煤炭碼頭智慧化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)研究

閆穎

（國家能源投資集團有限責(zé)任公司，北京 100011）

1 研究背景

在交通強國建設(shè)的背景下，高質(zhì)量發(fā)展已經(jīng)成為新時代港口發(fā)展的主旋律，我國港口發(fā)展正步入從規(guī)模速度型向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時期。近年來，隨著云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)的飛速發(fā)展和探索性應(yīng)用，港口正在進行一場新的科技革命浪潮。為滿足加快推進交通強國建設(shè)、港口高質(zhì)量發(fā)展要求，以及船舶大型化等市場發(fā)展形勢，各港口采用全自動化無人操作模式，打造高效、高可靠的現(xiàn)代化碼頭，力求提高碼頭裝卸作業(yè)的穩(wěn)定性、保證生產(chǎn)作業(yè)效率、提高服務(wù)質(zhì)量和管理水平、降低運營成本。煤炭碼頭的智能化、智慧化建設(shè)對我國北煤南運、西煤東運的煤炭運輸格局意義重大，作為港口碼頭系統(tǒng)的重要組成部分，煤炭碼頭的智慧化建設(shè)已深入推進、全面開展，為有效管理港口、提升港口運營質(zhì)量和效益，保證港口可持續(xù)發(fā)展，有必要圍繞煤炭碼頭的智慧化建設(shè)開展標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)研究工作。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 智慧煤炭碼頭發(fā)展現(xiàn)狀

煤炭碼頭的主要功能是為煤炭進出港提供裝卸、運輸、堆存等服務(wù)，煤炭碼頭作業(yè)是一個連續(xù)作業(yè)的過程，主要包括裝卸船、輸送、堆取料和翻車等過程。行業(yè)上，越來越多的散貨碼頭采用自動化、智能化信息技術(shù)作為港口發(fā)展的重要手段，在企業(yè)業(yè)務(wù)流程優(yōu)化、裝卸作業(yè)效率提高、各部門協(xié)同水平等方面取得一定成效。

國內(nèi)方面，2007年上海羅涇港應(yīng)用ABB 本土定制的自動化解決方案，在我國最早實現(xiàn)了散貨物料自動卸船、堆取和裝船作業(yè)。天津港、曹妃甸港等煤碼頭堆取料機也進行了自動化改造，實現(xiàn)了堆場單機設(shè)備的遠程無人操控。日照嵐橋30 萬噸級礦石碼頭的堆料機、取料機也已實現(xiàn)了自動化作業(yè)。2018年青島港董家口礦石碼頭公司對礦石堆取料機的運行自動化方案不斷研究完善，實現(xiàn)了大型堆取料機生產(chǎn)操作的智能化和自動化。2018年太倉港區(qū)協(xié)鑫碼頭建成了我國內(nèi)河第一座具有綠色環(huán)保、節(jié)能高效、功能多樣、高度智能化等特點的現(xiàn)代化散貨碼頭。2019年黃驊港探索出了一套集成可視化系統(tǒng)、監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、應(yīng)急處置系統(tǒng)的遠程裝船控制方案，完成了我國首例煤炭港口的無人化作業(yè)。同時，黃驊港、唐山港、天津港、寧波舟山港已完成或積極進行散貨堆場的自動化改造。

國外方面，早在2007年鹿特丹碼頭就使用了6 臺全自動控制的堆取料機，對碼頭管理人員來說只需要輸入散料的進出信息，其余所有工作由自動控制系統(tǒng)即可高效率、高可靠的完成。2011年漢堡港針對煤炭、鐵礦石的卸船作業(yè)，借助德國iSAM 公司的抓斗卸船機自動化系統(tǒng)，用三維激光掃描儀識別船只、艙口、散料，率先實現(xiàn)了世界上首個散料卸船作業(yè)的全自動化操作。紐卡斯?fàn)柛蹏@鐵路運輸計劃、煤儲存計劃、船舶管理及產(chǎn)能計劃形成了供應(yīng)鏈一體化的信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了設(shè)備與軟件的無縫集成。巴西、印度、韓國正引進具有全自動無人裝卸系統(tǒng)的斗輪堆取料機。

2.2 智慧煤炭碼頭標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

目前，涉及散貨碼頭尤其是煤炭碼頭自動化設(shè)備和管控系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究很少，如國家標(biāo)準(zhǔn)《自動化散貨碼頭綜合管控技術(shù)要求》處于網(wǎng)上公示階段。近年來，隨著我國產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、學(xué)會、協(xié)會、商會及聯(lián)合會等社會組織的蓬勃發(fā)展，一些社會組織積極探索團體標(biāo)準(zhǔn)的制定，如中國港口協(xié)會立項的團體標(biāo)準(zhǔn)《煤炭礦石碼頭裝船機智能作業(yè)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》、《抓斗門座起重機自動控制系統(tǒng)技術(shù)要求》、《煤炭礦石碼頭堆料機智能堆料系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》、《煤炭礦石碼頭取料機智能取料系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》等仍處于研制階段，中國航海學(xué)會立項的團體標(biāo)準(zhǔn)《自動化集裝箱碼頭評價技術(shù)指南》也處于研制階段?？傮w上來看，智慧煤炭碼頭標(biāo)準(zhǔn)化工作起步晚，離形成全面的自動化散貨碼頭標(biāo)準(zhǔn)體系還有差距，因此，智慧煤炭碼頭建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建顯得尤為迫切。

3 標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建總體思路

3.1 構(gòu)建目標(biāo)

智慧煤炭碼頭標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)構(gòu)建的目標(biāo)為：①考慮煤炭碼頭在貨物裝卸、生產(chǎn)調(diào)度及清潔生產(chǎn)等方面的特點，圍繞智能裝備、智能運營、智能運維、智能安全管理4 大領(lǐng)域構(gòu)建智慧煤炭碼頭標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)，堅持“標(biāo)準(zhǔn)先行”的思路，規(guī)范并支撐煤炭碼頭智慧化建設(shè)；②明晰智慧煤炭碼頭建設(shè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)梳理智慧煤炭碼頭建設(shè)應(yīng)遵循的國家、行業(yè)等各級標(biāo)準(zhǔn)，并甄別智慧煤炭碼頭標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的空白，提出智慧煤炭碼頭標(biāo)準(zhǔn)化工作方向；③從標(biāo)準(zhǔn)實施前景、標(biāo)準(zhǔn)實施需求等方面，綜合考慮迫切性、可行性、應(yīng)用成熟度、應(yīng)用范圍等方面，提出下一步標(biāo)準(zhǔn)編制工作的重點方向及實施路徑，為標(biāo)準(zhǔn)立項及編制提供指導(dǎo)。

3.2 總體思路

通過對國內(nèi)外智慧港口現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)體系現(xiàn)狀的梳理、分析總結(jié)，考慮到煤炭碼頭智慧化建設(shè)的規(guī)范性、統(tǒng)一性，智慧煤炭碼頭標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)總體思路如下：建立動態(tài)、開放、共享、創(chuàng)新的智慧煤炭碼頭標(biāo)準(zhǔn)體系，發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)先行、規(guī)范引領(lǐng)的作用，通過“標(biāo)準(zhǔn)”管理助推煤炭北煤南運、西煤東運的智慧運輸建設(shè)格局。通過智慧煤炭碼頭標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，一是能夠?qū)γ禾看a頭智慧化建設(shè)相關(guān)的專項標(biāo)準(zhǔn)起到引領(lǐng)、指導(dǎo)作用，二是基于“標(biāo)準(zhǔn)化+技術(shù)創(chuàng)新+典型示范”的思路，形成需求引領(lǐng)、高效適用、多級多層的智慧煤炭碼頭標(biāo)準(zhǔn)體系，三是反應(yīng)智慧煤炭碼頭標(biāo)準(zhǔn)化全貌，實現(xiàn)智慧煤炭碼頭建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一、系統(tǒng)和協(xié)調(diào)。

3.3 構(gòu)建原則

智慧煤炭碼頭標(biāo)準(zhǔn)體系是在系統(tǒng)梳理并分析國家及行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、煤炭碼頭智慧化建設(shè)現(xiàn)狀及趨勢，廣泛了解信息技術(shù)與煤炭碼頭融合發(fā)展情況的基礎(chǔ)上，對智慧煤炭碼頭發(fā)展的趨勢和方向作深入研判后構(gòu)建。具體編制原則如下：

（1）引領(lǐng)性。充分體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)體系項目，貫徹落實“交通強國”、“數(shù)字經(jīng)濟”等國家政策導(dǎo)向，從“標(biāo)準(zhǔn)先行”要求出發(fā)，靠前規(guī)劃，引導(dǎo)智慧煤炭碼頭建設(shè)。

（2）全局性。標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)覆蓋煤炭碼頭裝備、運營、運維、安全管理等各板塊的智慧化內(nèi)容，涵蓋跨層級、跨系統(tǒng)、跨業(yè)務(wù)的實際需求，支撐智慧煤炭碼頭重點任務(wù)落地建設(shè)。

（3）開放性。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制依據(jù)國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化有關(guān)的法律法規(guī)和規(guī)章制度，充分吸收國內(nèi)外、各相關(guān)行業(yè)的領(lǐng)先經(jīng)驗，構(gòu)建形成具有合理性、權(quán)威性、包容性、開放性的標(biāo)準(zhǔn)體系，并隨著技術(shù)迭代發(fā)展、現(xiàn)場實際需求實時更新，動態(tài)調(diào)整。

4 標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)

結(jié)合各煤炭碼頭公司典型示范、典型技術(shù)創(chuàng)新、新技術(shù)應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)及管理等現(xiàn)狀，采用分類分層的架構(gòu)建立思想，基于系統(tǒng)論和模塊化相結(jié)合的標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建方法，提出了包括智能裝備、智能運營、智能運維、智能安全管理4 個二級類目、13 個三級類目、30 多個四級類目及N 個可擴展的五級類目的智慧煤炭碼頭標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 智慧煤炭碼頭標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)圖

4.1 智能裝備標(biāo)準(zhǔn)

用于規(guī)范煤炭碼頭裝船機、卸船機、堆取料機、翻車機等設(shè)備智能化改造技術(shù)應(yīng)用及系統(tǒng)建設(shè)，實現(xiàn)煤炭碼頭翻、堆、取、裝各環(huán)節(jié)以及全流程裝備智能化協(xié)同控制?？紤]到煤炭碼頭內(nèi)部作業(yè)設(shè)備以及與鐵路運輸進港銜接的實際情況，從智能碼頭前沿設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)、智能碼頭堆場設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)、智能集疏運裝卸設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)、其他智能設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)共4 個三級類目進行標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建。智能碼頭前沿設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)包括卸船機自動化、裝船機自動化及通用裝卸設(shè)備自動化等標(biāo)準(zhǔn)，智能碼頭堆場設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)包括堆料機智能堆料、取料機智能取料等標(biāo)準(zhǔn)，智能集疏運裝卸設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)包括翻車機智能控制、裝車樓智能控制等標(biāo)準(zhǔn)，其他智能設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)包括流機等其他運輸設(shè)備智能化管理、智能采制化設(shè)備、通信與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 智能運營標(biāo)準(zhǔn)

用于規(guī)范煤炭碼頭覆蓋計劃、調(diào)度、作業(yè)、清潔生產(chǎn)、綜合服務(wù)等方面生產(chǎn)運營智能化相關(guān)系統(tǒng)的建設(shè)，考慮到煤炭碼頭生產(chǎn)作業(yè)的特殊性，從智能生產(chǎn)調(diào)度、智能環(huán)保節(jié)能、智能綜合服務(wù)共3 個三級類目進行標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建。智能生產(chǎn)調(diào)度包括智慧生產(chǎn)、智能采制化、多式聯(lián)運、智能綜合管理等方面的標(biāo)準(zhǔn)，智能節(jié)能環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)包括設(shè)備能源消耗評價、智慧環(huán)保、智慧節(jié)能等方面的標(biāo)準(zhǔn)，智能綜合服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)包括智能理貨、智慧物流等方面的標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 智能運維標(biāo)準(zhǔn)

用于規(guī)范碼頭前沿設(shè)備、碼頭堆場設(shè)備、集疏運設(shè)備及其他設(shè)備在在線監(jiān)控、健康監(jiān)測、故障診斷、性能預(yù)測、聯(lián)動維修等方面的技術(shù)應(yīng)用及相關(guān)平臺建設(shè)，統(tǒng)一煤炭港口設(shè)備全生命周期管控建設(shè)，考慮煤炭碼頭設(shè)備的類型及日常運維的工作內(nèi)容及特點，從檢查與維護修理、檢測監(jiān)測共2 個三級類目進行標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建。檢查與維護修理標(biāo)準(zhǔn)包括裝卸設(shè)備、信息化設(shè)備等各類設(shè)備自動化改造后的檢查與維護規(guī)程，檢測監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)包括各類設(shè)備的健康監(jiān)測與診斷預(yù)測、智能巡檢系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)要求等方面標(biāo)準(zhǔn)。

4.4 智能安全管理標(biāo)準(zhǔn)

用于規(guī)范煤炭碼頭在風(fēng)險識別、隱患排查、監(jiān)測與預(yù)警、分析與處置等事前預(yù)防、事中應(yīng)對、事后處置和管理等全過程的安全管理智能化模式創(chuàng)新中的技術(shù)應(yīng)用和相關(guān)平臺建設(shè)，考慮煤炭碼頭本質(zhì)安全及信息化建設(shè)方面的安全，從港口本質(zhì)安全、作業(yè)設(shè)備安全、信息化安全、應(yīng)急處置共4 個三級類目進行標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建。煤炭碼頭本質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)包括煤炭碼頭要素智能安全管理、智能消防建設(shè)等方面的標(biāo)準(zhǔn)，作業(yè)設(shè)備安全標(biāo)準(zhǔn)包括通用設(shè)備、卸船機、裝船機、堆取料機等方面的安全規(guī)程以及自動化裝卸設(shè)備安全操作規(guī)范，信息化安全標(biāo)準(zhǔn)包括網(wǎng)絡(luò)安全及數(shù)據(jù)安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)急處置標(biāo)準(zhǔn)主要包括應(yīng)急預(yù)案、應(yīng)急設(shè)備配置及應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

5 標(biāo)準(zhǔn)化工作建議

基于上述標(biāo)準(zhǔn)體系，在具體標(biāo)準(zhǔn)化工作開展中，需從標(biāo)準(zhǔn)的依賴性、基礎(chǔ)性、緊迫性出發(fā)，利用優(yōu)先矩陣評價模型，對標(biāo)準(zhǔn)編制工作進行優(yōu)先級評價，分析標(biāo)準(zhǔn)編制的優(yōu)先級。具體可從項目類別進行分類分級，成熟工程型項目相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)定為優(yōu)先級1 級，局部示范型項目相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)定為優(yōu)先級2 級，技術(shù)引領(lǐng)型項目相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)定為優(yōu)先級3 級。優(yōu)先級分類圖如圖2所示。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)先級分類圖

在優(yōu)先級分類基礎(chǔ)上，結(jié)合技術(shù)發(fā)展趨勢和智慧化建設(shè)實施難度，堅持強化基礎(chǔ)-示范牽引-優(yōu)化完善的標(biāo)準(zhǔn)化工作開展思路，各煤炭港口企業(yè)可結(jié)合自身實際現(xiàn)狀及特點制定標(biāo)準(zhǔn)化路徑，為煤炭碼頭標(biāo)準(zhǔn)化工作指引方向。強化基礎(chǔ)階段，目標(biāo)是加快基礎(chǔ)共性領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)制修訂，圍繞煤炭碼頭智慧化等級評價指標(biāo)及評價實施細則等方面，掌握現(xiàn)階段煤炭碼頭智慧化發(fā)展水平；示范牽引階段，目標(biāo)是挖掘典型創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用效果，通過標(biāo)準(zhǔn)化工作固化成功試點示范成果，圍繞各單位交通強國試點項目及單位內(nèi)部技術(shù)創(chuàng)新項目開展建設(shè)；優(yōu)化完善階段，目標(biāo)是結(jié)合技術(shù)發(fā)展和各單位建設(shè)情況，不斷優(yōu)化完善標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)，加強標(biāo)準(zhǔn)宣貫應(yīng)用、咨詢服務(wù)和執(zhí)行監(jiān)督。

6 結(jié)語

通過智慧煤炭碼頭標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)研究，為煤炭碼頭智慧化建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用提供示范應(yīng)用到全面推廣的依據(jù)，為全面掌握煤炭碼頭關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展情況提供參考，為煤炭碼頭智慧化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化工作指明方向。智慧煤炭碼頭標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)研究，響應(yīng)了《交通運輸標(biāo)準(zhǔn)化“十四五”發(fā)展規(guī)劃》、《“十四五”推動高質(zhì)量發(fā)展的國家標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)規(guī)劃的》等標(biāo)準(zhǔn)化政策文件明確提出的鼓勵成熟適用創(chuàng)新成果及時轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)、完善各領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)體系框架等方面的要求。未來，隨著煤炭碼頭智慧化建設(shè)步伐的加速，智慧煤炭碼頭標(biāo)準(zhǔn)體系將與煤炭碼頭的創(chuàng)新應(yīng)用與發(fā)展緊密銜接，需要不斷更新、動態(tài)豐富，下一步視技術(shù)發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)化工作開展情況，不斷進行理論體系的補充與完善，從標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)劃的思路切入，提高科技創(chuàng)新內(nèi)涵，賦能高效發(fā)展，為打造世界一流的智慧煤炭碼頭提供有力支撐。