羅·羅公司的模塊化船舶設計

祁 斌

近年來，隨著國際海事組織（IMO）相繼推出目標型新船建造標準（GBS）、能效設計指數（EEDI），以及未來所要滿足的Tier III關于氣體排放的要求等一系列新標準、新規范，加之船東對于燃油成本的考慮，未來船舶的設計建造向節能減排方向發展已成為大勢所趨。

羅爾斯·羅伊斯公司（羅·羅公司）自上世紀70年代中期就開始研發各種船型（主要為海洋工程船），并將自身的各種船舶動力系統產品結合到船型設計當中，從而實現結構優化、節能、高效的目標。目前，羅·羅公司在船舶設計方面采用了創新的模塊化理念，即將船體分為船首、上層建筑和中間貨運區三個部分，其中，中間部分可以根據船東需求靈活更換為不同船型。

這三個部分中，最有特色的是其穿浪型垂直船首。這是羅·羅公司和挪威大學花費五六年時間共同研發的成果，與傳統的球鼻艏相比，穿浪型船首能夠使船舶所受阻力降低8%～10%。此外，羅·羅公司還開發了創新的Promas整合型槳舵推進系統，使“舵槳合一”，并可靈活采用單機單槳和雙機雙槳兩種不同的配置，有望使船舶的效率提高4%～9%。其中，Promas系統的舵球可引導水流流向，提高推進效率；舵邊采用扭曲設計，可大幅提高機動性；其中的螺旋槳為“拉式”槳，槳葉向前，可有效降低繞流阻力。據統計，如果一艘船舶采用羅·羅的Promas整合型槳舵推進系統、穿浪型垂直船首，以及其他各種優化方案，則該船的整體效能可得到大幅提高，從而使船舶的溫室氣體排放量減少40%左右。

環保船舶的設計理念

羅·羅公司在海工市場上的卓越表現一直以來都不為人陌生，而在潛力更巨大的商船設計市場上卻是最近才起步。不過，起步晚并不代表技術落后，恰恰相反，羅·羅公司利用其多年的動力系統研發經驗以及雄厚的技術儲備，在商船的開發設計上直接進入了LNG燃料時代，推出了“環保船舶”（Environship）設計理念，并于挪威奧斯陸舉行的2011年度挪威國際船舶和航運展覽會（NorShipping）上榮獲著名的“新一代船舶獎”。據葉雷稱：“Environship將徹底改變商用船舶海運市場的現狀，能在大大降低燃料消耗和排放的同時，改善海上運輸的效能”。

2011年10月，羅·羅公司獲得首份Environship訂單，船東為挪威運輸公司Nor Lines AS，從而宣告了世界首艘純天然氣推進多功能遠洋運輸船的誕生。此次訂單為兩艘NVC405型多功能運輸船，該型船除了采用羅·羅公司自己的Bergen B系列LNG發動機外，還結合了已獲得專利的穿浪型垂直船首設計，以及Promas整合型槳舵推進系統，可有效改善船舶整體性能，提升高達18%以上的燃料效率。此外，這種設計還兼具眾多環保優勢，其中包括可實質性消除SOX，CO2排放則比同類船舶減少40%以上，從而滿足計劃于2016年生效的IMO Tier III對于排放的要求。Environship的主要技術特點如下：

●采用Bergen B系列稀薄燃燒燃氣發動機（應用于Environship理念），其CO2排放量相比柴油發動機，每功率單位減少約17%，NOX排放減少約90%，SOX排放幾乎為零。

●采用創新的Promas整合型槳舵推進系統，可將船舶的效率提高5%～8%。

●采用創新型垂直船首設計和船體線型，可減少8%的阻力，從而進一步降低了燃料消耗和廢氣排放。此外，垂直船首可使船舶在惡劣海況下仍能保持航速，從而滿足嚴格的航運日程安排，無需為彌補航速而使用更多燃料。

進入2012年，羅·羅公司再度接獲一份Environship設計合同，將為挪威Eidsvaag公司設計1艘用于挪威海岸漁場的LNG動力飼料運輸船，并提供主要配套系統。

該船采用Environship系列中最新的NVC401型設計，總長74.7米，型寬13.6米，吃水5米，可供8名船員住宿。同NVC405型一樣，該船采用穿浪型垂直船首，并融合了多項技術，如Bergen C系列發動機和Promas整合型槳舵推進系統，在提高效率的同時也具備優秀的環保性能。此外，該船還擁有DP1動力定位能力。

JD系列高能效運輸船

2011年12月1日，羅·羅公司與上海佳豪共同揭示了由其聯合項目組（JPT）合作一年以來所推出的首批高能效船舶設計方案，可滿足全球商船航運市場對于降低排放和運營成本的需求。此次合作旨在設計出具有較低建造、運營、維護成本，而性能卻更高的商用船型。主要船型有：4100系列滾裝船（9000～11000DWT），4400系列集裝箱船（最大2000TEU），4600系列雜貨船（最大37000DWT），4800系列散貨船（最大100000DWT），6400系列LNG船（最大30000m3）。

首批公布的這些船型均以JD為前綴命名，其核心優勢為建造成本低、運營效率高、燃料消耗低，可靈活搭載燃氣推進系統或柴油推進系統，展開高效運營的同時，兼顧卓越性能及運營成本。此外，用戶在世界各地都能享受便捷的技術支持和服務。

由于是從能效方面考慮，這些船型中的大部分都用到了Environship的設計理念，尤其是在船首方面。而根據主機的不同選擇，這些船型可分成2個基礎版本，即使用Bergen燃氣發動機的較小型船型和使用常規柴油機的較大型船型（Bergen燃氣發動機為高速發動機，不適用于較大型船舶）。其中，采用燃氣發動機的船型均滿足并超越了未來的排放標準，如IMO Tier III對于NOX、SOX和CO2的排放要求（2016年生效）；采用低速柴油機的船型則滿足Tier II對于NOX的排放要求。另外，對于采用燃氣發動機的4400系列集裝箱船，理論上在設計時可以預留出足夠的空間以同時安裝兩種類型的發動機。

考慮到能效設計指數（EEDI），每一型設計的主要特性均根據EEDI標準及其值進行了評估。但羅·羅公司同時也承認，對于部分船型如滾裝船的評估還未完成，因此設計方案還不能最終確定。業界普遍認為，EEDI對滾裝船來說存在嚴重的缺陷，項目組在計算新型滾裝船的EEDI值時調整了載重量，并人為將服務航速降低至歐洲滾裝貨運市場常規航速之下。

JD系列滾裝船

根據發動機的選擇以及跳板的位置不同，JD系列滾裝船具有多個設計方案。此處介紹的四種方案均具有新穎的船體形狀，船首采用穿浪型設計，船尾設有雙導流鰭以及Promas整合型槳舵推進系統。四型中有三型的船長為149.8米，船寬24米，其中兩型采用雙Bergen B32：40L6P型6缸燃氣發動機、動力輸出（PTO）軸發電機，以及2臺BergenC25：33L6A型輔助發電機。該兩型的車輛通道長度也均為1800米，且露天甲板可裝載200TEU，續航力6500海里，其區別僅為跳板不同，一型為船尾直跳板，一型為船尾斜跳板。

第三型滾裝船的發動機為8缸的Bergen B32：40L8PG型，輔機則換成了1臺功率較大的Bergen C26：33L6AG型發電機。由于燃氣發動機對于燃料儲存空間的要求比柴油機更大，因此第三型的車輛通道長度縮減了50米至1750米，續航力也降至6000海里。

第四型的船舯部比前三型長16.8米，從而使船長增至166.6米，船寬不變，裝載能力有所提升，車輛通道長2100米，露天甲板集裝箱裝載量為250TEU。動力系統配置與第三型相同，但為使續航力達到6000海里，航速較第三型稍低。

EEDI值根據MEPC.1/Circ.681中所列公式求得，但對于滾裝船并不適用。

JD系列集裝箱船

集裝箱船方面，羅·羅公司此次公布的兩型均為2000TEU級。該兩型集裝箱船采用常規船形，其中一型的動力系統配置為1臺轉速750r/m的Bergen B35：40V16PG型燃氣發動機、3臺C26：33L9AG型輔助發電機，輔機的運轉通過聯接至減速齒輪的動力輸入（PTI）系統進行，另一型則采用常規低速柴油機動力系統。同JD系列滾裝船一樣，該兩型集裝箱船也各配置了1套Promas整合型槳舵推進系統。最顯著的差別為航速和續航力，其中采用燃氣發動機的船型為17.5節、7500海里，采用柴油機的船型為20.3節、15000海里。其EEDI評級也相應有所差別，前者為12.2，后者為13（根據MEPC.1/Circ.681中所列公式求得）。

JD系列LNG船

目前，將LNG作為船用燃料已被人們普遍認可，并已有少量采用LNG燃料的船舶投入運營或設計建造中。不過受限于LNG燃料的補給，這些船的運營區域并不大，而未來LNG燃料應用于運營范圍更廣的船舶卻是一種必然趨勢，因此很多必要的基礎支持工作還需完善，其中一項就是LNG燃料的中轉，這需要一支小型船隊用以補給地方上的燃料站并扮演燃料補給船的角色。羅·羅公司此次公布的LNG船正適合這項工作，該批設計共有三型，尺度均較小，一型為5000m3，另兩型為10000m3。兩型10000m3級的區別為一型采用燃氣發動機，另一型采用雙燃料混合動力裝置。

5000m3級LNG船船長僅100米，寬18.4米，吃水4.6米。單機單槳結構，主機和發電機為Bergen C26：33系列同軸發動機，主機為8缸，發電機為6缸，均使用LNG燃料（取自LNG液貨蒸發氣，配有2個80m3緩沖罐）。減速齒輪箱驅動Promas整合型槳舵推進系統，并設有1個PTO/PTI軸發電機，可在發電機運行時，根據需求提供動力或增加推進動力。

10000m3的兩型LNG船均采用淺吃水設計，船長124.9米，寬22.4米，吃水4.5米，螺旋槳為調距漿，直徑3.2米，適用于內河、沿海、近海運輸。主機為BergenC26：33L6PG型，使用LNG蒸發氣作為燃料，配有120m3的緩沖罐。兩型的不同之處在于，采用LNG燃料的那一型僅設1臺應急/港口發電機，雙燃料混合動力的那型則采用2臺425kW柴油發電機，可通過聯接到減速齒輪箱的PTO/PTI軸發電機以提供額外的推進動力。

JD系列散貨船和雜貨船

羅·羅公司此次公布的最后兩型船為擁有同樣船體外形和推進系統的靈便型散貨船及雜貨船。該兩型船載重量均為37000t，船長180米，寬29.8米，結構吃水10.7米。推進系統包括1臺降額超長沖程發動機，直接驅動Promas整合型槳舵推進系統中的螺旋槳。

該兩型船設有5個貨艙和5個艙口蓋，由于艙口蓋和貨艙形狀的不同，散貨船的散裝艙容為47000m3，雜貨船艙容為50000m3（敞開艙口蓋）。雜貨船上的起重機初始計劃為4臺，其中3臺懸臂外展26米時SWL（安全工作載荷）為30t，余下一臺懸臂外展32米時SWL為30t。

該兩型船的設計有許多方面與2年前的Grontmij/Carl Bro Seahorse 35型非常相似，都擁有垂直船首，無突出的球鼻艏，航速14節，且均采用降額發動機。不過Seahorse 35型設計由于問世較早，因此沒有也沒必要公布EEDI值，而對于該兩型船，羅·羅公司聲稱其EEDI值為4.4。

從上述高能效創新型船舶所采用的減排方法來看，最關鍵的一點就是燃料及主機的選擇，從目前情況來看，LNG是未來船用柴油最有希望的替代品，不過所需考慮的相關問題也不少，如燃料的儲存和補給，因此相應的基礎配套工作不容忽視，但同時這也是一個市場契機，羅·羅公司針對這種情況已迅速反應，開發了JD6400系列LNG船。另一方面，羅·羅公司的穿浪型垂直船首和Promas整合槳舵推進系統則從提高能效、減少能耗方面入手，達到降低對環境的不利影響之目的，同時還減少了船舶生命周期內的運營成本。

當然，羅·羅公司在環保船舶方面的成果肯定不止這些，其他新近的成果還包括為世界第一艘采用LNG燃料的拖船提供動力裝置，為S lvtrans公司設計創新型世界最大活魚運輸船等。而這些，都是羅·羅公司致力于環保技術研發的結果。

隨著人們對環境問題的日益關注，未來國際上必將有更多節能減排的規范、標準推出。如何才能在綠色造船常態化的大趨勢下立足，是中國船舶業所面臨的關鍵性問題，但同時這也是新的機遇，是我們成為造船強國的機遇。除了加大技術研發以外，借鑒國外先進技術、與國外專業團隊進行戰略合作也不失為一種有效手段。