煤炭码头智慧化建设标准体系架构研究

闫颖

（国家能源投资集团有限责任公司，北京 100011）

1 研究背景

在交通强国建设的背景下，高质量发展已经成为新时代港口发展的主旋律，我国港口发展正步入从规模速度型向质量效益型转变的关键时期。近年来，随着云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等新一代信息技术的飞速发展和探索性应用，港口正在进行一场新的科技革命浪潮。为满足加快推进交通强国建设、港口高质量发展要求，以及船舶大型化等市场发展形势，各港口采用全自动化无人操作模式，打造高效、高可靠的现代化码头，力求提高码头装卸作业的稳定性、保证生产作业效率、提高服务质量和管理水平、降低运营成本。煤炭码头的智能化、智慧化建设对我国北煤南运、西煤东运的煤炭运输格局意义重大，作为港口码头系统的重要组成部分，煤炭码头的智慧化建设已深入推进、全面开展，为有效管理港口、提升港口运营质量和效益，保证港口可持续发展，有必要围绕煤炭码头的智慧化建设开展标准体系架构研究工作。

2 现状分析

2.1 智慧煤炭码头发展现状

煤炭码头的主要功能是为煤炭进出港提供装卸、运输、堆存等服务，煤炭码头作业是一个连续作业的过程，主要包括装卸船、输送、堆取料和翻车等过程。行业上，越来越多的散货码头采用自动化、智能化信息技术作为港口发展的重要手段，在企业业务流程优化、装卸作业效率提高、各部门协同水平等方面取得一定成效。

国内方面，2007年上海罗泾港应用ABB 本土定制的自动化解决方案，在我国最早实现了散货物料自动卸船、堆取和装船作业。天津港、曹妃甸港等煤码头堆取料机也进行了自动化改造，实现了堆场单机设备的远程无人操控。日照岚桥30 万吨级矿石码头的堆料机、取料机也已实现了自动化作业。2018年青岛港董家口矿石码头公司对矿石堆取料机的运行自动化方案不断研究完善，实现了大型堆取料机生产操作的智能化和自动化。2018年太仓港区协鑫码头建成了我国内河第一座具有绿色环保、节能高效、功能多样、高度智能化等特点的现代化散货码头。2019年黄骅港探索出了一套集成可视化系统、监测预警系统、应急处置系统的远程装船控制方案，完成了我国首例煤炭港口的无人化作业。同时，黄骅港、唐山港、天津港、宁波舟山港已完成或积极进行散货堆场的自动化改造。

国外方面，早在2007年鹿特丹码头就使用了6 台全自动控制的堆取料机，对码头管理人员来说只需要输入散料的进出信息，其余所有工作由自动控制系统即可高效率、高可靠的完成。2011年汉堡港针对煤炭、铁矿石的卸船作业，借助德国iSAM 公司的抓斗卸船机自动化系统，用三维激光扫描仪识别船只、舱口、散料，率先实现了世界上首个散料卸船作业的全自动化操作。纽卡斯尔港围绕铁路运输计划、煤储存计划、船舶管理及产能计划形成了供应链一体化的信息系统，实现了设备与软件的无缝集成。巴西、印度、韩国正引进具有全自动无人装卸系统的斗轮堆取料机。

2.2 智慧煤炭码头标准现状

目前，涉及散货码头尤其是煤炭码头自动化设备和管控系统的相关标准研究很少，如国家标准《自动化散货码头综合管控技术要求》处于网上公示阶段。近年来，随着我国产业联盟、学会、协会、商会及联合会等社会组织的蓬勃发展，一些社会组织积极探索团体标准的制定，如中国港口协会立项的团体标准《煤炭矿石码头装船机智能作业系统技术规范》、《抓斗门座起重机自动控制系统技术要求》、《煤炭矿石码头堆料机智能堆料系统技术规范》、《煤炭矿石码头取料机智能取料系统技术规范》等仍处于研制阶段，中国航海学会立项的团体标准《自动化集装箱码头评价技术指南》也处于研制阶段。总体上来看，智慧煤炭码头标准化工作起步晚，离形成全面的自动化散货码头标准体系还有差距，因此，智慧煤炭码头建设标准体系的构建显得尤为迫切。

3 标准体系构建总体思路

3.1 构建目标

智慧煤炭码头标准体系架构构建的目标为：①考虑煤炭码头在货物装卸、生产调度及清洁生产等方面的特点，围绕智能装备、智能运营、智能运维、智能安全管理4 大领域构建智慧煤炭码头标准体系架构，坚持“标准先行”的思路，规范并支撑煤炭码头智慧化建设；②明晰智慧煤炭码头建设的相关标准，系统梳理智慧煤炭码头建设应遵循的国家、行业等各级标准，并甄别智慧煤炭码头标准建设的空白，提出智慧煤炭码头标准化工作方向；③从标准实施前景、标准实施需求等方面，综合考虑迫切性、可行性、应用成熟度、应用范围等方面，提出下一步标准编制工作的重点方向及实施路径，为标准立项及编制提供指导。

3.2 总体思路

通过对国内外智慧港口现行标准及标准体系现状的梳理、分析总结，考虑到煤炭码头智慧化建设的规范性、统一性，智慧煤炭码头标准体系建设总体思路如下：建立动态、开放、共享、创新的智慧煤炭码头标准体系，发挥标准先行、规范引领的作用，通过“标准”管理助推煤炭北煤南运、西煤东运的智慧运输建设格局。通过智慧煤炭码头标准体系建设，一是能够对煤炭码头智慧化建设相关的专项标准起到引领、指导作用，二是基于“标准化+技术创新+典型示范”的思路，形成需求引领、高效适用、多级多层的智慧煤炭码头标准体系，三是反应智慧煤炭码头标准化全貌，实现智慧煤炭码头建设标准的统一、系统和协调。

3.3 构建原则

智慧煤炭码头标准体系是在系统梳理并分析国家及行业相关标准、煤炭码头智慧化建设现状及趋势，广泛了解信息技术与煤炭码头融合发展情况的基础上，对智慧煤炭码头发展的趋势和方向作深入研判后构建。具体编制原则如下：

（1）引领性。充分体现标准体系项目，贯彻落实“交通强国”、“数字经济”等国家政策导向，从“标准先行”要求出发，靠前规划，引导智慧煤炭码头建设。

（2）全局性。标准体系建设覆盖煤炭码头装备、运营、运维、安全管理等各板块的智慧化内容，涵盖跨层级、跨系统、跨业务的实际需求，支撑智慧煤炭码头重点任务落地建设。

（3）开放性。标准规范编制依据国家、行业标准化有关的法律法规和规章制度，充分吸收国内外、各相关行业的领先经验，构建形成具有合理性、权威性、包容性、开放性的标准体系，并随着技术迭代发展、现场实际需求实时更新，动态调整。

4 标准体系架构

结合各煤炭码头公司典型示范、典型技术创新、新技术应用、标准建设及管理等现状，采用分类分层的架构建立思想，基于系统论和模块化相结合的标准体系构建方法，提出了包括智能装备、智能运营、智能运维、智能安全管理4 个二级类目、13 个三级类目、30 多个四级类目及N 个可扩展的五级类目的智慧煤炭码头标准体系架构，如图1所示。

图1 智慧煤炭码头标准体系架构图

4.1 智能装备标准

用于规范煤炭码头装船机、卸船机、堆取料机、翻车机等设备智能化改造技术应用及系统建设，实现煤炭码头翻、堆、取、装各环节以及全流程装备智能化协同控制。考虑到煤炭码头内部作业设备以及与铁路运输进港衔接的实际情况，从智能码头前沿设备标准、智能码头堆场设备标准、智能集疏运装卸设备标准、其他智能设备标准共4 个三级类目进行标准体系构建。智能码头前沿设备标准包括卸船机自动化、装船机自动化及通用装卸设备自动化等标准，智能码头堆场设备标准包括堆料机智能堆料、取料机智能取料等标准，智能集疏运装卸设备标准包括翻车机智能控制、装车楼智能控制等标准，其他智能设备标准包括流机等其他运输设备智能化管理、智能采制化设备、通信与网络设备等标准。

4.2 智能运营标准

用于规范煤炭码头覆盖计划、调度、作业、清洁生产、综合服务等方面生产运营智能化相关系统的建设，考虑到煤炭码头生产作业的特殊性，从智能生产调度、智能环保节能、智能综合服务共3 个三级类目进行标准体系构建。智能生产调度包括智慧生产、智能采制化、多式联运、智能综合管理等方面的标准，智能节能环保标准包括设备能源消耗评价、智慧环保、智慧节能等方面的标准，智能综合服务标准包括智能理货、智慧物流等方面的标准。

4.3 智能运维标准

用于规范码头前沿设备、码头堆场设备、集疏运设备及其他设备在在线监控、健康监测、故障诊断、性能预测、联动维修等方面的技术应用及相关平台建设，统一煤炭港口设备全生命周期管控建设，考虑煤炭码头设备的类型及日常运维的工作内容及特点，从检查与维护修理、检测监测共2 个三级类目进行标准体系构建。检查与维护修理标准包括装卸设备、信息化设备等各类设备自动化改造后的检查与维护规程，检测监测标准包括各类设备的健康监测与诊断预测、智能巡检系统建设技术要求等方面标准。

4.4 智能安全管理标准

用于规范煤炭码头在风险识别、隐患排查、监测与预警、分析与处置等事前预防、事中应对、事后处置和管理等全过程的安全管理智能化模式创新中的技术应用和相关平台建设，考虑煤炭码头本质安全及信息化建设方面的安全，从港口本质安全、作业设备安全、信息化安全、应急处置共4 个三级类目进行标准体系构建。煤炭码头本质安全标准包括煤炭码头要素智能安全管理、智能消防建设等方面的标准，作业设备安全标准包括通用设备、卸船机、装船机、堆取料机等方面的安全规程以及自动化装卸设备安全操作规范，信息化安全标准包括网络安全及数据安全相关标准，应急处置标准主要包括应急预案、应急设备配置及应急指挥调度系统建设相关的技术标准。

5 标准化工作建议

基于上述标准体系，在具体标准化工作开展中，需从标准的依赖性、基础性、紧迫性出发，利用优先矩阵评价模型，对标准编制工作进行优先级评价，分析标准编制的优先级。具体可从项目类别进行分类分级，成熟工程型项目相关的标准定为优先级1 级，局部示范型项目相关的标准定为优先级2 级，技术引领型项目相关的标准定为优先级3 级。优先级分类图如图2所示。

图2 标准优先级分类图

在优先级分类基础上，结合技术发展趋势和智慧化建设实施难度，坚持强化基础-示范牵引-优化完善的标准化工作开展思路，各煤炭港口企业可结合自身实际现状及特点制定标准化路径，为煤炭码头标准化工作指引方向。强化基础阶段，目标是加快基础共性领域标准制修订，围绕煤炭码头智慧化等级评价指标及评价实施细则等方面，掌握现阶段煤炭码头智慧化发展水平；示范牵引阶段，目标是挖掘典型创新技术应用效果，通过标准化工作固化成功试点示范成果，围绕各单位交通强国试点项目及单位内部技术创新项目开展建设；优化完善阶段，目标是结合技术发展和各单位建设情况，不断优化完善标准体系架构，加强标准宣贯应用、咨询服务和执行监督。

6 结语

通过智慧煤炭码头标准体系架构研究，为煤炭码头智慧化建设关键技术应用提供示范应用到全面推广的依据，为全面掌握煤炭码头关键技术发展情况提供参考，为煤炭码头智慧化建设标准化工作指明方向。智慧煤炭码头标准体系架构研究，响应了《交通运输标准化“十四五”发展规划》、《“十四五”推动高质量发展的国家标准体系建设规划的》等标准化政策文件明确提出的鼓励成熟适用创新成果及时转化为标准、完善各领域标准体系框架等方面的要求。未来，随着煤炭码头智慧化建设步伐的加速，智慧煤炭码头标准体系将与煤炭码头的创新应用与发展紧密衔接，需要不断更新、动态丰富，下一步视技术发展和标准化工作开展情况，不断进行理论体系的补充与完善，从标准统一规划的思路切入，提高科技创新内涵，赋能高效发展，为打造世界一流的智慧煤炭码头提供有力支撑。