李 歡,王 穎
(上海海事大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院,上海 201306)
眾所周知,港口對(duì)貿(mào)易往來(lái)、區(qū)域經(jīng)濟(jì)和城市發(fā)展起著重要的保障與促進(jìn)作用,當(dāng)今,在港口可持續(xù)發(fā)展理念和全球新一輪科技革命的雙重影響下,現(xiàn)代港口正經(jīng)歷著重大的技術(shù)進(jìn)步,以綠色、高效、智慧為特征的創(chuàng)新型港口將進(jìn)一步提升港口的運(yùn)行效率、服務(wù)質(zhì)量和管理水平。眾多學(xué)者對(duì)港口技術(shù)進(jìn)步問(wèn)題展開(kāi)了多視角多層次的研究,根據(jù)Web of science期刊數(shù)據(jù)庫(kù)、EI compendex數(shù)據(jù)庫(kù)和中國(guó)學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)的文獻(xiàn)收錄情況,有關(guān)港口技術(shù)進(jìn)步的文獻(xiàn)逐年增加,論題主要包括港口自動(dòng)化、港口信息化和港口節(jié)能減排等內(nèi)容,涉及交通運(yùn)輸、信息技術(shù)、機(jī)械設(shè)備、經(jīng)濟(jì)管理、環(huán)境工程、新能源等多個(gè)領(lǐng)域。但是,現(xiàn)有文獻(xiàn)僅限于單純從技術(shù)角度來(lái)探討特定的港口技術(shù)問(wèn)題,缺乏從整體角度對(duì)港口技術(shù)進(jìn)步的框架體系和發(fā)展趨勢(shì)的論述。港口技術(shù)進(jìn)步是一個(gè)系統(tǒng)工程,創(chuàng)新源自需求,技術(shù)的推廣應(yīng)用受到多種因素的影響,由此所產(chǎn)生的影響和效益也是綜合的,這方面的相關(guān)研究比較零散。
對(duì)于技術(shù)進(jìn)步創(chuàng)新,文獻(xiàn)[1]認(rèn)為,創(chuàng)新就是“實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)要素與生產(chǎn)條件的一種全新結(jié)合,并將其引入生產(chǎn)體系”;美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSF)將技術(shù)創(chuàng)新表述為將改進(jìn)的或者全新的產(chǎn)品、過(guò)程或服務(wù)引入到市場(chǎng)的過(guò)程[2]。經(jīng)合組織(OECD)將“技術(shù)進(jìn)步”歸納為發(fā)明、創(chuàng)新和擴(kuò)散這三要素相互重疊、作用的綜合過(guò)程[3];文獻(xiàn)[4-6]認(rèn)為,技術(shù)進(jìn)步具有生命周期,具體概括為:技術(shù)進(jìn)步的出現(xiàn)是因?yàn)槠淠軌蝽槕?yīng)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和社會(huì)環(huán)境的需求,并得到了相關(guān)科學(xué)技術(shù)成果的支持,其在實(shí)踐領(lǐng)域的推廣應(yīng)用受多重因素影響,產(chǎn)生的影響和效益也是全方位的。
基于上述技術(shù)進(jìn)步全生命周期理論,本文圍繞港口技術(shù)進(jìn)步,將需求、技術(shù)、效益、瓶頸、舉措等要素有機(jī)整合在一起,并通過(guò)典型案例加以詮釋?zhuān)郧髲南到y(tǒng)角度對(duì)港口技術(shù)進(jìn)步問(wèn)題進(jìn)行闡述。
當(dāng)今,環(huán)保、低碳、智能、互聯(lián)、增值等新發(fā)展理念對(duì)現(xiàn)代港口的影響日趨得到重視,并催生出對(duì)環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排、自動(dòng)化與智能化等具有時(shí)代特征的技術(shù)進(jìn)步需求。
“船舶大型化”、“網(wǎng)絡(luò)軸輻化”等航運(yùn)發(fā)展新常態(tài)對(duì)港口運(yùn)營(yíng)效率提出了更高的要求,以集裝箱運(yùn)輸領(lǐng)域?yàn)槔?,船舶大型化趨?shì)明顯。據(jù)Clarkson統(tǒng)計(jì),集裝箱船最大噸位由1968年的750 TEU上升至2000年的8 000 TEU,到2017年快速增長(zhǎng)到21 000 TEU[7];另?yè)?jù)Alphaliner統(tǒng)計(jì),在全球集裝箱船隊(duì)運(yùn)力中, 10 000 TEU以上船型的運(yùn)力比重已由2010年的6%逐步上升至2016年的25%[8]。與船舶大型化趨勢(shì)相伴隨的是運(yùn)輸服務(wù)組織的“網(wǎng)絡(luò)軸輻化”,以樞紐港為核心,干支線運(yùn)輸相銜接的全球集裝箱運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)已趨于完善。為發(fā)揮“船舶大型化”的“規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)”和適應(yīng)運(yùn)輸組織的“網(wǎng)絡(luò)軸輻化”要求,碼頭生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)設(shè)施的高等級(jí)化成為現(xiàn)代港口建設(shè)的重要內(nèi)容。大型集裝箱碼頭吃水必須在16 m以上,岸橋外伸距要求60 m以上;大型散貨碼頭吃水要求為22 m以上,岸機(jī)外伸距為65 m以上[7]。此外,港口裝卸的高效率已成為現(xiàn)代港口的重要標(biāo)志,常規(guī)碼頭的泊位裝卸效率僅為180 TEU/(泊位·h),自動(dòng)化碼頭的裝卸效率高達(dá)200~300 TEU/(泊位·h)[9],且可以全天候作業(yè)。
港口運(yùn)營(yíng)對(duì)環(huán)境的污染影響日益得到人們的關(guān)注。據(jù)經(jīng)合組織(OECD)研究表明,航運(yùn)業(yè)的CO2排放量約占全球排放總量的3%左右, SOx的排放量占排放總量的5%~10%,NOx排放量占排放總量的17%~31%[10]。在集裝箱碼頭生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,集裝箱碼頭的岸橋、場(chǎng)橋等主要裝卸設(shè)備能耗量最大,其中岸橋用電占裝卸生產(chǎn)用量的20%~30%,輪胎吊用柴油占裝卸生產(chǎn)用量的40%~50%[11]。實(shí)踐表明,節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用可大幅降低港口能耗,減少環(huán)境污染。就目前我國(guó)火力發(fā)電能耗和船用發(fā)電柴油機(jī)能耗狀況而言,靠泊船舶使用岸電技術(shù)可以使能耗下降6.7%,NOx、SOx排放分別降低67%和45.9%,在相同裝卸箱量下,RTG油改電技術(shù)能節(jié)能30%以上[12]。鑒此,依托技術(shù)進(jìn)步,建設(shè)低能耗、低污染的“綠色港口”,成為實(shí)現(xiàn)港口可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
以“泛在、智能”為特征的新一代信息技術(shù)在現(xiàn)代港口的應(yīng)用日趨加速。如廈門(mén)港的4G集裝箱智能理貨操作系統(tǒng),利用物聯(lián)網(wǎng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù),可實(shí)現(xiàn)集裝箱拖車(chē)號(hào)、艙位圖與箱號(hào)箱損的自動(dòng)識(shí)別核對(duì)功能;天津港的“互聯(lián)網(wǎng)+”報(bào)關(guān)系統(tǒng)則可實(shí)現(xiàn)從報(bào)關(guān)信息傳輸、海關(guān)接受申請(qǐng)、審結(jié)、到放行裝船等多種業(yè)務(wù)流程一體化操作;大連港的“TOP+”智能化集裝箱碼頭操作系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)各級(jí)用戶的預(yù)約、申請(qǐng)以及查詢(xún)服務(wù),解決了跨港之間數(shù)據(jù)傳輸難點(diǎn)[13];釜山港以RFID(radio frequency identification)系統(tǒng)為基礎(chǔ)建設(shè)的“Ubiquitous港”,可動(dòng)態(tài)監(jiān)控貨物移動(dòng)路徑,迅速安排裝備和車(chē)輛[14]。
實(shí)踐表明,借助物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能感知等新一代信息技術(shù),可以對(duì)港口進(jìn)行透徹感知、廣泛互聯(lián)以及對(duì)信息的深度挖掘,實(shí)現(xiàn)港口各類(lèi)資源要素的無(wú)縫連接和各功能模塊的協(xié)同聯(lián)動(dòng),從而大大降低操作成本,提高作業(yè)效率、管理水平和服務(wù)質(zhì)量。為此,為迎合現(xiàn)代港口高效、安全、綠色的發(fā)展趨勢(shì),打造全面感知、廣泛互聯(lián)和智能應(yīng)用的信息化港口成為必然趨勢(shì)。
在港口產(chǎn)業(yè)不斷呈現(xiàn)新需求的同時(shí),以綠色、智能、泛在為特征的重大技術(shù)創(chuàng)新,以及大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)為實(shí)現(xiàn)新理念引領(lǐng)下的港口技術(shù)進(jìn)步提供了現(xiàn)實(shí)可能性。
本文統(tǒng)計(jì)了1980年—2016年Web of science期刊數(shù)據(jù)庫(kù),EI compendex數(shù)據(jù)庫(kù)和中國(guó)學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)(CNKI)有關(guān)港口技術(shù)進(jìn)步的相關(guān)文獻(xiàn),并進(jìn)行了技術(shù)歸類(lèi)?;赪eb of science數(shù)據(jù)庫(kù)的詞頻統(tǒng)計(jì)如圖1所示;相關(guān)技術(shù)歸類(lèi)及文獻(xiàn)數(shù)統(tǒng)計(jì)如表1所示。
表1 港口技術(shù)進(jìn)步歸類(lèi)及相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)(1980年-2016年)
圖1 中圓圈的大小代表關(guān)鍵詞重要性的高低,擁有相同顏色屬于同一聚類(lèi)。港口技術(shù)進(jìn)步的研究熱度分析如圖2所示,圖2 中關(guān)鍵詞密度越大,越接近紅色,密度越小,越接近藍(lán)色。從圖1和圖2可以看出,當(dāng)今港口技術(shù)進(jìn)步主要集中于港口自動(dòng)化、港口信息化和港口節(jié)能減排等領(lǐng)域。從詞頻和研究熱點(diǎn)來(lái)看,形成了以“GIS(geogrophic information system)”、“系統(tǒng)”、“設(shè)計(jì)”、“排放”等關(guān)鍵詞為核心的多個(gè)集合,且集合間的關(guān)聯(lián)較為密集,表明以“港口自動(dòng)化”、“港口信息化”和“港口節(jié)能減排”為代表的各類(lèi)技術(shù)進(jìn)步不是獨(dú)立的,而是相互關(guān)聯(lián),互相推進(jìn)的。
根據(jù)表1的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以分析港口技術(shù)進(jìn)步的演變趨勢(shì),如圖3所示。從圖3可以看出,港口“自動(dòng)化技術(shù)”、“信息化技術(shù)”和“新能源技術(shù)”已經(jīng)逐步取代了過(guò)去機(jī)械加人工的作業(yè)方式,港口技術(shù)正向一個(gè)新時(shí)代邁進(jìn)。基于時(shí)序的研究主題分布如圖4所示,圖4中圓圈大小代表關(guān)鍵詞重要性的高低,顏色代表時(shí)序。
綜合上述分析,港口技術(shù)進(jìn)步的核心框架體系如圖5所示。
近年來(lái),以“自動(dòng)化、信息化、節(jié)能減排”為標(biāo)志的港口技術(shù)進(jìn)步在各類(lèi)港口得到了不同程度的應(yīng)用,自動(dòng)化碼頭從1993年鹿特丹港的第一代技術(shù),到2014年廈門(mén)遠(yuǎn)海全自動(dòng)化集裝箱碼頭建成,已發(fā)展到第四代[15];20世紀(jì) 80 年代以來(lái),鹿特丹港、漢堡港、新加坡港等陸續(xù)實(shí)現(xiàn)了智能信息化,顯著提高了港口服務(wù)水平[14];美國(guó)最早提出船舶岸電政策,隨后歐洲響應(yīng),頒布了很多鼓勵(lì)措施,2009年我國(guó)青島港完成了船舶采用岸電的改造工程[23],2011 年我國(guó)開(kāi)始了油改電技術(shù)應(yīng)用,如深圳港蛇口集裝箱碼頭、福建港,寧波港、天津港等[21],并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益(見(jiàn)圖6)。
1.港口“自動(dòng)化技術(shù)”的應(yīng)用效益主要體現(xiàn)為:
1)提高運(yùn)作效率和降低成本。自動(dòng)化碼頭由于具有安全高效、節(jié)約場(chǎng)地與人力等顯著優(yōu)點(diǎn),成為未來(lái)港口的發(fā)展趨勢(shì),如,新加坡巴西班讓自動(dòng)化集裝箱碼頭采用自動(dòng)化場(chǎng)橋,1個(gè)堆區(qū)8臺(tái)機(jī)械僅需2人操作[15];我國(guó)的青島港自動(dòng)化碼頭減少了約70%人工成本,提升作業(yè)效率約30%[18],廈門(mén)遠(yuǎn)海集裝箱自動(dòng)化碼頭建成后,年吞吐能力提升了20%~40%,年運(yùn)營(yíng)成本2 564萬(wàn)元,成本降低約37%[19]。
2)節(jié)能減排效果明顯。自動(dòng)化碼頭技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電力驅(qū)動(dòng),解決了噪音大、排放超標(biāo)等問(wèn)題,廈門(mén)遠(yuǎn)海自動(dòng)化碼頭建成后節(jié)省能源25%以上,碳排量減少16%以上[19]。
2.智慧港口“信息化技術(shù)”的應(yīng)用效益主要體現(xiàn)為:
1)提高服務(wù)效率、質(zhì)量和水平。港口通過(guò)提供電腦化文檔交流服務(wù),降低了成本和減少了貨物在碼頭的停留時(shí)間,大大提高了港口的服務(wù)效率。如天津港應(yīng)用RFID技術(shù)改造集裝箱陸運(yùn)流程,作業(yè)效率提高了10%[20];日照港集成應(yīng)用GIS、 GPS、RFID、無(wú)線車(chē)載終端等多種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),碼頭利用率提升7%[13];釜山港以RFID系統(tǒng)為基礎(chǔ)的“Ubiquitous港”系統(tǒng)能夠提高港口生產(chǎn)效率20%[14]。
2)提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力,創(chuàng)新商業(yè)模式。以“互聯(lián)網(wǎng)+港航”信息互通、業(yè)務(wù)互聯(lián)和資源共享為代表的新型航運(yùn)物流信息服務(wù),有助于港口與服務(wù)供應(yīng)商及客戶之間建立長(zhǎng)期而穩(wěn)定的合作伙伴關(guān)系,形成港口服務(wù)供應(yīng)鏈[13],新加坡提出到2025年建立全球海洋知識(shí)樞紐,推動(dòng)航運(yùn)服務(wù)業(yè)集群的發(fā)展[21]。
3)推進(jìn)基于物聯(lián)網(wǎng)的多式聯(lián)運(yùn)與航運(yùn)電子商務(wù)等服務(wù)業(yè)態(tài)的發(fā)展,智慧港口技術(shù)推動(dòng)了全程物流組織模式的創(chuàng)新,為提供便捷、快速、低成本的門(mén)到門(mén)運(yùn)輸創(chuàng)造了有力條件。
3.港口“節(jié)能減排技術(shù)”的應(yīng)用效益主要體現(xiàn)為:
1)減少污染物質(zhì)排放量。如:采用岸電技術(shù),上海港可減少CO2排放量91×104余噸[22],深圳蛇口集裝箱碼頭SO2排放指標(biāo)由200~300 mg/m3降至零,同時(shí)可吸入顆粒物(PM2.5)和NOx成比例減少[17]。
2)降低能耗和成本。據(jù)相關(guān)研究表明:輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)(RTG)采用“油改電”技術(shù),拖車(chē)采用“電+油”混合動(dòng)力技術(shù),岸橋供電采用變頻改造技術(shù),其節(jié)能率分別達(dá)到50%,30%和20%以上。如:深圳港每場(chǎng)橋每年減少柴油消耗約105L,混合動(dòng)力拖車(chē)可節(jié)能30%,每艘中型船每天能夠節(jié)約7 t燃料[23];天津港的碼頭泊位全部實(shí)施船舶岸基供電改造后,僅2008年靠港船舶可以節(jié)省各項(xiàng)費(fèi)用約1億元人民幣[23]。
雖然港口新技術(shù)進(jìn)步順應(yīng)現(xiàn)實(shí)需求,并能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益,但在具體推廣應(yīng)用過(guò)程中,仍會(huì)受到多種因素的制約和影響,影響因素分析如圖7所示。
基于上述模型,本文對(duì)港口技術(shù)進(jìn)步的推廣應(yīng)用給出進(jìn)一步的詮釋。
1)港口技術(shù)進(jìn)步的經(jīng)濟(jì)性考量。一方面,自動(dòng)化、信息化、節(jié)能減排技術(shù)能夠大幅度提高港口運(yùn)營(yíng)效率,降低運(yùn)營(yíng)成本,但任何新技術(shù)的潛在社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益在應(yīng)用初期很可能因“規(guī)模經(jīng)濟(jì)”等原因而無(wú)法充分顯現(xiàn)出來(lái);另一方面,新技術(shù)的投入成本也是影響新技術(shù)應(yīng)用的重要因素。實(shí)踐表明:碼頭自動(dòng)化和智慧港口建設(shè)的投入資本非常大,如:廈門(mén)遠(yuǎn)海自動(dòng)化碼頭總投資6.58億元;洋山港四期自動(dòng)化碼頭總投資約128.48億元;鹿特丹港馬斯萊可迪二號(hào)碼頭的總投資達(dá)5億歐元[13]。同樣,船舶岸電技術(shù)和RTG“油改電”等節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用也需要較大的資金投入。為此,如何籌措充裕的資金在相當(dāng)程度上影響著港口新技術(shù)的推廣應(yīng)用。
2)港口技術(shù)進(jìn)步的技術(shù)穩(wěn)定性考量。目前,全自動(dòng)化碼頭、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、岸基供電等新技術(shù)在港口的推廣運(yùn)營(yíng)仍處于啟動(dòng)階段,新技術(shù)的安全性、穩(wěn)定性和標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)題仍是影響新技術(shù)廣泛運(yùn)用的重要因素。如:全自動(dòng)化碼頭的穩(wěn)定性,尤其是與整個(gè)港口物流生產(chǎn)系統(tǒng)的有效協(xié)同有待更長(zhǎng)時(shí)間的驗(yàn)證;岸基供電技術(shù)應(yīng)用中的船舶受電設(shè)施與相關(guān)接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、供電質(zhì)量與穩(wěn)定性、電纜上船通道與安全等問(wèn)題都是需要解決的技術(shù)難點(diǎn);物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)易受網(wǎng)絡(luò)信息安全、頻譜帶寬以及人為因素的干擾,如何提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全傳送與商業(yè)秘密保護(hù),也是需要解決的問(wèn)題。總之,在港口新技術(shù)的推廣運(yùn)用過(guò)程中,安全性、穩(wěn)定性和標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)題應(yīng)得到高度重視。
3)在港口技術(shù)進(jìn)步的制度性支持方面,近年來(lái)政府出臺(tái)了多個(gè)相關(guān)文件,旨在大力推進(jìn)港口技術(shù)進(jìn)步,但在具體實(shí)踐中,操作層面的規(guī)章辦法仍有待完善。如:在岸基供電技術(shù)應(yīng)用中,安全考核指標(biāo)不夠具體,船岸雙方責(zé)任劃分不夠清晰;RTG“油改電”技術(shù)應(yīng)用中的供電形式和電費(fèi)協(xié)商機(jī)制有待進(jìn)一步明確;尚未建立統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)接口、通信協(xié)議,國(guó)家也未出臺(tái)有關(guān)港口物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的操作性文件。
筆者認(rèn)為,加快港口新技術(shù)的推廣運(yùn)用,主要辦法:1)強(qiáng)化制度設(shè)計(jì),除了在戰(zhàn)略規(guī)劃層面,高度重視港口技術(shù)進(jìn)步外,應(yīng)盡快制定全自動(dòng)化碼頭、節(jié)能減排技術(shù)以及智慧港口的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)章;2)要加大財(cái)稅支持力度,除了對(duì)港口等相關(guān)企業(yè)新技術(shù)投入給予稅收優(yōu)惠外,可以考慮設(shè)立港口技術(shù)建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)基金,加大對(duì)新技術(shù)應(yīng)用的投入力度;3)強(qiáng)化港口新技術(shù)的組織協(xié)調(diào),建議在不同層面設(shè)立相應(yīng)的組織機(jī)構(gòu),具體牽頭和協(xié)調(diào)各類(lèi)新技術(shù)的應(yīng)用。
本文基于技術(shù)進(jìn)步的全生命周期理論,從整體視角對(duì)港口技術(shù)進(jìn)步的核心框架和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了闡述,并對(duì)港口技術(shù)進(jìn)步的應(yīng)用效益、影響因素等進(jìn)行了梳理。研究發(fā)現(xiàn):
1)環(huán)保、低碳、智能、互聯(lián)、增值等新發(fā)展理念引領(lǐng)著港口技術(shù)進(jìn)步的發(fā)展方向,并催生出港口自動(dòng)化、港口信息化和港口節(jié)能減排等諸多港口技術(shù)進(jìn)步。
2)以“自動(dòng)化、信息化”為標(biāo)志的港口技術(shù)進(jìn)步所產(chǎn)生的應(yīng)用效益主要包括:提升效率、降低成本、減少能耗、提高服務(wù)質(zhì)量和創(chuàng)新服務(wù)業(yè)態(tài)等。
3)港口新技術(shù)進(jìn)步應(yīng)用受經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、政策和人文等多方面因素的影響,應(yīng)全方位融經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性和政策性于一體綜合考量。
未來(lái)對(duì)于港口技術(shù)進(jìn)步的研究,不應(yīng)僅僅局限于技術(shù)本身,而是應(yīng)基于技術(shù)進(jìn)步的全生命周期,通過(guò)把握外部環(huán)境變化和需求,對(duì)港口技術(shù)進(jìn)步的趨勢(shì)予以準(zhǔn)確識(shí)別,在此基礎(chǔ)上,從系統(tǒng)角度綜合考慮新技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用和評(píng)估等問(wèn)題,從而推進(jìn)港口技術(shù)的發(fā)展。
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