CN101085658B - 自动化集装箱船、码头及其组成库化运输系统的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动化集装箱运输船舶和一种自动化集装箱储存装卸码头及由这些船和码头组成的全球集装箱海上远洋“库化”运输系统的使用方法，自动化集装箱运输船，即船库，可自动化装卸存储集装箱，提高集装箱船运力和经济效益；自动化集装箱码头，即港库，可自动化装卸和存储集装箱，对集装箱船大型化有灵活的适应性，简化码头建造形式，节约岸线资源，降低港口建设投资；船库和港库多方案配合使用，形成一个以计算机程序化管理为基础，快捷、安全、准时、经济、无混丢错损箱的全球集装箱海上远洋“库化”运输系统，以解决集装箱船大型化和港口间的矛盾及目前全球集装箱海上运输业存在的诸多弊端。

Description

自动化集装箱船、码头及其组成库化运输系统的使用方法

技术领域

本发明涉及一种自动化集装箱运输船舶和一种自动化集装箱储存装卸码头及由这些船和码头组成的全球集装箱海上远洋“库化”运输系统的使用方法。

背景技术

自50年代美国人麦克林建成第一艘专用集装箱船并成功进行营运以来，集装箱海上运输业一直以前所未有的速度迅猛发展。目前，各大航运公司为追求单箱最小运输成本和单航次最大利润，使集装箱船愈造愈大，装载5400TEU的第五代集装箱船已成为国际干线航线的主力船型，装载8063TEU的第六代超巴拿马型的集装箱船“东方宁波”号于2004年投入营运，装载9499TEU的集装箱船“中远宁波”号也已于2006年初投入营运，装载11000TEU的集装箱船“爱玛马士基”号也已于2006年9月7日首航丹麦奥胡斯港，装载13000TEU的集装箱船也正在设计和计划建造中，全球集装箱船大型化势不可挡。集装箱船公司对集装箱船舶大型化的追求是无止境的，从现有科技发展水平看，船舶大型化在材料和技术上不会有太大阻力，目前全球最大的“爱玛马士基”号集装箱船也只有17万多吨的排水量，与世界上已建成的50万吨级油轮相比，载重吨级相去甚远，因此，只要没有苏伊士和巴拿马运河等海上自然条件的限制，只要有箱子可运，集装箱船就可以愈造愈大。

船舶离开港口就无法生存，集装箱船大型化需要相应规模的港口设施与之配套，即所谓“有多大的船就要有多大的港”。而港口的码头及其装卸设施则不像船舶更新那么容易、那么快；同时，港口的岸线资源往往是有限的，港口建设达到某一程度以后，港口很难视现有码头而不顾，去配合船舶大型化新建更大的码头。

因此，如果没有新技术出现，靠现有的运输设施和方式，集装箱船大型化的发展趋势迟早要受到港口发展水平的扼制，船和港口在大型化上的矛盾必将是未来集装箱海上远洋运输进一步发展所面临的主要障碍。

上述船和港口的矛盾不仅将来会出现，其一直伴随着集装箱海上运输发展的全过程，同时，现有的集装箱船和集装箱码头自身也是矛盾重重，制约了全球集装箱海上运输业的发展，具体表现在如下10方面：

1、港口码头装卸船设施更新换代问题

一般来讲，集装箱码头的岸边集装箱装卸桥吊的造价要占集装箱码头建设总投资的四分之一甚至三分之一，船舶大型化的发展可能会使码头刚建好、桥吊投入使用没几年，就已不适应新的集装箱船的需求了，这主要是指集装箱装卸桥吊的外伸距和装卸速度等方面不能适应大型化集装箱船的需要。港口集装箱装卸桥吊的更新换代代价太高，使港口难以承受。此时，港口将面临极其痛苦的抉择，要么不顾船舶大型化的要求而失去发展机遇，要么处理掉旧桥吊再花巨资购买新桥吊。

2、码头后方堆场短缺问题

集装箱码头需要较大的集装箱存放场，港口方面由于存放场严重不足而影响了港口通过能力的例子屡见不鲜。受机械能力和倒箱作业效率的限制，一般港口集装箱的堆高：重箱最高为3层，空箱最高为6层。因此，场地的需求只能靠面积的扩大来完成，集装箱船愈大、愈现代化、愈需要港口具有更大的堆存场地，而这恰恰在许多港口即使有钱也是办不到的，这将使很多港口在集装箱船舶大型化面前束手无策。

3、码头靠船能力和航道问题

船舶大型化，要求具有与之相配套的码头靠船能力，同时，港口航道和码头前沿要有足够的吃水深度和宽度。从技术上讲，有些港口可能有条件对现有的码头和航道进行改造，使之适应船舶大型化的发展需要，如果没有条件或条件很差，则港口在船舶大型化面前将非常被动，形成“老码头难舍，新码头难建”的窘境。

4、快捷、安全、准时与混、丢、错、损箱率问题

集装箱班轮要求快捷、安全、准时，同时不能有混箱、丢箱、错箱和损箱，这些要求在现有的运输设施、方式和技术水平条件下，在许多港口即使是最现代化的港口也不同程度地存在一定的问题，制约了集装箱运输业向标准化、规范化和零混丢错损箱率方向迈进。据报道，美国在伊拉克战争期间，在军事保障和后勤供应上，由于集装箱混箱、丢箱、错箱和损箱造成的经费损失高达几十亿美元，由此而造成的混乱和战机贻误更是不胜枚举，可见，现有的集装箱海上运输设施和方式与未来现代化战争要求是极其不协调的。

5、“中心港”问题

在港口条件允许的情况下，集装箱客户和集装箱内货物品种的多样性，要求船舶在国际远洋干线航线的两端尽可能多挂靠几个港口，但是，船舶本身不具有倒箱和取送箱的功能，在国际远洋干线航线的两端挂靠港口愈多使得船公司损失愈大，因此，让船公司在国际远洋干线航线的每一端挂靠多个港口是极其困难的，更何况许多港口根本不具备接收大型船舶的条件，让远洋运输干线每一端的各个港口都具有接纳大型集装箱船的能力是不现实和不经济的。

在集装箱海上远洋运输中，对拥有大型集装箱船的船公司来说，比较理想的运输模式为：在国际远洋干线航线的两端，船上集装箱最好在一端的某一港口全部装好，在另一端的某一港口全部卸下，这样最能体现大型远洋集装箱船的使用价值。这是船公司在追求船舶大型化的同时不断创建“中心港”的内在原因。为了追求这一使用价值，目前的做法是：大型集装箱船在航线的一端挂靠一个或两个“中心港”，由支线船把集装箱集中到或疏散出这些“中心港”。但是，从经济学的角度讲，集装箱运输成本是包含港口、船舶和陆上运输的综合成本，其经济性不能单从船本身来体现，过度的追求“中心港”效应，带来的往往是港口、支线船和陆上运输成本的扩大，而成本最终都要由用户来承担。从集装箱运输全过程看，在干线航线的端部适当挂靠多个港口可能更经济合理，综合运输成本更低。但是，这一经济规律却被在集装箱海上远洋运输中居主导地位的船公司所追求的船运利润最大化目标所淹没了。

6、集装箱自动化追踪问题

实现集装箱自动化追踪是集装箱远洋运输现代化追求的目标，但在目前的情况下，由于在港口和船舶没有全部实现自动化，只能在个别操作环节实现自动化，实际操作过程中人为因素很多，因此，在全球整个集装箱远洋运输这一大的系统中实现集装箱自动化追踪是极其困难的。

7、空重箱位置不当形成的“运力损失”问题

在每一艘集装箱船载运的全部集装箱中，一般空箱量约为30％-40％，按船舶稳性要求，希望全部载重量的重心越低越好，即将重箱全部放在船舱的下部，而空箱全部放在上部，这样，即可最大限度地提高船舶稳性和安全性，又可提高船舶的载重量，提高单船单航次经济效益。目前，由于集装箱客户和其中货物品种的多样性，船内集装箱又不能分格存放，船舶本身又不具有倒箱和取送箱的功能，使得将重箱全部放在船舱的下部、空箱全部放在上部是极其困难的，由此形成的因空重箱位置不当形成的“运力损失”约占总箱量的10％-20％左右。

8、“先货不能先下，后货堵先货”问题

对于船舶，由于集装箱客户和品种的多样性，船内集装箱不能分格存放，船舶本身又不具有倒箱和取送箱的功能，因此，如果不能实现在国际远洋干线航线的两端，使每船载运的集装箱在一端的某一港口全部装上，在另一端的某一港口全部卸下，就意味着在国际远洋干线航线的一端，集装箱船必须挂靠一个以上的港口，在此情况下，要实现“后卸的货先上，先卸的货后上，先货先下，后货后下”是极其困难的，而实际上往往是“后卸的货不能先上，先卸的货不能后上，先货不能先下，后货不能后下，后货堵先货”。为解决此类问题，目前的做法是：集装箱船到达某一港口后，先把堵货的箱子卸到岸上，然后再卸需在本港卸下的箱子，等卸完全部应在本港卸下的箱子后，再把堵货的箱子装到船上。这种方式，对于装载量小的集装箱，问题并不是很大，但对于几千箱的大船，这样做的结果必然是费时、费力、加大成本。如果仅仅是费时、费力、加大成本也就罢了，实际上往往是在七倒八倒的过程中，混、错、丢、损箱现象经常发生，带来的是服务质量下降，各种投诉和纠纷不断出现，严重地影响和制约了集装箱远洋运输行业的发展。

同样，对于港口，除了集装箱客户和品种的多样性造成的上述弊端外，还要加上频繁不断地取送箱作业，由此造成的“先货不能先装(卸)、后货堵先货”，混、错、丢、损箱现象要比上述船上严重几倍甚至十几倍。

9、港口扩大同城市建设争夺岸线资源问题

一个大港口的身后必然有一个大城市，在二者发展初期，港口和城市的发展是相辅相成的，随着港口规模的不断扩大，港城之间建设的矛盾开始突现，原因是：按现有港口建设方式，港口规模的扩大即意味着占用有限的海岸线及其后方陆域资源，港口陆域面积和海上岸线的扩大又同其所依托城市建设产生尖锐矛盾，不仅如此，港口建成投产后，还要进行封闭式管理，将城市与大海永世隔离开来，这是现代化港口城市建设和人民生活所难以容忍的。开港之初，一切以发展经济为主，靠港口规模扩大拉动地方经济，这几乎是所有沿海地区政府的办事原则和发展思路。但是，十几年或几十年回过头来看，这种以牺牲城市自然人居条件的港口发展，代价太沉重了。

10、船舶稳性和安全问题

上面已提到：按船舶稳性要求，希望全部载重量的重心越低越好。不仅如此，船舶在航行时，还希望船舶重心能尽量靠近其纵中剖面，以提高船舶稳性和安全性。满足这一要求要靠调整集装箱货物重量在船宽方向上的分布来完成，由于船舶本身不具有倒箱功能，只能靠岸上装卸货作业积极有效的配合才能完成，其中的人为因素非常大，这与一个现代港口的装卸作业极不相称，而一旦集装箱货物在船宽方向上的分布出现偏差，纠正起来相当困难，无奈之际，船上只好采用加压载水的办法来解决，但如此做法的必然结果是：增加无功能耗、降低船舶的有效载重量。因此，亟待找出一种科学的办法解决这一难题。

上述存在问题可简要归纳为“一大矛盾、十大问题”，为了解决这“一大矛盾、十大问题”，世界各国都在探讨新的技术和解决方案。1995年，美国5407316号专利公开了一个自动化集装箱存储库，该库由若干个二十英尺或四十英尺集装箱排架组成，如图1所示，是其中一个排架的断面图。每排架内，集装箱可分格存储高达15至20层，每排架内任意两个存储单元中的集装箱可以任意互换位置，每排架中部留有一个集装箱移动通道，通道内设有可提升、水平移动和抓取集装箱的移位车，在每一水平架上设有可水平移动集装箱的水平输送机，移位车和水平输送机联合作用，可将库中每排架内任意位置上的集装箱移至该排架内另一个选定位置，如图1～3所示。每排架中部通道下可由集装箱卡车进出，可实现由卡车进出库进行自动装卸集装箱的库化管理。

该专利技术比较成熟，有实际应用价值。其不足之处是：只能解决港口现有集装箱陆域堆存场地紧缺和港口集装箱快捷、安全、准时与混丢错损箱率问题，不能从根本上全面地解决“一大矛盾、十大问题”，同时，在设计上也有缺陷，具体表现是：每排架要设一个移位车，各排架间的车不能通用，即：各个排架间的集装箱不能互换位置；过多地考虑移位车水平移箱和抓箱机构设计紧凑性，造成每排架存放集装箱的各水平架间空间浪费太大，不利于在船上应用该技术。因此，该专利技术并没有在世界范围内得到广泛的推广和使用。

1998年11月18日，中国97106416.4号专利公开了一种“货柜码头自动仓储装卸转运系统”，虽然该专利没有被授权，但却首次提出：在港口装卸集装箱中，取消集装箱装卸桥这一现代集装箱港口普遍采用的集装箱装卸船工具，而采用“船”和“码头”对接的方式，实现集装箱在船和码头间的移位。其不足之处是：该“货柜码头自动仓储装卸转运系统”过于简单，一是在该“货柜码头自动仓储装卸转运系统”所描述的“船”上，其存在的主要问题是：1、“船”中的集装箱只能在“船”的横向位移，不能在“船”的纵向进行位移；2、“船”的垂直方向的位移是靠互相毫无联系的一列列所谓的“升降输柜装置”来完成的，这在船体结构中是不现实的；3、每一列“升降输柜装置”是由单个“升降输柜装置”叠加后形成的，因此，集装箱不能从底部直接位移至顶部，也不能从顶部直接位移至底部；4、就其单个“升降输柜装置”来看，存在运动笨拙、耗能、费时等问题，难以投入实际应用；5、没有解决“升降输柜装置”与“升降输柜装置”之间的上下协调和运动；6、不能实现在全“船”范围内自由倒箱作业；二是在该“货柜码头自动仓储装卸转运系统”所描述的“码头”上，除存在上述类似的问题外，尚存在：1、没有说明和解决“码头”上集装箱库内的集装箱与集装箱拖车之间是如何取送作业，由于存在：每一列“升降输柜装置”是由单个“升降输柜装置”叠加后形成的，集装箱不能从底部直接位移至顶部，也不能从顶部直接位移至底部，因此，在该“货柜码头自动仓储装卸转运系统”所描述的“码头”上是不能进行集装箱与集装箱拖车之间取送作业的；2、集装箱库直接坐在“码头”上，库和码头不是一个整体，库的功能和码头的功能是分开的，这样将影响集装箱装卸效率。此外，该“货柜码头自动仓储装卸转运系统”没有给出“船”和“码头”如何对接，因此，无法利用该“货柜码头自动仓储装卸转运系统”进行实际操作。

由此可见，中国97106416.4号专利公开的“货柜码头自动仓储装卸转运系统”，仅仅提出了在港口集装箱装卸船中取消集装箱装卸桥这一现代集装箱港口普遍采用的集装箱装卸船工具、采用“船”和“码头”对接的方式实现集装箱在船和码头间的移位的一种思想，距离实际应用相去甚远。

发明内容

为了能有效地解决“一大矛盾、十大问题”，本发明的目的是：建立一种自动化集装箱运输船舶和一种集装箱自动化储存装卸码头，并给出由它们组成的全球自动化集装箱远洋“库化”运输系统的使用方法，形成“船库到港库、港库到船库”的全球化海上集装箱运输“库化”经营模式。首先，形成专业化极强的集装箱自动化运输船舶，可自动进行集装箱的存储和装卸，以最大限度地减少船舶滞港时间，提高集装箱船舶的运力和经济效益；其次，建立一种集装箱自动化储存装卸码头，可自动进行集装箱的存储和装卸，其对将来集装箱船舶大型化具有非常灵活的适应性，同时，简化码头建造形式，节约岸线资源，降低港口建设投资；最后，建立一个以计算机程序化管理为基础的快捷、安全、准时、经济、无混丢错损箱的港口和船舶集装箱智能运输系统，在世界范围内实现在港口和船舶之间的集装箱封闭式“库化”管理，将50年代美国人麦克林开创的货物远洋运输集装箱化革命进行到底。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

首先，建造一种集装箱自动化运输船舶，主要是：将船体内可利用来载集装箱的空间按现有自动化集装箱存储库的结构形式进行设计和建造，船体构件和自动化集装箱存储库的构件在设计和使用强度上融为一体，形成船和库构造上的统一体，如此，才能有效地减少船内设置自动化集装箱存储结构对船舶载重量和船体内有效使用空间的影响，即在结构重量上避免1+1＝2，力争1+1＝1；在有效使用空间上避免1+1＜1，争取1+1＝1。使船除满足常规大型集装箱运输船舶应具有的使用和技术要求外，还具有自动化集装箱存储库的存箱、倒箱、取送箱甚至装卸船功能，即在造船的同时，也造一个“库”，即“船库”，船既是库，库也是船，船库一体。

其次，在靠近港口的适当水域利用现有自动化集装箱存储库建造技术建造一个能够实现集装箱自动化存储装卸的码头(或在原有码头边或码头上造)，码头结构构件和自动化集装箱存储库的结构构件在设计和使用强度上融为一体，形成码头和库构造上的统一体，即港库，港库即是码头也是库，具有码头的靠船和系泊功能，又具有存箱、倒箱、取送箱等集装箱自动化储存和集装箱装卸车船功能。港库和岸边之间以栈桥公路卡车运输系统连接，或“中转港库”加“浮动港库”的形式连接。

最后，在“船库”和港库之间取消常规的集装箱装卸桥吊，利用船库或港库上建立的集装箱装卸船机构完成集装箱在船库和港库之间的转移，形成船靠码头即是“船库”与港库对接，使船靠码头，即“船库”和港库对接之后，集装箱在“船库”和港库之间连续不断地快速移动。

在集装箱船足够大和海域海况允许的情况下，也可采取在国际远洋干线航线两端的港外适当海域进行集装箱船海上过驳，形成大“船库”与小“船库”在海上对接，集装箱由大“船库”过驳到小“船库”后，由小“船库”将集装箱分散运到周边各港口，同时，大“船库”减载后，便可降低对港口水深等各种苛刻限制而顺利进港，或者直接由小“船库”驳空、驳满后返航。在此情况下，理论上，将来的海上远洋集装箱船真的可以造的无限大。船造大后，其稳性和海上抗风浪能力也随之增加，因此，在国际远洋干线航线的途中，大“船库”与大“船库”也可以在海上直接对接，或者在两个大“船库”之间加一个起过驳作用的小“船库”，来实现大“船库”与大“船库”之间的集装箱海上交流，取消集装箱船在途中进中转港进行集装箱交流，即方便、安全，又省时、省力、省钱。

最终形成：集装箱从港外由卡车送入港库，再由港库到“船库”，再到航线另一端的另一个港口的港库、再由卡车从该港库取出送至港外客户，实现集装箱在“船库”和港库间封闭式的库到库管理。

由于上述过程可以做到全部自动化，没有任何人为操作环节，因此极易实现计算机集装箱自动化跟踪管理，可实现真正意义上的全球港口和远洋运输集装箱库化封闭式管理系统。将来，只要集装箱进到这个系统中，无论走到哪里，都在人们的掌控之中。

实现上述目的的具体技术方案为：

下文中所说的“纵向”，是指港库(码头)前沿线方向，或船靠码头后的船长方向；“横向”是指与“纵向”垂直的水平方向，或船靠码头后的船宽方向；“垂向”是指与水平面垂直的方向。

1.建造集装箱自动化运输船，形成“船库”。

所谓集装箱自动化运输船，即“船库”，可采取如下两种方式建造：

(1)建造一个全新的集装箱自动化运输船，即“船库”。

利用现有自动化集装箱存储库建造技术和船体结构设计规范，使库的构件即作为船内集装箱库的结构构件也是船体的受力构件，船和库的结构融为一体，以最大限度地减少由于在船内建自动化集装箱存储库所增加的船体结构重量、建造成本及在船舱内消耗浪费的空间，最终使整船结构即能满足船舶使用强度的要求，又能满足自动化集装箱存储库的要求。这样做，理论和技术上是可行的，但要打破常规的船舶设计规范，同时，相应的船舶检验等技术规范和标准也要相应改变。

船库具体建造方法是：在船可载集装箱的空间内，即由船体、船主甲板以上至少一个集装箱高度以下、船侧垂直延长面所包围的空间内，由钢结构框架分割成可存储二十英尺或四十英尺集装箱的存储单元，钢结构框架分布规律为：

a.沿纵向、即船长方向，以二十英尺或四十英尺集装箱的长度或宽度为单位，分成若干排；

b.沿横向、即船宽方向，以二十英尺或四十英尺集装箱的宽度或长度为单位，分成若干列；

c.沿垂向、即船型深方向，以二十英尺或四十英尺集装箱的高度为单位，分成若干水平架；

船体和上述钢结构框架构成了自动化集装箱船的可载货主体，即船库；

所述钢结构框架每一排的横向任一部位，从排的最下层水平架贯通至排的最上层水平架，设有集装箱运输通道，通道内设有可沿通道移动的集装箱移位车；包括机架、提升机、提箱机及水平输送机，提升机的一端安装在船库上，另一端设有机架，在机架容置集装箱空间的上方设有提箱机，水平输送机固接在机架的底部。

所有排的通道集合组成了中心廊道，其下部、船底板上部设有纵向输送机；

所述钢结构框架沿垂向均匀分布的水平架上，设有能横向输送集装箱的水平横向输送机；

在船库两侧设有一个或多个集装箱进出通道口。

在船体上加设有龙门起重机，该龙门起重机、港库装卸船机配合完成集装箱从船到港库，从港库到船的位移。

所述集装箱移位车包括机架、提升机、提箱机及水平输送机，提升机的一端安装在船库上，另一端设有机架，在机架容置集装箱空间的上方设有提箱机，水平输送机固接在机架的底部。

在钢结构框架船侧部设有一个或多个集装箱装卸船机，包括机架及安装在其上的可垂向移动的横向输送机、垂向提升机、纵向输送机、横向输送机，可垂向移动的横向输送机与港库或另一船库上的输送机对应设置，垂向提升机位于可垂向移动的横向输送机的一侧，在垂向提升机的下方设有纵向输送机及横向输送机；在纵向输送机的下方设有凸轮。

船内自动化集装箱存储库的结构形式、集装箱移位方式、提升机的构造等可利用现有自动化集装箱存储库建造技术进行建造，因此，不在此处详述(下述港库建造时亦同)。按上述方式建造的船库还应具有如下一些功能：

船舯部设集装箱移位通道，通道内设有提升机若干个(一般二十箱提升机2个、四十箱2个即可)，二十箱和四十箱的提升机是通用的，在船纵向可以沿某一特定层面上的滑道移动，以便一个提升机可以为多个排单元(所谓“单元”是指船库和港库中能够存放单个二十或四十集装箱的空间及其配属机械，所谓“排单元”是指船库和港库横向断面上每一排单元的集合)的集装箱工作。

在船库两侧分别设有若干个集装箱进出通道口，用于与港库对接取送集装箱用。同时，在通道口上设有抓箱器，以便风浪中船舶不稳时协助接收和释放来自或发往岸库的集装箱。抓箱器主要由抓箱和输送箱机构组成。

在船舯部集装箱移位通道的船底部设有集装箱纵向输送机，该机从艏部至艉部贯通，连通所有排单元，使每一排单元的集装箱通过该通道可移到其它排单元。在各水平架上设横向水平集装箱输送机，使其将集装箱横向水平送至设定箱位。

此外，在船库最上部最好设一个横向输送机，以适应在码头上建库并采用桥吊方案装卸船时集装箱在港库和船库之间的移动。

船库的建造要考虑对现有自动化集装箱存储库技术进行改进，使之适应于船舶容积利用率和稳性等方面的要求。将常规的集装箱船舶载箱方式和自动化集装箱存储库的存箱方式进行比较，我们不难看出，自动化集装箱存储库的容积利用率很低，这样低的容积利用率将直接影响船的装载率和经济效益；同时竖向的存箱密度太低将直接影响船舶初稳性高度，对船舶稳性不利。因此必须采取改进措施，使之满足船的上述两项要求。改进措施如下：

1)现有陆上自动化集装箱存储库层与层之间必须要考虑移位车上的水平移箱器在水平移箱时的运动空间。按美国5407316号专利说明书公开的技术测算，这部分空间约占层高的20％。为消除这部分空间损失，我们注意到：船库和现有陆上自动化集装箱存储库在集装箱进出库方式上的最大区别是现有陆上自动化集装箱存储库的集装箱一定要从最下面一层进出库，而船库则要从上部进出库，利用这一差别，我们可以对现有陆上自动化集装箱存储库移位车的提升机、水平移箱器和抓箱器进行改进，水平移箱器改为水平输送机，使水平移箱器和抓箱器不再向通道两边的集装箱存放空间位移。

2)据现有技术，自动化集装箱存储库必须时刻留有总箱位5％的空箱位，使自动化集装箱存储库有良好的机动性，全部装满了，就无法进行倒箱作业。在船库中，为提高容积利用率和稳心高度，我们可以将上述5％的空箱位安排在船舶的最上部，同时在船舶航行时可以利用上节中提到的提升机下部的抓箱器将中间通道内的空间全部装满集装箱。

3)为提高船舶容积率，尽量多按四十英尺箱制造箱位，并在一些四十英尺箱单元上设计成即能装二十英尺箱也能装四十英尺箱。方法如下：改四十英尺箱单元每层的单条传送链为可同时装2个二十英尺箱的两条传送链，同时在船上使二十英尺箱的提升机能移至四十英尺箱的单元使用。

除上述措施外，在箱子管理上，在装船和当船处于航行时，应将重箱移至船下方以降低全船重心高度，提高稳心高度和集装箱装载量。

(2)利用现有船舶改建。

利用现有集装箱船、大型散货船、大型油船等船舶改建一个全新的自动化集装箱运输船，即“船库”，可在原船结构基本不动的情况下，增加自动化集装箱存储库的结构，如此，必然带来船体自重增加、净载重量和可利用空间减少，尽管如此，在形成“船库到港库、港库到船库”的全球化海上集装箱运输“库化”经营模式的初期，实验和旧船利用等是必不可少的过程。其自动化程度和效率显然不如前面所述按现有自动化集装箱存储库的结构形式新建造的船。这种做法的优点是：可利用现有船舶进行改造，技术处理简单，造价较低。

2.建造一个能够实现集装箱自动化储存装卸的码头，即港库。

建造一个能够实现集装箱自动化储存装卸的码头，即港库，可采取以下几种方式建造：

(1)在无掩护的深海处建港库

1)港库库体建造

港库外形是一个具有水密性的钢结构长方体，其内按现有自动化集装箱存储库的结构形式进行建造，由于港库还要兼做码头使用，因此，还要充分考虑码头使用上对港库结构的要求，使集装箱智能库的结构和码头使用上对港库结构的要求融为一体；其长、宽、高和结构设计强度等要充分考虑设计船型、海洋和地质状况、码头设计水深、船舶靠泊力、风浪、流冰、海水腐蚀、使用寿命、钢材质量、建造方式、下水方式、坐底深度、坐底方式、岸线自然环境等因素的影响。港库是平底的，为的是将其直接坐在经过适当处理后的海底上。港库库体可在陆地船台上整体建造，整体下水，也可以将港库库体分几个部分建成组合式的，分部下水，对于大型港库库体，后一种更好一些，因为建成组合式的，港库库体可根据形式发展需要而不断增大或减小。

供自动化集装箱船靠泊的自动化集装箱码头，包括码头主体、船靠、离泊和系带缆设施，码头为水密性长方体，其内部空间由钢结构框架分割成可存储二十英尺或四十英尺集装箱的存储单元，钢结构框架分布规律为：

a.沿纵向、即船靠泊时的船长方向，以二十英尺或四十英尺集装箱的长度或宽度为单位，分成若干排；

b.沿横向、即船靠泊时的船宽方向，以二十英尺或四十英尺集装箱的宽度或长度为单位，分成若干列；

c.沿垂向、即船靠泊时的船型深方向，以二十英尺或四十英尺集装箱的高度为单位，分成若干水平架；

具有上述钢结构框架的水密性钢质长方体构成了码头主体，即港库；

所述钢结构框架每一排的横向任一部位，从排的最下层贯通至排的最上层，设有集装箱运输通道，通道内设有可沿通道移动的集装箱移位车；所有排通道的集合组成了中心廊道，其下部、码头底板上部设有纵向输送机；

所述钢结构框架沿垂向均匀分布的水平架上，设有能横向输送集装箱的水平横向输送机；

在港库一侧或两侧设有一个或多个集装箱卡车进出通道；

在港库船靠泊一侧设有一个或多个集装箱装卸船机，包括机架及安装在其上的可垂向移动的横向输送机、垂向提升机、纵向输送机、横向输送机，可垂向移动的横向输送机与船库上的输送机对应设置，垂向提升机位于可垂向移动的横向输送机的一侧，在垂向提升机的下方设有纵向输送机及横向输送机；在纵向输送机的下方设有凸轮。

在位于深海的码头底部设有海底基础，码头设在其上，码头与岸边之间通过海上公路栈桥连接。

在港库库体底部设有港库库体浮起装置，主要由多个设在港库库体底部的阀门和高压注水泵组成。

港库库体上要建造与船舶靠泊、系泊、离泊等要求的常规码头设施，如护舷、系缆桩等。

在陆上条件不具备时，也可以在水上建造。在水域中港库库体的建造：可先造一个水密性基础，沉入海底，然后在其上进行上部结构的安装和拼接；另一个可行的办法是：采购一个合适的大型旧船，先将其沉入经处理过的海底基础上，再在其内建集装箱智能储运设施，并根据废船的状况决定是否再在其内做水密性壳体。

港库库体底部整体性要好，强度和刚度要足够大，以保证其上的钢结构变形在允许的范围内，同时，将其上部的荷载均匀地传递给库体基础。

2)港库港址选择

按码头设计水深、波浪和港库库体坐底深度等因素的影响水深要求，在海上选一处水深和海流合适、海底质地均匀的地方确定港库港址。港库港址处海底物探深度要足够大，防止整个港库库体范围内的地质不均匀，造成港库库体破坏，有流冰的海域还要充分考虑流冰对港库库体的影响。

3)港库基础处理

由港库库体稳定、防倾倒、防侧滑、防海流冲刷等性能的要求，计算出港库库体坐底深度，扣除海底淤泥影响，确定出准确的港库基础深度，然后进行基础开挖，开挖后的基础底面要达到一定的平整度，保证港库库体不会因基础底面不均匀而破坏。

4)港库库体坐底

港库基础处理后，即可将下水后的港库库体拖至处理后的港库基础上，然后加水自然沉到港库基础底面上。港库库体坐底后，排水，密封，完善上部设施后，就可以投入使用了。

5)港库库体浮起

如未来有将港库移址的可能，应在港库库体底部事先设置港库库体浮起设施。该设施主要由若干个设置在港库库体底部、均匀分布的阀门和高压注水泵组成，当港库库体需要浮起时，保持库体内密闭无水状态，先在库体外侧基础周边用高压水或其他设施，将库体外靠近库体周边的海底吹空或挖空，然后开通库体内高压阀门，在高压注水泵中高压水的作用下，伴随库体底外部土质不断疏松流空，库体浮力会不断增加，直至库体浮起。库内高压阀门和高压注水泵的分布密度、开起顺序、高压水压力大小等，要根据土质情况、库体结构情况、浮起速度要求等事先设计好，最重要的是要考虑库底外部浮力建立初期，有可能形成库体受力不均，造成库体局部或整体变形或开裂，要准确地计算库内高压阀门的分布密度、开起顺序、高压水压力等技术参数，防止造成库体浮起初期局部或整体变形或开裂。此外，库体全部浮起的瞬间，库体会迅速上浮，此时，要保证库体具有足够的稳心高度，否则，应采取加压载、拖轮拖带等措施，防止库体迅速浮起后倾倒。

6)港库靠泊辅助设施

港库做码头使用时，应在港库两端设置系缆墩和解系缆设施，以克服由于港库上系缆和带缆设施能力不足的缺陷。在港库两端设置系缆墩和解系缆设施辅助下，使船舶方便、安全靠泊、系泊和离泊，形成：港库即是码头、码头也是港库。

7)港库动力设施

在港库上设置太阳能、风、潮汐和海流综合发电装置以部分地解决港库动力来源，动力不足部分，可采取海底电缆方式由陆上电力设施供电。

8)港库与岸边连接

港库和港口岸边采用公路栈桥方式连接，或中转港库加浮动港库的形式连接。

9)集装箱在港库与集装箱拖车间的转移系统

港库内设集装箱在港库与集装箱拖车间的转移系统，可利用现有自动化集装箱存储库的技术进行建造，因此，不在此处详述。集装箱经由公路栈桥进出港库，在上述转移系统内完成集装箱的送取箱作业

10)港库卡子门和排队设施

港库在库体外部两端的公路栈桥上设置港库卡子门和排队设施。港库卡子门是全球集装箱港口和远洋运输“库化”系统的入口和出口，进出全球集装箱港口和远洋运输“库化”系统集装箱在此完成电子打卡、登记注册、运单确认等信息交换。排队设施主要由足够的排队场地和分道线组成，在港库卡子门外端设置。

11)其它

港库设有中央控制室、通讯、导助航、观察了望、紧急救助、给排水、办公、生活等设施。

12)港库建造注意事项

①尽量采用液压吸能护舷或其它吸能护舷以消除船舶靠船力的冲击；

②在港库底部增加锚固力，使之足以抵抗靠船时形成的推移力，防止港库移位(虽稍移一点也无妨)；

③在港库内钢结构设计中，要考虑靠船力的影响，要与靠船构件配合，在适当位置处加强；

④按上述方法造好港库即码头后，港库和港口岸线间可采用公路栈桥连接，如果栈桥太长，亦可以考虑在已建港库和岸线之间建一个或几个中转港库，港库和中转港库之间的集装箱运输由自航式水上浮动港库来完成，在中转港库和港口岸线间再采用公路栈桥连接。这样，可形成一个港库对应几个中转港库的局面，以提高港库的适应性和利用率。究竟采用何种方案，要在具体港口条件下进行必要的技术经济论证后才能确定；

⑤由于港库直接坐在海底上，因此，要考虑海底不均匀沉降对港库的影响，必要时要采取库底加固措施，加固的办法很多，应根据当地的地质状况确定。一个比较经济可行的办法是：在库底加一个断面为梯形的钢结构台式基础，梯形的上边大于或等于岸库宽，下边大于上边；

⑥港库要选择在质地均匀且不产生冲刷和淤积的海底处，即使如此，建成后仍要对岸库冲刷和淤积状况进行监测；

⑦采取阴极保护或更先进的防腐蚀技术对岸库进行防腐蚀保护；

⑧港库建在无掩护的深水处，可不受港口航道和有关设施条件的限制，较容易适应船舶大型化发展的需要，但船型要足够大才能成立，对于中、小型船，要考虑在有掩护的位置建库；

⑨港库的大小应考虑一次能容纳至少一个设计船型的全部集装箱，并加一定的富余量。

(2)在有掩扩的浅水处建港库

根据港口现有条件，可考虑充分利用已有港口设施、逐步满足今后船舶大型化的发展需要的方式，在港口有掩护区域内的适当水深处建港库。港库建造步骤同上。如果海底水深不够，难以满足船舶吃水的需要，可采取下卧方式解决，即在拟建港库海底处挖一深槽，使其在深度方面满足船舶的要求、在宽度方面满足船库靠离港库和港库下卧的要求。港库和港口岸边采用公路栈桥方式连接。

(3)在已有码头前沿处建港库。

在已有码头前沿处建港库，可按现有自动化集装箱存储库技术建造，但其基础形式不会象直接坐在海底上那样简单，其对上部荷载要有足够的支撑强度和均匀性。

(4)在已有码头前沿处无法建港库时的处理方法

在已有码头前沿由于码头结构等原因无法建港库的情况下，也可以在尽可能靠近码头前沿的地方建港库，在码头前沿设一个或几个集装箱装卸船机(该集装箱装卸船机可以利用已有的集装箱装卸桥吊或新建的集装箱装卸船机)来完成港库和船库之间集装箱的取送，在港库和码头前沿集装箱装卸船机(或集装箱装卸桥)之间可采用集装箱卡车完成集装箱的取送。

按上述(1)和(2)两种方式建库时，应单独设立卡车进出库取送箱专用通道，与港库内每排单元中部的集装箱提升通道分开设置，这样可将港库建成一个长方柱形，便于用做码头使用。

3.“船库”与港库之间集装箱转移设施

对于船库，可在船库两侧适当位置设一个或几个集装箱进出通道，以接收和释放来自或发往港库的集装箱，同时，在通道口上设一抓箱器，以便风浪中船舶不稳时协助接收和释放来自或发往岸库的集装箱。在港库靠海一侧，设一个或几个集装箱装卸船机，每一个装卸船机可在四个四十集装箱范围内沿纵向移动，以实现在纵向同船库的集装箱进出通道对位，垂向的对位由下面将提到的集装箱装卸船机上的可垂向移动的横向输送机完成。

在港库集装箱装卸船机上装有：机架、可垂向移动(移动的范围应根据船舶和潮差的大小确定)的横向输送机、垂向提升机、纵向输送机。纵向输送机负责接收港库内机架占居的四个40尺箱长范围的四个横向输送机中的某一个横向输送机送来的集装箱并将其送至垂向提升机下，由垂向提升机提升至可垂向移动的横向输送机后方，并移送给可垂向移动的横向输送机，可垂向移动的横向输送机再将其送给船库集装箱进出通道的抓箱器或直接送给船库集装箱进出通道内的横向输送机，从而完成集装箱在船库与港库之间的转移。机架可在轨道上沿纵向移动，以实现在纵向使港库上的集装箱输送机与船库上的进出箱通道口对位。

此外，在船库最上部最好设一个横向输送机，以适应在码头上建库并采用桥吊方案装卸船时集装箱在港库和船库之间的移动；在船库为龙门吊方案时，应在港库或码头上建上面所说的集装箱装卸船机。

4.船库与船库之间集装箱转移设施

集装箱在船库与船库之间转移时，船库上必须设有集装箱装卸船机，其在船库中的设置和使用方法同上，不再赘述。

5.船库与港库对接的程序

船库靠港库时，船库与港库对接的程序为：船库靠泊时，要使其进出箱通道口大致与港库的进出箱通道口对位，靠泊并带上缆绳后，先移动港库上的装卸船机，使其在纵向与船库的进出箱通道口准确对位；然后移动港库上的集装箱输送机上的可竖向移动的横向输送机，使其在垂向与船库的进出通道口准确对位。

上述两个方向的对位完成后，可开始调整船库上的抓箱器和港库上的可垂向移动的横向输送机的横向外伸距。抓箱器的横向外伸距由其上的液压油缸来调整，可垂向移动的横向输送机的横向外伸距由其上的液压油缸来调整，外伸距调整的原则是：要保证集装箱在船库和岸库间顺利地移动，至于调整的大下，应在实践中加以总结确定。完成对位和外伸距调整两项工作后，便可以进行集装箱装卸船操作了。

6.船库与船库对接的程序

船库与船库对接是两个活动体间的对接，难度上要大大高于船库与港库对接，因此，对接操作上，除了要按上面船库与港库所述一般对接程序外，要求船库要足够大，同时，还要针对靠离泊方式、带系缆方法、特殊靠船设施配备、操作技术、气候海况、掩护条件等因素制定具体的实施方案。

7.集装箱运行自动控制系统

自集装箱由卡车拖进港口进入港内集装箱通道口门开始，经过港库、船库，再到港库，再到另一个港口的集装箱通道口门止的过程，可全部由程序化的港口集装箱EDI自动化控制系统控制完成。

8.缺陷改进

此外，在船库和港库的实际使用中，船库和港库底部输送机是影响系统效率的关键点，因此，根据需要，应在库的两边适当层面上再加设纵向输送机。另外，在船库中，前舱和后舱之间由于受主机房的阻碍，使船底部输送机不能在全船长范围内贯通，此时，一是可以在前后舱各单独设对外进出箱通道解决，二是在前后舱之间上层建筑的中部打一通道，中间用输送机连接，加上两边的提升机，可完成集装箱在前后舱之间的移动。

本发明的优点与积极效果为：

利用本发明能够很好地解决前述“一大矛盾、十大问题”，除此之外尚有如下效果：

1.节省船舶滞港时间

在集装箱船上实现自动倒箱和取送箱作业，由此可以实现在航行途中将最近目的港待卸的集装箱全部集中到靠近与港库对接的通道附近，一旦靠港，便可方便、迅速地将这些箱子卸下，保证船到港后实现集装箱在船库和港库之间快速移动，取消了原来在港口倒箱的环节，节省船舶滞港时间。

2.极大地节省港口建设投资

在港口内无需单独建码头(除非已有码头)、无集装箱堆存场地、无独立的集装箱装卸机械、无船和岸之间的中间运输环节，因此码头建设将极大的简化，只要在适当深的水域建港库(即码头)和系缆墩，港库和岸边用栈桥或中转港库连接就可以了。这样以来，建设投资将极大地下降。

3.容易适应船舶大型化的发展需要

由于不存在场地限制问题，做码头用的港库可移位，同时，港库是组合式的，港库的容量是很容易由增加新的组合单元来增容。可以说，不论船造多大，港口都可以在增加很少投资的情况下来适应船舶大型化。因此，码头适应性和抗风险的能力增强，使港口获得最大的收益。

4.实现集装箱船海上过驳

在集装箱船足够大和海域海况允许的情况下，可采取在国际远洋干线航线两端的港外适当海域进行集装箱船海上过驳，形成大“船库”与小“船库”在海上对接，集装箱由大“船库”过驳到小“船库”后，由小“船库”将集装箱分散运到周边各港口，同时，大“船库”减载后，便可降低对港口水深等各种苛刻限制而顺利进港，或者直接由小“船库”驳空、驳满后返航。在此情况下，理论上，将来的远洋集装箱船可以造的尽量的大，以满足航运公司对船舶大型化的需求。在此情况下，港口不必要造得很大，小船可以从各个小港四面出击吃掉大船的货或向大船喂给。

5.提高集装箱装卸效率

本发明中，集装箱从港库到船库，或从船库到港库，最多需14个操作环节，装卸集装箱的最终效率取决于这14个操作环节中速度最慢的一个环节。保守地分析，假定最慢的一个环节为20秒运一个箱子，则整个库系统的每个输送通道的效率为每小时运180个箱子，这相当于4至5个最现代化集装箱装卸桥的装卸效率。因此，本发明可使港口集装箱运输实现真正意义上的快捷、安全、准时。

6.降低集装箱装卸成本

按加拿大CSII公司的工业实验数据，在智能库中，集装箱每一个运动的成本费为1.06美元。本发明完成集装箱从港口到船，加上港库内的倒箱运动次数，平均需15个运动，其中属于港库内的运动11个，计11.66美元，97元人民币。这不但比加拿大现行港口集装箱装卸成本低，甚至远比中国的港口装卸成本低，因此，本发明可降低营运成本，使港口费用大大降低。

7.减少人为不安全因素

实现封闭式的库到库管理，减少人为取送箱，为防走私、个别危险品箱污染、偷盗等难以人为控制的情况发生创造了必要的条件。

8.节省土地和岸线资源。

由于这种全球港口和远洋运输集装箱库化封闭式管理系统中的港库基本设施是在海中，其同岸边仅仅靠公路栈桥连接(利用旧码头者除外)，几乎不占海洋岸线，因此，其还可以打破常规港口建设需大量占用陆域和海洋岸线资源的状况，减少港口建设对海洋岸线自然资源的破坏，化解港口建设同城市建设争夺海洋岸线资源的矛盾。

9.缩短码头建设周期

港库的建造和造一艏船没什么区别，可以在船台上建造，建造周期远远低于常规码头建设周期，同时，码头(即港库)可以同其它港口附属设施的建设互不干扰、同时开工，因此，码头建设周期将大大地缩。

10.为将来全球经济一体化奠定基础

这种全球港口和远洋运输集装箱库化封闭式管理系统的建立，不仅可给航运业带来诸多益处，也可为其它行业带来收益，例如：为某些全球性工厂的零库存管理创造条件，为将来的全球经济一体化奠定基础。

附图说明

图1为现有自动化集装箱存储库的断面结构示意图；

图2为现有自动化集装箱存储库集装箱移动系统的示意图；

图3为现有自动化集装箱存储库升降机和水平横向输送机的结构示意图；

图4为本发明自动化集装箱船的俯视图；

图5为本发明自动化集装箱船的纵总剖面图；

图6为本发明自动化集装箱船的横舯剖面图；

图7为本发明带有龙门起重机的自动化集装箱船的俯视图；

图8为本发明带有龙门起重机的自动化集装箱船的纵总剖面图；

图9为本发明带有龙门起重机的自动化集装箱船的横舯剖面图；

图10为本发明在深海处建港库、浅水处建中转港库、中转港库和岸线间由公路栈桥连接的平面布置图；

图11为图10的A-A剖面图；

图12为本发明浅海处建港库时的船库、港库、公路栈桥的平面布置图；

图13为图12的B-B剖面图；

图14为本发明在码头上建港库时船库、港库的平面布置图；

图15为图14的C-C剖面图；

图16为本发明深海建港库时船库、港库和公路栈桥装卸工艺配合图；

图17为图16的D-D剖面图；

图18为本发明港库和船库上配置的集装箱输送机的主视图；

图19为图18的左视图；

图20为图18的E-E剖面图；

图21为本发明设有集装箱装卸船机的船库结构示意图；

图22为本发明实施例一的平面布置图；

图23为本发明实施例二的平面布置图；

图24为本发明实施例三的平面布置图；

图25为本发明船库在海上过驳时船库与船库的连接示意图；

图26为本发明移位车的结构示意图；

图27为本发明港库库底浮起装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明在船可载集装箱的空间内，即由船体、船主甲板以上至少一个集装箱高度以下、船侧垂直延长面所包围的空间内，由钢结构框架分割成可存储二十英尺或四十英尺集装箱的存储单元3、4，钢结构框架分布规律为：

a.沿纵向、即船长方向，以二十英尺或四十英尺集装箱的长度或宽度为单位，分成若干排；

b.沿横向、即船宽方向，以二十英尺或四十英尺集装箱的宽度或长度为单位，分成若干列；

c.沿垂向、即船型深方向，以二十英尺或四十英尺集装箱的高度为单位，分成若干水平架；

船体和上述钢结构框架构成了自动化集装箱船的可载货主体，即船库1；

所述钢结构框架每一排的横向任一部位，从排的最下层水平架贯通至排的最上层水平架，设有集装箱运输通道，通道内设有可沿通道移动的集 装箱移位车2；包括机架104、提升机100、提箱机103及水平输送机102，提升机100的一端安装在船库上，另一端设有机架104，在机架104容置集装箱空间的上方设有提箱机103，水平输送机102固接在机架104的底部。

所有排的通道集合组成了中心廊道，其下部、船底板上部设有纵向输送机6；

所述钢结构框架沿垂向均匀分布的水平架上，设有能横向输送集装箱的水平横向输送机41；

在船库两侧设有一个或多个集装箱进出通道口5。

在钢结构框架船侧部设有一个或多个集装箱装卸船机54，包括机架及安装在其上的可垂向移动的横向输送机57、垂向提升机56、纵向输送机53、横向输送机48，可垂向移动的横向输送机57与船库上的输送机对应设置，垂向提升机56位于可垂向移动的横向输送机57的一侧，在垂向提升机56的下方设有纵向输送机53及横向输送机48；在纵向输送机53的下方设有凸轮70。

供自动化集装箱船靠泊的自动化集装箱码头，包括码头主体、船靠、离泊和系带缆设施，码头为水密性长方体，其内部空间由钢结构框架分割成可存储二十英尺或四十英尺集装箱的存储单元63，钢结构框架分布规律为：

a.沿纵向、即船靠泊时的船长方向，以二十英尺或四十英尺集装箱的长度或宽度为单位，分成若干排；

b.沿横向、即船靠泊时的船宽方向，以二十英尺或四十英尺集装箱的宽度或长度为单位，分成若干列；

c.沿垂向、即船靠泊时的船型深方向，以二十英尺或四十英尺集装箱的高度为单位，分成若干水平架；

具有上述钢结构框架的水密性钢质长方体构成了码头主体，即港库35；

所述钢结构框架每一排的横向任一部位，从排的最下层贯通至排的最上层，设有集装箱运输通道，通道内设有可沿通道移动的集装箱移位车50；所有排通道的集合组成了中心廊道49，其下部、码头底板上部设有纵向输送机51；

所述钢结构框架沿垂向均匀分布的水平架上，设有能横向输送集装箱的水平横向输送机48；

在港库一侧或两侧设有一个或多个集装箱卡车进出通道46；

在港库船靠泊一侧设有一个或多个集装箱装卸船机54，包括机架及安装在其上的可垂向移动的横向输送机57、垂向提升机56、纵向输送机53、横向输送机48，可垂向移动的横向输送机57与船库上的输送机对应设置，垂向提升机56位于可垂向移动的横向输送机57的一侧，在垂向提升机56的下方设有纵向输送机53及横向输送机48；在纵向输送机53的下方设有凸轮70。

在位于深海的码头底部设有海底基础18，码头设在其上，码头与岸边之间通过海上公路栈桥11连接。海底基础18处理后，即可将下水后的港库35库体拖至处理后的海底基础18上，然后加水自然沉到港库35的海底基础18底面上，待港库库体坐底后，排水，密封，完善上部设施后，就可以投入使用了。

图4、图5、图6为利用现有自动化集装箱存储库技术建造的自动化集装箱船即船库1的俯视图、纵舯剖面图和横舯剖面图。该船库1没有设甲板结构，除舷侧肋骨和船底肋板进行了必要的加强外，其余全部按陆上集装箱智能库的结构形式进行建造，其结构强度要满足船舶各种设计强度要求。船中部设有若干个集装箱移位车2(含二十箱提升机和四十箱提升机)，二十英尺集装箱单元3和四十英尺集装箱单元4的集装箱移位车2是通用的，在船纵向可以沿某一特定层面上的滑道移动，以便一个集装箱移位车2可以为多个单元的集装箱工作。在船库两侧分别设有若干个集装箱进出通道口5，通道口5上设有抓箱器37，用于与港库对接取送集装箱用(详见图17)。在船中心廊道的船底部设有纵向输送机6，该机从艏部至艉部贯通，连通所有单元，使每一单元的集装箱通过中心廊道可移到其它单元。

图7、图8、图9为在船体上加设了龙门起重机7的集装箱船库8的俯视图、纵舯剖面图和横舯剖面图。该龙门起重机7可与图17中的港库装卸船机配合完成集装箱从船库到港库，从港库到船库的位移。

图10、图11为深水处建港库9、浅水处建中转港库10、中转港库10和岸线间由公路栈桥11连接的平面布置图和纵向剖面图。图中港库9直接坐在海底上，即是港库又是码头，船库12可停靠在港库9上，由于港库9与岸边距离太远，中间设了中转港库10，港库9和中转港库10中间用自航式浮动港库13输送集装箱，中转港库10与陆上岸线间用公路栈桥11连接。港库9两端各设2个系缆墩14。

进港的集装箱入卡子门登记后进入公路栈桥11，再入中转港库10，上浮动港库13，由浮动港库13进港库9、再进船库12，完成了港口集装箱装船任务。从船上卸下集装箱时的路径相同，方向相反。

图12、图13为浅海处建港库时的船库15、港库16、公路栈桥17的平面布置图和纵向剖面图。在浅海，由于水深不够，需在海底挖一海底基础18，港库16置于海底基础18内，进港的集装箱入卡子门登记后进入公路栈桥17，进港库16、再进船库15，完成了港口集装箱装船任务。从船上卸下集装箱时的路径相同，方向相反。

图14、图15为在码头上建港库时，船库19、港库20平面布置图和工艺配合图。

在船库19上设横向输送机21、集装箱存储单元22、中心廊道23、中心廊道上的移位车24；

在码头上设集装箱装船机25、港库20、港库内存储单元28、中心廊道29、移位车30、横向输送机31、集装箱卡车进出通道32、环形道路33，集装箱装船机25可在轨道26上移动，轨道26中间设纵向输送机27。

进港的集装箱通过港口卡子门登记后进入环形道路33、依次通过卡车进出通道32、移位车30、港库20、横向输送机31、纵向输送机27、集装箱装船机25、船库19上的横向输送机21、船库19上的移位车24后进入指定存储单元22。从船库到港库集装箱的路径相同，方向相反。

图16、图17为深海建库时，船库34、港库35和公路栈桥36装卸工艺配合图和横断面图，图18、图19、图20为港库35上配置的集装箱输送机的正视图、侧视图和剖视图。

船库34上设集装箱进出抓箱器37、抓箱器37的外伸距是由设在水平支撑和斜拉杆上的液压油缸38来控制的，其不工作时可存于抓箱器存放间39内；船库34上还设有通道40、通道横向输送机41、中心廊道42、移位车43、存储单元44、底部纵向输送机45。

港库35上设卡车进出通道46、卡车集装箱提升机47、横向输送机48、中心廊道49、中心廊道提升机50、底部纵向输送机51、横向输送机48、纵向输送机53、装卸船机54、轨道55、装卸船机54上的垂向提升机56(该提升机56象港库内的移位车50一样，具有水平移箱功能)、装卸船机上的可垂向移动的横向输送机57，该横向输送机57的外伸距是可调的，是由设在其上的水平和斜支撑上的液压油缸58来控制的；港库35上还设有装卸船机上的可垂向移动的横向输送机57的提升滑轮59、装卸船机上提升机56的提升滑轮60、滑道61、滑道62、存储单元63。

港库35外设有靠船护舷64、系缆墩65、人行栈桥66、港库公路进出通道67、公路栈桥36。

另由图18、图19、图20三个视图，可比较清楚地显示港库35上的横向输送机48、纵向输送机53、装卸船机三者之间的空间位置关系和构造。纵向输送机53由连杆68支撑，其可沿滑道69上下移动，连杆68下端与凸轮70相接触，并随凸轮70的转动而上下运动，从而带动纵向输送机53做上下运动。当横向输送机48把集装箱运至纵向输送机53上以后，纵向输送机53下部的凸轮70开始转动，使纵向输送机53抬高，使集装箱离开横向输送机48后输送机53开始转动，并沿纵向运动，运至装卸船机的方后停止，由其上的提升机56提起并送至装卸船机上的横向输送机57上。

从港口外由卡车装载的集装箱，经过港口集装箱卡子门登记后经由公路栈桥36、港库公路进出通道67进入港库35、港库35内通道46、经移位车47提升并移至横向输送机48，再送至移位车50、再至底部纵向输送机51、再至横向输送机48右端部所对应的单元移位车下方，经该移位车提升并移至横向输送机48上、再至纵向输送机53、再至装卸船机54的垂向提升机56、再至装卸船机的可垂向移动横向输送机57、经抓箱器37或直接至船库34上的横向输送机41、移位车43、底部纵向输送机45、至所指定的单元后，再经该单元处的提升机送至所指的层面，并由该层面的横向输送机送至指定位置。上述集装箱从进岸库35始，至船库34指定位置止，共经历了14个操作过程。

集装箱从船库34到港库35再送至港外的操作环节与上述相同，顺序相反。

如未来有将港库移址的可能，可在港库库体底部设有港库库体浮起装置，主要由多个设在港库库体底部的阀门106和高压注水泵105组成。当港库库体需要浮起时，保持库体内密闭无水状态，先在库体外侧基础周边用高压水或其他设施，将库体外靠近库体周边的海底吹空或挖空，然后开通库体内高压阀门106，在高压注水泵105中高压水的作用下，伴随库体底外部土质不断疏松流空，库体浮力会不断增加，直至库体浮起。库内高压阀门的分布密度、开起顺序、高压水压力大小等，要根据土质情况、库体结构情况、浮起速度要求等事先设计好，最重要的是要考虑库底外部浮力建立初期，有可能形成库体受力不均，造成库体局部或整体变形或开裂，要准确地计算库内高压阀门的分布密度、开起顺序、高压水压力等技术参数，防止造成库体浮起初期局部或整体变形或开裂。此外，库体全部浮起的瞬间，库体会迅速上浮，此时，要保证库体具有足够的稳心高度，否则，应采取加压载、拖轮拖带等措施，防止库体迅速浮起后倾倒。

自动化集装箱船及自动化集装箱码头组成远洋运输系统的使用方法，船库1和港库35的不同组合，可形成各种不同形式的港口间集装箱海上库化运输系统；该运输系统的使用方法即某集装箱在该运输系统中传输过程为：一集装箱由卡车经海上公路栈桥11运至港库前卡子门83，在卡子门83办理电子制单等手续后，经过港库35、船库1，再到另一个港口港库，再由该港口的另一辆集装箱拖车运至该港口卡子门，在卡子门办理电子撤单等手续后，再经该港口的海上公路栈桥运至港外。上述过程全部由计算机程序化的港口集装箱EDI控制系统、集装箱电子跟踪系统控制完成。

实施例1：

按上述自动化集装箱船、自动化集装箱码头和全球集装箱海上远洋库化运输系统，实施例1的平面布置图如图22所示，为该系统建造的船库71、72；在美国西海岸某港口岸线海域建造的港库73、公路栈桥75、系带缆设施77、卡子门82；在中国东南沿海岸某港口岸线海域建造的港库74、公路栈桥76、系带缆设施78、卡子门83。

船库71、72和港库73、74设计参数为：

船库71、72主尺度：船长300米、船宽34米、型深22米，设计箱位5400TEU(标准集装箱)，设计载箱量5100TEU；

港库73、74主尺度：库长360米、库宽80米、库高40米(含海底入泥部分)，设计箱位13000TEU，设计可载箱量11000TEU。

船库71、72示意性俯视图如图4、示意性纵舯剖面图如图5、示意性横舯剖面图如图6所示，港库73、74的示意性断面图如图15、16、17所示，船库71、72与港库73、74的工艺配合图如图16、17所示。

下面，由集装箱81从中国某港口到美国某港口的经历过程描述上述自动化集装箱船和自动化集装箱码头使用方法：

拖车79由港外经公路栈桥76将集装箱81运至卡子门83，在卡子门83办理电子信息制单和安全检验等手续后，进入港库74，经由港库74内具有提升机功能的移位车将集装箱81从拖车79上提起至某一选定的水平架处，由移位车上的水平移位器将集装箱81送至该水平架上的水平输送机上，由该水平输送机上将集装箱81送至临时存放箱位。

在船库72即将靠泊港库74时，由港库74内的集装箱水平、垂向输送机构将集装箱81预先移至港库74靠船一侧的某待装船区。在船库72靠泊港库74后，集装箱81被港库74上设置的装船机，包括横向输送机、纵向输送机、垂向输送机、装船横向输送机，送至船库72装船口处的水平横向输送机上，由该水平输送机送至船库72内设置的移位车，由该移位车送至船底部水平纵向输送机或某一排的某一水平架处。在送至某一排的某一水平架处的情形，由移位车上设置的水平移箱机构将集装箱81送至该水平架上的水平横向输送机上，最后由该水平横向输送机送至在船库72的存放箱位上；在送至船底部水平纵向输送机上的情形，由船底部水平纵向输送机送至某一排，再由移位车提起至该排的某一水平架处，由移位车上设置的水平移箱机构将集装箱81送至该水平架上的水平横向输送机上，最后由该水平横向输送机送至在该水平架上的存放箱位上。

然后，随船库72运至美国西海岸某港口并靠泊在港库73上(此时船库71已驶离港库73)。在船库72即将靠泊港库73时，由船库72内的移位机构将集装箱81预先移至船库72拟靠港库一侧的某待卸船区，以便加快卸船速度。船库72靠泊在港库73上后，由设在船库72装卸船口的水平横向输送机将集装箱81送到港库73设置的装(卸)船机上，再由该装(卸)船机上的卸船横向输送机、垂向输送机、纵向输送机、横向输送机送至港库73移位车上，由该移位车送至港库73某一水平架上的水平横向输送机上，最后由该水平横向输送机送至某一事先由船内集装箱管理系统确定存放箱位。

集装箱81在港库73存放一定时间后，由移位车送至拖车80上，运至卡子门82，在卡子门82办理电子信息制单和安全检验等手续后，由拖车80经栈桥75送至港外目的地。

上述过程共有40个左右的操作环节，每一个环节均在计算机严密监管和控制之下。

实施例2：

按上述自动化集装箱船、自动化集装箱码头和全球集装箱海上远洋库化运输系统，实施例2的平面布置图如图22所示，为该系统建造的母船库84、85，子船库88、89；在美国西海岸某岸线海域建造的母港库86、子港库90，公路栈桥92；中国东南沿海岸某港口岸线海域建造的母港库87、子港库91，公路栈桥93。

船库和港库设计参数为：

母船库84、85主尺度：船长400米、船宽57米、型深30米，设计箱位13000TEU，设计载箱量11000TEU；

子船库88、89主尺度：船长150米、船宽18米、型深8米，设计箱位2500TEU，设计载箱量2200TEU；

母港库86、87主尺度：库长500米、库宽120米、库高55米(含海底入泥部分)，设计箱位30000TEU，设计可载箱量25000TEU。

子港库90、91主尺度：库长200米、库宽22米、库高15米(含海底入泥部分)，设计箱位6000TEU，设计可载箱量5500TEU。

母船库、子船库示意性俯视图如图4、示意性纵舯剖面图如图5、示意性横舯剖面图如图6所示，母港库、子港库的示意性断面图如图15、16、17所示，船库71、72与港库73、74的工艺配合图如图16、17所示。

集装箱95从中国某港口到美国某港口的经历过程中，集装箱在船库与港库的相互转移过程与实施例1基本相似，不再--述。实施例2的特别之处在于：由母船库、子船库、母港库、子港库构成的海上集装箱减载系统，一个母港库可以服务于两个以上的多个子港库，打破传统的“中心港”模式，降低集装箱陆上和水上综合运输成本；母船库、母港库可以造得很大，子船库、子港库可以相对小一些，降低了船舶对港口的限制，兼顾了船舶和港口各自需求；母港库和子港库可建成组合式的，因此，船舶可尽情地发展，港口也不必要造得很大，减少港口投资和不必要的宝贵岸线资源浪费。

实施例3：

按上述自动化集装箱船、自动化集装箱码头和全球集装箱海上远洋库化运输系统，实施例3叙述的是船库与船库间的海上过驳系统，其平面布置图如图23所示，97、98是具有卸船和装船功能的船库，主要设计参数为：船长300米、船宽34米、型深22米，设计箱位5500TEU，设计载箱量4800TEU。船库97、98与实施例1、2中的船库的主要区别在于：实施例1、2中船库装卸集装箱全部依赖港库上设置的集装箱装卸船机54来完成，由船与船间集装箱海上过驳需要，必须在船库上设置集装箱装卸船机54，该机详见图18、19、20。设有集装箱装卸船机54的船库如图24所示。

集装箱99从船库98位置1至船库97位置4(位置1和位置4可以事先任意设定)转移过程主要操作环节为：

在船库98靠泊船库97前，预先将集装箱99由位置1移至待装船区的位置2，在船库98靠泊船库97后，利用船库98或船库97上的集装箱装卸船机54将其从船库98送至船库97位置3，再由船库97内的移箱机构将其移至船库97的位置4，从而完成集装箱99在船库98和船库97间的海上过驳，详见图25。

最后，关于整个系统的自动控制问题，应当在每一个操作环节的运动起始端设控制元件，并将控制信号传输给计算机控制中心，使控制系统按事先设计好的逻辑程序运行。

Claims (10)

1.一种自动化集装箱船，包括船体、船机和上层建筑，其特征在于：在船可载集装箱的空间内，即由船体、船主甲板以上至少一个集装箱高度以下、船侧垂直延长面所包围的空间内，由船的钢结构框架分割成可存储二十英尺或四十英尺集装箱的存储单元(3、4)，船的钢结构框架分布规律为：

a.沿纵向、即船长方向，以二十英尺或四十英尺集装箱的长度或宽度为单位，分成若干排；

b.沿横向、即船宽方向，以二十英尺或四十英尺集装箱的宽度或长度为单位，分成若干列；

c.沿垂向、即船型深方向，以二十英尺或四十英尺集装箱的高度为单位，分成若干水平架；

船体和上述船的钢结构框架构成了自动化集装箱船的可载货主体，即船库(1)；

所述船的钢结构框架每一排的横向任一部位，从排的最下层水平架贯通至排的最上层水平架，设有集装箱运输通道，通道内设有可沿通道移动的船的集装箱移位车(2)；所有排的通道集合组成了中心廊道，其下部、船底板上部设有船的纵向输送机(6)；

所述船的钢结构框架沿垂向均匀分布的水平架上，设有可横向输送集装箱的船的水平横向输送机(41)；

在船库两侧设有一个或多个集装箱进出通道口(5)。

2.按权利要求1所述的自动化集装箱船，其特征在于：在船体上加设有龙门起重机(7)。

3.按权利要求1或2所述的自动化集装箱船，其特征在于：所述船的集装箱移位车(2)包括机架(104)、提升机(100)、提箱机(103)及水平输送机(102)，提升机(100)的一端安装在船库上，另一端设有机架(104)，在机架(104)容置集装箱空间的上方设有提箱机(103)，水平输送机(102)固接在机架(104)的底部。

4.按权利要求1或2所述的自动化集装箱船，其特征在于：所述船的钢结构框架船侧部设有一个或多个集装箱装卸船机(54)。

5.按权利要求4所述的自动化集装箱船，其特征在于：所述集装箱装卸船机(54)包括机架及安装在其上的可垂向移动的横向输送机(57)、垂向提升机(56)、纵向输送机(53)、横向输送机(48)，可垂向移动的横向输送机(57)与港库或另一船库上的输送机对应设置，垂向提升机(56)位于可垂向移动的横向输送机(57)的一侧，在垂向提升机(56)的下方设有纵向输送机(53)及横向输送机(48)；在纵向输送机(53)的下方设有凸轮(70)。

6.一种供如权利要求1所述自动化集装箱船靠泊的自动化集装箱码头，包括码头主体、船靠、离泊和系带缆设施，其特征在于：所述码头为水密性长方体，其内部空间由码头的钢结构框架分割成可存储二十英尺或四十英尺集装箱的存储单元(63)，码头的钢结构框架分布规律为：

a.沿纵向、即船靠泊时的船长方向，以二十英尺或四十英尺集装箱的长度或宽度为单位，分成若干排；

b.沿横向、即船靠泊时的船宽方向，以二十英尺或四十英尺集装箱的宽度或长度为单位，分成若干列；

c.沿垂向、即船靠泊时的船型深方向，以二十英尺或四十英尺集装箱的高度为单位，分成若干水平架；

具有上述码头的钢结构框架的水密性钢质长方体构成了码头主体，即港库(35)；

所述码头的钢结构框架每一排的横向任一部位，从排的最下层贯通至排的最上层，设有集装箱运输通道，通道内设有可沿通道移动的码头的集装箱移位车(50)；所有排通道的集合组成了中心廊道(49)，其下部、码头底板上部设有码头的纵向输送机(51)；

所述码头的钢结构框架沿垂向均匀分布的水平架上，设有可横向输送集装箱的码头的水平横向输送机(48)；

在港库一侧或两侧设有一个或多个集装箱卡车进出通道(46)；

在港库船靠泊一侧设有一个或多个集装箱装卸船机(54)。

7.按权利要求6所述的自动化集装箱码头，其特征在于：在位于深海的码头底部设有海底基础(18)，码头设在其上，码头与岸边之间通过海上公路栈桥(11)连接。

8.按权利要求6或7所述的自动化集装箱码头，其特征在于：所述集装箱装卸船机(54)包括机架及安装在其上的可垂向移动的横向输送机(57)、垂向提升机(56)、纵向输送机(53)、横向输送机(48)，可垂向移动的横向输送机(57)与船库上的输送机对应设置，垂向提升机(56)位于可垂向移动的横向输送机(57)的一侧，在垂向提升机(56)的下方设有纵向输送机(53)及横向输送机(48)；在纵向输送机(53)的下方设有凸轮(70)。

9.按权利要求6或7所述的自动化集装箱码头，其特征在于：在港库库体底部设有港库库体浮起装置，主要由多个设在港库库体底部的阀门(106)和高压注水泵(105)组成。

10.一种由权利要求1所述的自动化集装箱船及权利要求6所述的自动化集装箱码头组成远洋运输系统的使用方法，其特征在于：船库(1)和港库(35)的不同组合，可形成各种不同形式的港口间集装箱海上库化运输系统；该库化运输系统的使用方法即某集装箱在该运输系统中传输过程为：一集装箱由卡车经海上公路栈桥(11)运至港库前卡子门(83)，在卡子门(83)办理电子制单手续后，经过港库(35)、船库(1)，再到另一个港口港库，再由该港口的另一辆集装箱拖车运至该港口卡子门，在卡子门办理电子撤单手续后，再经该港口的海上公路栈桥运至港外。上述过程全部由计算机程序化的港口集装箱EDI控制系统、集装箱电子跟踪系统控制完成。

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