上海，是世界最大的港口城市之一；上海港，集装箱吞吐量连续多年世界第一、外贸集装箱吞吐量占全国总量1/4。作为“新生力量”的上海洋山四期自动化码头（下称“洋山四期”），如何引领一场全球的“码头革命”？从筹备到开港，如何在国外的质疑声中安上“中国芯”，从无到有？
除了日出和日落之外，这里并没有清晰的昼夜之分。从临港新片区的滴水湖出发，车子驶过壮阔的东海大桥，24小时忙碌的洋山四期就会进入视线。货物在这里分流卸载，海量的全球商品提供给中国的消费者；同时，中国的商品从这里出发，沿着中美航线、亚欧航线、中东航线、非洲航线和东南亚航线销往世界各地。
2022年9月30日，全球单体规模最大、综合智能化程度最高的自动化集装箱码头——洋山四期，迎来了自开港以来的第2000万标准箱；紧接着的10月2日，洋山四期昼夜集装箱吞吐量突破26066标准箱，再次刷新历史最高纪录。
“2017年我吊了第一箱，现在我的徒弟吊了第2000万箱。那时，码头刚开港，还很寂寥，堆场上箱不多，船更少。但现在这里巨轮列队，热闹非凡。”上港集团尚东分公司首席远程桥吊操作员黄华如是感慨。
和传统码头作业不同的是，黄华和他的徒弟们如今的工位，在中控塔的15楼。他们全神贯注盯着屏幕，近处手里操控着手柄，五颜六色的集装箱在前方远处被吊运、平移……
要建世界领先的自动化港口：安上“中国芯”
洋山四期位于洋山深水港区最西侧，依托颗珠山岛及大、小乌龟岛围海填筑形成，是目前全球最大的单体全自动化码头，也是全球综合自动化程度最高的码头之一。码头岸线长2350米，拥有7个集装箱深水泊位，总面积223万平方米，共有61个自动化箱区。设计年吞吐量为630万标准箱。
这座科技含量极高的码头从未停止追求“更先进”。就在2021年6月25日，上港集团尚东分公司、哪吒港航智慧科技（上海）有限公司、华为技术有限公司共同发布了上港集团超远程智慧指挥控制中心项目成果，这是上港集团联合华为在全球港口首次将F5G技术应用在港口超远程控制作业场景，是新一代智慧港口运营模式的重大突破。
“现在在临港和市区都有相关的点，离这里大概100公里的地方可以实现远程操作，时延在6毫秒之内。如果这项技术被大力应用，可能大家都只要在市区上班，大大地节省了上下岛时间，通勤成本也会降。”日前，上港集团尚东分公司信息技术部经理顾志华向澎湃新闻（www.thepaper.cn）在内的媒体介绍时如是表示。
在顾志华看来，更值得畅想的是，在上港集团大力推动传统码头自动化改革的进程下，“未来的某一天，或许我们就能实现‘在家开桥吊’，那么这有可能就是我们通过这些基础建设的改变带来的一个很大的变化。”
这是洋山四期自2017年12月开港试生产以来持续优化的动作之一。实际上，如果将时间回拨到2014年之前，这一切还停在留白颇多的草图上。
据介绍，在建设初期，洋山四期团队多次奔赴国外自动化码头考察“取经”。然而，国外同行“连捂带盖”，不提供任何数据和技术规范，甚至多看一眼都“不舍得”，国外专家更是当面质疑，中国有能力搞自动化码头？
摆在团队面前的任务则是：上海港连续多年蝉联集装箱吞吐量世界第一，我们应该有，也必须要有一座具有世界领先水平的自动化港口。
工程建设启动之前，全国水运行业专家80余人召开了各类咨询、评议和审查会，仅实施大纲就反复讨论修改了50多稿。生产筹建方面，自动化码头的核心是生产工艺流程控制策略的自动化，在工艺方案需要自己设计的紧迫和压力之下，“吃住在岛上、周一上岛、周五下岛成为工作常态。”最终，仅用8个月时间完成开港所需的3条作业路全流程贯通，比国外同类型码头缩短近2年时间。
对洋山四期团队来说，更硬的“骨头”是系统开发，自动化码头的“大脑”如何依靠自己的力量安上？
上港集团科技信息部总经理、时任洋山四期系统项目总负责人黄秀松回忆，当时国内尚无先进案例可供参考，连教科书都没有，只能自己尝试编写代码；国外对我们技术封锁，只能摸着石头过河。
上港集团哪吒科技公司总经理、时任海勃公司总经理黄桁说，“自动化码头的复杂就在于其背后拥有海量数据，这么大体量的码头，整个系统的复杂程度超乎想象。”
黄桁形象地比喻道，一个人丢3个乒乓球同一个人丢30个乒乓球，这两者的难度不可同日而语。同理，洋山四期多增加一台机械设备，背后的运算就成几何级的增长，更何况洋山四期是全球单体规模最大的自动化码头，难易程度可想而知。
最终，历经三年研发，一座拥有自主知识产权的自动化码头拔地而起。2017年12月，洋山四期开港试生产，这也意味着上海港自动化码头“从无到有”。
值得一提的是，“洋山四期超大型自动化集装箱码头关键技术研究与应用”还荣获了2020年度上海市科学技术奖“科技进步特等奖”。
自动化码头的“珠穆朗玛峰”：持续迭代优化
上述系统有何创新亮点？顾志华介绍，洋山四期最主要的关键性系统，一是全自动化码头智能生产管理控制系统ITOS），另一个就是设备控制系统。“就好像是人的大脑，由它去发指令，然后组织去执行。这也是国内第一次尝试去开发这样的系统。”
自动化集装箱码头总体布局也做了大胆突破，全球首创自动化堆场无悬臂、单悬臂和双悬臂等三种轨道吊混合的工艺布局模式。这突破了单一类型轨道吊工艺模式下码头资源综合利用效率瓶颈，显著提升了超大型集装箱枢纽港的作业效率。
“堆场上面的所有的动作都是通过堆场调动策略去执行，也涵盖了大量的算法，我们从开港之初一直到现在，始终处于一个不断迭代的过程。就是说，我们一方面在生产，一方面也在优化我们的系统，这也是自研系统的一个最大的优势。”顾志华强调，如果采购国外系统，改造成本、优化成本、维护成本都会较大，“前进的速度也可能会慢一些。”
他对澎湃新闻（www.thepaper.cn）进一步表示，实际上刚调试的时候作业效率是比较低的，第一步仅仅是让所有的通讯全部都打通。“设备需要磨合，系统也需要磨合。”据其介绍，刚到洋山四期的时候，设备根本没有交互，指令层面也没有动作，怎么动起来都是未知数。“5年了，看着它每天的成长，就像看着自己的孩子一样，越长越‘结实’。”
顾志华举例道，原来轨道吊在作业过程中可能会遇到一种情况，海侧轨道吊作业的时候，陆测轨道吊由于安全位置的原因保持不动，“但其实我们发现，只要是同向运动，就完全可以一起去作业。那么我们就根据轨道吊起始位置和目的位置方向，去判断是不是可以同时作业，而不用在那里等待。”这一简单的优化带来的效果是可观的，整个堆场的能力提升20%-30%。
开港5年来，除上述“超远程智慧指挥控制中心”项目外，洋山四期团队还开发上线了洋山四期运营大数据分析与智能决策平台，利用人工智能、大数据和3D技术，在虚拟空间中复刻一个洋山四期，让其不断进行压力测试和系统优化迭代。再如，我国首个智能驾驶集装箱转运业务场景也不断提质增效，通过“5G+L4”技术，2021年完成了4万标准箱转运任务。
据介绍，目前，洋山四期三大设备数量较开港初期翻了3倍，在人工节约70%的同时，效率却提高30%。桥吊单机作业效率达63.88自然箱/小时，单船平均最高作业台时量58.28自然箱，生产指标屡创新高，码头整体效率较开港初期提高了30%，劳动生产率达到传统码头的213%。
16年前就走进40米高桥吊驾驶室的黄华对这些数字格外敏感。以轨道吊的人工节约来说，他给出一个清晰的对比，“我们现在121台轨道吊24小时不间断作业的话，一工班人员配置不到10人；相较之下，传统码头单工班的出勤人数最起码是121人，如果要实现24小时不间断作业，最起码需要242人。”
从传统码头转战智能化程度最高的自动化码头，黄华认为，对桥吊司机来说， “从单机层面来看，我们只是一个熟练的操作工，个人的操作技能决定了装卸的快慢，但是现在不单单要有单机的操作技能，还要去学很多东西，最重要一点就是对系统的判断。”“80后”的黄华已有了很多徒弟，而他的很多徒弟都是“00后”。
来自工程技术部的吴纪林是一名“90后”，也是这座全球最先进自动化码头的“诊疗师”中的一员。“我刚进入上海港工作时，当时的码头使用的是第一代岸桥，主要维修方式也是从外围硬件着手。”他回忆起十几年前的场景。
2011年，随着上海港的“主战场”从黄浦江转战长江口，吴纪林来到外高桥码头工作。“此时的维修方式已经从基础硬件变成可编程软件PLC，我突然发现自己在老码头学到的技术本领几乎毫无用处了，连程序中常开、常闭都分不清楚。”2016年，吴纪林和一批年轻人一起，成为最早一批进驻洋山四期筹备组的成员。
其所在的青年突击队提前3个月完成了洋山四期码头开港设备的调试工作，不仅确保了设备按期、顺利投入使用，更为国际、国内智能码头设备维护保养提供了“洋四方案”，填补了国内自动化设备管理技术的空白。
从最老的设备修到最先进的设备，吴纪林对澎湃新闻（www.thepaper.cn）记者表示，“有一个很大的区别，就是传统设备是司机开的，他能听得到设备有什么不对的地方，比如说有异响。就像我们自己开私家车，会感觉到轮胎是否夹了石子，或者说车挡风玻璃裂了。”现在的情形则是没有司机的，改为远程操作，“他根本听不到现场的任何声音，对于我们来说就难以第一时间发现问题。”
克服的办法是在设备上安装了很多传感器和相对应的程序逻辑，“有了这些新技术之后，它来告诉我们设备全寿命的使用程度。我们在它的历史寿命当中去看哪一些是未来可能会发生的事情，提前进行维保，这也是相比传统码头有很大提升的地方。”
洋山四期：仍需在不断地超越自我中寻求突破
洋山四期的相关技术已被充分验证。值得一提的是，这些技术成果已在以色列海法新港等国内外14个码头得以应用。
2021年9月1日，上港集团以色列海法新港正式开港，该码头便复刻了“洋山四期”的技术亮点。这也是我国首次向发达国家输出“智慧港口”先进技术和管理经验。
据从以色列返回上海的海法新港建设者分享，尽管上海方案在国际竞争中脱颖而出，帮助上港集团获得了海法新港码头的运营权，但在建设过程中，以色列方面始终拿中国标准和西方标准进行比较，并在许多方面表示出不理解。直到上港集团邀请以色列代表到洋山四期自动化码头参观，才彻底改变了对方的态度。
然而，顾志华表示，他们一直在关注学界、业界最新的研究与应用，总觉得能做的事还有很多。“尽管我们的许多技术已经全球领先，但拼搏与创新却是无止境的，洋山四期码头仍需在不断地超越自我中寻求突破。”
黄华和他的团队也制定了新的职业规划目标——把洋山四期码头打造成上海港桥吊远程操作“黄埔军校”。
作为一名土生土长的崇明人，黄华从小有着一个航海梦。2004年大学毕业即进入上海港工作；2005年，25岁的他报名前往洋山一期码头，走进40米高的桥吊驾驶室，成为一名桥吊司机，累计安全装卸42万多个集装箱。2016年，黄华入选上海港首批桥吊远程操作员，开始参与洋山四期筹建。从一名普通桥吊司机逐步成长为“上海工匠”，黄华还获得了“全国五一劳动奖章”等10多项荣誉。
从2017年建成投产到2022年，洋山四期规模不断扩大，作业能级显著提升，2018年完成集装箱吞吐量201万标准箱，而到了2021年完成570万标准箱，作业能级达630万标准箱，全面实现了设计时的远期吞吐能力。
然而，630万标准箱不是终极目标。黄华提到，洋山四期今年将再新增2台桥吊、2台轨道吊、10台AGV，码头自动化装卸装备生产规模将达到294台，生产能级也从原来630万跃升至700万。
就在10月12日，“振华32”轮在洋山港海事局船舶交通管理中心远程监控和“海巡0109”现场护航下，缓缓驶进洋山深水港，顺利靠妥洋山深水港自动化码头，2台桥吊将卸至码头，待调试后投入生产使用。截至目前，2台桥吊已成功上岸。
据介绍，未来，在对内发展上，洋山四期拟建立全域智能化管控系统，将云计算、大数据、人工智能等技术手段结合起来，实现安全监督更精准、设备维保更智能、生产作业更高效、港口生产更环保，真正推进自动化码头向智慧化码头落实落地。
在对外服务上，将主动融入并积极推动“区块链港航生态圈”建设，构建起连接监管、企业、金融的生态信息服务平台，进一步提升港口综合竞争优势。
“这是一个趋势，我们将通过技术的不断应用进一步提升码头的能级，这是最大的一个区别。也就是说，不能通过人去叠加，而是用技术来替换，这是我们的目标。”顾志华表示。
