集裝箱碼頭綠色港口建設示范工程研究

吳 強 趙大地

（1 天津港股份有限公司 天津 300380 2 交通運輸部天津水運工程科學研究院 天津 300380）

引言

近年來，國家提出要建設綠色港口、智慧港口的重要指示，首先要把港口節能減排工作提到重要位置。港口是聯通世界經濟的重要紐帶和綜合交通的樞紐節點，建設綠色港口既是綠色交通運輸體系建設的關鍵，也是港口城市生態文明建設的關鍵[1～3]。2019 年1 月，習近平總書記視察天津港，作出“經濟要發展，國家要強大，交通特別是海運首先要強起來。要志在萬里，努力打造世界一流的智慧港口、綠色港口，更好服務京津冀協同發展和共建一帶一路。”[4]重要指示。中共中央、國務院印發了《交通強國建設綱要》，提出到2035 年基本建成交通強國，現代化綜合交通體系基本形成，要優化交通能源結構，推進新能源、清潔能源應用，打好柴油貨車污染治理攻堅戰，統籌油、路、車治理，有效防治公路運輸大氣污染。嚴格執行國家和地方污染物控制標準及船舶排放區要求，推進船舶、港口污染防治。同年，交通運輸部等9 部門聯合印發《關于建設世界一流港口的指導意見》，提出到2035 年全國港口發展水平整體躍升，主要港口總體達到世界一流水平，若干樞紐港口建成世界一流港口，引領全球港口綠色發展。此外，天津市也制定了《關于天津港建設世界一流港口的實施方案（2019-2023 年）》。中國對綠色港口建設的重視程度逐步提高，綠色港口建設有了更加明確的方向[5][6]。本文就某集裝箱碼頭為示范進行分析研究，助力于提升綠色港口建設水平。

1 綠色港口建設成效

1.1 安全集約高效，發展質量提升

嚴格落實生產責任制，強化安全培訓教育，崗位人員覆蓋率100%，積極優化生產工藝，充分利用岸線資源，提升作業調度水平。從管理著手，調控生產作業環節，提升作業能力，集約利用岸線，最大限度發揮了現有硬件資源，發展速度和質量均得到顯著提升。完善綠色港口發展目標責任制和績效考核機制，將指標和任務逐級分解落實，各部門主要領導負總責，充分發揮績效評估的導向作用和激勵約束作用，進一步加強與國內外專業機構、行業領先企業的交流合作，加大重點技術研發、示范與推廣力度，提高安全質量。

1.2 管理機構健全，制度體系完善

碼頭成立了綠色港口建設領導小組和綠色循環低碳港口建設辦公室，并出臺了公司層面的《能源管理規定》、《能源考核獎勵辦法》、《燃油加注管理規定》、《用電管理規定》《環境保護考核辦法》 等制度文件。進一步提高員工的專業技能水平和綜合素質，完善培訓體系，每年印發年度職工教育培訓計劃，制定綠色港口建設教育培訓計劃，激勵員工積極參加或組織各類綠色港口教育培訓活動，不斷強化管理體系建設，于2015年進行了環境管理體系建設，對員工進行培訓及考核。

1.3 設備節能低碳，生產調度高效

不斷加大先進技術引進和節能設備的投入，顯著降低了能源消耗和污染排放。現有全部岸橋具備勢能回收技術，有效回收作業中的重力勢能。岸橋、場橋等大型裝卸機械設備變頻驅動100%覆蓋，減小對設備的沖擊，延長機械使用壽命。對全部岸橋和場橋照明進行改造，業務樓、生產指揮中心、維修樓樓內照明已全部更換為LED 照明燈具，實現綠色照明100%覆蓋，對高桿燈實行遠程控制，可根據日照時間遠程開關高桿燈。

實現全場設備資源調度，推行智能化作業模式，實現冷藏箱直取作業工藝，采用最新的拖車作業模式，大大降低了拖車的空載率，拖車空載率從50%降低到20%，拖車使用數量降低15%，船舶作業效率提高10%，實現打散作業，效率提高10%。開展綠色集疏運通道，實現雙優化提前集港和自動運抵發送，改善內支線中轉貨分流向裝卸的整體操作。對大宗貨物進行“單收雙裝”模式集港，顯著提升出口作業效率。

1.4 推廣清潔能源，用能種類多樣

大力推動清潔可再生能源使用，從源頭實現能源利用清潔化和污染排放減量化。目前已完成33 臺場橋電瓶轉場改造，場橋轉場100%使用清潔能源，實現了場橋“零”排放。2018 年建設4MVA 的岸基供電系統一套，港口岸電首套投入使用，覆蓋3#、6# 泊位，達到覆蓋率50%。安裝風光互補路燈22 座。使用電動車輛為維修督導車，聯合電力公司建設充電樁，為新能源車輛的推廣應用起到助力效果。建筑節能方面，自建港即使用地源熱泵技術，首次建設分布式光伏發電系統，設計峰值功率為40kW，年發電量73365kWh。

1.5 污染排放達標，港區環境美化

開展尾氣專項治理工程，對自有燃油驅動流動機械安裝DPF 尾氣治理裝置，確保流動機械環保達標；生活污水經污水處理站處理后，出水達到回用水水質標準后100%用于港區內道路噴灑及綠化噴灌，實施過程中嚴格規劃灑水路線、灑水區域和灑水頻次，要求灑水車輛作業時，場區主干道路灑水覆蓋率達到100%，全天灑水頻次不低于6 次，顯著降低了空氣中的浮塵污染。安裝雨水收集處理裝置，經處理后用于花園澆灌和衛浴沖洗，節水達45%。嚴格按照要求進行統計報送年度污染物接收情況。采取疏潑土、污泥綜合利用等固體廢棄物資源化措施，增加綠化率，固體廢棄物綜合利用率年均提高0.9%及以上，港區綠化面積3 萬多平米，港區環境面貌和綠化水平不斷提升。

2 綠色港口建設存在的問題

2.1 生產運營與信息智能化尚需深度結合

自開港以來，裝卸機械先進，信息化建設相對超前，運行平穩，吞吐量逐年增高，具有良好的基礎。但是隨著物聯網、人工智能、大數據、區塊鏈等技術的快速發展，打破了傳統運營模式，建設世界一流綠色港口必須大力提升信息化手段，向管理要效益，挖掘數據潛力，積極探索新的運行模式，增加商業決策依據，多維度嘗試生產環節效率的提高，提高盈利能力和精細化管理水平。

2.2 清潔能源的使用尚需完善激勵機制

目前進港車輛眾多，自有14 車輛可以采用加裝DPF 尾氣治理裝置，其他主要為外部車輛，部分車輛柴油消耗高和污染物排放大等問題仍然存在，缺乏對外部業務相關單位和個人的鼓勵措施，導致第三方對于加快更新淘汰老舊車輛、主動減少“高耗能、高污染”車輛的使用動力不足。

2.3 環境管理智慧化水平有待提升

目前碼頭建立了能源管理系統平臺，生產系統監控已經具備一定基礎，但尚未建立立體化、全方位的智慧環境管理信息系統，有必要在運營、生產、能源實現信息化的基礎上，提升綠色港口的環境智慧化水平，實現環境數據在線監測，并綜合碼頭操作、船舶營運、港口周邊環境等因素，構建多方位立體化監測體系，深挖數據內在關系，通過大數據分析為綠色港口建設決策提供支撐。

3 綠色港口建設重點項目

3.1 岸橋減速箱智能監測系統

為適應綠色港口，自動化碼頭的發展需求，在現有生產流程中加入了減速機智能監測系統，可實現對減速機各種運行狀態的實時監測，提供從傳感器、數據采集，到云監控平臺、軟件分析的一系列智能管理服務。監測系統使得岸橋減速箱運行情況得到監控，做到早發現早治療，有效的縮短了維修周期和人力成本投入，減少維修人員的投入和維修工時的降低,有效的整合維修資源，做到港口設備維修的有的放矢。加強減速箱的監控、提高運行的穩定性和安全性、對于設備早期出現的損壞得到發現、做到早發現早治療，有效地提高了對外服務質量。

3.2 場橋自動化改造項目

我國集裝箱碼頭眾多，大部分均采用輪胎式場橋作為主要裝卸設備，本項目實現了遠程操作臺與輪胎式場橋“多對多”遠程操控作業模式，在設備升級改造方面取得了重要進步。場橋自動化改造項目綜合采用基于激光雷達的視覺分析技術，使用激光矩陣識別方式實現了堆場內輪胎式場橋自動著箱及對內集卡全自動作業；利用開口波導管、全場5.8G-5G 專網形成冗余通訊方案；綜合雙差分北斗與視覺相結合的定位技術，實現場橋雙側定位，應用于輪胎吊大車位姿控制，減少輪胎及大車跑偏對大車定位的影響，控制精度不低于3cm。

經過自動化改造后，輪胎式場橋在不跑大車情況下，平均綜合作業效率不低于22MOV/小時，作業效率達到國內領先水平。首次將全景視頻拼接技術應用于輪胎式場橋，通過俯視全景視角方式消除作業過程中設備下方安全盲區，實現人員入侵自動識別報警功能；通過圖像分析技術、光流法結合深度學習技術，產生了新的光流網絡，即特征匹配與迭代的方式，實現用于光流預測的深度網絡，實現集卡防吊起功能。

項目部署了全國首個SLA 監測平臺，在業界首次實現了5G 港口業務性能評估監測系統的運行，可以有效簡化運維流程，改變以往系統管理缺失的情況，提升運維效率，助力5G 港口的智慧管理，綠色港口的節能建設。場橋不斷朝自動化、現代化方向發展，為我國綠色港口碼頭建設大力推行節能降耗做出了貢獻。

3.3 能源環境在線監測體系

碼頭建立了健全的環境污染事故應急機制，有助于提高應對環境污染事故的能力，防止突發性環境污染事故的發生，并能在事故發生后，有效組織搶險和救助，將事故損失和社會危害減少到最低程度，保障公眾生命和財產安全，保護當地環境安全，維護社會穩定，促進企業全面、協調、可持續發展。研發了環境、能源在線監測系統，可以完善對碼頭作業設備能耗及排放、集疏運車輛尾氣排放監測，以能源環境大數據分析為核心，構建智能化、信息化、可視化的能源環境監測與大數據分析系統，實現能源環境要素全覆蓋，主要生產環節全覆蓋。通過提升管理水平，開展和管理環境監測活動，保證環境監測工作規范、有序發展，通過完善環境監測體系，提升環境監測水平。

3.4 智慧型用電管理平臺

針對生產指揮中心、業務樓、維修樓、業務樓平房供配電系統設計的一套具有3D 可視化效果的智慧型用電監控系統。智慧型用電管理平臺主要包括電氣火災監測、電力品質監測、能耗管理三大模塊。平臺主要通過物聯網感知層獲取傳感器、生產設備等運行狀態數據和瞬時異常數據，通過遠程傳輸技術完成數據采集，結合物聯網技術，移動互聯網技術，云計算及大數據技術，將監測、管理數據實時上傳至平臺和用戶終端，并進行大數據存儲分析，評估能耗數據，預測設備運行狀態，異常自動預警，實時將問題信息及預警數據通知到相關單位負責人。它能夠實現電氣安全數據從現場到云端，從云端到APP 的高效傳輸，多維度智能檢測、分析漏電、過載、短路、線纜溫度異常等多項電氣安全隱患，精確定位電氣火災隱患地址，安全報警信息推送，讓電氣安全看得見、摸得著、防得了、控得住。管理平臺有很大的優勢，能夠實現24 小時集中統一監控、遠程監控和精準監控，通過移動和固定相結合的方式，改變運維人員值守模式，節省運維成本；利用無線通信技術，通過云端部署，提供故障實時告警和快速定位功能，具備多種智能推送方式，保證系統運行安全；能夠顯示實時數據，并持續不斷的提供系統運行數據報告，協助運行管理人員制定優化策略，合理掌控，適時調整，提升安全管理水平；方案實施部署快、安裝簡單，充分利用已有資源，不改變原有設備運維方式。

在綠色建筑改造方面，智慧型用電監控系統能夠以直觀的數據和圖表向后勤管理人員展示電能的使用消耗情況，便于找出高耗能點或不合理的用電習慣，有效節約電能，為部門進一步節能管理、節能改造或設備升級提供準確的數據支撐。

3.5 流動機械尾氣凈化治理

根據國家環保要求，對不達標的柴油車輛嚴禁上路行駛。加裝柴油顆粒捕集器（DPF），是安裝在柴油車排氣系統中，通過過濾來降低排氣中顆粒物的裝置。該裝置無需改造設備的其他部位，僅把原尾氣排放裝置拆除，更換改進的排氣裝置，整改后的尺寸和占用空間與原狀態相差無幾，保持原車正常狀態，并在整改后的尾氣排放裝置上安裝壓力預警裝置及旁通閥兩層保護裝置，一旦排氣裝置壓力過大，將通過駕駛室內的報警裝置進行持續報警，警告司機需要停車待修，旁通閥的裝置就是保護發動機因排氣裝置壓力過大造成發動機損壞，起到緩沖壓力釋放作用。加裝后，顆粒捕集器能夠減少柴油發動機所產生的煙灰達90%以上。捕捉到的微粒排放物質隨后在車輛運轉過程中燃燒殆盡。公司的14 臺非道路移動機械已安裝DPF，能夠明顯的看出尾氣在任何狀態下排放沒有黑煙現象。DPF 能夠有效地凈化排氣中70%-90%的顆粒，是凈化柴油機顆粒物最有效、最直接的方法之一，已在國際上實現了商品化。

3.6 節能改造與固廢利用

大力推進太陽能綜合利用工程，在建筑節能方面利用光伏，積極使用清潔能源，已建成1 套分布式光伏發電系統，可為安全技術中心提供日常用電，該系統設計峰值功率為40kW，年發電量73365kWh。系統主要由光伏組件及其支架、并網逆變器、并網箱、通訊軟件和監控裝置等組成。預計5.7 年收回投資，年均發電量約110211 度。此外，建設屋頂光伏發電項目，可進一步提高清潔能源使用比例，減少碳排放。

在岸電使用率提升方面上，設置一套4MVA 的岸電電源，為3#、6#泊位兩個集裝箱泊位提供船用岸電電源，岸電覆蓋率為50%。通過協調航運企業，促進綠色發展，加速“岸電上船”常態化建設，進一步落實散貨粉塵治理工作，提高了船舶停靠期間岸電接用率，單次停靠時間，做到應接盡接。船舶岸基供電項目將能滿足中遠到港10 萬噸級集裝箱船舶的岸電使用，船舶每次靠泊約23.7 小時，耗油約7 噸。10 萬噸級集裝箱船舶每月停靠四次，全年耗油約336 噸。估算到港船舶使用岸電后，全年可減少排放煙氣量420 萬立方米；其中減少排放污染氣體SO2約1.56 噸、NOx約0.9 噸、CO約0.5 噸。通過技術培訓、調試和協調，2020 年全年岸電接用將近23.5 萬kWh，接用36 次，相對于2019 年約5 千kWh 岸電用電量和接駁次數有顯著提升。有效減少了船舶靠港期間的污染物排放。

實現生活垃圾分類收集，設置分類垃圾桶。對于危險廢棄物設有空間存儲，并已做好防滲防雨工作。固體廢物100%分類收集貯存或無害化處理，且危險廢物交由有資質的單位處理。固體廢物利用方面，通過修舊利廢，對尚未失去全部價值的資源進行合理利用。岸橋每年平均損壞6 個組件，一個組件20 萬左右，如果采購新備件需要120 萬元，岸橋功率單元通過修舊利廢，可將費用降低到12 萬，為公司每年節約108萬左右成本。岸橋配備22 個手柄，經過14 年使用，機械部件磨損、電氣部件衰減，不能滿足安全作業需求，如果全部采購新備件需要88 萬左右，岸橋手柄通過修舊利廢，將費用降低到26 萬左右，為公司節約61 萬左右成本。若不積極推廣修舊利廢，致使可復用物資成為廢品，不僅會導致嚴重的資源浪費，還會增加企業運轉成本。因此積極推廣并實踐修舊利廢、回收復用，不僅可以節約大量資金，還能夠為保護環境做出一份貢獻，具有很大的經濟效益和社會效益。

在新能源利用方面，通過購置新能源車輛，可實現電能替代柴油，減少汽車尾氣對大氣的污染。可以通過鼓勵機制，改變人們的傳統理念，讓大家增強節能環保意識。使用電動驅動車輛替代柴油車輛，其中每臺柴油叉車以運行2000 小時計算，燃油消耗在25000 升左右，可以大大降低柴油消耗量，有效實現電能替代柴油，減少污染物排放，助力于綠色港口建設。

4 綠色港口建設的建議

4.1 加強對綠色港口的頂層設計

近年來，隨著生態文明建設的持續深入，國家對港口的綠色、生態、低碳發展提出了更高要求。國家將構建安全、便捷、高效、綠色、經濟的現代化綜合交通體系，打造一流設施、一流技術、一流管理、一流服務，實現智能化與綠色化水平位居世界前列，建成人民滿意、保障有力、世界前列的交通強國。應加強頂層設計，為支撐交通強國建設，實現世界一流綠色港口的建設目標，推動港口高質量綠色發展，綠色發展規劃仍需要進一步細化詳實。企業進一步優化綠色港口建設領導小組人員組成、職責分工，完善推進機制，強化對綠色港口建設的指導和協調。領導小組定期召開專題工作會，加強對綠色港口建設的宏觀管理、綜合協調和監督檢查；綠色港口推動小組應在領導小組的指導下細化工作計劃，全力推進項目實施。

4.2 提升清潔能源和岸電接用單次使用時間占比

目前采用清潔能源或新能源作為動力的港口機械占比為10.77%，清潔能源占比有待提升。構建清潔低碳的港口用能體系，完善港口LNG 加注、岸電標準規范和供應服務體系，完善船舶大氣污染物排放控制區。通過購置、租賃或協調等工作，增加廠區內清潔能源車輛的數量，減少污染物排放；增加綠色照明，增加LED燈具占比，1 級能效空調等節能設備設施，提升能源使用效率。完善岸電系統能效和安全運行管理制度，對操作人員進行技能培訓，縮短船舶停靠接用岸電準備與調試工作時間，增加單次船舶停靠使用岸電時間，有效減少船舶靠港期間污染物排放。

4.3 加強資源節約和生態保護

加強資源節約循環利用和生態保護，嚴格落實圍填海管控政策，嚴格管控和合理利用深水岸線，實施既有設施設備改造，綜合利用航道疏浚土、施工材料、廢舊材料，推進港區生產生活污水、雨污水循環利用，實施港區綠化工程，引導有條件的港口開展陸域、水域生態修復。注重綠色港口發展成效的宣傳引導，采用示范項目、交流總結、座談推廣等形式及時進行總結，進一步提升全體員工的綠色港口的發展理念，完善污染治理基礎設施，加強污水處理設施管理，實現生活垃圾分類處理和危險廢物合規處置。

結語

本文以北方某集裝箱碼頭為示范進行分析研究，從安全生產、制度體系、節能低碳、清潔能源、污染排放五個方面概述了碼頭綠色港口建設成效同時提出了目前存在的一些問題，重點介紹了港口建設中的項目包括岸橋減速箱智能監測系統、場橋自動化改造項目、能源環境在線監測系統、智慧型用電建設和流動機械尾氣凈化等智能、安全、節能改造工程及系統，并對綠色港口建設提出建議。這有效的說明了綠色港口建設路徑和模式行之有效，并為集裝箱碼頭綠色港口建設提供示范和支撐。