煤炭碼頭智慧化建設標準體系架構研究

閆穎

（國家能源投資集團有限責任公司，北京 100011）

1 研究背景

在交通強國建設的背景下，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)量效益型轉變的關鍵時期。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的飛速發(fā)展和探索性應用，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、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開展標準體系架構研究工作。

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，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、智能化信息技術作為港口發(fā)展的重要手段，在企業(yè)業(yè)務流程優(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)測預警系統(tǒng)、應急處置系統(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。紐卡斯爾港圍繞鐵路運輸計劃、煤儲存計劃、船舶管理及產(chǎn)能計劃形成了供應鏈一體化的信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了設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 智慧煤炭碼頭標準現(xiàn)狀

目前，涉及散貨碼頭尤其是煤炭碼頭自動化設備和管控系統(tǒng)的相關標準研究很少，如國家標準《自動化散貨碼頭綜合管控技術要求》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準的制定，如中國港口協(xié)會立項的團體標準《煤炭礦石碼頭裝船機智能作業(yè)系統(tǒng)技術規(guī)范》、《抓斗門座起重機自動控制系統(tǒng)技術要求》、《煤炭礦石碼頭堆料機智能堆料系統(tǒng)技術規(guī)范》、《煤炭礦石碼頭取料機智能取料系統(tǒng)技術規(guī)范》等仍處于研制階段，中國航海學會立項的團體標準《自動化集裝箱碼頭評價技術指南》也處于研制階段。總體上來看，智慧煤炭碼頭標準化工作起步晚，離形成全面的自動化散貨碼頭標準體系還有差距，因此，智慧煤炭碼頭建設標準體系的構建顯得尤為迫切。

3 標準體系構建總體思路

3.1 構建目標

智慧煤炭碼頭標準體系架構構建的目標為：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 大領域構建智慧煤炭碼頭標準體系架構，堅持“標準先行”的思路，規(guī)范并支撐煤炭碼頭智慧化建設；②明晰智慧煤炭碼頭建設的相關標準，系統(tǒng)梳理智慧煤炭碼頭建設應遵循的國家、行業(yè)等各級標準，并甄別智慧煤炭碼頭標準建設的空白，提出智慧煤炭碼頭標準化工作方向；③從標準實施前景、標準實施需求等方面，綜合考慮迫切性、可行性、應用成熟度、應用范圍等方面，提出下一步標準編制工作的重點方向及實施路徑，為標準立項及編制提供指導。

3.2 總體思路

通過對國內(nèi)外智慧港口現(xiàn)行標準及標準體系現(xiàn)狀的梳理、分析總結，考慮到煤炭碼頭智慧化建設的規(guī)范性、統(tǒng)一性，智慧煤炭碼頭標準體系建設總體思路如下：建立動態(tài)、開放、共享、創(chuàng)新的智慧煤炭碼頭標準體系，發(fā)揮標準先行、規(guī)范引領的作用，通過“標準”管理助推煤炭北煤南運、西煤東運的智慧運輸建設格局。通過智慧煤炭碼頭標準體系建設，一是能夠對煤炭碼頭智慧化建設相關的專項標準起到引領、指導作用，二是基于“標準化+技術創(chuàng)新+典型示范”的思路，形成需求引領、高效適用、多級多層的智慧煤炭碼頭標準體系，三是反應智慧煤炭碼頭標準化全貌，實現(xiàn)智慧煤炭碼頭建設標準的統(tǒng)一、系統(tǒng)和協(xié)調(diào)。

3.3 構建原則

智慧煤炭碼頭標準體系是在系統(tǒng)梳理并分析國家及行業(yè)相關標準、煤炭碼頭智慧化建設現(xiàn)狀及趨勢，廣泛了解信息技術與煤炭碼頭融合發(fā)展情況的基礎上，對智慧煤炭碼頭發(fā)展的趨勢和方向作深入研判后構建。具體編制原則如下：

（1）引領性。充分體現(xiàn)標準體系項目，貫徹落實“交通強國”、“數(shù)字經(jīng)濟”等國家政策導向，從“標準先行”要求出發(fā)，靠前規(guī)劃，引導智慧煤炭碼頭建設。

（2）全局性。標準體系建設覆蓋煤炭碼頭裝備、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)務的實際需求，支撐智慧煤炭碼頭重點任務落地建設。

（3）開放性。標準規(guī)范編制依據(jù)國家、行業(yè)標準化有關的法律法規(guī)和規(guī)章制度，充分吸收國內(nèi)外、各相關行業(yè)的領先經(jīng)驗，構建形成具有合理性、權威性、包容性、開放性的標準體系，并隨著技術迭代發(fā)展、現(xiàn)場實際需求實時更新，動態(tài)調(diào)整。

4 標準體系架構

結合各煤炭碼頭公司典型示范、典型技術創(chuàng)新、新技術應用、標準建設及管理等現(xiàn)狀，采用分類分層的架構建立思想，基于系統(tǒng)論和模塊化相結合的標準體系構建方法，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準體系架構，如圖1所示。

圖1 智慧煤炭碼頭標準體系架構圖

4.1 智能裝備標準

用于規(guī)范煤炭碼頭裝船機、卸船機、堆取料機、翻車機等設備智能化改造技術應用及系統(tǒng)建設，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。考慮到煤炭碼頭內(nèi)部作業(yè)設備以及與鐵路運輸進港銜接的實際情況，從智能碼頭前沿設備標準、智能碼頭堆場設備標準、智能集疏運裝卸設備標準、其他智能設備標準共4 個三級類目進行標準體系構建。智能碼頭前沿設備標準包括卸船機自動化、裝船機自動化及通用裝卸設備自動化等標準，智能碼頭堆場設備標準包括堆料機智能堆料、取料機智能取料等標準，智能集疏運裝卸設備標準包括翻車機智能控制、裝車樓智能控制等標準，其他智能設備標準包括流機等其他運輸設備智能化管理、智能采制化設備、通信與網(wǎng)絡設備等標準。

4.2 智能運營標準

用于規(guī)范煤炭碼頭覆蓋計劃、調(diào)度、作業(yè)、清潔生產(chǎn)、綜合服務等方面生產(chǎn)運營智能化相關系統(tǒng)的建設，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、智能綜合服務共3 個三級類目進行標準體系構建。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準，智能節(jié)能環(huán)保標準包括設備能源消耗評價、智慧環(huán)保、智慧節(jié)能等方面的標準，智能綜合服務標準包括智能理貨、智慧物流等方面的標準。

4.3 智能運維標準

用于規(guī)范碼頭前沿設備、碼頭堆場設備、集疏運設備及其他設備在在線監(jiān)控、健康監(jiān)測、故障診斷、性能預測、聯(lián)動維修等方面的技術應用及相關平臺建設，統(tǒng)一煤炭港口設備全生命周期管控建設，考慮煤炭碼頭設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 個三級類目進行標準體系構建。檢查與維護修理標準包括裝卸設備、信息化設備等各類設備自動化改造后的檢查與維護規(guī)程，檢測監(jiān)測標準包括各類設備的健康監(jiān)測與診斷預測、智能巡檢系統(tǒng)建設技術要求等方面標準。

4.4 智能安全管理標準

用于規(guī)范煤炭碼頭在風險識別、隱患排查、監(jiān)測與預警、分析與處置等事前預防、事中應對、事后處置和管理等全過程的安全管理智能化模式創(chuàng)新中的技術應用和相關平臺建設，考慮煤炭碼頭本質(zhì)安全及信息化建設方面的安全，從港口本質(zhì)安全、作業(yè)設備安全、信息化安全、應急處置共4 個三級類目進行標準體系構建。煤炭碼頭本質(zhì)安全標準包括煤炭碼頭要素智能安全管理、智能消防建設等方面的標準，作業(yè)設備安全標準包括通用設備、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備安全操作規(guī)范，信息化安全標準包括網(wǎng)絡安全及數(shù)據(jù)安全相關標準，應急處置標準主要包括應急預案、應急設備配置及應急指揮調(diào)度系統(tǒng)建設相關的技術標準。

5 標準化工作建議

基于上述標準體系，在具體標準化工作開展中，需從標準的依賴性、基礎性、緊迫性出發(fā)，利用優(yōu)先矩陣評價模型，對標準編制工作進行優(yōu)先級評價，分析標準編制的優(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的標準定為優(yōu)先級1 級，局部示范型項目相關的標準定為優(yōu)先級2 級，技術引領型項目相關的標準定為優(yōu)先級3 級。優(yōu)先級分類圖如圖2所示。

圖2 標準優(yōu)先級分類圖

在優(yōu)先級分類基礎上，結合技術發(fā)展趨勢和智慧化建設實施難度，堅持強化基礎-示范牽引-優(yōu)化完善的標準化工作開展思路，各煤炭港口企業(yè)可結合自身實際現(xiàn)狀及特點制定標準化路徑，為煤炭碼頭標準化工作指引方向。強化基礎階段，目標是加快基礎共性領域標準制修訂，圍繞煤炭碼頭智慧化等級評價指標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，目標是挖掘典型創(chuàng)新技術應用效果，通過標準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)部技術創(chuàng)新項目開展建設；優(yōu)化完善階段，目標是結合技術發(fā)展和各單位建設情況，不斷優(yōu)化完善標準體系架構，加強標準宣貫應用、咨詢服務和執(zhí)行監(jiān)督。

6 結語

通過智慧煤炭碼頭標準體系架構研究，為煤炭碼頭智慧化建設關鍵技術應用提供示范應用到全面推廣的依據(jù)，為全面掌握煤炭碼頭關鍵技術發(fā)展情況提供參考，為煤炭碼頭智慧化建設標準化工作指明方向。智慧煤炭碼頭標準體系架構研究，響應了《交通運輸標準化“十四五”發(fā)展規(guī)劃》、《“十四五”推動高質(zhì)量發(fā)展的國家標準體系建設規(guī)劃的》等標準化政策文件明確提出的鼓勵成熟適用創(chuàng)新成果及時轉化為標準、完善各領域標準體系框架等方面的要求。未來，隨著煤炭碼頭智慧化建設步伐的加速，智慧煤炭碼頭標準體系將與煤炭碼頭的創(chuàng)新應用與發(fā)展緊密銜接，需要不斷更新、動態(tài)豐富，下一步視技術發(fā)展和標準化工作開展情況，不斷進行理論體系的補充與完善，從標準統(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。