0 引言
自动化集装箱码头，是在主要作业环节实现集装箱自动装卸和运输的新型交通基础设施，在国际海运贸易中扮演了重要的角色。近年来，我国自动化集装箱码头行业快速发展，在规模和技术上均取得了诸多成绩，为该领域的标准化工作积累了大量实践经验[1]。
标准体系是标准化工作的顶层设计，开展自动化集装箱码头标准体系研究能够系统性梳理领域内已有相关标准，结合实际需求和发展方向，明确标准重点需求方向，促使各项标准共同发力，从多层面、立体化发挥标准的指导作用。
目前，交通运输行业针对重点领域构建并发布了相应的标准体系，如《如绿色交通标准体系（2022年）》[2]《综合交通运输标准体系（2022年）》[3]《交通运输安全应急标准体系（2022年）》[4]等。除上述重点领域外，很多学者也针对微观领域开展了标准体系的相关研究，以提升相关标准的系统实施效能，明确标准制修订工作方向，如城市出行即服务标准体系[5]、绿色生态船舶标准体系[6]等。由此可见，标准体系对于规范微观领域发展、明确标准需求和制修订计划以及促进新兴技术在领域内推广应用具有重要意义。从构建方法上看，通常根据实际需求，依靠经验判断进行标准体系构建[7]，虽然具体方法种类多样，但大多主观性较强，对于体系的科学性和合理性缺乏量化考量。很多其他行业学者发现了这一问题，尝试采用定量方法对标准体系开展研究，如：在体系构建阶段引入系统工程方法与数学模型，以增加体系架构的合理性和客观性[8⇓-10]；或是基于统计学和数学分析理论，针对已经构建的标准体系开展量化评价[11-12]。
综上所述，目前交通运输领域标准体系构建以定性分析为主，需要结合定量方法验证体系架构的科学性。自动化集装箱码头作为新兴领域，其标准体系的基础性和引领性作用更需要加以科学验证。本文在自动化集装箱码头标准体系构建和标准需求分析的基础上，通过模糊综合评价法和层次分析法，对标准体系的实际支撑作用进行量化评价，并根据评价结果提出优化建议，填补自动化集装箱码头标准化顶层设计空白，为该领域后续标准化工作提供参考。
1 自动化集装箱码头标准体系构建
1.1 国内外标准化工作现状
目前，国外自动化集装箱码头的设备选型、装卸工艺、自动化程度等情况差别较大。国家和行业层面在标准上缺少共识，已有标准以企业层面为主，且多为集装箱码头通用标准，缺乏对自动化集装箱码头的针对性指导。此外，由于自动化集装箱码头标准涉及大量技术专利和科技成果，国外码头企业大多不愿公开标准内容，导致标准和相应技术的推广应用范围受到限制。
近年来，我国高度重视自动化集装箱码头标准化建设，在国家、行业和团体层面针对设备远程操控、自动导引车、自动化起重机械等重点领域制定了指导性较强的标准，如《自动化集装箱码头设计规范》（JTS/T 174—2019）、《自动化集装箱码头建设指南》（JTS/T 199—2021）、《集装箱自动导引车》（JT /T1377—2021）等，部分学者也结合自身领域，提出了标准需求建议[13]，但仍存在一些问题亟须解决。首先，标准供给范围还不够全面，如设备在线监控、网络环境、数据安全等方面仍缺少标准支撑。其次，已有标准缺乏体系性和关联性，在使用时难以形成合力，很大程度上限制了标准对于实际建设运营的指导作用。上述两个问题在体系构建研究中应着重考虑，体系层级架构应符合码头发展的实际需求，以增强标准的体系性和关联性，各层级中的标准也应涵盖全面，以明确重点标准编制的方向。
1.2 标准体系构建原则
根据自动化集装箱码头标准化发展现状，标准体系的构建应符合以下原则。
（1）科学合理，协调统一。按照《标准体系构建原则和要求》（GB/T 13016—2018）[14]的要求，科学构建结构清晰、层次简明的标准体系，实现自动化集装箱码头领域标准全覆盖、不重复。通过标准体系，协调联系不同层级、不同方向的相关已有标准，为码头实际建设运营各环节提供完整、立体的标准支撑。
（2）完善基础，突出重点。所构建的标准体系，既要覆盖场地、照明、电气、网络等自动化集装箱码头生产运行的基础要素，又要重点体现信息系统、自动化起重设备、无人化水平运输等自动化集装箱码头核心技术，为其提供全要素的标准化指导。
（3）立足实际，动态更新。标准体系构建应充分结合并紧密围绕自动化集装箱码头建设生产实际情况和重点需求，以推动我国自动化集装箱码头规模扩大和技术发展为首要目标。在构建标准体系的基础上，实时追踪标准修订和发布信息，定期进行体系量化评价，动态更新标准明细和体系结构，以更好地适应当前阶段的发展需求。
1.3 标准体系构建方案
自动化集装箱码头是集工程建设、产品装备、关键技术、运营管理等于一体的复杂系统，其标准体系构建框架方案大致可分为两种（见图1 ）：一是基于码头生命周期，先按照各建设和生产阶段进行构建，包括规划、设计、建设、验收、运营、管理等部分内容，再根据涉及的具体对象和标准类别进行后续层次细分；二是基于码头关键技术要素，先按照建设对象进行构建，包括码头场地、基础设施、信息系统、岸边设备、水平运输设备、堆场设备、闸口和交互区设备等，再根据各部分内容对应的技术要求、监测要求、操作要求、检测要求、维护要求、安全要求等作进一步划分。
两种构建方案各有利弊。基于码头生命周期的构建思路更加明确了码头各阶段任务所对应的标准，在各建设环节提供多方面的标准支撑，适合自动化集装箱码头的实际规划建设和生产运营；基于码头关键技术要素的构建思路则注重在各类设备、系统的标准整理和归纳，在技术展示和行业管理方面更具有优势。
体系构建方案的选取应充分结合行业发展需求。从目前发展阶段来看，我国自动化集装箱码头虽然在规模和效率上均取得了长足进展，但在建设广泛性和自动化水平上还有很大的发展空间，新建和自动化改造仍是未来几年我国自动化集装箱码头的发展重点，故自动化集装箱码头在前期准备、规划、设计、建设、验收等建设阶段具有较大的标准需求，应在标准体系中着重考虑，而码头建设后的日常运营和作业管理可整合为一个层级进行具体划分。因此，以生命周期为核心的体系构建思路，既能够满足自动化集装箱码头新建、改建的重点工程建设需求，又能够在运营和维护上为码头提供技术支撑，相比之下更加契合目前自动化集装箱码头实际发展的标准化需求。
1.4 已有标准体系对比分析
为了充分借鉴相关领域已有标准体系的框架构建经验，保证本文标准体系与已有体系的协调性，对相关领域3个标准体系（交通运输标准化体系、港口标准体系和水运工程标准体系）的体系对象、构建目的和适用性进行分析和对比，结论如下。
（1）交通运输标准化体系包含了综合运输及水路、公路、铁路、民航、邮政运输标准，其构建目的是加快交通强国建设，加强交通运输行业标准化管理，主要定位是交通运输行业标准化宏观布局和整体设计，而本文构建的标准体系应聚焦于自动化集装箱码头微观领域发展，需要更加突出重点需求。
（2）港口标准体系包含了港口标委会归口的产品和服务标准，主要用于标委会标准管理，标准类型较为单一，未涵盖与自动化集装箱码头相关性较强的工程建设标准，从而导致体系实际应用性较差，其框架结构与本文研究构建的标准体系差异较大。
（3）水运工程标准体系的范围包括水运工程建设和管理标准，目的是指导水运工程领域实际建设管理以及标准制修订工作，具有较强的应用性。自动化集装箱码头与水运工程关系密切，实际建设运营流程也较为相似。因此，水运工程标准体系结构对于本文构建的标准体系具有一定借鉴意义。
1.5 标准体系构建
为了明确标准体系层次架构，本文采用霍尔三维结构理论，从时间、知识、逻辑3个维度系统梳理自动化集装箱码头领域标准，如图2 所示。
霍尔三维结构理论是由美国工程师霍尔（A. D. Hal1）于1969年提出的，该理论为解决大型复杂系统的规划、组织、管理问题提供了一种科学的思想[15]。本文基于霍尔三维结构理论，结合水运工程标准体系结构，以自动化集装箱码头生命周期作为时间维，以技术要素作为知识维，系统构建了两个层次的标准体系，如图3 所示。最后以标准类型作为逻辑维，对体系进行进一步划分排序，便于标准查找和实际应用。
本文构建的自动化集装箱标准体系的第一层级分为6个部分。其中，100基础通用标准主要包括术语、通用信息化等基础性标准；200前期准备部分，包括立项评估和勘察；300规划设计是标准体系的核心部分，该阶段的标准需求主要包括码头生产操作（Terminal Operating System, TOS）、设备控制（Equipment Control System, ECS）等信息系统、自动化起重设备、水平运输设备、远程操控系统的设计和技术要求，此外还包括码头区域布局和基础设施标准。400建设集成和500测试验收主要为规划设计内容对应的建设、集成和测试相关标准，具体需求涉及的要素与300保持一致。600运营维护主要为码头的日常生产提供指导，标准需求主要包括自动化设备和信息系统的运行维护标准、安全作业标准以及码头绿色建设和评估标准。
1.6 标准需求分析
自动化集装箱码头是在传统集装箱码头基础上进行信息化升级改造的产物，因此自动化集装箱码头所需的标准可分为三类：①集装箱码头通用标准；②自动化集装箱码头需要使用的交通运输信息化相关标准；③针对自动化集装箱码头特有技术需要制定的标准。前两类标准目前已较为健全，在现有标准的基础上按照实际使用需求进行修订即可，无需制定新的标准。第三类标准目前缺口较大，需要结合标准体系框架，系统分析各部分标准需求，以明确后续标准制定工作的重点方向。下面结合标准体系结构对标准需求进行详细分析。
（1）基础通用部分，集装箱码头的装卸作业过程中需要设备、系统以及码头、船舶间进行大量单证、数据和信息交换并做好日志记录，涉及电子报文及信息化标准。在此基础上，码头自动化生产还需要网络和通信支持，标准需求主要包括网络安全风险评估、在线监测预警和通信技术要求等。
（2）前期准备部分，按照水运工程建设程序，自动化集装箱码头规划设计之前需进行前期准备，具体包括码头建设的立项评估以及对于周边环境的勘测勘察。目前水运工程通用标准中相关内容已能够满足该部分的需求，无需制定新的标准。
（3）规划设计部分，由于总体布局、智能控制系统与各自动化设备的协同设计等重点内容均需要在规划设计阶段予以明确，后续施工和验收也需要在规划设计内容的基础上进行，因此该阶段是自动化集装箱码头建设的核心。该阶段首先应提出码头建设的总体要求，包括基础信息化建设、地基要求、材料要求、施工安全、工程环保、文件要求等。其次还应包含场地、路面、照明、供电、通信等基础设施建设内容。自动化集装箱码头规划设计的关键，是以TOS和ECS为核心的码头信息系统设计和功能实现以及码头区域内各装卸流程设计和作业布局。信息系统和设备自动化控制可整合为智能控制系统，具体包括视频联网、TOS、ECS和数据中心技术要求，闸口系统以及5G网络应用相关标准。作业流程按区域可分为岸边装卸、水平运输、堆场装卸以及闸口和交互区，主要包括各类自动化设备的产品和系统要求以及远程操控系统要求。闸口和交互区根据其功能还涉及自动识别、设施配备和车厢交互等标准。
（4）建设集成部分，是对规划设计相应内容的落地，标准需求主要包括道路、场地、电气等基础建设标准，码头装卸作业设备各部分组件和电气设备安装标准以及TOS、ECS等信息系统的集成构建标准。相似地，测试验收阶段涉及的要素与建设集成过程较为一致，其标准需求主要包括工程质量的检验以及相关试验规程，大型机械电气系统的测试标准，以及TOS、ECS及各自动化设备系统的单机测试、整体集成测试和安防系统测试标准。
（5）运营管理部分，即使是全自动化集装箱码头，其运营中也离不开人员远程操控作业、安全管理以及相关标准规程。设备和系统方面，在运行中需要实现设备状态实时监控和设备协同作业，因此需要制定相关标准。由于自动化集装箱码头的生产强度和系统设备具有一定特殊性，其维护保养也需要制定专用标准。此外，国家和行业高度重视“双碳”战略，港口绿色低碳发展也需要在码头能耗和排放统计、绿色评估等方面提出明确要求。
2 自动化集装箱码头标准体系评价
本文采用模糊综合评价法对前文构建的标准体系进行评价。模糊综合评价法是以模糊数学为基础理论的一种评价方法，其基本原理是根据隶属度理论将定性评价转化为定量评价，参考多个因素、多个维度对被评价事物隶属等级状况进行综合评价[16]，具有较强的科学性和系统性，适用于解决标准体系评价这类难以量化的问题。其主要步骤分为构建评价指标体系、确定指标权重、构建模糊评价矩阵和评价向量计算。
2.1 评价指标体系
评价指标的分级和选取要充分体现自动化集装箱码头当前阶段的发展需求。通过实地走访调研自动化集装箱码头企业和咨询相关专家，明确了码头设施设备、信息系统、人员作业和维护管理4个自动化集装箱码头发展重点领域，作为一级评价指标，并在此基础上对各项指标进行细化，形成自动化集装箱码头评价指标体系（见表1 ）。其中，设施设备T1和信息系统T2两部分主要针对码头建设过程标准需求进行了集中体现，而人员作业T3和维护管理T4则主要对应码头日常生产和管理过程中的标准需求。
表1 自动化集装箱码头评价指标体系 |
| 一级指标 | 二级指标 |
|---|---|
| 设施设备T1 | 总体布局和建设T11 自动化起重设备T12 水平运输设备T13 电气等基础设施T14 |
| 信息系统T2 | TOS系统T21 ECS系统T22 数据中心T23 |
| 人员作业T3 | 远程操控T31 安全作业规范T32 |
| 维护管理T4 | 设备在线监控T41 设备保养与维修T42 系统维护T43 节能低碳管理T44 |
根据表1 中的指标体系，建立标准评价指标集合T：
$ T=\left\{T_{1}, T_{2}, T_{3}, T_{4}\right\}$
其中：
$ T_{1}=\left\{T_{11}, T_{12}, T_{13}, T_{14}\right\}$
$ T_{2}=\left\{T_{21}, T_{22}, T_{23}\right\}$
$ T_{3}=\left\{T_{31}, T_{32}\right\}$
$ T_{4}=\left\{T_{41}, T_{42}, T_{43}, T_{44}\right\}$
2.2 指标权重
本文中各项指标权重采用层次分析法确定。层次分析法通过各指标两两配对比较，分析它们对上一层指标的影响程度，从而确定各因素在该层指标中所占的权重。本研究邀请了25位来自管理部门、科研机构和港口企业的自动化集装箱码头领域专家，依据重要性评价标度（见表2 ），对各指标重要性进行赋值打分，再通过分析计算得到各指标权重。
表2 重要性评价标度 |
| 标度cij | 定义 |
|---|---|
| 1 | i与j相比同等重要 |
| 3 | i因素较j因素略微重要 |
| 5 | i因素较j因素较为重要 |
| 7 | i因素较j因素非常重要 |
| 9 | i因素较j因素绝对重要 |
| 2, 4, 6, 8 | 中间状态对应的标度值 |
| 1/k （k=1, 2,…, 9） | j因素与i因素比较，得到的标度值是cij=1/cji |
经过一致性检验，一级评价指标权重为：
$w=\{0.323, 0.314, 0.156, 0.207\}$
二级指标的权重为：
$w_{1}=\{0.307,0.365,0.222,0.106\}$
$w_{2}=\{0.468, 0.417, 0.115\}$
$w_{3}=\{0.535, 0.465\}$
$w_{4}=\{0.258, 0.384, 0.239, 0.119\}$
由指标体系一级权重可知，与“人员作业T3”和“维护管理T4”相比，“设施设备T1”和“信息系统T2”在目前自动化集装箱码头发展中更加重要。而在对应的二级指标中，“总体布局和建设T11”“自动化起重设备T12”以及“TOS系统T21”“ECS系统T22”所占权重较大。目前已立项和发布的国家与行业标准《自动化集装箱码头操作系统技术要求》（计划号：20204070—T—348）、《自动化集装箱码头设计规范》（JTS/T 174—2019）、《自动化集装箱码头建设指南》（JTS/T 199—2021）、《集装箱自动导引车》（JT/T 1377—2021）也与相应指标的方向较为一致，从而侧面验证了本文权重计算结果的科学性和可靠性。
2.3 模糊评价矩阵
邀请上述25位专家评价标准体系对指标体系内容的支撑水平。在进行模糊评价矩阵构建之前，首先需要对专家评分结果进行量化：V={10, 8, 6, 2}分别对应A, B, C, D等4个评价等级。其中，A表示本文所构建的标准体系对于指标内容能起到很好的支撑作用，完全能够满足发展需求；B表示标准体系能起到较好的支撑作用，能够较好地满足发展需求；C表示标准体系能起到一定的支撑作用，基本能够满足发展需求；D表示标准体系对于相关内容无法起到支撑作用，不能满足发展需求。专家评价结果如表3 所示。
表3 专家评价结果 |
| 一级指标 | 二级指标 | 评价结果 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| A | B | C | D | ||
| 设施设备T1 | 总体布局和建设T11 | 20 | 3 | 2 | 0 |
| 自动化起重设备T12 | 18 | 5 | 2 | 0 | |
| 水平运输设备T13 | 20 | 4 | 1 | 0 | |
| 电气等基础设施T14 | 16 | 5 | 3 | 1 | |
| 信息系统T2 | TOS系统T21 | 16 | 6 | 2 | 1 |
| ECS系统T22 | 17 | 5 | 3 | 0 | |
| 数据中心T23 | 10 | 5 | 4 | 6 | |
| 人员作业T3 | 远程操控T31 | 14 | 6 | 3 | 2 |
| 安全作业规范T32 | 12 | 6 | 6 | 1 | |
| 维护管理T4 | 设备在线监控T41 | 12 | 8 | 4 | 1 |
| 设备保养与维修T42 | 13 | 5 | 4 | 3 | |
| 系统维护T43 | 12 | 10 | 2 | 1 | |
| 节能低碳管理T44 | 16 | 3 | 4 | 2 | |
注：评价结果中的数字代表参与打分的专家人数。 |
据此得出二级指标的模糊评价矩阵为：
R1=
R2=
R3=
R4=
2.4 评价向量
通过二级评价指标权重wi和模糊评价矩阵Ri（i=1, 2, 3, 4），计算得到二级评价向量为：
${U}_{1}=w_{1} \cdot \boldsymbol{R}_{1}=(0.754,0.167,0.075,0.004)$
${U}_{2}=w_{2} \cdot \boldsymbol{R}_{2}=(0.629, 0.219, 0.106, 0.046)$
${U}_{3}=w_{3} \cdot \boldsymbol{R}_{3}=(0.524, 0.240, 0.174, 0.062)$
${U}_{4}=w_{4} \cdot \boldsymbol{R}_{4}=(0.514, 0.269, 0.141, 0.075)$
进而根据一级评价指标权重w和二级评价向量U，计算得到一级评价向量：
${B}=w \cdot \boldsymbol{U}=(0.629, 0.216, 0.114, 0.041)$
2.5 评价结果
依据评语集V形成评语集向量V=（10, 8, 6, 2），结合评价向量Ui，计算得出标准体系各项一级指标的评价结果为：
$\boldsymbol{P}_{1}=\boldsymbol{U}_{1} \cdot \boldsymbol{V}^{T}=9.331$
$\boldsymbol{P}_{2}=\boldsymbol{U}_{2} \cdot \boldsymbol{V}^{T}=8.768$
$\boldsymbol{P}_{3}=\boldsymbol{U}_{3} \cdot \boldsymbol{V}^{T}=8.328$
$\boldsymbol{P}_{4}=\boldsymbol{U}_{4} \cdot \boldsymbol{V}^{T}=8.294$
上述结果即为标准体系在各一级指标分项的评价结果。据此，最终得到自动化集装箱码头标准体系的总体评价量化值为：
$\boldsymbol{S}=\boldsymbol{B} \cdot \boldsymbol{V}^{T}=8.783$
结果表明，本文依据码头全生命周期构建的标准体系对于自动化集装箱码头发展具有良好的适用性和指导性，能够满足码头在设施设备、信息系统、人员作业和维护管理方面的发展需求。
3 建议
根据表3 和各一级指标分项评价结果，本文提出的标准体系总体评价量化值为8.783，介于“完全满足需求”和“满足需求”之间，能够对自动化集装箱码头发展起到良好的支撑作用。一级指标中的“设施设备T1”的评价结果最高，为9.331，明显高于平均水平，“信息系统T2”的分数为8.768，略高于平均水平，说明标准体系对于码头设备设施和系统的设计建设方面的指导性较强。从指标权重上看，自动化设施设备和信息系统也是自动化集装箱码头发展的重点领域，建议在后续整体的标准化工作中，进一步强化关于自动化起重设备、水平运输设备以及TOS、ECS系统的相关标准，持续保障标准体系在重点方向的支撑力度。根据二级指标评价结果，“电气等基础设施T14”以及“数据中心T23”的评价结果低于其他指标，说明现有标准多集中于重点建设领域，而设施、数据等基础性标准还有待进一步加强。
另外两个一级指标“人员作业T3”和“维护管理T4”的得分低于体系总体评价结果，表3 中的二级指标也整体低于设施设备和信息系统，说明体系对于作业和管理方向的适用性弱于规划建设，目前该方向的国家和行业标准也较为欠缺，建议下一步从该部分权重较高的远程操控、设备在线监控以及设备保养与维修等方向入手，由点及面开展标准编制，逐步完善自动化集装箱码头运营和管理部分标准。
此外，从国家发展战略和政策角度分析，码头的绿色低碳建设也将成为未来发展的重点领域。本文中“节能低碳管理T44”部分对应的权重较低，这主要是由于自动化集装箱码头属于新兴领域，相关绿色化技术仍处于探索发展阶段，已有相关通用标准能够满足目前码头绿色生产和运营需求。但随着未来码头绿色化技术的成熟和广泛应用，相关绿色建设、能耗和排放监测、污染物处理等标准也需进一步完善。
4 结语
本文根据自动化集装箱码头标准化工作现状和问题，在分析已有相关标准体系的基础上，基于霍尔三维结构理论，创新构建了基于码头生命周期的标准体系，并结合体系框架分析了现阶段自动化集装箱码头标准需求，填补了该领域标准化顶层设计的空白。最后，通过模糊综合评价法对标准体系的支撑水平进行量化评价，验证了本文构建标准体系的科学性和合理性，并提出了体系优化建议。下一步应按照标准体系，系统性开展重点标准编制，强化关键领域标准供给，引领自动化集装箱码头领域高质量发展。
由于目前国内外自动化集装箱码头仍处于新建和改建的高峰期，本文提出的标准体系也主要针对码头建设进行指导，其中的规划、设计、施工和验收相关标准在体系中占比较大，而运营管理部分的标准体量相对较小。随着未来自动化集装箱码头建设的不断完善，其发展重点也将逐步由建设转为运营，标准体系结构也应结合码头实际发展阶段动态调整，将体系重心从规划建设，向装卸服务、人员管理、绿色低碳等生产运营方面倾斜，使之更加契合自动化集装箱码头领域的标准需求。