自动化集装箱码头安全风险分析 | 港口科技
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2024-11-05 15:35
上海
摘要： 为积极应对自动化集装箱码头带来的新风险、新问题，提升自动化集装箱码头的安全风险管控能力，通过实地调研与科学分析的方法，结合自动化集装箱码头实际管理经验，分析当前自动化集装箱码头标准规范体系方面的不足和自动化码头在运营过程中的安全风险，提出人机交叉作业风险、传统码头改造风险、远控作业风险、内贸业务风险、非传统安全风险，以及缺乏消防和应急相关要求是当前需重点关注的自动化码头新风险，并分析自动化作业对装卸效率和事故责任体系的影响。结合当前现状归纳总结自动化集装箱码头安全风险要点并提出相应对策建议。
世界上第1个自动化码头诞生于1993年荷兰鹿特丹港，随后英国伦敦港、日本川崎港和德国汉堡港等相继建成全自动化或半自动化集装箱码头。2016年，我国厦门远海码头实现自动化改造并投产，填补国内自动化集装箱码头发展的空白。此后，国内自动化集装箱码头的发展在开局便驶入了快车道，青岛港新前湾码头、上海港洋山四期码头、天津港北疆港区C段码头、广州港南沙四期码头、宁波舟山港梅山码头等相继投产运营，为我国自动化集装箱码头的建设积累了丰富经验，自动化码头建设和运营技术日趋成熟。为推动我国自动化集装箱码头建设和发展，2019年11月13日，交通运输部联合9部委共同印发《关于建设世界一流港口的指导意见》，明确提出：“建设智能化港口系统。加强自主创新、集成创新，加大港作机械等装备关键技术、自动化集装箱码头操作系统、远程作业操控技术研发与推广应用，积极推进新一代自动化码头、堆场建设改造。”港口长期以来属于劳动密集型产业，过去人口红利为国内港口的规模及吞吐量发展提供有力支撑。然而，随着人口红利收紧、新一代劳动力就业理念转变、港口城市生活成本提升，港口招工难、用工贵等问题日益突出。[5] 由此可见，自动化码头的建设和发展既是交通强国、世界一流港口建设的宏观要求，也是劳动力紧缩现实条件下的必然发展趋势。与传统码头相比，我国自动化集装箱码头建设大致可分为传统集装箱码头升级改造和新建自动化集装箱码头等2种模式。[6] 传统集装箱码头升级改造是指在原有码头、堆场及装卸设备设施的基础上增加远程控制功能模块，同时结合一些自动化装卸设备设施的引进，实现装卸作业的自动化，例如厦门远海码头、厦门海润码头、广西北部湾港钦州自动化集装箱码头等。青岛港新前湾码头、上海港洋山四期码头和天津港北疆港区C段码头、广州港南沙四期码头等均是新建自动化集装箱码头。受港口行业总体产能现状的影响，同时随着自动化码头技术的日趋成熟，未来传统码头的自动化改造将会是自动化码头建设的主流。由于自动化集装箱码头设备种类多、单机自动化技术要求高、系统总集成[7]难度大，因此相较于传统集装箱码头，自动化集装箱码头的安全问题更为多样化，一旦发生安全事故，可能造成的影响更为严重，查找问题的原因更为困难，处理问题的方式也更为复杂。自动化集装箱码头控制系统的安全管理应得到重视。因此，本文从自动化集装箱码头的标准规范体系、运营存在的安全风险、安全效率、安全生产事故责任体系等方面开展自动化集装箱码头安全风险分析。随着自动化集装箱码头建设进程不断向纵深推进，自动化集装箱码头标准体系也在逐步建立。2019年、2021年交通运输部分别发布2个行业标准，即《自动化集装箱码头设计规范》（JTS 174—2019）、《自动化集装箱码头建设指南》（JTS/T 199—2021），为自动化集装箱码头设计和建设提供指导。2023年，交通运输部又发布2个关于自动化码头岸桥和场桥远程控制安全操作规程，为自动化集装箱码头主要装卸设备的安全操作提供指导。此外，中国航海学会、中国港口协会也陆续发布自动化集装箱码头相关的团体标准。自动化集装箱码头相关标准体系见图1。![]()
从目前来看，自动化集装箱码头的相关标准体系仍需进一步完善，例如装卸设备设施改造技术标准、工控网络安全标准等。国家和行业标准立项编制周期长，而自动化集装箱码头目前处在快速发展的阶段，导致自动化集装箱码头相关标准体系相对滞后。因此，在自动化集装箱码头规模化发展的初期，应加快推动相关标准的制定，引导自动化集装箱码头良性有序的高质量发展。随着自动化集装箱码头建设的不断深入，自动化集装箱码头控制系统在制造、调试和运营过程中的安全问题开始逐步显现。虽然部分自动化集装箱码头机械化程度已经非常高，但目前在作业过程中仍存在一些必须由人工辅助的环节，例如船舶靠离泊和解系缆、集装箱摘挂锁、冷箱插拔电、装卸船作业船上指挥、大型机械防风装置的拆卸、设备点检、装卸锁盒等。有些码头也在积极探索上述人工作业环节的自动化作业，例如开发摘挂锁机器人、大型机械一键自动防风装置等，但受到技术水平、资金投入和运行稳定性等影响，使用范围并不是很广泛。因此，自动化集装箱码头仅存的一些人机交叉作业仍然是安全风险防控的重点。在新建自动化集装箱码头总体方案设计时，综合考虑了场地、设备、业务类型等各项因素对安全风险的影响，其安全性相对有保障，安全风险相对较低。改造的自动化集装箱码头是在现有设备的基础上增加自动化功能模块，需要根据场地、设备、业务类型等现有条件进行改造，且作业设备存在设备型号、厂家、投产年限等不一致的情况，也会对安全运行带来一些风险。新建自动化集装箱码头堆场与岸线的布局方式为垂直式布局，宜采用端装卸的方式将自动化水平运输设备（以下简称“无人集卡”）与外集卡在码头、堆场等物理空间上进行彻底隔离，完全避免外集卡和无人集卡的交叉混行。传统集装箱码头堆场多为水平布局，参照新建自动化集装箱码头堆场改为垂直式布局是几乎不可能的，且在投资回报率上也无任何优势，而且改造传统集装箱码头也会存在外集卡和无人集卡的交叉混行。传统集装箱码头堆场作业多采用轮胎式集装箱门式起重机（以下简称“轮胎吊”），无外伸距，仅支持在跨距内作业。现有水平布局的新建自动化集装箱码头（天津港北疆港区C段码头、广州港南沙四期码头等）采用轨道式集装箱门式起重机（以下简称“轨道吊”），有外伸距，支持跨距外作业。[8]例如天津港北疆港区C段码头使用双悬臂轨道吊，无人集卡和外集卡分别在轨道吊的两侧分道行驶，仅在堆场之间存在部分十字交叉点。传统集装箱码头的轮胎吊不支持无人集卡和外集卡的分道行驶，存在大量交叉混行作业。传统集装箱码头在自动化改造过程中必然存在边改造边作业的情况，在改造、调试、运行阶段会导致安全风险的叠加。传统集装箱码头的自动化改造是在现有设备的基础上增加自动化功能模块，改造完成后仅对单机设备进行验收，缺少对设备整体的综合性、系统性验收。综上所述，相对于新建自动化集装箱码头来说，改造的自动化集装箱码头受到总体方案设计、平面布局方式、设备设施类型、改造施工等因素影响，其在运行过程中面临的总体危险因素多、管控难度大。目前，大部分自动化集装箱码头在进行装卸船海侧提放箱、堆场装卸作业外集卡提放箱时由远控司机操作完成。此外，超限箱、危险货物集装箱、大件等非常规提放箱作业和岸桥/场桥的移动同样由远控司机操作完成。在传统集装箱码头，司机现场作业时可综合利用触觉（操作手柄）、听觉（现场声音）、视觉（直观观察）、嗅觉（气味）等综合感官主动获取关于现场的综合信息。在自动化集装箱码头远程作业中，司机依赖视觉（摄像头画面）一个感官被动获取片面的信息。这种改变实际上不利于司机根据作业环境做出综合判断，一旦有异常情况发生，有可能会因为司机信息获取不全面出现判断失误。另外，目前行业内缺少对远控司机技能的相关要求，仅按照《特种设备安全法》等要求参加特种设备培训，取特种设备操作人员证书。但实际上远控司机的部分作业内容、注意事项等并不在特种设备操作人员考试大纲中。目前，多数自动化码头要求远控司机在上岗前应具备一定年限的现场实际操作经验，而经验丰富的大型机械司机在港口企业属于稀缺资源。因此，远控作业对于司机的技术要求反而更高，远控司机操作经验不足也会给自动化集装箱码头作业带来风险。在业务类型上，外贸船舶船型大，箱况相对良好，与之相比内贸船舶多为小型船舶，且箱况差（存在破损、变形等情况）、船况差（船龄老、船舶配套设施不足等情况），采用自动化作业时其安全风险也相对较高；中转量较大的港口，特别是水水中转，其外集卡参与作业的比例较低，无人集卡和外集卡的交叉作业相对较少，在水平运输环节的风险管控压力相对较小。在自动化集装箱码头，非传统安全风险的重要性日益凸显，例如网络和数据安全、控制系统功能安全等，但目前缺乏相关研究。传统集装箱码头与自动化集装箱码头非常重要的区别就是由单一设备现场作业模式变成信息化集群设备自动作业模式，云计算、大数据、物联网、移动互联网、智能控制等新型信息技术与港口生产业务深度融合，打破传统工业相对封闭可信的生产环境，暴露更多风险点，扩大网络攻击面，工业生产网络面临前所未有的安全挑战。[9] 但是，目前大部分自动化集装箱码头在网络安全方面基本均满足等保三级要求，未开展专项的网络安全相关研究。通过对自动化集装箱码头相关标准体系的研究发现，目前对于自动化集装箱码头的消防和应急尚无专项要求。很多自动化集装箱码头运营单位对于总体的消防和应急问题都比较关注，一方面企业担心自动化集装箱码头由于无人化作业导致作业过程中的异常情况不能被及时发现（例如烟雾探测、智能视频监控等现场环境感知系统受到恶劣天气影响或被集装箱遮挡等），另一方面因缺少专项要求，企业不知如何针对自动化作业配备消防和应急物资，对于应对自动化作业过程中可能出现的异常情况（例如箱内货物自燃等）缺乏经验和信心。出于多方面的考虑，自动化集装箱码头装卸作业的实际运行速度相对保守。以水平运输为例，《港口作业安全要求第4部分：普通货物集装箱》（GB 16994.3—2023）规定了水平运输装卸机械的行驶速度，在转弯、箱区、主干道的限速分别为15 km/h、20 km/h、35 km/h。自动化集装箱码头水平运输设备的转弯限速和直行限速分别为10 km/h、20 km/h，相对于国标中的限速要求更为严格。相比于传统集装箱码头，自动化集装箱码头安全性（特别是设备设施的本质安全水平）确实有所提高，但除个别码头外，有些自动化集装箱码头的综合作业效率实际上低于传统集装箱码头的作业效率。在保证安全作业的前提下，如何系统性提升自动化码头的综合作业效率，是未来一段时间需重点攻克的难关。《中华人民共和国安全生产法》规定：“国家实行生产安全事故责任追究制度，依照本法和有关法律、法规的规定，追究生产安全事故责任单位和责任人员。”因此，在自动化集装箱码头作业过程中，一旦发生事故，事故原因更加复杂隐蔽，责任方难以追溯。特别是在全自动化无人作业时，系统原因、设备原因、网络原因等均可能导致事故的发生。2023年11月17日，交通运输部、工业和信息化部、公安部、住房和城乡建设部发布《关于开展智能网联汽车准入和上路通行试点工作的通知》（以下简称《通知》），《通知》附件《智能网联汽车准入和上路通行试点实施指南（试行）》明确了自动驾驶事故责任判定：“车辆在自动驾驶系统功能激活状态下发生道路交通事故造成人身伤亡、财产损失的，由保险公司在保险责任限额范围内予以赔偿；不足的部分，按照《中华人民共和国道路交通安全法》第76条规定确定各方当事人的赔偿责任”，同时也明确了汽车生产企业、自动驾驶系统开发单位、基础设施及设备提供方、安全员等相关主体对交通事故发生有过错的，可以依法追偿。《通知》的发布和实施对自动化集装箱码头生产安全事故责任体系的划分，特别是水平运输环节发生的事故提供了借鉴和参考。自动化是集装箱码头的发展方向，其安全风险对策建议可总结为以下6个方面：- 自动化集装箱码头仍存在一些人机交叉作业，其风险不可忽视，建议从机械化替代（大型机械一键防风装置、摘挂锁机器人等的研发）、自动化作业区域隔离（自动化区域物理隔离、人员闯入报警系统等）、现场作业精细化管理（划定禁行区、强化现场作业人员培训等）等3方面进行管控。
- 自动化集装箱码头无人集卡和外集卡的混行风险须重视，后续传统集装箱码头改造将成为自动化码头建设的主流。传统集装箱码头堆场均为水平布置，其改造后必然面临混行问题，建议从无人集卡自动驾驶和避让技术更新、自动化区域管控、分道行驶策略、明确混行规则等角度进行深入研究，从而降低混行风险。
- 非传统安全风险须得到更多重视，自动化集装箱码头改变了传统集装箱码头的作业模式，但对于数据安全、系统功能安全、网络安全等尚未开展相关研究，目前尚处于边运行、边发现问题，然后再去完善的初级阶段，建议从码头实际需求和当前技术发展等方面考虑优化自动化集装箱码头控制系统，并着重在网络安全方面重点防护。
- 由于缺乏对自动化集装箱码头总体安全风险水平的研究，建议从设备设施本质安全、作业安全、系统和网络安全、安全管理等方面提出自动化集装箱码头总体安全风险评估模型和方法，从而对自动化集装箱码头的安全风险进行分项评估、汇总分析。
- 自动化集装箱码头的消防和应急问题须专项研究。由于缺乏专项的标准规范要求，港口企业针对自动化作业不知该如何配备消防和应急物资，例如应急流动机械的配置、应急处置场所和应急车道设置等，建议尽快研究补充完善针对自动化集装箱码头消防和应急的相关标准规范。
- 自动化作业过程的生产安全事故责任体系须进一步明确。虽然目前对于自动驾驶事故责任的划分为自动化集装箱码头作业生产安全事故责任体系提供了借鉴和参考，但装卸作业环节的事故责任仍须进一步明确。建议先厘清自动化集装箱码头各部门的安全管理职责，根据调查的事故原因，进一步确认事故责任承担方。
作者：黄文栋，卢琳琳，詹水芬，吕建宇，于立臣；天津港股份有限公司，交通运输部天津水运工程科学研究院![]()
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