低高度道路照明灯在自动化集装箱堆场中的应用

关成杰

（上海中交水运设计研究有限公司，上海200092）

摘要：以上港集团振东集装箱码头自动化堆场改造工程为例，介绍低高度道路照明灯在自动化集装箱堆场应用中的各项技术特点，并与改造前集装箱堆场传统照明技术进行比较，表明低高度道路照明灯技术在实际使用效果、能耗、造价及维修保养等方面具有优势。

关键词：港口；集装箱堆场；照明

2015年，上海港、青岛港先后宣布开始规划建设自动化集装箱码头。上港集团振东集装箱码头分公司作为1个现代化的全集装箱装卸专业码头，实现自动化堆场作业是发展的必然趋势，也是振东分公司装卸技术向高速化、自动化、数字化、信息化转型的必然趋势。自动化堆场的改造需要对堆场箱位布置进行重新调整，能够使堆场面积及空间利用最大化。相应地，自动化堆场的照明措施也要根据工艺的要求做出符合使用要求的调整。与新建港区相比，上港集团振东集装箱码头分公司属于运营中的老港区，堆场的自动化改造要充分考虑新的照明措施与新的自动化作业工艺布置和车流组织、改造范围与其他非改造范围的日常生产作业运营等之间的相互关系及矛盾。

1集装箱堆场照明现状

1.1堆场布置情况

本改造范围的自动化堆场原为上港集团振东集装箱码头分公司的空箱堆场，东侧为经七路，西侧为经四路，南侧为纬四路，北侧为纬三路。工程范围内整块堆场长595m，宽245m。空箱堆高最高允许堆6个集装箱的高度（约15m）。

1.2堆场作业情况

箱区按照港区操作部门的要求，划分为8个箱区，除了工程范围的西南侧两块箱区采用高架和低架相结合的轨道吊进行装卸作业外，其余6个箱区的装卸作业机械均为燃油式空箱堆高机。箱区与箱区之间为集装箱卡车的行走通道，同时兼作空箱堆高机行走和正面作业的通道。

1.3堆场照明布置

该堆场的原照明具体布置为：自西向东设置4座32m照明高杆灯，各照明高杆灯之间的间距约180m，每座高杆灯上均设置24套1000W高压钠灯投光灯，投光灯的安装高度为32m，其灯具的照射方向为东、南、西、北4个方向，各4套灯具（合计16套）。另外，东南、西南、东北、西北4个方向各设置2套灯具（合计8套）。通过上述24套1000W投光灯的安装设置，用于满足工程范围内的堆场照明需求。集装箱堆场原照明布置见图1。

1.4堆场照明措施的电源及控制

本工程范围内的4座32m高杆灯共用一路电源。电源引自就近的#6变电所，采用一路独立0.4kV照明电源，自变电所的低压馈电柜引出，在现场采用并头的方式实现电源的共用。

本工程范围内的4座32m高杆灯的照明控制分为2个状态：现场手动和远程自动。通常情况下，堆场的照明设置在远程自动状态，根据港区中控室操作部门的堆场箱位作业进行调度安排，结合作业时间，对灯具进行远程的自动控制，各灯具可分组控制。当需现场调试或者操作时，将转换开关设置在手动挡，由现场工作人员现场操作，此时远程自动不起作用。

1.5堆场照明的平均照度

根据相关规范的要求，集装箱堆场的平均照度要求为20lx，道路照明为15lx，平均照度均匀度的最小值为0.3。

以堆场地面作为照射面，对原4座32m高杆灯（合计88套1000W高压钠灯投光灯）所实现的平均照度进行计算，计算结果见表1，其工程范围内的地面平均照度约为33lx。

1.6堆场照明的缺点

由于空箱堆箱高度经常达到最高上限的15m，32m照明高杆灯在实际使用过程中，其部分灯具的灯光被遮挡的情况比较严重，造成在夜间作业中基本只能依靠空箱堆高机上的照明灯具来满足作业时的工作照明，而堆场内的道路照明则主要依靠集装箱卡车的车灯来满足。

此外，由于32m照明高杆灯采用倾倒式灯杆，需采用特定的液压小车在现场进行放倒，整个操作时间长，灯杆放倒时现场需清理箱位，腾出倾倒位置，且液压小车整个港区仅配备1辆，一旦发生灯具损坏不亮的情况，维修特别困难，很难在第一时间内排除故障。

2堆场照明优化设计

2.1改造后的堆场布置情况

本工程范围的堆场由非自动化空箱堆场改为自动化重箱堆场，箱区的布置进行了重新的规划，分成5个重箱区，每个箱区四周均设置波形护栏围网，划出6条箱区内集装箱卡车通道，箱区之间的集装箱卡车通道为4条，长554m，宽12m。每条12m宽的集装箱卡车通道内包含3条平行的道路：4m宽的外集装箱卡车通道、4m宽的超车通道和4m宽的内集装箱卡车通道。重箱的堆高限高为6个集装箱高度（约15m）。作业机械由原空箱堆高机、高架轨道吊及低架轨道吊等统一改为东西向移动的自动化集装箱轨道式龙门起重机（ARMG），水平运输工具为集装箱卡车。改造后的集装箱堆场平面布置图见图2。

2.2改造后的堆场的作业要求

堆场采用自动化作业，不再设置现场专门的指挥操作人员，集装箱卡车司机凭操作部门预先制定的计划进入堆场提箱或者卸箱。ARMG同样根据预先制定的计划，结合集装箱卡车的运行轨迹和停止位置等，通过中控室后台远程自动化控制其作业。后台的操作人员通过现场ARMG上装设的高清摄像头、特定照射方向的投光灯及传感仪器等反馈的信号在中控室内观察并监督作业情况。

由于ARMG的行走以及箱位的要求，工程范围内的原有4座32m高杆灯均须拆除，故需按照改造后的条件设置符合本工程特点的照明措施。

2.3改造后的堆场照明要求

在整个堆场作业过程中，箱区内无需配置专门的照明措施，但集装箱卡车通道的照明要求比较高，这主要是由于装箱机械设备采用自动化的ARMG，集装箱卡车在通道上的走位尤其重要，其走位的准确性将直接影响ARMG抓箱的效率。其次，对照明的眩光控制及纵向均匀度要求也比原来有较大的提高。

改造后的照明技术同样需满足相关规范的要求，集装箱堆场的平均照度要求为20lx，道路的平均照明要求为15lx，平均照度均匀度的最小值为0.3。

2.4改造后的堆场照明布置

2.4.1照明技术要求

结合本工程特点，新的照明措施及技术在满足照明需求的同时还需兼顾以下几点：绿色节能环保；不占用箱区面积，不影响堆箱数量；不影响ARMG移动行走；不影响ARMG装卸箱作业时各小车机构的动作；集装箱卡车司机能较清晰地辨别箱号划线，便于停车定位；整体美观，与港区现场条件相协调；安装方便，便于维修保养。

2.4.2照明技术特点

本工程采用低高度道路照明灯来满足堆场改造后的照明需求。低高度道路照明灯作为1种高度仅为0.9~1.3m的道路灯具，主要应用于受现场使用条件制约的道路或者有特殊景观要求的道路。低高度道路照明灯与庭院灯及草坪灯的高度相近，但却有着较大的使用区别。低高度道路照明灯灯具可形成独特的配光曲线，可实现以0.9m的最低高度取代10~12m路灯的作用，其布置间距为12m，单灯照射的有效距离为8m路宽，并能满足道路照明标准的各项指标。

2.4.3照明灯具光源选择

高压钠灯HPS，陶瓷金卤灯COSMO和LED灯是目前市场上最常见的3种路灯光源。LED灯在照度平均值、均匀度以及色彩辨识性等方面都是三者之中最好的。[1]我国沿海港口照明普遍采用高压钠灯HPS，存在启动慢、能耗大、温升高、造影大、转化可见效率低且使用寿命较短等缺点。低高度道路照明灯光源采用绿色节能的LED灯，功率为70W，光束角达到80°。该灯具有独特的配光曲线，使得其超过90%的光照射在路面上，最大程度减少光损失和光污染。同时，灯具的高度比车辆驾驶员视线低，不会产生眩光影响。灯具的灯柱采用3mm钢板镀锌后喷油漆；透光罩采用抗紫外线和抗划痕的聚碳酸酯材质；反光器采用高纯阳极氧化铝板；灯体采用压铸铝。整体灯具的防护等级达到IP66，能满足绝大部分的使用条件。低高度道路照明灯灯具的外形及夜间效果见图3。

2.4.4照明布置

在波形护栏的内侧（箱区侧）设置低高度道路照明灯，灯具间距12m。为使配光不受波形护栏的影响，灯具的位置位于2根波形护栏立柱正中间（波形护栏立柱的间距为4m），高度上高于波形护栏。按照本工程箱区内集装箱卡车通道的长度和宽度，每条箱区间的集装箱卡车通道两侧各设置低高度道路照明灯46套，对称布置。低高度道路照明灯平面布置图见图4，低高度道路照明灯布置侧视图见图5，低高度道路照明灯布置效果图见图6。

2.4.4.1改造后的平均照度

以堆场地面作为照射面，对单条箱区内集装箱卡车通道所设置的92套低高度道路灯所实现的平均照度进行计算。常见大功率LED光效为50~60lm/W，用国外最好的芯片可达到80lm/W以上。本工程的低高度道路照明灯的LED按75lm/W计算。低高度道路照明灯总体的平均照度计算结果见表2，低高度道路照明灯照度效果见图7。对于单条集装箱卡车通道而言，地面的平均照度约36lx，满足集装箱堆场平均照度和道路照明15lx的要求。

2.4.4.2改造后的最小照度、最大照度及照度均匀度

取路面上6m×12m的范围，进行32×64点的网格模拟，低高度道路照明灯32×64点网格照度分布见图8。由图8可得出，6m×12m路面上的最小照度为20lx，最大照度为60lx，平均照度为36lx。照度均匀度=最小照度/平均照度=20lx/36lx=0.55，大于最小值0.35。

2.4.4.3改造后的纵向均匀度

取堆场内自西向东265m模拟其纵向均匀度，纵向照度分布见图9。

由图9可得出，265m路面上6m范围内的路幅纵向最小照度为18lx，最大照度为22lx，平均照度为20lx。纵向均匀度=最小照度/平均照度=18lx/20lx=0.9，大于最小值0.5。

2.4.4.4改造后的平均亮度

以堆场地面作为照射面，对平均亮度进行计算，

3节能及经济比较

照明高杆灯与低高度道路照明灯能耗比较见表4。低高度道路照明灯的照明能耗为原照明高杆灯能耗的1/3，节能效果达到65%。如果采用照明高杆灯作为集装箱堆场的照明措施，其投资估算费用约273.4万元。如果采用低高度道路照明灯作为集装箱堆场的照明措施，其投资估算费用约264万元，投资估算费用比照明高杆灯少9.4万元。

参考文献

[1]李辛未,张天,要华.高压钠灯、陶瓷金卤灯和

LED在道路照明中的对比研究[J].中国照明电

器,2014(10):1-5.

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