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摘要：我国加入 WTO 后经济与外贸发展迅速，港口规模和吞吐能力位居世界前列，港口危险[ 盛林，男，出生于1971年10月。大学本科毕业，担任江苏省特种设备安全监督检验研究院太仓分院副院长质量负责任人，高级工程师。主要从事特种设备检验检测质量技术管理工作；

基金项目： KJ（Y）2023046基于应变-风载等效模型的港机抗风能力在线监测系统研究与应用 ]货物集装箱作业安全风险日益增大，相关事故频发，然而国内外对港口危险货物安全监管的系统研究较少。本文以涉危化学品集装箱吊运为研究对象，分析了危化品吊运特点，提出涉危起重机数字孪生技术架构平台的危化学品集装箱吊运监测策略，为危化品集装箱的吊运监管提供技术支撑。

关键字： 集装箱，起重机，数字孪生，监测

Abstract： After China's accession to the WTO， its economy and foreign trade have developed rapidly， and its port scale and throughput capacity rank among the top in the world. The port is dangerous. Sheng Lin， male， born in October 1971， graduated with a bachelor's degree and served as the Quality Manager and Senior Engineer of the Taicang Branch of Jiangsu Special Equipment Safety Supervision and Inspection Research Institute. He mainly engages in the quality and technical management of special equipment inspection and testing;

Keywords： Container， Crane， Digital Twin， Monitoring

0前言：

自我国加入世界贸易组织（WTO）以来，经济和外贸呈现出迅猛发展的态势。在这一过程中，港口作为国内外贸易的重要枢纽，其规模和吞吐能力不断提升。而集装箱运输作为港口运输的主力军，随着危险品集装箱数量的增加，港口作业中的安全风险日益凸显，各类事故给人民生命财产和环境安全带来了严重威胁[1]。2015年8月12日，天津港特别重大事故，造成165人遇难、8人踪，798人受伤，304栋建筑物、12428 辆商品汽车、7533个集装箱受损；2022年6月27日约旦亚喀巴港，集装箱氯气泄漏，造成多达14人死亡，250多人受伤；2022年6月4日孟加拉南部吉大港事故，造成至少49人丧生、300多人受伤。因此，加强港口危险货物集装箱作业的安全监管和技术研究具有重要的现实意义[2]。

虽然目前港口危险货物集装箱作业的安全监管得到了空前关注和重视，但是国内外对港口危险货物安全监管的系统研究比较少见，国内外危化品物流大多从事故统计或影响因素分析、风险评估或评价模型构建、运输路径优化等方面开展研究，主要集中在危化品运输与管理方面，且多为道路运输，对港口危险货物集装箱安全监管的系统研究更是几乎没有。本文从涉危化学品集装箱吊运特性分析，结合数字孪生技术开展起重机智能监控技术研究，提高危险货物集装箱起重机安全管理和应急管理水平，实现作业管理、安全监管和应急处置一体化。

1危化品集装箱吊运

1.1危化品的定义

危险化学品，是指具有毒害、腐蚀、爆炸、燃烧、助燃等性质，对人体、设施及环境具有危害的剧毒化学品与其他化学品。危化品与我们的日常生活紧密相连，如液化天然气、乙醇、农药、化肥等。危化品集装箱的吊运方式，与普通产品存在显著差别，不仅需要采用特殊的包装，还需具备适宜的存储环境，否则，极易引发危险状况。

港口集散货物规模庞大、种类繁多。图 1 为我国 2020 年沿海港口分类货物吞吐量统计数据[3]。其中，石油、天然气及制品、化工原料及制品、化学肥料及农药属于危化品货物。石油、天然气及制品的吞吐量在所有货物吞吐量中占比 12%，位居第三；化工原料及制品、化学肥料及农药所占比例分别为 2%、0.35%[4]。综合而言，在港口转运的危化品品类中，石油、天然气及制品为主要品类，化工原料及制品和化学肥料及农药两类的占比较小。鉴于危化品种类繁多，多数危化品吞吐量数据获取困难，因此，本文选取在危化品中采用集装箱转运的氯气、天然气等作为研究对象。

图1 2020年我过沿海港口分类货物吞吐量统计

1.2 危化品吊运的特点

危化品运输具有很强的技术性和专业性，‌主要特点包括品类多、‌性质各不相同，‌危险性大，‌运输管理方面的相关规章、‌规定多，‌以及专业性强。‌具体来说：‌

危化品种类多，‌性质各不相同：‌根据《‌危险货物分类与品名编号》‌，‌危险品分为9类共22项，‌现有的近3000种危险货物和每年不断新增加的危险品，‌各有各的物理和化学特性。‌

危险性大：‌危险货物在道路运输和仓储中危险性很大，‌容易造成人员伤亡和财产损失。‌所产生的事故不仅使相关企业受到损失，‌还会对公众安全与环境安全带来严重威胁。‌

运输管理方面的相关规章、‌规定多：‌除了须遵守道路货物运输共同的规章外，‌还要遵守许多特殊规定，‌如联合国颁布的《‌关于危险货物运输的建议书》‌和《‌国际公路运输危险货物协议》‌，‌以及我国制定的道路危险货物运输标准。‌

专业性强：‌危险品运输除了满足一般货物的运输条件外，‌还要根据货物的物理和化学性质，‌满足特殊的运输条件。‌国家有专门的规定和限制，‌如车辆专用，‌对装运危险货物的车辆技术状况和设施作了特别的规定，‌驾驶员、‌押运员和装卸人员等必须掌握危险货物运输的有关专业知识和技能，‌并做到持证上岗。‌

易挥发：危化品具有在高温高湿条件下易挥发的特点，危化品绝大部分易燃易爆，在一旦超过一定的压力危化品集装箱就会变得很不稳定，有可能因为一次偶然的撞击导致危化品集装箱内介质引起剧烈波动，罐箱内的瞬间压力也会发生变化有可能会导致集装箱泄漏或者爆炸。另外当罐箱体倾角变化时，罐箱体内的危化品液面也会产生角度带来的变化。还有，一旦罐箱内液体发生泄漏，除气体传感器会检测到气体浓度信息之外，罐箱内的压力液位也会同时发生变化。

危化品集装箱事故救援难：具有救援难度大、救治难度大和后果严重的特点。危化品一般都具有特殊的物理、化学性能，千差万别的化学品性能增加了救援、救治工作的难度。因此，危化品救援常常是灭火、救人、消毒、人员疏散、检测等多种手段同时进行。

2 涉危化学品集装箱吊运监测策略

当前，国内针对数字孪生在危化品储运领域的应用研究尚处于较少的状态。现有的相关研究主要集中于站内储罐状态监测以及危化品的陆路运输方面。通常情况下，罐箱体的安全监测系统涵盖多路气体、压力、液位、加速度、倾角、开关、温度、湿度传感器等多种不同类型的传感器，每个传感器均与一个明确的物理量相互对应。在监测系统中，各传感器原始信号的准确性，将对后续安全状态判断算法计算结果的正确性产生直接影响。

2.1涉危起重机数字孪生技术

针对吊装危险货物集装箱的起重机监测策略，主要是结合数字孪生技术对起重机智能监控技术展开研究。通过采用电气机械复合防摇摆机构，对吊装过程中的箱体姿态加以控制，以保障危化品集装箱吊运的稳定性；运用起升、防摇一体化设计的十二绳防摇平面姿态控制技术，使吊具在平面形成 6 个等腰三角形，确保起升过程中钢丝绳均匀受力；凭借具有冗余纠错功能的精确定位控制系统与回转姿态控制，构建集装箱吊装多维姿态精度定位系统以及行走梁纠偏机构和纠偏程序，以此确保吊运行走的定位精度，减少累积误差，进而提升危险货物集装箱起重机安全管理与应急管理水平，达成作业管理、安全监管和应急处置一体化的目标。其总体技术路线如图 2 所示，将人的不安全因素、设备的不安全因素、环境的不安全因素（风载荷因素）等，结合双重预防机制对风险隐患进行排查，构建危化品集装箱起重机仿真分析模式，经由仿真分析确立危化品集装箱起重机监测方案，主要针对起重机的运行状态、安全附件、吊运稳定性以及作业区域的风险隐患实施监测，从而实现降低危化品集装箱吊运风险的目的。，

2.2危化品集装箱吊运数字孪生平台技术架构

危化品集装箱吊运数字孪生平台技术架构主要包括：业务应用层、应用支撑层、数字孪生平台层、数字采集处理层、云服务平台层等（见图 3）。业务应用层主要由生产业务、安全管理、设备设施、应急指挥等模块构成，[ ]直接作用于危化品集装箱吊运及其风险规避工作；应用支撑层主要由相关可视化应用软件构成；数字孪生平台层主要由二维可视化、三维交叉渲染、高清地图融合、空间数据分析、数据整合加载、场景融合、系统仿真、场景窜流等模块构成，通过数据融合与系统仿真，致力于解决危化品集装箱吊运过程中的隐患监测问题；数字采集处理层主要负责对危化品集装箱吊运过程中由相关监测传感器采集到的信号进行处理，并开展后台数据分析，建立安全状态和非安全状态下的设备运行数据库，分析各类数据的可测性，为风险管控提供基础支撑；云服务平台层主要提供云服务交互平台，以方便客户接入系统，为系统提供运维保障。

2.3危化品集装箱吊运监测意义

（1）有效提高危险货物集装箱堆场的作业效率

以吊装危化品的港口起重机械为研究对象，利用数字孪生技术、起重机智能监控技术和信息化应急指挥技术，建设一个集作业管理、安全监管和应急处置于一体的一体化管控平台，实现对危险货物和起重机的实时数据采集、传输、存储分析和可视化，实现堆场和起重机的建模、仿真、优化和调度，提高堆场作业效率和资源利用率。

（2）提高危险货物集装箱和起重机的安全作业水平

起重机智能监控技术、分布式行走制动系统，对危险货物集装箱堆场内和起重机的作业情况、异常情况和事故情况的智能监测和预警，解决危化品吊装作业的管控和监测不足的问题，解决起重机作业过程缺乏实时跟踪和追溯的问题，解决起重机危化品作业过程中缺乏安全生产风险评估和预警问题。提高堆场的安全防范能力和事故处置能力。

（3）提高危险货物集装箱和起重机现场预警的应急能力

通过构建涉危化品集装箱起重机数字孪生模型，开发基于数字孪生的涉危险化学品起重设备监测与控制一体化管控平台，配置小车自动定位系统、大车自动定位、纠偏系统、气云成像监测系统、起升位置监测系统以及应急报警和指挥系统，实现对危险货物集装箱堆场内发生或可能发生的事故进行快速响应和有效处置，提高堆场的应急管理能力和应急效果。

3 小结

本文通过对危化品集装箱吊运特性展开分析研究，提出了基于数字孪生平台的危化品监测策略。依据港口涉危险化学品的现状，需对堆场、起重机及周边环境进行建模，构建可视化运营管理平台，从而为不同层级的管理和操作人员提供从宏观至微观的堆场运营视图，其中涵盖危险品堆场全景设施三维立体建模、起重机等实时运作状态、电子围栏等内容，使管理人员于电脑桌前即可掌握堆场整体实时动态。

并建立典型风险和失效模型，用以反映现实环境中的变化，并对可能的结果和影响进行预测。借由实时驱动模型，能够实现实时监测、故障诊断和预测分析，以此提高运营决策的准确性与效率，为危化品集装箱的吊运监管提供技术支撑。

参考文献：

[1]朱春靖，樊文龙，程宗华.含危化品集装箱运输的普货码头外部安全防护距离分级研究[J].安全，2022，43（03）：22-27.DOI：10.19737.

[2]张永生，段战归，周受钦，等.危化品运输设备状态实时监测系统开发[J].交通与计算机，2007，（06）：106-108.

[3]秦坤.港口危化品物流系统脆弱性研究[D].大连海事大学，2023.DOI：10.26989/d.cnki.gdlhu.2023.000450.

[4]段欣.液体危化品储运码头高危作业风险分级研究[D].中国地质大学（北京），2013.