陸悅銘 詹海東 劉秋林 金佳樂

備受關(guān)注的全球首艘120 TEU無人駕駛、純電力推進(jìn)集裝箱船“雅苒伯克蘭”（YARA BIRKELAND）輪（見圖1）在2021年年底開始其處女航。她的最大亮點(diǎn)是純電動(dòng)，以及將來實(shí)施無人駕駛技術(shù)，在保證船舶節(jié)能減排的同時(shí)，利用安裝于船舶的全球定位系統(tǒng)、激光雷達(dá)、AIS、攝像機(jī)和傳感器等部件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝貨、自行離泊、在航道中的自主航行和自動(dòng)避讓、到達(dá)終點(diǎn)時(shí)的自行靠泊和自動(dòng)卸貨。讓我們一起回顧其建造進(jìn)程。

一、建造背景

挪威化肥巨頭雅苒國際集團(tuán)（YARA INTERNATIONAL，簡稱“雅苒”）是一家跨國企業(yè)，同時(shí)也是世界上大型化肥生產(chǎn)商之一，在全球50多個(gè)國家和地區(qū)進(jìn)行化肥生產(chǎn)與銷售，保障了全球3億多人的糧食需求，年?duì)I業(yè)額達(dá)620億挪威克朗（1挪威克朗約合人民幣0.75元）。其秉持的企業(yè)理念是盡職盡責(zé)地哺育世界和保護(hù)地球。雅苒在挪威的波爾斯格倫有化肥生產(chǎn)工廠，但是必須用卡車運(yùn)輸至深海港拉維克港（Larvik，有7 n mile）和布雷維克港（Brevik，有30 n mile），才能裝船后運(yùn)往亞洲的中國、南美的巴西等國家，如圖2所示。每年約有40 000趟柴油動(dòng)力卡車的陸上化肥運(yùn)輸往返于波爾斯格倫至拉維克港或布雷維克港，除了在人口密集地區(qū)產(chǎn)生不少廢氣污染妨害居民健康外，也可能在都市公路行駛中造成交通擁堵或意外。

圖2 化肥廠到兩個(gè)深海港航線圖

康斯博格集團(tuán)（KONGSBERG GRUPPEN，簡稱“康斯博格”）是一家總部位于挪威的大型跨國公司，是挪威領(lǐng)頭科技企業(yè)之一，也是全球領(lǐng)先的海事技術(shù)公司，始創(chuàng)于1814年，專注于為石油和天然氣行業(yè)、海上船舶行業(yè)、軍事國防、可再生能源及電力供應(yīng)行業(yè)、航空行業(yè)等領(lǐng)域提供高新技術(shù)系統(tǒng)與解決方案，在物聯(lián)網(wǎng)、智能數(shù)據(jù)、人工智能、海事模擬、自動(dòng)化和自主作業(yè)等領(lǐng)域具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，在全球30個(gè)國家和地區(qū)有近50個(gè)分公司，擁有約10 000名員工。在海事領(lǐng)域，康斯博格在1969年向一艘貨船提供了世界上第一套計(jì)算機(jī)雷達(dá)系統(tǒng)，這套雷達(dá)系統(tǒng)有自動(dòng)標(biāo)繪功能，可以計(jì)算所追蹤船舶的航向、航速、兩者最近會(huì)遇點(diǎn)和時(shí)間，從而評(píng)估是否存在碰撞危險(xiǎn)。自1977年起，又交付了多項(xiàng)海事技術(shù)創(chuàng)新成果，包括1977年交付的第一套動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)以及1996年的第一套水下無人潛航器……

當(dāng)雅苒提出建造一艘小型、全自動(dòng)、零污染的集裝箱船用于化肥廠到港口的化肥運(yùn)輸計(jì)劃后，與擅長這個(gè)領(lǐng)域，已經(jīng)積累了數(shù)十年經(jīng)驗(yàn)，在無人潛水器、無人水面艦艇和海洋機(jī)器人方面有創(chuàng)新紀(jì)錄的康斯博格尤其吻合，于是雙方一拍即合，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合了。

二、簽訂“雅苒伯克蘭”輪建造協(xié)議

2017年5月9日，雅苒和康斯博格共同宣布，雙方將聯(lián)合建造“雅苒伯克蘭”輪，這是世界上第一艘全電力推進(jìn)、自主航行的集裝箱船，且實(shí)現(xiàn)零排放。該船最初計(jì)劃是在2018年下半年晚些時(shí)候作為有人船操縱，到2019年轉(zhuǎn)為遙控操縱，從2020年開始能夠執(zhí)行完全自主航行和操縱。除了電力驅(qū)動(dòng)、電池和推進(jìn)控制系統(tǒng)外，康斯博格還負(fù)責(zé)開發(fā)和交付該集裝箱船所有關(guān)鍵技術(shù)，包括遠(yuǎn)程和自主操縱所需的傳感器和集成。

2017年9月28日，挪威國有石油和能源企業(yè)為了支持“雅苒伯克蘭”輪的建造，決定提供的1.336億挪威克朗的資金支持。

2018年8月15日，康斯博格在挪威特種船設(shè)計(jì)與建造商的布雷維克船廠宣布，全球最大的化肥制造商雅苒已經(jīng)與船廠簽署了價(jià)值2.5億挪威克朗建造合同。在建造合同簽署之后，“雅苒伯克蘭”輪將很快開始建造。船體建造工作由羅馬尼亞船廠建造，最終將由雷維克船廠在2020年第一季度完成交付。挪威首相埃爾娜·索爾貝格女士出席了造船合同簽約儀式，見圖3。首相在簽約儀式上致辭：“這是挪威企業(yè)攜手創(chuàng)造新解決方案和綠色工程的良好范例。雅苒、康斯博格和挪威特種船設(shè)計(jì)與建造商基于他們各自在技術(shù)、物流和造船方面的知識(shí)，共同致力于實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造可持續(xù)創(chuàng)新的愿景。這個(gè)項(xiàng)目將帶動(dòng)更多與此相似的令人振奮的先鋒項(xiàng)目。我為挪威政府通過挪威國有石油和能源企業(yè)為‘雅苒伯克蘭’號(hào)的開發(fā)提供資金支持感到自豪，同時(shí)我祝愿造船工程順利圓滿完成?！?/p>

三、船名、船舶尺度和主要設(shè)備

“雅苒伯克蘭”輪曾被業(yè)內(nèi)人士稱作“海上特斯拉”，以雅苒國際集團(tuán)（YARA INTERNATIONAL）中的“YARA”、挪威科學(xué)家（Kristian Birkeland）名字中的“BIRKELAND”（Kristian Birkeland）在1896年提出，當(dāng)?shù)厍虼艌?chǎng)將來自太陽的帶電微粒導(dǎo)向南北兩極時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生極光。對(duì)于極光的現(xiàn)代理論而言，這無疑是一項(xiàng)突破性創(chuàng)見）組合在一起命名為“YARA BIRKELAND”。該船長79.5 m，型寬14.8 m，型深12 m，滿載吃水6 m，空載吃水3 m，可裝載120 TEU，3 200 DWT。出于安全、節(jié)能、環(huán)保的考慮和化肥廠到拉維克港只有7 n mile，到布雷維克港只有30 n mile，該輪正常航速僅僅是6 kn，最高航速是13 kn，遠(yuǎn)低于一般的集裝箱船。該輪按照無人船的模式設(shè)計(jì)，沒有傳統(tǒng)的船員生活區(qū)和駕駛室，但是目前是作為由船上的船員進(jìn)行操縱或應(yīng)急操縱而設(shè)計(jì)的，還有駕駛室。接著實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，最后逐步過渡到完全自主的運(yùn)作。該輪的機(jī)艙已被8個(gè)電池艙所取代，電池容量6.8 MV時(shí)，提供航次所需的電能并且有盈余。

挪威BRUNVOLL公司提供2臺(tái)900 kW的吊艙式推進(jìn)器和2臺(tái)700 kW的船艏隧道式側(cè)推器，確保該船在沒有拖船的協(xié)助也能實(shí)現(xiàn)平行離泊或靠泊。瑞士的勒克朗歇公司，作為其電池合作伙伴和定制船舶儲(chǔ)能解決方案供應(yīng)商。芬蘭的麥基嘉公司提供自動(dòng)系泊系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在沒有人為干預(yù)情況下的船舶系離泊作業(yè)，見圖4、圖5、圖6。芬蘭的卡爾瑪公司提供為港口、碼頭、倉庫貨物裝卸的解決方案和服務(wù)，包括自動(dòng)化的化肥裝入集裝箱、集裝箱搬運(yùn)及裝卸等設(shè)備所需要的全部關(guān)鍵技術(shù)和控制系統(tǒng)。中遠(yuǎn)海運(yùn)的“大吉”輪運(yùn)輸了該“無人集裝箱船”項(xiàng)目的碼頭核心設(shè)備——全自動(dòng)化軌道吊。

四、“雅苒伯克蘭”輪項(xiàng)目推進(jìn)過程

2017年5月宣布建造“雅苒伯克蘭”輪之后，挪威設(shè)計(jì)和工程公司Marin Teknikk開始設(shè)計(jì)。首先是設(shè)計(jì)并建造了“雅苒伯克蘭”輪的模型船，模型船船長6 m，重2.4 t，從2021年9月29日開始在挪威科技工業(yè)研究院的水池中進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，見圖7。

2018年4月7日，挪威航運(yùn)巨頭威爾森集團(tuán)和康斯博格宣布，將建立全球首家無人船航運(yùn)公司“Massterly”，計(jì)劃通過新公司為“雅苒伯克蘭”輪提供完整的價(jià)值鏈服務(wù)，涵蓋設(shè)計(jì)、開發(fā)、控制系統(tǒng)、物流服務(wù)和船舶運(yùn)營。新公司將建立陸基控制中心，來監(jiān)測(cè)和運(yùn)營挪威和其他國家的無人船。

2018年8月15日，備受矚目的全球首艘零排放全自動(dòng)集裝箱船“雅苒伯克蘭”輪進(jìn)入建造階段，于2020年第一季度交付使用。

2020年2月，“雅苒伯克蘭”輪船體在羅馬尼亞的船廠完工。因相關(guān)的設(shè)計(jì)和設(shè)備布置比預(yù)想的復(fù)雜，5月才拖到挪威雷維克船廠進(jìn)行下一步的舾裝，安裝各種控制和導(dǎo)航系統(tǒng)并進(jìn)行交付前的各種測(cè)試，見圖8。

圖8 “雅苒伯克蘭”輪船體從羅馬尼亞拖往挪威雷維克船廠

2020年6月，由于新冠肺炎疫情影響和全球前景的變化，雅苒曾宣布暫?！把跑鄄颂m”輪的開發(fā)項(xiàng)目，并決定與其合作伙伴一起評(píng)估下一步的工作。不久，雅苒和康斯博格又開始“雅苒伯克蘭”輪的開發(fā)。作為過渡方案，雷維克船廠在“雅苒伯克蘭”輪船艏布置了一個(gè)簡易的駕駛室，用于必要時(shí)的人工操縱或干預(yù)、應(yīng)急操縱，并于2020年11月24日移交給雅苒，見圖9。雅苒的部門負(fù)責(zé)人表示，現(xiàn)在看到的駕駛室是臨時(shí)布置的，待船上所有工作完成后就會(huì)拆除;將進(jìn)一步開發(fā)“雅苒伯克蘭”輪的各個(gè)項(xiàng)目，康斯博格將實(shí)施各種自主功能，然后將對(duì)該船進(jìn)行商業(yè)和交通測(cè)試，會(huì)在2021年的某個(gè)時(shí)候——并且可能在年底前開始運(yùn)營。

“雅苒伯克蘭”輪通過大量的交通測(cè)試和設(shè)備的調(diào)整，于2021年11月19日開啟其前往挪威首都奧斯陸的處女航。總理喬納斯·加爾·斯托爾與漁業(yè)和海洋政策部長比約納爾·斯凱蘭參觀了“雅苒伯克蘭”輪。雅苒首席執(zhí)行官霍爾塞特表示，現(xiàn)在將開始為期兩年的技術(shù)測(cè)試期，該技術(shù)最終將使該船自主航行，并最終被認(rèn)證為一艘自主的全電動(dòng)集裝箱船。

挪威近海管理局位于布雷維克港的船舶交通管理系統(tǒng)覆蓋了“雅苒伯克蘭”輪的整個(gè)正常航行水域。雅苒在波爾斯格倫基地、康斯博格設(shè)立專門的“雅苒伯克蘭”輪運(yùn)營控制中心（見圖10），負(fù)責(zé)處理船舶狀態(tài)監(jiān)測(cè)、運(yùn)營監(jiān)督、決策支援，船舶及其周圍環(huán)境的監(jiān)測(cè)、緊急情況和特殊情況處理，以及與安全相關(guān)的方方面面。

由于實(shí)現(xiàn)船舶自動(dòng)裝貨、自行離泊、在航道中的自主航行和自動(dòng)避讓障礙物及船舶、到達(dá)終點(diǎn)站時(shí)的自行靠泊和自動(dòng)卸貨非常復(fù)雜，所以計(jì)劃一再推遲。盡管如此，一波三折后的“雅苒伯克蘭”輪還是翩然而至。