《Cleaner Production Letters》：Economic and environmental impacts of smart ports: A systematic literature review
海运业在国际贸易中发挥着核心作用，占全球货物运量的90%以上，但同时面临着日益严峻的环境挑战。在此背景下，智慧港口（Smart Ports）的发展已成为提升运营效率和促进可持续性的战略解决方案。然而，现有文献仍然较为分散，缺乏在不同情境下同时评估经济与环境影响的综合分析(innerated analyses)。本研究旨在分析智慧港口的经济与环境影响，识别主要的外部性（externalities）和评估方法。为此，研究人员基于PRISMA（Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses）方法论，利用Scopus和Web of Science数据库进行了系统性文献综述。研究人员对入选文献进行了批判性分析，以识别趋势、模式和研究空白。结果表明，港口数字化产生了显著的经济效益，包括生产率提升、成本降低、竞争力增强，以及对就业和经济增长的积极影响。同时，智慧港口通过减少排放、提高能源效率和优化资源管理来改善环境绩效。然而，研究也识别出相关的权衡（trade-offs），如高昂的投资成本、技术风险、就业影响，以及在未得到可再生能源支持时可能产生的负面环境效应。研究结论认为，智慧港口是协调经济与环境目标的战略工具，但其成功取决于特定条件，即监管框架、投资能力和技术成熟度。本研究有助于填补文献空白，并为政策制定者和研究人员在智慧港口可持续发展方面提供指导。
本研究围绕智慧港口的经济与环境影响展开系统性文献综述，以下按论文主体结构进行学术性总结。
1. 引言（Introduction）
海运业承担全球90%以上的国际贸易货物运输，但其碳排放占比已达5%，预计2050年可能升至25%。在此背景下，港口数字化与智慧港口倡议被视为改善物流绩效和支持环境目标的潜在路径。智慧港口通常被描述为旨在提升运营效率、可持续性和安全性的现代基础设施模式，其特征在于连接化、自动化的系统设计，以满足各利益相关方需求。港口智能化演进通常经历四个阶段：第一阶段为数字系统采用，减少纸质文件依赖；第二阶段为"自动港口"（Automatic Port），实现半自动化环境与电子信息管理；第三阶段为"数字港口"（Digital Port），具备更高自动化水平、信息共享互操作性和实时服务；第四阶段为"智慧港口"（Smart Port），通过新兴技术集成、高级自动化解决方案和全面数字化转型实现完全自动化。
在概念层面，港口智能化（smartization）与工业4.0（Industry 4.0）原则及物流基础设施数字化转型密切相关，推动信息物理系统（cyber-physical systems）集成、数字平台互操作性和数据密集型运营绩效改进。支撑智慧港口发展的核心技术包括物联网（IoT）、大数据与分析、云计算与边缘计算（cloud and edge computing）、人工智能（AI）、数字孪生（Digital Twins）、区块链以及自动化与机器人系统。此外，全电动船舶（All-Electric Ships）、智能电网（smart grids）和可再生能源系统也被视为现代化港口活动和减少环境影响的关键技术。
智慧港口发展与联合国可持续发展目标（SDGs）密切相关：SDG 8（体面工作和经济增长）通过创造就业和可持续经济发展；SDG 9（产业、创新和基础设施）通过港口基础设施数字化和现代化；SDG 13（气候行动）通过优化流程和减少碳排放；SDG 17（促进目标实现的伙伴关系）通过鼓励公私利益相关方合作。然而，这些贡献的强度取决于影响定义和测量方式，以及评估是否充分考虑权衡效应（如ICT系统能源使用、反弹效应、劳动力分配影响或边界外排放转移）。
2. 研究方法（Methods）
本研究采用PRISMA方法论指导文献筛选，于2025年7月在Scopus和Web of Science数据库进行检索，限定为英文同行评审期刊文章和综述论文。检索策略为：("smart port" OR "digital port" OR "port digitalization") AND ("economic impact" OR "economic analysis" OR "econ*")以及("smart port" OR "digital port" OR "port digitalization") AND ("environmental impact" OR "sustainability" OR "green port")，初始识别357篇文献。经去重、标题摘要筛选和全文评估后，最终25篇文献符合纳入标准。
纳入标准包括：(i)明确涉及智慧港口、港口数字化或相关概念；(ii)分析经济和/或环境影响；(iii)具有明确方法论途径的实证或概念研究。排除标准涵盖：仅关注技术或工程方面而无经济或环境分析的研究、纯粹描述性研究、非同行评审文献以及重复记录。
研究人员采用主题编码法进行定性内容分析，辅以文献计量分析（bibliometric analysis），以识别研究趋势、主要学术贡献者和最具影响力的出版物。
3. 研究结果（Results）
3.1 文献计量分析（Bibliometric analysis）
3.1.1 发表趋势：智慧港口经济与环境维度的研究呈逐渐巩固的新兴领域态势，近期呈现持续上升趋势，反映了港口数字化在应对严格环境法规、脱碳目标和全球供应链效率需求方面的战略重要性日益提升。
3.1.2 来源分析：研究高度分散且跨学科，无单一期刊占据主导地位。Sustainability (Switzerland)及少数海运交通期刊贡献较多，但主题分布于环境管理、物流、能源系统和信息技术等多元学术领域，表明该领域仍处于演变之中，缺乏完全成熟的理论和方法论框架。
3.1.3 高被引论文：L. Heilig、E. Lalla-Ruiz和S. Vo?（2017）以196次总引用领先，年均21.78次；W.K. Jun等（2018，84次）、A. Rajabi等（2019，46次）、T. Inkinen等（2021，44次）亦为重要贡献者。
3.1.4 国家科学产出：中国以15篇领先，其次为西班牙（8篇）、芬兰（7篇）、孟加拉国和马来西亚（各6篇）、韩国（5篇）。亚洲国家的突出地位与大规模港口自动化和智能物流系统投资相关，欧洲贡献则常与监管框架和可持续性议程保持一致。
3.1.5 关键词共现分析：三大主题集群显现——数字化与运营效率集群（"smart ports"、"automation"、"IoT"、"logistics optimization"）、环境可持续性集群（"emissions"、"energy efficiency"、"decarbonization"、"green ports"）以及经济维度集群（"productivity"、"cost reduction"、"competitiveness"、"port performance"）。值得注意的是，环境集群与核心数字化集群的连接密度较低，表明环境影响的整合仍处演进之中。
3.2 内容分析（Content analysis）
内容分析揭示了智慧港口发展的双重经济与环境维度及其多样化影响。
经济维度：国家层面，智慧港口投资通过生产、附加值和就业的乘数效应刺激国民经济，对制造业（如电气、化工）和服务业产生显著溢出效应；区域层面，摩洛哥"SPN2030"等战略表明数字化可增强港口竞争力和物流绩效；企业层面，智慧港口技术持续提升运营效率、降低成本并促进创新，中国和韩国案例报告了可量化的收入增长和盈利能力提升。然而，文献也强调了自动化相关的就业替代风险、数字化转型项目的高失败率以及数据隐私与网络安全关切。
环境维度：数字化显著降低能源消耗、温室气体排放和船舶周转时间；智能设计和自动化增强环境效率并防范操作性环境事故；政策研究强调治理框架和可再生能源整合对实现可持续目标的重要性。但部分研究警示，若数据中心和电动汽车由非可再生能源供电，可能抵消环境收益并引入新的污染风险。
多维评估显示，智慧港口活动的影响因类别而异：运营方面，自动化提升生产率和效率、降低运营成本，但伴随高初始投资、电子废物增加及就业风险；环境方面，减少温室气体（GHG）排放和空气污染、实时监测污染，但若能源结构未优化可能产生中性影响；能源方面，智能电网和可再生能源实现成本节约和碳足迹降低，但需清洁能源转型支持；安全方面，减少事故损失和环境灾难风险，但网络安全成本持续存在。
4. 讨论（Discussion）
4.1 经济影响（Economic impacts）
智慧港口产业具有强烈的直接关联效应，作为其他产业的中间投入发挥重要作用。基于投入产出分析（I-O analysis），韩国案例显示智慧港口转型可使国家产出增加5.7%-12.3%，附加值提升16.8%-36.5%，就业率增长130.0%-205.9%，对电气电子设备、化学产品等制造业以及批发零售、商业支持服务和专业技术服务等服务业影响显著。
土耳其智慧港口发展被视为平衡海运贸易增长与经济、社会及环境可持续性目标的战略回应；先进包装和可追溯性系统等智慧物流服务扩展了港口活动的经济价值。法国勒阿弗尔港和荷兰鹿特丹港的案例表明，智慧港口通过信息通信技术（ICT）优化船舶和集装箱管理，提升竞争力和可持续性。摩洛哥"SPN2030"战略约60亿美元的智慧技术投资旨在增强港口竞争力。埃及智慧实践采纳预期改善可持续绩效并间接促进港口就业增长。中国城市层面研究显示，港口智能化提升了港口城市的人均国内生产总值（GDP）。
企业绩效方面，中国准实验研究采用倾向得分匹配-双重差分法（PSM-DID）证实智慧港口项目实施后企业收入增长，技术创新和业务韧性增强。韩国釜山新港自动化集装箱终端投资案例分析表明，所有利益相关方（包括港口当局和国家政府）均获益，港口设施租赁收入增加，船舶等待时间和燃料成本降低，引航费、拖轮费、带缆费、系泊费和理货费等间接效益显著，净现值（NPV）分析证实自动化投资对项目整体经济回报产生积极影响。
自动化集装箱终端的实施最大化港口生产率，提高泊位占用率和泊位使用费收入，减少船舶等待时间和装卸费，增加港口利益相关方的经济剩余。博弈论（game theory）分析表明，在有效协调合作支持下，数字化为港口生态系统各参与者带来积极经济影响。港口利益相关方间改进的信息交换提升了效率、减少运输时间、增加可预测性，终端运营商因长短规划优化、劳动力管理和货物装卸操作减少而节省时间和成本。
智慧港口技术（IoT、大数据、AI、自动化）提升港口服务质量、客户满意度、忠诚度和推荐意愿，形成强化部门竞争力的价值循环。实时监测系统和自动化减少人为错误，提高运营透明度和可追溯性。
负面效应方面，自动化和数字技术导致传统港口工人显著失业，亟需劳动力再培训计划和健全社会安全网；数字化转型项目成功率相对较低，归因于过度乐观的投资回报（ROI）预期、新技术采用不确定性以及系统和利益相关方整合复杂性；广泛数据收集引发数据隐私、访问控制、责任归属和网络安全脆弱性等严重关切。
4.2 环境影响（Environmental impacts）
环境维度是智慧港口发展的核心支柱。智慧港口在不同条件下实现更高环境效率，成为全球应对气候变化的有价值工具。ICT优化船务和集装箱管理、改善能源效率、减少温室气体排放，支持更有效的全球供应链运营。
物联网（IoT）和自动识别系统（AIS）在提升运营绩效的同时减轻传统港口活动的生态影响。智慧港口通过整合前沿技术和可持续治理模式，在全球供应链中促进长期环境、社会和经济可持续性。中国39个主要港口的分析显示，智慧港口倡议改善碳排放，减少泊位数量、缩短船舶周转时间、降低港区燃料消耗，泊位长度扩展进一步优化港口物流碳排放效率。
车联网（IoV）与区块链技术的集成使用使车辆流量提升70%，平均等待时间缩短2.56分钟，CO
2排放每小时减少57.74千克，表明智能交通系统和数据透明度是减少港口物流环境影响的强大工具。基于20个海运港口吞吐量的效率分析揭示，与自动化指标相关的智慧港口设计元素对运营绩效和可持续发展推进（特别是碳排放减少）产生积极影响。
物联网在提升能源效率方面发挥关键作用，显著降低能源成本、缓解峰值能源需求，进而减少温室气体排放。智慧能源基础设施部署大幅降低港口碳足迹，当能源管理系统高效运行时，积极环境效应更为显著。智慧港口整合太阳能、风能等可再生能源发电系统与智能电网技术，优化能源生产、分配和内部消费；港口基础设施能源改造和LED等高效照明解决方案显著降低整体电力消耗。
智慧港口采用积极主动的环境监测和管理方法，传感器网络和物联网设备实现空气质量、水质、噪声水平和气象条件等环境指标的实时数据持续收集，支持环境事件的早期检测和数据驱动的决策制定。这些技术发展使极端事件（如海平面上升和严重风暴）影响的模拟成为可能，支持更具韧性的港口基础设施规划以适应气候变化挑战。数字技术还使不同港口操作的生态足迹映射成为可能，支持更有效的废物管理策略，促进港口活动中的回收和资源再利用实践。
智慧港口政策有效协调运营效率与环境目标，配备物联网技术的终端在持续达成环境目标方面更为成功，实现港口活动整体碳足迹的可测量减少。然而，若先进设备、数据中心和电动汽车未由可再生能源供电，可能增加温室气体排放；若缺乏充分环境保障，压载水排放、石油和化学品可能导致水污染风险。
5. 结论（Conclusions）
基于文献综述，智慧港口数字化的经济与环境影响可归纳为四类效应：第一，对地方、区域和国家经济的积极影响，特别是港口生态系统内企业和机构生产率提升，供应链 streamline 和经济增长促进，以及技术岗位创造；第二，显著的运营效率收益，数字技术降低物流成本、改善资源配置、提升全球港口运营竞争力，实现更快货物处理、更短船舶周转时间和现有基础设施更优利用；第三，环境效益，智慧港口通过自动化、AI和IoT技术减少温室气体排放，优化工作流程、降低能源消耗、减少港口活动整体环境足迹；第四，港口系统各利益相关方关系的结构性变化，需要新的更集成化的治理和协作模式，重塑港口当局、物流运营商、私营企业、监管机构和地方社区间的互动。
然而，这些收益并非均匀分布，涉及重要权衡：高昂投资成本、技术风险、网络安全关切和潜在就业替代凸显数字化转型过程的复杂性；且影响因技术成熟度、监管框架和财务能力等区域背景差异而显著不同。总体而言，智慧港口是同时提升经济绩效和环境可持续性的战略路径，但其长期成功取决于情境特定的实施策略、有效治理以及技术创新与可持续性目标之间的协调。
未来研究应深入探讨数字化对港口各利益相关方的具体影响，尤其关注现有文献中代表性不足的中等规模港口，以揭示地方社会经济动态如何影响智慧港口倡议的成功与可持续性，为公共政策制定者、私营企业和港口当局投资数字港口转型提供相关见解。
