智慧港口聚力数字技术创新未来******

　　作为联通全球经济的重要基础性行业，航运业承担着全世界90%以上的贸易运输。一方面，百年变局叠加世纪疫情，航运业面临多重挑战，数字化成为实现降本增效的必然选择；另一方面，航运业拥有丰富的数字化场景资源，通过智慧港口建设赋能航运业，数字技术也迸发出巨大的新活力。在航运业与数字技术深度融合的大趋势下，筑牢智慧港口数字底座成为业界共识。

　　构建智能水平运输系统

　　在建成全球首个“智慧零碳”码头的天津港，一辆辆智能水平运输机器人正在井然有序地装卸货物；码头调度室的大屏上，一组组数据显示着当前码头的运转情况。工作人员介绍说，码头以前是力气活，大型设备上、码头边、集卡车里都需要人。现在整个码头装卸作业基本看不到人了，全是自动化操作。

　　据天津港第二集装箱码头有限公司总经理杨荣介绍，“智慧零碳”码头项目建设过程中遇到的最大现实需求与挑战来自于水平运输系统。在扇形水平运输的工艺下，会人为形成复杂交通流的路口，甚至可能会出现八向车流在同一路口交汇的情况，需要基于所有的多任务的优先级路线分配以及交通流量的全分配。此外，包括人机交互区域的安全问题、缓冲区并行的交通控制和车路协同问题等，都成为自动化集装箱码头破局的关键。

　　为了解决这些问题，天津港携手华为打造了首个面向L4级无人驾驶的智能水平运输系统，有效解决了交通过程中出现的解耦等问题。此外，这一系统还面向不同供应商的无人驾驶产品提供了良好的兼容性。目前这一系统已安全稳定运行了长达一年的时间，运达数与可靠性都达到了国际先进水平。

　　在全球单体规模最大、智能化程度最高的集装箱码头——上海洋山港四期自动化码头，操作员在百公里外推动手柄即可操控码头桥吊、轨道吊等设施，时延仅为百微秒。这是上港集团联合华为首次将F5G（第五代固定网络）技术应用在港口超远程控制作业场景，实现智慧港口运营模式升级。

　　“远程操控系统已经成为港口改造的重要组成部分，F5G技术的出现恰逢其时地解决了港口的远程操控问题。”上港集团哪吒港航智慧科技（上海）有限公司总经理黄桁介绍，“通过首次在港口应用F5G技术，我们搭建了整个港口的全光网高速公路，使得设备时延降到微秒级，未来这个高速公路将不仅仅提供远程操控，也将承载数据管理与传输等重要工作，为大规模的计算和新技术的应用提供广阔的平台。”

　　华为公路水运口岸智慧化军团CTO岳坤表示，没有人再怀疑新建码头要做自动化和智能化，现有码头的自动化和智能化改造也提上日程，水平运输的自动化则是当前自动化码头建设或改造中的重点和难点。随着5G和无人驾驶技术的日益成熟，加之港口又是典型的封闭和低速运营场景，因此利用5G网络+无人驾驶IGV（智能导引车）来实现港口的水平运输自动化就成为集装箱码头全流程自动化作业建设的行业趋势。

　　夯实智慧港口安全基石

　　随着航运业积极开展数字化转型，安防、远程控制、水平运输、业务协同等行业应用与联接、云、计算、AI、5G等ICT（信息与通信）技术正加速走向协同，ICT基础设施已逐步成为港航企业的核心生产系统之一。

　　在业界专家看来，要实现全球航运业数字化转型，依然面临不少挑战，其中之一是大数据互联互通问题。在整个航运业营运过程中会产生大量数据，但是各方信息系统差异较大，存在“不愿共享、不会共享、不敢共享”等顾虑，目前还无法实现更有效的数据交换与联通。更为重要的是数字化的网络安全问题。从2017年马士基受到网络攻击开始，航运业就成为网络攻击的重点目标。虽然整个行业对此关注度很高，也投入了不少成本和精力，但伴随着数字化加速，网络攻击的风险也在增加，亟须夯实安全基石。

　　据杨荣介绍，为了进一步提升可靠性与安全性，天津港“智慧零碳”码头项目采用了华为提供的数据底座，整个云平台以及设施和管理的相关数据都会汇集到数据库里，通过云与数据底座拉通数据，支撑所有不同的系统正常运转。在真实的攻防演练行动中，码头的主机被列为攻击目标，在长达15年的模拟真实攻击时长中都未出现被攻破的情况，这一系统的可靠性与安全性甚至优于一些银行和医院，其数据安全性可见一斑。

　　“由于自动化码头的远程操控时延要求非常低，如果为安全问题增加一些标准与规则可能会严重影响到生产效率。”黄桁表示，如今在F5G智简全光网的部署与实施下，不仅能够天然免疫ARP攻击（局域网最常见的一种攻击方式），也加快了信息连接传输过程中加密解密的速度。

　　值得注意的是，根技术安全是筑牢智慧港口数字底座的应有之义。对此，岳坤认为，要用先进替代先进。第一个先进指技术领先，第二个先进指先进来这个领域。经过这几年持续的研发投入，华为可以提供全栈先进的自主可控方案，包括鲲鹏、欧拉、高斯等系列软硬件自主可控平台，已经在各行业得到广泛的应用。据工信部的数据，仅欧拉操作系统就装机超过了170万台服务器。华为与山东港、上海港、中运海运等港航企业已经在安全防护、国产化、人工智能算力中心等方面开始探索，助力港航企业打造全栈安全的数智基座。

　　引领智慧航运创新未来

　　在近日举行的“ICT新技术使能智慧港口，释放行业数字生产力”论坛上，交通运输部水运局副局长柳鹏表示，随着新一轮科技革命和产业变革的深入发展，未来五年是加快建设世界一流港口的关键时期，也是重要机遇期。

　　面对重大产业机遇，今年1月国家发改委印发的《“十四五”现代流通体系建设规划》提出，全面推动智能航运建设，打造智慧港口，提升港口装卸、转场、调度等作业效率。国内各大港口也加快了转型升级步伐。据杨荣介绍，今年10月，天津港“智慧零碳”码头吞吐量突破了100万标准箱，打造的“中运海运天秤座”号集装箱货轮，船时效率达到了一年百万标准箱，今年即可实现当年投产当年盈利。洋山港四期自动化码头相关技术负责人也透露，未来将建立全域智能化管控系统，将云计算、大数据、人工智能等技术手段结合起来，实现安全监督更精准、设备维保更智能、生产作业更高效、港口生产更环保，真正推进自动化码头向智慧化码头落实落地。

　　今年8月18日，“智慧港口全球创新实验室”在天津揭牌。这个由华为、天津港等行业头部企业与多家知名高校、科研院所联合成立的创新实验室，将打造从“技术攻关”到“应用落地验证”及“商业价值”产学研用的完整闭环，推动港口产业数字化创新。“目的是打造一个行业连接器，通过这个实验室，我们希望能共同解决行业的难题，形成行业的标准，树立行业的样板，共同做强做大智慧港口。”岳坤表示。

　　日前举行的2022华为全联接大会期间，华为还发布了智能闸口、智能理货、F5G远控自动化等智慧港口解决方案及5G智能单兵、察打一体融合指挥等智慧口岸方案。

　　“当前，数字化、智能化已经成为各个行业的趋势。将数字技术与基础设施相融合，推进新型基础设施建设，是推动行业发展的重要路径。”华为公路水运口岸智慧化军团CEO马悦表示，“未来，华为公路水运口岸智慧化军团将持续加强在联接、计算、人工智能等领域的投入，在技术架构和工程实现上持续创新，与行业客户、伙伴一起，聚焦智慧港口ICT新技术应用，释放数字生产力。”（经济参考报记者 吴蔚）

诺奖问答| 2022 年诺贝尔化学奖授予点击化学和生物正交化学，有哪些信息值得关注？******

　　相比起今年诺贝尔生理学或医学奖、物理学奖的高冷，今年诺贝尔化学奖其实是相当接地气了。

　　你或身边人正在用的某些药物，很有可能就来自他们的贡献。

　　2022 年诺贝尔化学奖因「点击化学和生物正交化学」而共同授予美国化学家卡罗琳·贝尔托西、丹麦化学家莫滕·梅尔达、美国化学家巴里·夏普莱斯（第5位两次获得诺贝尔奖的科学家）。

　　一、夏普莱斯：两次获得诺贝尔化学奖

　　2001年，巴里·夏普莱斯因为「手性催化氧化反应[1] [2] [3]」获得诺贝尔化学奖，对药物合成（以及香料等领域）做出了巨大贡献。

　　今年，他第二次获奖的「点击化学」，同样与药物合成有关。

　　1998年，已经是手性催化领军人物的夏普莱斯，发现了传统生物药物合成的一个弊端。

　　过去200年，人们主要在自然界植物、动物，以及微生物中能寻找能发挥药物作用的成分，然后尽可能地人工构建相同分子，以用作药物。

　　虽然相关药物的工业化，让现代医学取得了巨大的成功。然而随着所需分子越来越复杂，人工构建的难度也在指数级地上升。

　　虽然有的化学家，的确能够在实验室构造出令人惊叹的分子，但要实现工业化几乎不可能。

　　有机催化是一个复杂的过程，涉及到诸多的步骤。

　　任何一个步骤都可能产生或多或少的副产品。在实验过程中，必须不断耗费成本去去除这些副产品。

　　不仅成本高，这还是一个极其费时的过程，甚至最后可能还得不到理想的产物。

　　为了解决这些问题，夏普莱斯凭借过人智慧，提出了「点击化学（Click chemistry）」的概念[4]。

　　点击化学的确定也并非一蹴而就的，经过三年的沉淀，到了2001年，获得诺奖的这一年，夏普莱斯团队才完善了「点击化学」。

　　点击化学又被称为“链接化学”，实质上是通过链接各种小分子，来合成复杂的大分子。

　　夏普莱斯之所以有这样的构想，其实也是来自大自然的启发。

　　大自然就像一个有着神奇能力的化学家，它通过少数的单体小构件，合成丰富多样的复杂化合物。

　　大自然创造分子的多样性是远远超过人类的，她总是会用一些精巧的催化剂，利用复杂的反应完成合成过程，人类的技术比起来，实在是太粗糙简单了。

　　大自然的一些催化过程，人类几乎是不可能完成的。

　　一些药物研发，到了最后却破产了，恰恰是卡在了大自然设下的巨大陷阱中。

　　　夏普莱斯不禁在想，既然大自然创造的难度，人类无法逾越，为什么不还给大自然，我们跳过这个步骤呢？

　　大自然有的是不需要从头构建C-C键，以及不需要重组起始材料和中间体。

　　在对大型化合物做加法时，这些C-C键的构建可能十分困难。但直接用大自然现有的，找到一个办法把它们拼接起来，同样可以构建复杂的化合物。

　　其实这种方法，就像搭积木或搭乐高一样，先组装好固定的模块（甚至点击化学可能不需要自己组装模块，直接用大自然现成的），然后再想一个方法把模块拼接起来。

　　诺贝尔平台给三位化学家的配图，可谓是形象生动[5] [6]：

　　夏普莱斯从碳-杂原子键上获得启发，构想出了碳-杂原子键（C-X-C）为基础的合成方法。

　　他的最终目标，是开发一套能不断扩展的模块，这些模块具有高选择性，在小型和大型应用中都能稳定可靠地工作。

　　「点击化学」的工作，建立在严格的实验标准上：

　　反应必须是模块化，应用范围广泛

　　具有非常高的产量

　　仅生成无害的副产品

　　反应有很强的立体选择性

　　反应条件简单(理想情况下，应该对氧气和水不敏感)

　　原料和试剂易于获得

　　不使用溶剂或在良性溶剂中进行(最好是水)，且容易移除

　　可简单分离，或者使用结晶或蒸馏等非色谱方法，且产物在生理条件下稳定

　　反应需高热力学驱动力（>84kJ/mol）

　　符合原子经济

　　夏尔普莱斯总结归纳了大量碳-杂原子，并在2002年的一篇论文[7]中指出，叠氮化物和炔烃之间的铜催化反应是能在水中进行的可靠反应，化学家可以利用这个反应，轻松地连接不同的分子。

　　他认为这个反应的潜力是巨大的，可在医药领域发挥巨大作用。

　　二、梅尔达尔：筛选可用药物

　　夏尔普莱斯的直觉是多么地敏锐，在他发表这篇论文的这一年，另外一位化学家在这方面有了关键性的发现。

　　他就是莫滕·梅尔达尔。

　　梅尔达尔在叠氮化物和炔烃反应的研究发现之前，其实与“点击化学”并没有直接的联系。他反而是一个在“传统”药物研发上，走得很深的一位科学家。

　　为了寻找潜在药物及相关方法，他构建了巨大的分子库，囊括了数十万种不同的化合物。

　　他日积月累地不断筛选，意图筛选出可用的药物。

　　在一次利用铜离子催化炔与酰基卤化物反应时，发生了意外，炔与酰基卤化物分子的错误端（叠氮）发生了反应，成了一个环状结构——三唑。

　　三唑是各类药品、染料，以及农业化学品关键成分的化学构件。过去的研发，生产三唑的过程中，总是会产生大量的副产品。而这个意外过程，在铜离子的控制下，竟然没有副产品产生。

　　2002年，梅尔达尔发表了相关论文。

　　夏尔普莱斯和梅尔达尔也正式在“点击化学”领域交汇，并促使铜催化的叠氮-炔基Husigen环加成反应（Copper-Catalyzed Azide–Alkyne Cycloaddition），成为了医药生物领域应用最为广泛的点击化学反应。

　　三、贝尔托齐西：把点击化学运用在人体内

　　不过，把点击化学进一步升华的却是美国科学家——卡罗琳·贝尔托西。

　　虽然诺奖三人平分，但不难发现，卡罗琳·贝尔托西排在首位，在“点击化学”构图中，她也在C位。

　　诺贝尔化学奖颁奖时，也提到，她把点击化学带到了一个新的维度。

　　她解决了一个十分关键的问题，把“点击化学”运用到人体之内，这个运用也完全超出创始人夏尔普莱斯意料之外的。

　　这便是所谓的生物正交反应，即活细胞化学修饰，在生物体内不干扰自身生化反应而进行的化学反应。

　　卡罗琳·贝尔托西打开生物正交反应这扇大门，其实最开始也和“点击化学”无关。

　　20世纪90年代，随着分子生物学的爆发式发展，基因和蛋白质地图的绘制正在全球范围内如火如荼地进行。

　　然而位于蛋白质和细胞表面，发挥着重要作用的聚糖，在当时却没有工具用来分析。

　　当时，卡罗琳·贝尔托西意图绘制一种能将免疫细胞吸引到淋巴结的聚糖图谱，但仅仅为了掌握多聚糖的功能就用了整整四年的时间。

　　后来，受到一位德国科学家的启发，她打算在聚糖上面添加可识别的化学手柄来识别它们的结构。

　　由于要在人体中反应且不影响人体，所以这种手柄必须对所有的东西都不敏感，不与细胞内的任何其他物质发生反应。

　　经过翻阅大量文献，卡罗琳·贝尔托西最终找到了最佳的化学手柄。

　　巧合是，这个最佳化学手柄，正是一种叠氮化物，点击化学的灵魂。通过叠氮化物把荧光物质与细胞聚糖结合起来，便可以很好地分析聚糖的结构。

　　虽然贝尔托西的研究成果已经是划时代的，但她依旧不满意，因为叠氮化物的反应速度很不够理想。

　　就在这时，她注意到了巴里·夏普莱斯和莫滕·梅尔达尔的点击化学反应。

　　她发现铜离子可以加快荧光物质的结合速度，但铜离子对生物体却有很大毒性，她必须想到一个没有铜离子参与，还能加快反应速度的方式。

　　大量翻阅文献后，贝尔托西惊讶地发现，早在1961年，就有研究发现当炔被强迫形成一个环状化学结构后，与叠氮化物便会以爆炸式地进行反应。

　　2004年，她正式确立无铜点击化学反应（又被称为应变促进叠氮-炔化物环加成），由此成为点击化学的重大里程碑事件。

　　贝尔托西不仅绘制了相应的细胞聚糖图谱，更是运用到了肿瘤领域。

　　在肿瘤的表面会形成聚糖，从而可以保护肿瘤不受免疫系统的伤害。贝尔托西团队利用生物正交反应，发明了一种专门针对肿瘤聚糖的药物。这种药物进入人体后，会靶向破坏肿瘤聚糖，从而激活人体免疫保护。

　　目前该药物正在晚期癌症病人身上进行临床试验。

　　不难发现，虽然「点击化学」和「生物正交化学」的翻译，看起来很晦涩难懂，但其实背后是很朴素的原理。一个是如同卡扣般的拼接，一个是可以直接在人体内的运用。

「　　点击化学」和「生物正交化学」都还是一个很年轻的领域，或许对人类未来还有更加深远的影响。（宋云江）

　　参考

　　https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2001/press-release/

　　Pfenninger, A. Asymmetric Epoxidation of Allylic Alcohols: The Sharpless Epoxidation[J]. Synthesis, 1986, 1986(02):89-116.

　　Rao A S . Addition Reactions with Formation of Carbon–Oxygen Bonds: (i) General Methods of Epoxidation - ScienceDirect[J]. Comprehensive Organic Synthesis, 1991, 7:357-387.

　　Kolb HC, Finn MG, Sharpless KB. Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions. Angew Chem Int Ed Engl. 2001 Jun 1;40(11):2004-2021.

　　https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/popular-chemistryprize2022.pdf

　　https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/advanced-chemistryprize2022.pdf

　　Demko ZP, Sharpless KB. A click chemistry approach to tetrazoles by Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition: synthesis of 5-acyltetrazoles from azides and acyl cyanides. Angew Chem Int Ed Engl. 2002 Jun 17;41(12):2113-6. PMID: 19746613.