基于KPI和AHP的國際港口智慧化評價

摘 要： 智慧型港口是港口發展的高級階段和重要方向，也是我國交通強國建設綱要明確的打造世界一流港口的發展目標。目前國內外對智慧港口的內涵尚未有統一的認識，對智慧港口的評價指標體系也存在不同的意見，現有的研究未能站在全球化的視角對智慧港口指標體系進行系統分析，研究范圍和研究結論存在一定的局限性。結合當前智慧港口研究中存在的問題，以國際典型港口智慧化趨勢為基礎，提出了高運營效率、低能源消耗、優環境保護的港口智慧化特征，構建了基于港口運營、能源消耗和環境污染的23個因素68個KPI指標，并對漢堡港、鹿特丹港、安特衛普港、釜山港、新加坡港等14個港口進行智慧化評價，最后提出了要積極參與國際規則制定和中國標準輸出等相關建議，以期為中國打造世界一流智慧港口提供理論與實證支撐。

關鍵詞： 國際智慧港口; 關鍵績效指標（KPI）; 評價指標

中圖分類號： U651; F550.3 文獻標識碼： A DOI： 10.3963/j.issn.1671-6477.2022.01.010

一、 引 言

隨著我國供給側結構性改革的持續推進以及交通強國頂層戰略的出臺，以安全便捷、智慧綠色、經濟高效、支撐有力、世界先進（《關于建設世界一流港口的指導意見》）為特征的智慧型港口將成為我國乃至全球港口升級改造的重點和發展方向。與國際接軌，參與全球智慧港口體系建設是我國港口行業未來發展的大方向。

目前國內對智慧港口的研究主要集中在運營方面，依托的對象主要為國內沿海港口，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]等三個全面來實現日照港智慧港口建設，黃桁提出的從碼頭生產智能化、港域調度智能化、海運物流協同化、金融普及便利化[2]等四個方面打造上海港智慧港口，蔡文學等提出從港口的職能、理論和技術[3]等3個維度建立港口智慧化評價指標體系并對廣東省港口進行定量評價。盡管以上文獻對智慧港口的內涵、評價指標體系均有所研究，但針對的對象主要局限于國內，且指標體系更加關注港口運營端的智慧化，對國際智慧化港口發展趨勢及特征鮮有涉及，未能將全球港口作為一個整體進行研究，不利于交通強國綱要提出的打造世界一流港口目標的實現。基于上述緣由，文章深入分析了國際港口智慧化發展形勢，提出基于國際化的智慧港口指標體系，并通過關鍵績效指標（KPI）和層次分析法（AHP）對國際典型港口進行評價，提出我國港口智慧化發展的方向和重點。

二、 國際智慧化港口的內涵與特征

國際港口的發展大體上經歷了五個階段，由最初的單一型港口逐步向綜合型、國際型、智慧化發展。

智慧港口是科技發展、技術進步的必然結果，物聯網、云計算、大數據分析、移動互聯網、智能感知等技術是智慧港口的技術基礎[4]，但考慮到各國發展階段不一、發展理念有別，對智慧港口的認識也有很大差別。國內對智慧港口的認識主要集中在運維端，認為智慧港口是將物聯網、云計算、傳感器、決策分析等技術手段結合在一起，在港口生產中加以運算，統籌各項關鍵信息，從而實現人與人、人與港口、物與物之間的各環節、各資源廣泛互通，逐步構建技術密集、高端化、信息化和網絡化的現代物流港口[5]，如日照港以碼頭運營數字化、集團管控一體化、決策支持可視化、集成服務便捷化為智慧港口特征予以建設規劃;粵港澳大灣區以基礎設施與裝備現代化、智慧技術與港口業務全面融合、創新和可持續為特征建設智慧港口[6];上海港以碼頭生產智能化、港域調度智能化、海運物流協同化、金融普及便利化為特征建設智慧港口。

國際主流港口運營商對智慧港口特征的描述主要集中在智慧化的運營、環境友好、高效的能源利用以及安全性和穩定性等方面。Hamid Reza Abai博士認為，智慧港口不僅是新技術的應用，更是一種新的思維理念，是港口概念的重塑，智慧港口內涵應包括智慧、綠色、集成的運輸體系，高效、具有競爭力的系統設備，節能及能源的高效利用，對地區經濟發展的正向影響，安全、環境友好等五個方面[7]，巴塞羅那在打造智慧港口過程中，除了對港口自身智慧化的改造外，也注重港口對環境以及對人的影響，包括降低污染、廢物管理、能源和水管理、新能源應用等方面[8]。

基于國內外對智慧港口的內涵的描述，結合未來港口的發展方向，站在全球化和東西融合視角，我們認為，智慧港口是以現代信息技術和工業化為基礎，以新的發展愿景、發展理念、發展模式為驅動，以高運營效率、低能源消耗、優環境保護、重港口安全等生產性、社會性因素為特征的新型港口。

三、 國際智慧港口評價指標體系的構建

（一） 評價指標體系的選取原則

1.科學性和國際性原則

科學性和國際性是指標選取的前提和基礎。指標的選取應符合智慧港口發展的客觀規律，應能反映智慧港口未來發展的特征，建立在科學客觀基礎上才能指導智慧港口的實踐;指標的選取應具有國際化特征，應符合ISO14001關于港口大氣、噪音、廢物、廢水等環境管理體系（EMS），符合國際海事組織（IMO）關于港口能源和安全的指標要求。

2.系統性和前瞻性原則

智慧港口是一個系統工程，是港口生態圈在新時期的具體體現。指標的選取不僅要考慮高效運營因素，更要站在全局視角審視安全、環保等可持續發展相關因素;指標的選取要考慮近期與遠期相結合，要把綠色、可持續等新時期發展理念融入智慧港口指標體系中。

（二） 評價指標體系的選取與構成

國際上對智慧港口評價指標體系進行了系統研究和實踐，最為典型的為地中海智慧港口綜合工程，提出了基于運營、環境和能源的23個因素68個KPI指標[9]，主要KPI指標如表3所示。

文章結合智慧港口的內涵、指標的重要程度、數據可得性對上述KPI指標進行了整合，生產效率、自動化程度、智能基礎設施水平是運營板塊最核心的KPI因素，國際環保體系、廢棄排放量、垃圾處理水平、污水處理水平是環境板塊最核心的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。考慮到安全是智慧港口生產運營的基礎，因此將安全指標加入智慧港口評價體系極為必要[10]。國際智慧港口評價指標體系SPI如圖1。

1.運營。運營是港口主要的生產活動，智慧港口通過現代科技和有效的管理手段實現港口運營成本的降低和運營效率的提高。運營包括三個層面，即生產高效化、操作自動化以及智能基礎設施的使用。生產高效化是指在有限的預算、時間、空間、設備下達到的產出水平。操作自動化是利用各種設備系統降低人力資源投入的水平。智能基礎設施的利用指港口采利用軟件和硬件系統的水平。

2.環境。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點，實現港口的清潔和可持續是智慧港口發展的重要特征。環境方面包括了環保管理體系、廢氣排放、垃圾處理、污水處理等方面。環保管理體系為港口提供一套評估、監控、減少港口污染的規章制度，最常見的為國際標準組織發布的ISO14001標準。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生活垃圾和生活污水的處理。

3.能耗。港口運營需要消耗大量的能源，隨著國際貿易的持續發展，港口貨運量的顯著提高，港口對能源的消耗也是與日俱增，因此能耗水平也是智慧港口發展的重要特征之一。能耗包括能源消耗量、新能源利用以及能源管理三個方面。能源消耗包括直接和間接消耗，優化作業流程能夠降低能源總量消耗。新能源利用指在港口采用風能、潮汐能、光能等的水平和能力。能源管理體系的應用指采用的管理標準和水平，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害、人為事故、恐襲等因素影響，導致其利益受損。港口安全包括人員安全管理系統、設備安全管理系統、集成安全監管系統等三個方面。人員安全管理系統包括港口運營方和船員，對可能發生的人員安全風險予以預防以及應對。設備安全管理系統主要針對港口相關機械。集成安全監管系統主要是利用互聯網和信息化手段，通過軟件和硬件提高港口安全度。

四、 基于KPI的港口智慧化評價

（一） 評價步驟

本文通過關鍵績效指標（KPI：Key Performance Indicator）對漢堡港、鹿特丹港、安特衛普港、釜山港、新加坡港等14個港口進行智慧化評價，以期判斷國際智慧港口發展重點和方向。其主要量化標準包括智慧運營指標（SOI）、智慧能效指標（SEgI）、智慧環境指標（SEnI）、智慧安全指標（SSI），主要指標權重通過層次分析法計算得到。

首先搜集相關港口的KPI量化數據，本次研究主要通過國際港口發布的年報數據以及相關文獻資料統計而得①。其次要對數據進行無量綱標準化處理，實現各指標之間的可比較性，本次研究選擇利用極差的標準化對數據進行處理，經過極差標準化處理后所得的新數據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、能源消耗等指標并非越大越好，因此引入參數Kij對指標進行調節。通過測算SOI、SEgI、SEnI、SSI，進行加權后得到智慧港口總指標（SPI）。

Kij=-kij，負面指標kij，正面指標

SOI=∑n1i=1aik1i，∑n1i=1ai=1，ai≥0，i=1，…，n1

SEgI=∑n2i=1βik2i，∑n2i=1βi=1，βi≥0，i=1，…，n2

SEnI=∑n3i=1γik3i，∑n3i=1γi=1，γi≥0，i=1，…，n3

SSI=∑n4i=1δik4i，∑n1i=1δi=1，δi≥0，i=1，…，n4

SPI=λ1SOI+λ2SEgI+λ3SEnI+λ4SSI，∑4i=1λi=1，λi≥0，i=1，…，4

（二） 國際港口智慧化評價

基于統計數據、評價指標體系和方法，對國際主要港口智慧化評價結果如圖3所示。

1.從SOI運營側來看，全球運營效率前三強為釜山港、新加坡港和上海港，這與亞洲港口注重運營效率、大力推動港口自動化有關。世界自動化碼頭的發展已經有近30年歷史，截至2018年，全球自動化集裝箱碼頭有34個，亞洲地區占有17個，其中上海港洋山四期屬全自動化碼頭，于2017年投入運營，自動化率全球領先。

2.從SSI安全側來看，目前港口安全生產管理系統在全球普及，且國際間、地區間政治環境相對穩定，因此大部分港口安全性相當，新加坡港處于國際東西航線大通道核心節點上，對安全要求更高。

3.從SEnl環保側來看，北歐的漢堡、鹿特丹、安特衛普，北美的洛杉磯、溫哥華、休斯頓明顯要高于其他國家和地區。這與歐洲和北美政府注重環境保護有關，歐洲海港組織（ESPO）和生態環保港口基金會（EcoPorts Foundation）定期對歐洲港口業環保事項進行調查和評估，同時國際海事組織設定了特別排放控制區（ECAs），目前包括波羅的海、北海、北美洲海岸、美國加勒比海，未來將擴展到地中海、日本海等地區。上述國際和地區政策，促使了北歐、北美港口向綠色環保方向發展。

4.從SEgl能耗上來看，北歐港口表現也明顯優于其他地區。2011年國際海事組織引進了“能效設計指數（EEDI）”和“船舶能效管理計劃（SEEMP）”兩項措施，以提高港航能效，目前全球范圍內有52個港口實施了上述舉措，其中38個位于歐洲。

（三） 評價結果分析

造成以上結果主要是與地理區位、經濟發展水平、政治制度、能源相關因素有關，其中經濟發展水平和能源因素對智慧港口發展起著至關重要的作用。文章選取人均GDP水平、人均研發支出、單位產值能耗作為可量化指標與智慧港口評價結果進行回歸分析，結果如圖7所示。智慧港口發展水平與國家人均GDP和人均研發支出呈正相關，表明港口所在地區越富裕，對科技投入越多，智慧化水平就越高。智慧港口發展水平與單位產值能耗水平呈負相關，表明單位能耗水平越高的港口智慧化水平越低。其邏輯為：假若國家對創新、教育和科研越開放，港口將更易于應用新技術和新方法;反之，單位產值能耗水平越高，同等能源消耗水平下工業產出就越少，能源利用率和港口產出效率也就越低。

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，這種差距體現在港口發展理念和途徑上。未來中國需要與國際接軌，打造世界一流的國際型港口，就必然要調整發展理念，進一步提高港口的綠色及可持續發展水平。

五、 研究結論

智慧港口內涵豐富，但到目前為止國內外對其的研究依然較少。國內對智慧港口指標體系的研究立足點主要以上海、日照、廣州等沿海港口為主，側重于運營端，存在一定局限性。本文試圖通過國際視角，科學審視智慧港口的發展特征，提出基于運營、能源、環境、安全的智慧港口評價指標體系，并通過實證分析明確國際智慧港口發展水平以及其發展趨勢。文章選取了國際上最為繁忙的14個樞紐港作為研究對象，通過KPI和APH定量測算了上述港口智慧化水平，并從經濟和能耗水平方面對結果予以分析，分析表明：港口所處國家人均GDP越高、創新性越強、能耗水平越小、政策越傾向于環保，港口智慧化指數就越高。

這一研究結論可為我國智慧港口的發展提供一定的理論與實證支撐，也為推動我國交通強國戰略實施，打造世界一流港口指明了發展方向。一方面，我國建設世界一流港口要主動與國際接軌，在發展理念上向聯合國氣候變化公約（UNFCCC）、聯合國海洋法公約（UNCLOS）和國際海事組織等國際性組織靠攏，積極參與國際規則的制定和中國標準的輸出，提高我國港口國際化影響力;另一方面，要注重對我國港航領域補短板、強弱項，在港口建設、運營、管理等方面更加注重綠色、智慧、平安等因素。

注釋：

① 參見網址https：//ec.europa.eu/eurostat/web/transport/data/database.

[參考文獻]

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[10]Fabiano B，Curro F，Reverberi A.P，et al.Port Safety and the Container Revolution：A Statistical Study on Human Factor and Occupational Accidents over the Long Period[J].Safety Science，2010，48（8）：980-990.

（責任編輯 文 格）

International Smart Port Evaluation Based on KPI and AHP

ZHENG Zhong1，2， LI Hong-liang3

（1.School of Economics，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，Hubei，China;

2.China Urban and Rural Construction Development Co.，Ltd.，Wuhan 430060，Hubei，China;

3.CCCC Second Harbor Consultants Co.，Ltd.，Wuhan 430060，Hubei，China）

Abstract：Smart port is the advanced stage and important direction of port development and it is also the development goal of building a powerful transportation country in China.At present，the understanding of the connotation of smart ports is dispersive，and the evaluation index system of smart ports is also varied.The analyzing of index system of smart ports from the perspective of globalization is not given by the existing researches，and there are certain limitations on the research scope and conclusions.Combining with the problems existing in the current research on smart ports，this paper puts forward the characteristics of port intelligence with high operational efficiency，low energy consumption，and excellent environmental protection based on the trend of international typical port intelligence.The article constructs 68 KPI indicators based on 23 factors of port operation，energy consumption and environmental pollution，and conducts intelligent evaluation on 14 ports including Hamburg Port，Rotterdam Port，Antwerp Port，Busan Port，and Singapore Port.Finally，some suggestions are put forward：to actively participate in the formulation of international rules and export Chinese standards to provide theoretical support for China in building world-class smart ports.

Key words：international smart port; KPI; evaluation index

收稿日期：2021-12-08

作者簡介：鄭 仲（1981-），男，湖北武漢人，武漢理工大學經濟學院碩士生，中國城鄉控股集團有限公司管理人員，主要從事產業經濟研究;

李紅亮（1984-），男，湖北武漢人，中交第二航務工程勘察設計院有限公司職員，主要從事技術經濟研究。