港口使用。市场上的第一个自动系泊系统是AMS i-400,它被安装在“Aratere”号客轮的船体上。这艘客船长150米，排水量12000吨，走从皮克顿到惠灵顿的固定路线，该系统的使用频率为每天三次。
该系统包括安装在船体的四个吸盘，船头的两个吸盘和船尾的两个吸盘，每个吸盘的吸力有20吨。
该系统从1998年运行到2009年，不过自2003年以来，它一直与安装在码头的Montgomery, P. J. and B. J. Rositer专利（2002）所述样机同时使用。
4.1.2 新西兰，皮克顿港，AMS 400样机（2003）
2003年，一台AMS样机即一个吸力400kN的系泊机械臂安装在了这个港口的码头上。
这个系统也被“Aratere”号客轮使用，频率为每天三次。Kiwirail有限公司安装了这个机器，并一直使用直到2005年下一代型号的机器被制造出来。
4.1.3 澳大利亚，墨尔本和达文波特港（2003）
AMS安装在了两个码头（墨尔本和达文波特）的边缘。其产生的总吸力为4台机械臂times;400kN = 160吨，使用频率为每个码头一天使用一次。
墨尔本港的AMS是该技术首次应用于滚装船，例如长149米、排水量13697吨的Searoad Tamar和长118米、排水量7928吨的Mersey Searoad。
该装置成对出现，一个在船头，一个在船尾。
4.1.4 新西兰，皮克顿港（2005）
2005年，根据P. J.与B. J. Rositer的专利（2003）和 Montgomery, P.J.与B.J. Rositer. 的 专利（2005）制造的AMS TM 400型号取代了原来的样机。这种型号与2003年安装在澳大利亚墨尔本港的相同。在皮克顿港的码头，安装了2台400kN的机械臂，总共可提供80吨的吸力。
4.1.5 英国，多佛（2005）
2005年6月，为了测试和试用，在英国多佛一个新建的码头，安装了世界上最大是自动系泊装置，每台设备能够产生80吨的力。
它被安装在北欧最繁忙的渡轮码头：为最长185米的滚装渡轮使用的多佛8号码头。
由于码头使用频率高，并且码头处于在高达60节的强风和高达1米的海浪的条件下，因此很有必要建造一个能抵御极端环境的自动系泊系统。
在测试期间，AMS成功完成了750次系泊操作，证明了即使在潮高和极端环境条件变化较大的情况下，AMS自动系泊系统也是高效的。
4.1.6 丹麦，霍夫港和萨尔维格港（2009）
从2009年起，丹麦霍夫港和萨尔维格港安装了AMS。它也安装在码头，并在其下方进行系泊操作。其产生的吸力为2个机械臂times;400kN。它用于长91米的“Kanhave”号船航行常规的霍夫—斯文航线的码头上。
这些港口认为，有必要减少操作，以便最大限度地增加丹麦从霍夫到萨姆索岛萨尔维格之间的定期客运线路。
安装在这条航线上两个港口的两个AMS，使得系泊操作更加安全，同时也减少了恶劣天气条件下停靠或离开所需船员的数量。通过船桥上的遥控系统，在25s内船只就可以被系泊或离开。
4.1.7 丹麦，斯波茨堡港和塔尔斯港（2012）
这些港口同样安装了安设在码头边缘，吸力400kN = 40吨的AMS，每天进行36次系泊。使用这些泊位的船只是99米长的“Lolland”号和“Langeland”号，他们覆盖了斯波茨堡到塔尔斯的常规航线。
这些AMS安装在常规航线的两个停靠港，减少了机组人员、时间、操纵材料（绳和线）还有设备维护的成本。
4.1.8 新西兰，惠灵顿港（2012）
AMS于2012年安装在惠灵顿港，其系统与皮克顿港相同，因此在常规线路的两个港口具有相同的机动性条件，频率为每天三次。
与皮克顿港一样，这个系统也被180米长的“Aratere”号客轮使用，后来被181米长的“Kaitaki”号所取代。
4.1.9 丹麦，霍斯维格/萨姆索市（2013）
2013年，丹麦侯港和萨姆索港港务局决定，安装并投入运行两个和他们在2009年建造的相同的AMS装置。计划在日德兰侯岛和萨姆索岛西岸的斯维格航线之间的每个港口安装一个机械臂。
这两个港口的困难是他们需要面对高达40节的强风和潮位的变化。因此他们需要加快操作速度，并且在船舶停靠期间提高安全性。
每个港口的使用频率为每天七个泊位，而进行此行程的船是一艘长99米的渡轮。
4.1.10 芬兰，赫尔辛基港（2014）
赫尔辛基港口向一公司授予了在Lauml;nsisatama码头安装6台AMS 15装置的许可证。 该设备自2015年底开始投入使用。对于长度为186米的客运渡轮，每台设备吸力为40吨。 渡轮每天往返六次，覆盖赫尔辛基和塔林之间的路线。
4.1.11 霍兰达，丹·海尔德/特索（2015）
特索公司在丹·海尔德和特塞尔岛之间运行有2条客运渡轮的高速渡轮路线。由于市政当局要求改善港区空气环境质量的压力越来越大，特索决定更改长度在110至130米之间的渡轮的停靠流程，这使他们的发动机都保持闲置状态。他们通过安装两个AMS装置完成改造，现在只需按一下渡轮上无线电遥控器上的遥控器按钮就可以确保系泊牢固。
这两个装置能够施加400 kN的夹紧力，并连接到码头的浮动钢结构（浮筒）上。
特索不仅从渡轮快速，安全的系泊中受益，而且还节省了大量燃料。此外，由于节省了时间，轮渡公司可以更好地维持每天约16班次的时间表。
4.1.12 挪威，拉维克与Oppedal/诺里德（2015）
2015年，AMS安装在挪威西部诺里德的一条可再生能源轮渡线上。这是世界上最早使用全电池供电的渡轮。AMS电气系统，允许渡轮在停靠码头期间对电池进行充电：船上的电池通过一个称为AMP的连接器连接到系泊系统（Murray等人，2009）。
使用AMS的渡轮长86米，可以容纳120辆汽车和360名乘客，使用频率为每天17个泊位。
4.1.13 丹麦，巴伦港和卡伦堡港（2015）
Faelig;rgen A / S赢得了侯—萨姆索航线运营后，于2008年购买了其第一套AMS系统。 2014年，在失去特许运营权的续约后，他们决定拆除这两个AMS单元，将它们还原并安装在附近的其他地点，并在Ballen和Kalundborg之间的路线上进行了安装。该路线有一条长91 m的渡轮，每天有五班。
4.2 集装箱码头
集装箱船越来越大，并且在许多港口，用绳索系泊这些大型船舶的时间很容易超过40分钟。AMS可以保证让大型船舶在几秒内停靠，使港口工作人员能够更快的进入船只并开始装卸作业。在具有该系统的港口中，由于AMS提供了稳定的停靠，以及很少的船舶移动，从而提高了起重机的效率，也提高了集装箱的安全性。 这增加了装卸速度，从而缩短了船只在港口的停留时间（Sakakibara，Kubo，2007）。 安装系统的集装箱码头有：
4.2.1 阿曼，塞拉莱港6号码头（2006）
2016年，这个港口安装了AMS。该系统也安装在码头上，并在码头边缘下方
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