集装箱码头绿色港口建设示范工程研究

吴 强 赵大地

（1 天津港股份有限公司 天津 300380 2 交通运输部天津水运工程科学研究院 天津 300380）

引言

近年来，国家提出要建设绿色港口、智慧港口的重要指示，首先要把港口节能减排工作提到重要位置。港口是联通世界经济的重要纽带和综合交通的枢纽节点，建设绿色港口既是绿色交通运输体系建设的关键，也是港口城市生态文明建设的关键[1～3]。2019 年1 月，习近平总书记视察天津港，作出“经济要发展，国家要强大，交通特别是海运首先要强起来。要志在万里，努力打造世界一流的智慧港口、绿色港口，更好服务京津冀协同发展和共建一带一路。”[4]重要指示。中共中央、国务院印发了《交通强国建设纲要》，提出到2035 年基本建成交通强国，现代化综合交通体系基本形成，要优化交通能源结构，推进新能源、清洁能源应用，打好柴油货车污染治理攻坚战，统筹油、路、车治理，有效防治公路运输大气污染。严格执行国家和地方污染物控制标准及船舶排放区要求，推进船舶、港口污染防治。同年，交通运输部等9 部门联合印发《关于建设世界一流港口的指导意见》，提出到2035 年全国港口发展水平整体跃升，主要港口总体达到世界一流水平，若干枢纽港口建成世界一流港口，引领全球港口绿色发展。此外，天津市也制定了《关于天津港建设世界一流港口的实施方案（2019-2023 年）》。中国对绿色港口建设的重视程度逐步提高，绿色港口建设有了更加明确的方向[5][6]。本文就某集装箱码头为示范进行分析研究，助力于提升绿色港口建设水平。

1 绿色港口建设成效

1.1 安全集约高效，发展质量提升

严格落实生产责任制，强化安全培训教育，岗位人员覆盖率100%，积极优化生产工艺，充分利用岸线资源，提升作业调度水平。从管理着手，调控生产作业环节，提升作业能力，集约利用岸线，最大限度发挥了现有硬件资源，发展速度和质量均得到显著提升。完善绿色港口发展目标责任制和绩效考核机制，将指标和任务逐级分解落实，各部门主要领导负总责，充分发挥绩效评估的导向作用和激励约束作用，进一步加强与国内外专业机构、行业领先企业的交流合作，加大重点技术研发、示范与推广力度，提高安全质量。

1.2 管理机构健全，制度体系完善

码头成立了绿色港口建设领导小组和绿色循环低碳港口建设办公室，并出台了公司层面的《能源管理规定》、《能源考核奖励办法》、《燃油加注管理规定》、《用电管理规定》《环境保护考核办法》 等制度文件。进一步提高员工的专业技能水平和综合素质，完善培训体系，每年印发年度职工教育培训计划，制定绿色港口建设教育培训计划，激励员工积极参加或组织各类绿色港口教育培训活动，不断强化管理体系建设，于2015年进行了环境管理体系建设，对员工进行培训及考核。

1.3 设备节能低碳，生产调度高效

不断加大先进技术引进和节能设备的投入，显著降低了能源消耗和污染排放。现有全部岸桥具备势能回收技术，有效回收作业中的重力势能。岸桥、场桥等大型装卸机械设备变频驱动100%覆盖，减小对设备的冲击，延长机械使用寿命。对全部岸桥和场桥照明进行改造，业务楼、生产指挥中心、维修楼楼内照明已全部更换为LED 照明灯具，实现绿色照明100%覆盖，对高杆灯实行远程控制，可根据日照时间远程开关高杆灯。

实现全场设备资源调度，推行智能化作业模式，实现冷藏箱直取作业工艺，采用最新的拖车作业模式，大大降低了拖车的空载率，拖车空载率从50%降低到20%，拖车使用数量降低15%，船舶作业效率提高10%，实现打散作业，效率提高10%。开展绿色集疏运通道，实现双优化提前集港和自动运抵发送，改善内支线中转货分流向装卸的整体操作。对大宗货物进行“单收双装”模式集港，显著提升出口作业效率。

1.4 推广清洁能源，用能种类多样

大力推动清洁可再生能源使用，从源头实现能源利用清洁化和污染排放减量化。目前已完成33 台场桥电瓶转场改造，场桥转场100%使用清洁能源，实现了场桥“零”排放。2018 年建设4MVA 的岸基供电系统一套，港口岸电首套投入使用，覆盖3#、6# 泊位，达到覆盖率50%。安装风光互补路灯22 座。使用电动车辆为维修督导车，联合电力公司建设充电桩，为新能源车辆的推广应用起到助力效果。建筑节能方面，自建港即使用地源热泵技术，首次建设分布式光伏发电系统，设计峰值功率为40kW，年发电量73365kWh。

1.5 污染排放达标，港区环境美化

开展尾气专项治理工程，对自有燃油驱动流动机械安装DPF 尾气治理装置，确保流动机械环保达标；生活污水经污水处理站处理后，出水达到回用水水质标准后100%用于港区内道路喷洒及绿化喷灌，实施过程中严格规划洒水路线、洒水区域和洒水频次，要求洒水车辆作业时，场区主干道路洒水覆盖率达到100%，全天洒水频次不低于6 次，显著降低了空气中的浮尘污染。安装雨水收集处理装置，经处理后用于花园浇灌和卫浴冲洗，节水达45%。严格按照要求进行统计报送年度污染物接收情况。采取疏泼土、污泥综合利用等固体废弃物资源化措施，增加绿化率，固体废弃物综合利用率年均提高0.9%及以上，港区绿化面积3 万多平米，港区环境面貌和绿化水平不断提升。

2 绿色港口建设存在的问题

2.1 生产运营与信息智能化尚需深度结合

自开港以来，装卸机械先进，信息化建设相对超前，运行平稳，吞吐量逐年增高，具有良好的基础。但是随着物联网、人工智能、大数据、区块链等技术的快速发展，打破了传统运营模式，建设世界一流绿色港口必须大力提升信息化手段，向管理要效益，挖掘数据潜力，积极探索新的运行模式，增加商业决策依据，多维度尝试生产环节效率的提高，提高盈利能力和精细化管理水平。

2.2 清洁能源的使用尚需完善激励机制

目前进港车辆众多，自有14 车辆可以采用加装DPF 尾气治理装置，其他主要为外部车辆，部分车辆柴油消耗高和污染物排放大等问题仍然存在，缺乏对外部业务相关单位和个人的鼓励措施，导致第三方对于加快更新淘汰老旧车辆、主动减少“高耗能、高污染”车辆的使用动力不足。

2.3 环境管理智慧化水平有待提升

目前码头建立了能源管理系统平台，生产系统监控已经具备一定基础，但尚未建立立体化、全方位的智慧环境管理信息系统，有必要在运营、生产、能源实现信息化的基础上，提升绿色港口的环境智慧化水平，实现环境数据在线监测，并综合码头操作、船舶营运、港口周边环境等因素，构建多方位立体化监测体系，深挖数据内在关系，通过大数据分析为绿色港口建设决策提供支撑。

3 绿色港口建设重点项目

3.1 岸桥减速箱智能监测系统

为适应绿色港口，自动化码头的发展需求，在现有生产流程中加入了减速机智能监测系统，可实现对减速机各种运行状态的实时监测，提供从传感器、数据采集，到云监控平台、软件分析的一系列智能管理服务。监测系统使得岸桥减速箱运行情况得到监控，做到早发现早治疗，有效的缩短了维修周期和人力成本投入，减少维修人员的投入和维修工时的降低,有效的整合维修资源，做到港口设备维修的有的放矢。加强减速箱的监控、提高运行的稳定性和安全性、对于设备早期出现的损坏得到发现、做到早发现早治疗，有效地提高了对外服务质量。

3.2 场桥自动化改造项目

我国集装箱码头众多，大部分均采用轮胎式场桥作为主要装卸设备，本项目实现了远程操作台与轮胎式场桥“多对多”远程操控作业模式，在设备升级改造方面取得了重要进步。场桥自动化改造项目综合采用基于激光雷达的视觉分析技术，使用激光矩阵识别方式实现了堆场内轮胎式场桥自动着箱及对内集卡全自动作业；利用开口波导管、全场5.8G-5G 专网形成冗余通讯方案；综合双差分北斗与视觉相结合的定位技术，实现场桥双侧定位，应用于轮胎吊大车位姿控制，减少轮胎及大车跑偏对大车定位的影响，控制精度不低于3cm。

经过自动化改造后，轮胎式场桥在不跑大车情况下，平均综合作业效率不低于22MOV/小时，作业效率达到国内领先水平。首次将全景视频拼接技术应用于轮胎式场桥，通过俯视全景视角方式消除作业过程中设备下方安全盲区，实现人员入侵自动识别报警功能；通过图像分析技术、光流法结合深度学习技术，产生了新的光流网络，即特征匹配与迭代的方式，实现用于光流预测的深度网络，实现集卡防吊起功能。

项目部署了全国首个SLA 监测平台，在业界首次实现了5G 港口业务性能评估监测系统的运行，可以有效简化运维流程，改变以往系统管理缺失的情况，提升运维效率，助力5G 港口的智慧管理，绿色港口的节能建设。场桥不断朝自动化、现代化方向发展，为我国绿色港口码头建设大力推行节能降耗做出了贡献。

3.3 能源环境在线监测体系

码头建立了健全的环境污染事故应急机制，有助于提高应对环境污染事故的能力，防止突发性环境污染事故的发生，并能在事故发生后，有效组织抢险和救助，将事故损失和社会危害减少到最低程度，保障公众生命和财产安全，保护当地环境安全，维护社会稳定，促进企业全面、协调、可持续发展。研发了环境、能源在线监测系统，可以完善对码头作业设备能耗及排放、集疏运车辆尾气排放监测，以能源环境大数据分析为核心，构建智能化、信息化、可视化的能源环境监测与大数据分析系统，实现能源环境要素全覆盖，主要生产环节全覆盖。通过提升管理水平，开展和管理环境监测活动，保证环境监测工作规范、有序发展，通过完善环境监测体系，提升环境监测水平。

3.4 智慧型用电管理平台

针对生产指挥中心、业务楼、维修楼、业务楼平房供配电系统设计的一套具有3D 可视化效果的智慧型用电监控系统。智慧型用电管理平台主要包括电气火灾监测、电力品质监测、能耗管理三大模块。平台主要通过物联网感知层获取传感器、生产设备等运行状态数据和瞬时异常数据，通过远程传输技术完成数据采集，结合物联网技术，移动互联网技术，云计算及大数据技术，将监测、管理数据实时上传至平台和用户终端，并进行大数据存储分析，评估能耗数据，预测设备运行状态，异常自动预警，实时将问题信息及预警数据通知到相关单位负责人。它能够实现电气安全数据从现场到云端，从云端到APP 的高效传输，多维度智能检测、分析漏电、过载、短路、线缆温度异常等多项电气安全隐患，精确定位电气火灾隐患地址，安全报警信息推送，让电气安全看得见、摸得着、防得了、控得住。管理平台有很大的优势，能够实现24 小时集中统一监控、远程监控和精准监控，通过移动和固定相结合的方式，改变运维人员值守模式，节省运维成本；利用无线通信技术，通过云端部署，提供故障实时告警和快速定位功能，具备多种智能推送方式，保证系统运行安全；能够显示实时数据，并持续不断的提供系统运行数据报告，协助运行管理人员制定优化策略，合理掌控，适时调整，提升安全管理水平；方案实施部署快、安装简单，充分利用已有资源，不改变原有设备运维方式。

在绿色建筑改造方面，智慧型用电监控系统能够以直观的数据和图表向后勤管理人员展示电能的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的用电习惯，有效节约电能，为部门进一步节能管理、节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。

3.5 流动机械尾气净化治理

根据国家环保要求，对不达标的柴油车辆严禁上路行驶。加装柴油颗粒捕集器（DPF），是安装在柴油车排气系统中，通过过滤来降低排气中颗粒物的装置。该装置无需改造设备的其他部位，仅把原尾气排放装置拆除，更换改进的排气装置，整改后的尺寸和占用空间与原状态相差无几，保持原车正常状态，并在整改后的尾气排放装置上安装压力预警装置及旁通阀两层保护装置，一旦排气装置压力过大，将通过驾驶室内的报警装置进行持续报警，警告司机需要停车待修，旁通阀的装置就是保护发动机因排气装置压力过大造成发动机损坏，起到缓冲压力释放作用。加装后，颗粒捕集器能够减少柴油发动机所产生的烟灰达90%以上。捕捉到的微粒排放物质随后在车辆运转过程中燃烧殆尽。公司的14 台非道路移动机械已安装DPF，能够明显的看出尾气在任何状态下排放没有黑烟现象。DPF 能够有效地净化排气中70%-90%的颗粒，是净化柴油机颗粒物最有效、最直接的方法之一，已在国际上实现了商品化。

3.6 节能改造与固废利用

大力推进太阳能综合利用工程，在建筑节能方面利用光伏，积极使用清洁能源，已建成1 套分布式光伏发电系统，可为安全技术中心提供日常用电，该系统设计峰值功率为40kW，年发电量73365kWh。系统主要由光伏组件及其支架、并网逆变器、并网箱、通讯软件和监控装置等组成。预计5.7 年收回投资，年均发电量约110211 度。此外，建设屋顶光伏发电项目，可进一步提高清洁能源使用比例，减少碳排放。

在岸电使用率提升方面上，设置一套4MVA 的岸电电源，为3#、6#泊位两个集装箱泊位提供船用岸电电源，岸电覆盖率为50%。通过协调航运企业，促进绿色发展，加速“岸电上船”常态化建设，进一步落实散货粉尘治理工作，提高了船舶停靠期间岸电接用率，单次停靠时间，做到应接尽接。船舶岸基供电项目将能满足中远到港10 万吨级集装箱船舶的岸电使用，船舶每次靠泊约23.7 小时，耗油约7 吨。10 万吨级集装箱船舶每月停靠四次，全年耗油约336 吨。估算到港船舶使用岸电后，全年可减少排放烟气量420 万立方米；其中减少排放污染气体SO2约1.56 吨、NOx约0.9 吨、CO约0.5 吨。通过技术培训、调试和协调，2020 年全年岸电接用将近23.5 万kWh，接用36 次，相对于2019 年约5 千kWh 岸电用电量和接驳次数有显著提升。有效减少了船舶靠港期间的污染物排放。

实现生活垃圾分类收集，设置分类垃圾桶。对于危险废弃物设有空间存储，并已做好防渗防雨工作。固体废物100%分类收集贮存或无害化处理，且危险废物交由有资质的单位处理。固体废物利用方面，通过修旧利废，对尚未失去全部价值的资源进行合理利用。岸桥每年平均损坏6 个组件，一个组件20 万左右，如果采购新备件需要120 万元，岸桥功率单元通过修旧利废，可将费用降低到12 万，为公司每年节约108万左右成本。岸桥配备22 个手柄，经过14 年使用，机械部件磨损、电气部件衰减，不能满足安全作业需求，如果全部采购新备件需要88 万左右，岸桥手柄通过修旧利废，将费用降低到26 万左右，为公司节约61 万左右成本。若不积极推广修旧利废，致使可复用物资成为废品，不仅会导致严重的资源浪费，还会增加企业运转成本。因此积极推广并实践修旧利废、回收复用，不仅可以节约大量资金，还能够为保护环境做出一份贡献，具有很大的经济效益和社会效益。

在新能源利用方面，通过购置新能源车辆，可实现电能替代柴油，减少汽车尾气对大气的污染。可以通过鼓励机制，改变人们的传统理念，让大家增强节能环保意识。使用电动驱动车辆替代柴油车辆，其中每台柴油叉车以运行2000 小时计算，燃油消耗在25000 升左右，可以大大降低柴油消耗量，有效实现电能替代柴油，减少污染物排放，助力于绿色港口建设。

4 绿色港口建设的建议

4.1 加强对绿色港口的顶层设计

近年来，随着生态文明建设的持续深入，国家对港口的绿色、生态、低碳发展提出了更高要求。国家将构建安全、便捷、高效、绿色、经济的现代化综合交通体系，打造一流设施、一流技术、一流管理、一流服务，实现智能化与绿色化水平位居世界前列，建成人民满意、保障有力、世界前列的交通强国。应加强顶层设计，为支撑交通强国建设，实现世界一流绿色港口的建设目标，推动港口高质量绿色发展，绿色发展规划仍需要进一步细化详实。企业进一步优化绿色港口建设领导小组人员组成、职责分工，完善推进机制，强化对绿色港口建设的指导和协调。领导小组定期召开专题工作会，加强对绿色港口建设的宏观管理、综合协调和监督检查；绿色港口推动小组应在领导小组的指导下细化工作计划，全力推进项目实施。

4.2 提升清洁能源和岸电接用单次使用时间占比

目前采用清洁能源或新能源作为动力的港口机械占比为10.77%，清洁能源占比有待提升。构建清洁低碳的港口用能体系，完善港口LNG 加注、岸电标准规范和供应服务体系，完善船舶大气污染物排放控制区。通过购置、租赁或协调等工作，增加厂区内清洁能源车辆的数量，减少污染物排放；增加绿色照明，增加LED灯具占比，1 级能效空调等节能设备设施，提升能源使用效率。完善岸电系统能效和安全运行管理制度，对操作人员进行技能培训，缩短船舶停靠接用岸电准备与调试工作时间，增加单次船舶停靠使用岸电时间，有效减少船舶靠港期间污染物排放。

4.3 加强资源节约和生态保护

加强资源节约循环利用和生态保护，严格落实围填海管控政策，严格管控和合理利用深水岸线，实施既有设施设备改造，综合利用航道疏浚土、施工材料、废旧材料，推进港区生产生活污水、雨污水循环利用，实施港区绿化工程，引导有条件的港口开展陆域、水域生态修复。注重绿色港口发展成效的宣传引导，采用示范项目、交流总结、座谈推广等形式及时进行总结，进一步提升全体员工的绿色港口的发展理念，完善污染治理基础设施，加强污水处理设施管理，实现生活垃圾分类处理和危险废物合规处置。

结语

本文以北方某集装箱码头为示范进行分析研究，从安全生产、制度体系、节能低碳、清洁能源、污染排放五个方面概述了码头绿色港口建设成效同时提出了目前存在的一些问题，重点介绍了港口建设中的项目包括岸桥减速箱智能监测系统、场桥自动化改造项目、能源环境在线监测系统、智慧型用电建设和流动机械尾气净化等智能、安全、节能改造工程及系统，并对绿色港口建设提出建议。这有效的说明了绿色港口建设路径和模式行之有效，并为集装箱码头绿色港口建设提供示范和支撑。