基于KPI和AHP的國際港口智慧化評(píng)價(jià)

鄭 仲，李紅亮

(1.武漢理工大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院，武漢 430070；2.中國城鄉(xiāng)控股集團(tuán)有限公司,武漢 430060；3.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，武漢 430060)

一、引 言

隨著我國供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的持續(xù)推進(jìn)以及交通強(qiáng)國頂層戰(zhàn)略的出臺(tái)，以安全便捷、智慧綠色、經(jīng)濟(jì)高效、支撐有力、世界先進(jìn)(《關(guān)于建設(shè)世界一流港口的指導(dǎo)意見》)為特征的智慧型港口將成為我國乃至全球港口升級(jí)改造的重點(diǎn)和發(fā)展方向。與國際接軌，參與全球智慧港口體系建設(shè)是我國港口行業(yè)未來發(fā)展的大方向。

目前國內(nèi)對(duì)智慧港口的研究主要集中在運(yùn)營方面，依托的對(duì)象主要為國內(nèi)沿海港口，如蔡中堂提出的以全面提升信息化水平、全面提升工藝裝備智能化水平、全面提升人才支撐水平[1]等三個(gè)全面來實(shí)現(xiàn)日照港智慧港口建設(shè)，黃桁提出的從碼頭生產(chǎn)智能化、港域調(diào)度智能化、海運(yùn)物流協(xié)同化、金融普及便利化[2]等四個(gè)方面打造上海港智慧港口，蔡文學(xué)等提出從港口的職能、理論和技術(shù)[3]等3個(gè)維度建立港口智慧化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系并對(duì)廣東省港口進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。盡管以上文獻(xiàn)對(duì)智慧港口的內(nèi)涵、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系均有所研究，但針對(duì)的對(duì)象主要局限于國內(nèi)，且指標(biāo)體系更加關(guān)注港口運(yùn)營端的智慧化，對(duì)國際智慧化港口發(fā)展趨勢(shì)及特征鮮有涉及，未能將全球港口作為一個(gè)整體進(jìn)行研究，不利于交通強(qiáng)國綱要提出的打造世界一流港口目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)?；谏鲜鼍売桑恼律钊敕治隽藝H港口智慧化發(fā)展形勢(shì)，提出基于國際化的智慧港口指標(biāo)體系，并通過關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)(KPI)和層次分析法(AHP)對(duì)國際典型港口進(jìn)行評(píng)價(jià)，提出我國港口智慧化發(fā)展的方向和重點(diǎn)。

二、國際智慧化港口的內(nèi)涵與特征

國際港口的發(fā)展大體上經(jīng)歷了五個(gè)階段，由最初的單一型港口逐步向綜合型、國際型、智慧化發(fā)展。

表1 國際港口發(fā)展歷程及其特征

智慧港口是科技發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步的必然結(jié)果，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、智能感知等技術(shù)是智慧港口的技術(shù)基礎(chǔ)[4]，但考慮到各國發(fā)展階段不一、發(fā)展理念有別，對(duì)智慧港口的認(rèn)識(shí)也有很大差別。國內(nèi)對(duì)智慧港口的認(rèn)識(shí)主要集中在運(yùn)維端，認(rèn)為智慧港口是將物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、傳感器、決策分析等技術(shù)手段結(jié)合在一起，在港口生產(chǎn)中加以運(yùn)算，統(tǒng)籌各項(xiàng)關(guān)鍵信息，從而實(shí)現(xiàn)人與人、人與港口、物與物之間的各環(huán)節(jié)、各資源廣泛互通，逐步構(gòu)建技術(shù)密集、高端化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化的現(xiàn)代物流港口[5]，如日照港以碼頭運(yùn)營數(shù)字化、集團(tuán)管控一體化、決策支持可視化、集成服務(wù)便捷化為智慧港口特征予以建設(shè)規(guī)劃；粵港澳大灣區(qū)以基礎(chǔ)設(shè)施與裝備現(xiàn)代化、智慧技術(shù)與港口業(yè)務(wù)全面融合、創(chuàng)新和可持續(xù)為特征建設(shè)智慧港口[6]；上海港以碼頭生產(chǎn)智能化、港域調(diào)度智能化、海運(yùn)物流協(xié)同化、金融普及便利化為特征建設(shè)智慧港口。

國際主流港口運(yùn)營商對(duì)智慧港口特征的描述主要集中在智慧化的運(yùn)營、環(huán)境友好、高效的能源利用以及安全性和穩(wěn)定性等方面。Hamid Reza Abai博士認(rèn)為，智慧港口不僅是新技術(shù)的應(yīng)用，更是一種新的思維理念，是港口概念的重塑，智慧港口內(nèi)涵應(yīng)包括智慧、綠色、集成的運(yùn)輸體系，高效、具有競(jìng)爭(zhēng)力的系統(tǒng)設(shè)備，節(jié)能及能源的高效利用，對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的正向影響，安全、環(huán)境友好等五個(gè)方面[7]，巴塞羅那在打造智慧港口過程中，除了對(duì)港口自身智慧化的改造外，也注重港口對(duì)環(huán)境以及對(duì)人的影響，包括降低污染、廢物管理、能源和水管理、新能源應(yīng)用等方面[8]。

表2 國際主流運(yùn)營商對(duì)智慧港口特征的描述

基于國內(nèi)外對(duì)智慧港口的內(nèi)涵的描述，結(jié)合未來港口的發(fā)展方向，站在全球化和東西融合視角，我們認(rèn)為，智慧港口是以現(xiàn)代信息技術(shù)和工業(yè)化為基礎(chǔ)，以新的發(fā)展愿景、發(fā)展理念、發(fā)展模式為驅(qū)動(dòng)，以高運(yùn)營效率、低能源消耗、優(yōu)環(huán)境保護(hù)、重港口安全等生產(chǎn)性、社會(huì)性因素為特征的新型港口。

三、國際智慧港口評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

(一)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的選取原則

1.科學(xué)性和國際性原則

科學(xué)性和國際性是指標(biāo)選取的前提和基礎(chǔ)。指標(biāo)的選取應(yīng)符合智慧港口發(fā)展的客觀規(guī)律，應(yīng)能反映智慧港口未來發(fā)展的特征，建立在科學(xué)客觀基礎(chǔ)上才能指導(dǎo)智慧港口的實(shí)踐；指標(biāo)的選取應(yīng)具有國際化特征，應(yīng)符合ISO14001關(guān)于港口大氣、噪音、廢物、廢水等環(huán)境管理體系(EMS)，符合國際海事組織(IMO)關(guān)于港口能源和安全的指標(biāo)要求。

2.系統(tǒng)性和前瞻性原則

智慧港口是一個(gè)系統(tǒng)工程，是港口生態(tài)圈在新時(shí)期的具體體現(xiàn)。指標(biāo)的選取不僅要考慮高效運(yùn)營因素，更要站在全局視角審視安全、環(huán)保等可持續(xù)發(fā)展相關(guān)因素；指標(biāo)的選取要考慮近期與遠(yuǎn)期相結(jié)合，要把綠色、可持續(xù)等新時(shí)期發(fā)展理念融入智慧港口指標(biāo)體系中。

(二)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的選取與構(gòu)成

國際上對(duì)智慧港口評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行了系統(tǒng)研究和實(shí)踐，最為典型的為地中海智慧港口綜合工程，提出了基于運(yùn)營、環(huán)境和能源的23個(gè)因素68個(gè)KPI指標(biāo)[9]，主要KPI指標(biāo)如表3所示。

表3 國際智慧港口的主要KPI指標(biāo)

文章結(jié)合智慧港口的內(nèi)涵、指標(biāo)的重要程度、數(shù)據(jù)可得性對(duì)上述KPI指標(biāo)進(jìn)行了整合，生產(chǎn)效率、自動(dòng)化程度、智能基礎(chǔ)設(shè)施水平是運(yùn)營板塊最核心的KPI因素，國際環(huán)保體系、廢棄排放量、垃圾處理水平、污水處理水平是環(huán)境板塊最核心的KPI因素，能源消耗總量、新能源利用率、能源管理水平是能源板塊最核心KPI因素?？紤]到安全是智慧港口生產(chǎn)運(yùn)營的基礎(chǔ)，因此將安全指標(biāo)加入智慧港口評(píng)價(jià)體系極為必要[10]。國際智慧港口評(píng)價(jià)指標(biāo)體系SPI如圖1。

圖1 國際智慧港口評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.運(yùn)營。運(yùn)營是港口主要的生產(chǎn)活動(dòng)，智慧港口通過現(xiàn)代科技和有效的管理手段實(shí)現(xiàn)港口運(yùn)營成本的降低和運(yùn)營效率的提高。運(yùn)營包括三個(gè)層面，即生產(chǎn)高效化、操作自動(dòng)化以及智能基礎(chǔ)設(shè)施的使用。生產(chǎn)高效化是指在有限的預(yù)算、時(shí)間、空間、設(shè)備下達(dá)到的產(chǎn)出水平。操作自動(dòng)化是利用各種設(shè)備系統(tǒng)降低人力資源投入的水平。智能基礎(chǔ)設(shè)施的利用指港口采利用軟件和硬件系統(tǒng)的水平。

2.環(huán)境。港口匯集了大量的船舶以及旅客，是各類污染物排放的重要節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)港口的清潔和可持續(xù)是智慧港口發(fā)展的重要特征。環(huán)境方面包括了環(huán)保管理體系、廢氣排放、垃圾處理、污水處理等方面。環(huán)保管理體系為港口提供一套評(píng)估、監(jiān)控、減少港口污染的規(guī)章制度，最常見的為國際標(biāo)準(zhǔn)組織發(fā)布的ISO14001標(biāo)準(zhǔn)。廢氣排放控制包括二氧化碳、二氧化硫以及氮氧化物的控制。垃圾和污水主要針對(duì)生活垃圾和生活污水的處理。

3.能耗。港口運(yùn)營需要消耗大量的能源，隨著國際貿(mào)易的持續(xù)發(fā)展，港口貨運(yùn)量的顯著提高，港口對(duì)能源的消耗也是與日俱增，因此能耗水平也是智慧港口發(fā)展的重要特征之一。能耗包括能源消耗量、新能源利用以及能源管理三個(gè)方面。能源消耗包括直接和間接消耗，優(yōu)化作業(yè)流程能夠降低能源總量消耗。新能源利用指在港口采用風(fēng)能、潮汐能、光能等的水平和能力。能源管理體系的應(yīng)用指采用的管理標(biāo)準(zhǔn)和水平，國際常見的能源管理體系為ISO50001。

4.安全。港口易于受到自然災(zāi)害、人為事故、恐襲等因素影響，導(dǎo)致其利益受損。港口安全包括人員安全管理系統(tǒng)、設(shè)備安全管理系統(tǒng)、集成安全監(jiān)管系統(tǒng)等三個(gè)方面。人員安全管理系統(tǒng)包括港口運(yùn)營方和船員，對(duì)可能發(fā)生的人員安全風(fēng)險(xiǎn)予以預(yù)防以及應(yīng)對(duì)。設(shè)備安全管理系統(tǒng)主要針對(duì)港口相關(guān)機(jī)械。集成安全監(jiān)管系統(tǒng)主要是利用互聯(lián)網(wǎng)和信息化手段，通過軟件和硬件提高港口安全度。

四、基于KPI的港口智慧化評(píng)價(jià)

(一)評(píng)價(jià)步驟

本文通過關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)(KPI:Key Performance Indicator)對(duì)漢堡港、鹿特丹港、安特衛(wèi)普港、釜山港、新加坡港等14個(gè)港口進(jìn)行智慧化評(píng)價(jià)，以期判斷國際智慧港口發(fā)展重點(diǎn)和方向。其主要量化標(biāo)準(zhǔn)包括智慧運(yùn)營指標(biāo)(SOI)、智慧能效指標(biāo)(SEgI)、智慧環(huán)境指標(biāo)(SEnI)、智慧安全指標(biāo)(SSI)，主要指標(biāo)權(quán)重通過層次分析法計(jì)算得到。

首先搜集相關(guān)港口的KPI量化數(shù)據(jù)，本次研究主要通過國際港口發(fā)布的年報(bào)數(shù)據(jù)以及相關(guān)文獻(xiàn)資料統(tǒng)計(jì)而得①。其次要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱標(biāo)準(zhǔn)化處理，實(shí)現(xiàn)各指標(biāo)之間的可比較性，本次研究選擇利用極差的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)過極差標(biāo)準(zhǔn)化處理后所得的新數(shù)據(jù)Xij，各要素的極大值為1，極小值為0，其余值在0與1之間。

Xij=(Xij-min{Xij})/(max{Xij}-min{Xij})(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)

考慮到廢氣、能源消耗等指標(biāo)并非越大越好，因此引入?yún)?shù)Kij對(duì)指標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過測(cè)算SOI、SEgI、SEnI、SSI，進(jìn)行加權(quán)后得到智慧港口總指標(biāo)(SPI)。

(二)國際港口智慧化評(píng)價(jià)

基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和方法，對(duì)國際主要港口智慧化評(píng)價(jià)結(jié)果如圖3所示。

圖2 國際主要港口智慧化評(píng)價(jià)

圖3 分類別、分區(qū)域國際港口智慧化情況

1.從SOI運(yùn)營側(cè)來看，全球運(yùn)營效率前三強(qiáng)為釜山港、新加坡港和上海港，這與亞洲港口注重運(yùn)營效率、大力推動(dòng)港口自動(dòng)化有關(guān)。世界自動(dòng)化碼頭的發(fā)展已經(jīng)有近30年歷史，截至2018年，全球自動(dòng)化集裝箱碼頭有34個(gè)，亞洲地區(qū)占有17個(gè)，其中上海港洋山四期屬全自動(dòng)化碼頭，于2017年投入運(yùn)營，自動(dòng)化率全球領(lǐng)先。

2.從SSI安全側(cè)來看，目前港口安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)在全球普及，且國際間、地區(qū)間政治環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，因此大部分港口安全性相當(dāng)，新加坡港處于國際東西航線大通道核心節(jié)點(diǎn)上，對(duì)安全要求更高。

3.從SEnl環(huán)保側(cè)來看，北歐的漢堡、鹿特丹、安特衛(wèi)普，北美的洛杉磯、溫哥華、休斯頓明顯要高于其他國家和地區(qū)。這與歐洲和北美政府注重環(huán)境保護(hù)有關(guān)，歐洲海港組織(ESPO)和生態(tài)環(huán)保港口基金會(huì)(EcoPorts Foundation)定期對(duì)歐洲港口業(yè)環(huán)保事項(xiàng)進(jìn)行調(diào)查和評(píng)估，同時(shí)國際海事組織設(shè)定了特別排放控制區(qū)(ECAs)，目前包括波羅的海、北海、北美洲海岸、美國加勒比海，未來將擴(kuò)展到地中海、日本海等地區(qū)。上述國際和地區(qū)政策，促使了北歐、北美港口向綠色環(huán)保方向發(fā)展。

圖4 全球范圍內(nèi)現(xiàn)有碳排放控制區(qū)

4.從SEgl能耗上來看，北歐港口表現(xiàn)也明顯優(yōu)于其他地區(qū)。2011年國際海事組織引進(jìn)了“能效設(shè)計(jì)指數(shù)(EEDI)”和“船舶能效管理計(jì)劃(SEEMP)”兩項(xiàng)措施，以提高港航能效，目前全球范圍內(nèi)有52個(gè)港口實(shí)施了上述舉措，其中38個(gè)位于歐洲。

圖5 全球范圍內(nèi)參與船舶環(huán)境措施的港口分布

(三)評(píng)價(jià)結(jié)果分析

造成以上結(jié)果主要是與地理區(qū)位、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、政治制度、能源相關(guān)因素有關(guān)，其中經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和能源因素對(duì)智慧港口發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。文章選取人均GDP水平、人均研發(fā)支出、單位產(chǎn)值能耗作為可量化指標(biāo)與智慧港口評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，結(jié)果如圖7所示。智慧港口發(fā)展水平與國家人均GDP和人均研發(fā)支出呈正相關(guān)，表明港口所在地區(qū)越富裕，對(duì)科技投入越多，智慧化水平就越高。智慧港口發(fā)展水平與單位產(chǎn)值能耗水平呈負(fù)相關(guān)，表明單位能耗水平越高的港口智慧化水平越低。其邏輯為：假若國家對(duì)創(chuàng)新、教育和科研越開放，港口將更易于應(yīng)用新技術(shù)和新方法；反之，單位產(chǎn)值能耗水平越高，同等能源消耗水平下工業(yè)產(chǎn)出就越少，能源利用率和港口產(chǎn)出效率也就越低。

圖6 智慧港口指數(shù)水平與相關(guān)因素回歸結(jié)果示意圖

總體而言，亞洲港口中新加坡港和上海港排名靠前，但與漢堡港仍有很大差距，這種差距體現(xiàn)在港口發(fā)展理念和途徑上。未來中國需要與國際接軌，打造世界一流的國際型港口，就必然要調(diào)整發(fā)展理念，進(jìn)一步提高港口的綠色及可持續(xù)發(fā)展水平。

五、研究結(jié)論

智慧港口內(nèi)涵豐富，但到目前為止國內(nèi)外對(duì)其的研究依然較少。國內(nèi)對(duì)智慧港口指標(biāo)體系的研究立足點(diǎn)主要以上海、日照、廣州等沿海港口為主，側(cè)重于運(yùn)營端，存在一定局限性。本文試圖通過國際視角，科學(xué)審視智慧港口的發(fā)展特征，提出基于運(yùn)營、能源、環(huán)境、安全的智慧港口評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并通過實(shí)證分析明確國際智慧港口發(fā)展水平以及其發(fā)展趨勢(shì)。文章選取了國際上最為繁忙的14個(gè)樞紐港作為研究對(duì)象，通過KPI和APH定量測(cè)算了上述港口智慧化水平，并從經(jīng)濟(jì)和能耗水平方面對(duì)結(jié)果予以分析，分析表明：港口所處國家人均GDP越高、創(chuàng)新性越強(qiáng)、能耗水平越小、政策越傾向于環(huán)保，港口智慧化指數(shù)就越高。

這一研究結(jié)論可為我國智慧港口的發(fā)展提供一定的理論與實(shí)證支撐，也為推動(dòng)我國交通強(qiáng)國戰(zhàn)略實(shí)施，打造世界一流港口指明了發(fā)展方向。一方面，我國建設(shè)世界一流港口要主動(dòng)與國際接軌，在發(fā)展理念上向聯(lián)合國氣候變化公約(UNFCCC)、聯(lián)合國海洋法公約(UNCLOS)和國際海事組織等國際性組織靠攏，積極參與國際規(guī)則的制定和中國標(biāo)準(zhǔn)的輸出，提高我國港口國際化影響力；另一方面，要注重對(duì)我國港航領(lǐng)域補(bǔ)短板、強(qiáng)弱項(xiàng)，在港口建設(shè)、運(yùn)營、管理等方面更加注重綠色、智慧、平安等因素。

注釋：

① 參見網(wǎng)址https://ec.europa.eu/eurostat/web/transport/data/database.