丁寶喜

智能船因?yàn)槠浣?jīng)濟(jì)成本更低、航行更安全、航運(yùn)更綠色而成為了其迅猛發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球貿(mào)易90%的貨物運(yùn)輸都是由遠(yuǎn)洋船舶完成的，國(guó)際航運(yùn)對(duì)世界經(jīng)濟(jì)的作用顯而易見(jiàn)。隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)在船舶大型化、智能化成為一種不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。同時(shí)，隨著人類(lèi)對(duì)海洋的進(jìn)一步探索，航海教育突破了先前的局限性，復(fù)合型海員的隊(duì)伍越來(lái)越龐大。在船舶和船員都越來(lái)越好的大背景下，無(wú)人船的發(fā)展為何能引起航運(yùn)界的廣泛關(guān)注？其迅猛發(fā)展背后的驅(qū)動(dòng)力究竟是什么？

經(jīng)濟(jì)成本更低

盈利，是航運(yùn)追求的最終目的。在這一目標(biāo)的導(dǎo)引下，航運(yùn)界的歷次革新和改變都有跡可循。4E級(jí)別集裝箱船舶的飛速發(fā)展，超大型油輪和散貨船的出現(xiàn)，以及經(jīng)濟(jì)航速的提出，都是特定時(shí)期下利潤(rùn)最大化引導(dǎo)航運(yùn)界帶來(lái)的改變。如今，海上自主水面船引爆航運(yùn)界的革命，背后也是“盈利”這一航運(yùn)終極目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)。

從廣義上講，航運(yùn)公司的人力成本包括船員成本和岸基管理人員的成本。從狹義上講，航運(yùn)公司的人力成本。船員成本，包括工資、加班費(fèi)、休假、撫恤、差旅、社會(huì)福利和事故保險(xiǎn)等費(fèi)用。同時(shí)，為了保持船舶的正常運(yùn)行，除了在船船員勞力成本，還需要兩到三倍待換班船員隨時(shí)保持待命，這些待命船員的工資和福利待遇對(duì)航運(yùn)公司來(lái)說(shuō)，也是一筆不小的開(kāi)銷(xiāo)。在過(guò)去幾十年里，隨著國(guó)際勞工組織和國(guó)際運(yùn)輸委員會(huì)對(duì)海員權(quán)益保護(hù)的日益關(guān)注，人力成本在航運(yùn)公司各項(xiàng)成本中比其他各項(xiàng)成本增加的都要快。來(lái)自世界海事大學(xué)的航運(yùn)經(jīng)濟(jì)專(zhuān)家馬碩教授指出：“對(duì)于許多航運(yùn)公司來(lái)說(shuō)，人力成本支出是在所有成本中支出最高的”。來(lái)自德路里 2007年報(bào)的數(shù)據(jù)顯示，2001年至2005年期間，散貨船、集裝箱船和超級(jí)油輪的人力成本支出在船舶日均運(yùn)營(yíng)成本中可達(dá)34%～50%。因此，減少人力成本可以為航運(yùn)公司帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。海上自主水面船的終極目標(biāo)，是要實(shí)現(xiàn)船舶上無(wú)船員配備、智能駕駛。跟傳統(tǒng)船舶相比，在節(jié)省人力成本支出方面，具有很大的優(yōu)勢(shì)。

表1 無(wú)人集裝箱船和雜貨船的燃油消耗節(jié)省對(duì)比

根據(jù)《2006國(guó)際勞工公約》的強(qiáng)制要求，船舶必須為船員配備滿(mǎn)足舒適性要求的居住艙室和娛樂(lè)場(chǎng)所，這一要求，導(dǎo)致船員的人均艙室面積增加；而隔音隔熱等要求導(dǎo)致的艙壁建造材料變重、空船重量增加。隨著技術(shù)的發(fā)展，完全自主化的水面船最終會(huì)出現(xiàn)。完全自主海上水面船，與傳統(tǒng)的船舶相比，集成各種的先進(jìn)技術(shù)，并由此帶來(lái)全新的船舶設(shè)計(jì)，具體如下：

1、無(wú)生活區(qū)及附屬的消防、救生設(shè)施；

2、駕室變小，并集成先進(jìn)的傳感器和深海導(dǎo)航系統(tǒng)；

3、機(jī)艙雙主機(jī)或者多主機(jī)布置，或者以石墨烯電池技術(shù)為代表的電池推進(jìn)改變傳統(tǒng)的推進(jìn)形式。

駕駛室和生活區(qū)的消失，使得生活污水處理系統(tǒng)、廚房、家具、倉(cāng)庫(kù)、通風(fēng)設(shè)施、救生艇筏等設(shè)備和屬具免除配備，從而使得船舶的貨物處所能更大，船舶單航次運(yùn)力得到增加。節(jié)省的生活區(qū)建造費(fèi)用，免除的生活污水處理系統(tǒng)及救生設(shè)備的初裝和維護(hù)費(fèi)用以及裝貨處所增加所帶來(lái)的運(yùn)力增加的紅利，綜合起來(lái)，效益極其可觀。盡管，各種先進(jìn)系統(tǒng)的集成，增加了海上自主水面船建造費(fèi)用。但不足于抵消上述經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)報(bào)道，“YARA Birkeland”建造成本達(dá)到了2500萬(wàn)美元，大約是同尺寸普通船舶的三倍。但是，由于純電力和無(wú)船員的設(shè)計(jì)，通過(guò)節(jié)省燃料費(fèi)用和配員費(fèi)用，“YARA Birkeland”每年可節(jié)省多達(dá)90%的運(yùn)營(yíng)成本。

另外，燃料費(fèi)用支出是船舶運(yùn)行航次成本里最大的一項(xiàng)。根據(jù)不同時(shí)期的油價(jià)和航次，燃料支出能占到航次成本里的40%～60%。完全自主化的海上自主水面船在減輕空船重量方面有很大優(yōu)勢(shì)。空船重量減輕，燃油消耗量也相應(yīng)下降。根據(jù)美國(guó)船級(jí)社（ABS）的能效管理指導(dǎo)手冊(cè)，每立方米的駕駛室相當(dāng)于70KG的空船重量，減輕1%的空船鋼材重量，可以減少0．34%的燃油消耗。以集裝箱船和雜貨船為例，假設(shè)船上沒(méi)有配備船員，相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表1。對(duì)集裝箱船來(lái)說(shuō)，駕駛室的消除使得船舶可以每天節(jié)省0．83噸燃油，相當(dāng)于375美元；對(duì)雜貨船來(lái)說(shuō)，每天能節(jié)省0．063噸的燃油，相當(dāng)于節(jié)省27美元/天。

根據(jù)中國(guó)船級(jí)社《智能船舶規(guī)范》，海上自主水面船具有智能航行和智能能效管理的功能。得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)對(duì)感知獲得的信息進(jìn)行分析和處理的能力，自主航行船舶可以對(duì)航路和航速進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。而關(guān)于提高能效管理方面，自主航行船舶通過(guò)對(duì)船舶航行狀態(tài)、耗能狀況的在線監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，對(duì)船舶能效狀況、航行及裝載狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，并通過(guò)大數(shù)據(jù)分析、數(shù)值分析及優(yōu)化技術(shù)，為船舶提供數(shù)據(jù)分析結(jié)果和輔助決策建議以提高船舶能效管理水平，進(jìn)而可以降低船舶燃油消耗成本。以“大智”輪的試航結(jié)果表明，智能系統(tǒng)均滿(mǎn)足技術(shù)設(shè)計(jì)要求，所有性能指標(biāo)達(dá)到或優(yōu)于預(yù)期。該船采用了高性能三葉槳和全球首臺(tái)滿(mǎn)足英國(guó)勞氏船級(jí)社和中國(guó)船級(jí)社智能船舶規(guī)范的“智能應(yīng)用機(jī)”WinGD W5X52，快速性表現(xiàn)良好，低油耗特點(diǎn)非常突出，實(shí)際海試測(cè)得服務(wù)航速下油耗低至17．67噸/天，相比母型船Green Dolphin 38800噸散貨船降低約3．6%。

表2 2011～2016航運(yùn)傷亡數(shù)據(jù)

航行更安全

安全，是航運(yùn)亙古不變的話(huà)題。航運(yùn)安全，包括船舶安全、人員安全和環(huán)境安全。雖然，與其他行業(yè)相比，海運(yùn)具有較好的安全記錄。但是，海運(yùn)界發(fā)生的大事故，往往都是災(zāi)難性的。1912年的“泰坦尼克”號(hào)事件，造成超過(guò)1500人喪生，促使了SOLAS公約的制定；1967年的“托利-堪庸”輪溢油事故，導(dǎo)致12萬(wàn)噸原油泄漏，造成英國(guó)南海岸、法國(guó)北海岸和荷蘭西海岸大面積污染；2018年1月發(fā)生在中國(guó)東海的“桑吉”輪事故，造成32名伊朗船員死亡。

隨著科技的進(jìn)步，船上設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)和可靠。但作為航運(yùn)重要因素的人，其可靠性卻未得到同比例提高。人為因素，世界海事大學(xué)人為因素研究專(zhuān)家保姆樂(lè)教授指出，60%～90%的海上事故由人為失誤造成。表2為來(lái)自歐洲海事局的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示在2011～2016年發(fā)生的1170件事故當(dāng)中，有60．5%是由人為失誤造成的。

以2018年1月發(fā)生在中國(guó)東海的“桑吉”輪事故為例，根據(jù)聯(lián)合調(diào)查組公布的調(diào)查報(bào)告，“兩船未按照《1972年國(guó)際海上避碰規(guī)則》第五條要求保持正規(guī)瞭望，且均未按照避碰規(guī)則第七條要求就碰撞危險(xiǎn)做出正確的判斷”是導(dǎo)致此次悲劇的原因。很顯然，這是一起由人為因素導(dǎo)致的特大事故。

顯然，在未來(lái)航運(yùn)中，盡可能消除人為因素在整個(gè)海運(yùn)環(huán)節(jié)中的比重，是提高航運(yùn)安全性的重要途徑。通過(guò)歐盟MUNIN項(xiàng)目驗(yàn)證結(jié)果，未來(lái)的海上自主水面船，在技術(shù)成熟可靠的前提下，通過(guò)配備先進(jìn)傳感器模塊、深海自主導(dǎo)航系統(tǒng)遠(yuǎn)程支持系統(tǒng)、機(jī)艙智能檢測(cè)和控制系統(tǒng)，消除或盡量降低人為失誤的發(fā)生頻率，最大限度的降低人為因素對(duì)航運(yùn)安全的影響。

同時(shí)，海上事故也經(jīng)常伴隨著人員傷亡。來(lái)自英國(guó)研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示，1976～2002年期間，海員的工傷事故率是其他行業(yè)的28倍之多。同樣，表2摘自歐洲海事局2017的年度報(bào)告，數(shù)據(jù)顯示，2011～2016年期間，總計(jì)有18655起事件報(bào)告，其中有16539起事故報(bào)告，5607人次受傷，600人死亡。

在上述人員傷亡數(shù)據(jù)中，海員傷亡占了4380人次，占比高達(dá)78%。居高不下的工傷事故率和不可預(yù)知的海盜風(fēng)險(xiǎn)，使得海員成為一種高風(fēng)險(xiǎn)的職業(yè)。隨著海上自主水面船的出現(xiàn)，會(huì)逐步降低在船海員的數(shù)量，直至高科技智能機(jī)器人完全替代海員從事這份高危行業(yè)。

根據(jù)中國(guó)船級(jí)社發(fā)布的《智能船舶規(guī)范》，海上自主水面船，配備船體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和航行輔助決策系統(tǒng)。船體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)涉及船體結(jié)構(gòu)安全的重要參數(shù)以及相關(guān)海洋環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這些參數(shù)包括但不限于船體結(jié)構(gòu)總縱強(qiáng)度、諸如大型集裝箱船貨艙口角隅等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)區(qū)域、船舶運(yùn)動(dòng)、船舶運(yùn)動(dòng)加速度、首部砰擊、海況數(shù)據(jù)和船舶航行參數(shù)等數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)輔助決策功能，不同的船型需要安裝足夠數(shù)量的不同類(lèi)型的傳感器。當(dāng)相應(yīng)參數(shù)超出報(bào)警值，輔助決策系統(tǒng)應(yīng)該能提供相應(yīng)操作的輔助決策。例如，在港裝卸貨物過(guò)程中，當(dāng)船體結(jié)構(gòu)應(yīng)力發(fā)生報(bào)警時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能夠給出是否繼續(xù)裝卸貨、調(diào)整裝卸貨艙及卸貨速度等操作指導(dǎo)。船體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和航行輔助決策系統(tǒng)的配備，可以使自主水面船探知潛在的各種風(fēng)險(xiǎn)，從而提高航行的安全性。

表3 IMO第三次溫室氣體研究報(bào)告數(shù)據(jù)

IMO第三次溫室氣體排放研究-CO2e排放

航運(yùn)更綠色

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前世界貿(mào)易海運(yùn)量的97%由排水量超過(guò)9億噸的8萬(wàn)艘船舶承擔(dān)，能耗約占世界總能耗的3%，造成的污染占全球污染的3%～7%。船舶航運(yùn)對(duì)環(huán)境的污染主要有冷卻水的污染、壓載水的污染、生活和衛(wèi)生用水的污染、船舶垃圾的污染和船舶廢氣的污染。以溫室氣體為例，根據(jù)IMO第三次溫室氣體研究報(bào)告提供的數(shù)據(jù)（表3），2007～2012期間，航運(yùn)板塊年平均分別貢獻(xiàn)了3．1%的CO2和2．8%的溫室氣體排放。

盡管在IMO及各方的努力下，國(guó)際航運(yùn)業(yè)通過(guò)引進(jìn)能效管理指數(shù)和能效管理計(jì)劃，以及清潔替代能源的使用，CO2排放下降了超過(guò)10%。但是，在替代能源出現(xiàn)之前，大幅度降低航運(yùn)板塊CO2的比例會(huì)變得越來(lái)越困難。而海上自主水面船的出現(xiàn)，成為綠色航運(yùn)的新希望。

首先，海上自主水面船集合綠色船舶技術(shù)。通過(guò)綜合分析正在建造或者測(cè)試的海上自主水面船，我們看到，無(wú)壓載水技術(shù)、全電力或者電池推進(jìn)技術(shù)和減阻設(shè)計(jì)等綠色船舶技術(shù)集合體現(xiàn)在海上自主水面船上。具體仍以挪威在建項(xiàng)目“Yara Birkeland”號(hào)為例，通過(guò)無(wú)壓載水設(shè)計(jì)，減少壓載水中外來(lái)物種的入侵對(duì)全球性的海洋健康造成的巨大傷害；通過(guò)使用全電力推進(jìn)，節(jié)省了燃油，減少了碳氧化物和氮氧化物的排放；通過(guò)全新船體設(shè)計(jì)，減輕船舶阻力和空船質(zhì)量，降低燃油消耗，提高能效管理指數(shù)。據(jù)報(bào)道，“Yara Birkeland”號(hào)在其整個(gè)生命周期內(nèi)將不燃燒化石燃料，而是在裝卸過(guò)程中使用挪威清潔水力發(fā)電的能量進(jìn)行充電，其可以每年減少700噸的二氧化碳排放。

同時(shí)，海上自主水面船的出現(xiàn)，使船體結(jié)構(gòu)和船載設(shè)備發(fā)生了巨大變化。與傳統(tǒng)船舶相比，未來(lái)海上自主水面船在提升能效管理方面，有很大提升空間。來(lái)自摩洛哥卡薩布蘭卡大學(xué)的Abdelmoula教授團(tuán)隊(duì)，通過(guò)詳細(xì)的采樣和計(jì)算，給出了如表4的詳細(xì)數(shù)據(jù)。

表4 船載設(shè)備功率及潛在溫室氣體減排收益

通過(guò)數(shù)據(jù)可知，單從設(shè)備減少方面來(lái)分析，海上自主水面船在節(jié)能減排方面效果明顯。如果再集合先進(jìn)技術(shù)帶來(lái)的節(jié)能減排效益，海上自主水面船作為綠色航運(yùn)的新希望，值得期待。