3E巨無(wú)霸揭秘

李 源

近日，有消息稱，馬士基航運(yùn)將于今年7月將首批交付的12艘3E級(jí)集裝箱船投放到亞歐航線上。消息一出，立刻引來(lái)業(yè)界的廣泛關(guān)注。那么，讓我們走近3E級(jí)集裝箱船，從它的設(shè)計(jì)亮點(diǎn)、建造技術(shù)、港口接待能力，以及該船強(qiáng)大的材料回收能力等方面，全方位、多角度的揭開(kāi)它的神秘面紗。

3E級(jí)大船來(lái)襲

據(jù)了解，2011年2月，馬士基向大宇造船與海洋工程公司訂購(gòu)10艘18000TEU集裝箱船，每艘造價(jià)1.9億美元，另外還有2個(gè)10艘的選擇權(quán)訂單。同年6月，馬士基行使了1個(gè)10艘的選擇權(quán)，即馬士基共向大宇造船海洋訂購(gòu)了20艘18000TEU集裝箱船。第一批的10艘將于2013年和2014年交付，其中首艘將于2013年7月交付。第二批的10艘將于2014年和2015年交付。這兩批船采用比較寬松的付款條件，建造時(shí)付40%，余下60%的款項(xiàng)交付時(shí)付清。

圖1 3E級(jí)集裝箱船效果圖

3E分別代表規(guī)模經(jīng)濟(jì)（Economy of Scale）、能源效率（Energy Efficiency）和環(huán)境績(jī)效（Environmentally Improved）。該船型總長(zhǎng)400米，寬59米，深7.3米，是目前世界上最大的集裝箱船，而且環(huán)保性能也相當(dāng)優(yōu)異。例如，運(yùn)輸1噸貨物1km僅排放3g左右的CO2，該船單位集裝箱產(chǎn)生的CO2排放量將比馬士基所擁有的上一代“E”級(jí)船（亦被稱為PS型，即超蘇伊士型集裝箱船，2006～2008年建成，共8艘，首艘為“Emma Maersk”號(hào)）少20%，比目前亞歐航線上運(yùn)營(yíng)的集裝箱船少50%。另外，單位集裝箱燃料消耗量將比未來(lái)幾年交付的用于亞歐航線的13100TEU集裝箱船減少35%。

3E級(jí)船舶通過(guò)以下三種方面來(lái)減排。第一，超大船型可裝載更多集裝箱，這樣就降低了單位集裝箱的排放量。第二，該船設(shè)計(jì)航速相對(duì)較低，因此發(fā)動(dòng)機(jī)功率比類似船舶小。第三，配備廢熱回收系統(tǒng)，將廢熱能轉(zhuǎn)化為推進(jìn)能量。

3E級(jí)船在建造過(guò)程中被分為425個(gè)分段。從開(kāi)工建造到交付，每艘船需花費(fèi)375天。首個(gè)建造階段為分段建造，由韓國(guó)和中國(guó)的幾十個(gè)分包商承建，共需花費(fèi)161天。第二階段為分段合擾，建好的分段通過(guò)重吊船陸續(xù)運(yùn)到船廠，所有425個(gè)分段運(yùn)送到位，并焊接在一起，形成21個(gè)大型的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，之后，再將它們一一安裝焊接到位，共需花費(fèi)65天。第一階段和第二階段是同時(shí)進(jìn)行的。

整個(gè)建造過(guò)程中，可允許的最大誤差值為5mm。這樣可確保船舶的結(jié)構(gòu)完整性，以及所有管道、電纜、泵、發(fā)動(dòng)機(jī)、通道等均能準(zhǔn)確對(duì)接。

第三和最后一個(gè)階段是耗時(shí)最長(zhǎng)也最重要的部分，即塢內(nèi)機(jī)器試驗(yàn)以及海上試驗(yàn)，為期214天。

3E設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

3E級(jí)集裝箱船的設(shè)計(jì)工作早在2010年就已經(jīng)開(kāi)始，當(dāng)時(shí)馬士基的想法是建造一艘適用于亞歐航線的集裝箱船，每航程可以搭載更多貨物，油耗盡可能少，同時(shí)盡可能環(huán)保。該船最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)為船長(zhǎng)與“Emma Maersk”號(hào)相近，但需要多裝載2500個(gè)集裝箱，在較低的航速下進(jìn)行優(yōu)化。

U形船體。為了在不過(guò)多增加船長(zhǎng)的基礎(chǔ)上，盡可能多地搭載集裝箱，該船的船體采用U形設(shè)計(jì)，上一代的“Emma Maersk”號(hào)為V型，U型的好處是艙內(nèi)可裝載更多集裝箱，因此3E級(jí)僅比E級(jí)長(zhǎng)4米，寬3米，卻可多裝載2500個(gè)集裝箱，裝箱量增加了16%。3E級(jí)可裝載23排集裝箱，能更好地利用目前港口吊的延伸范圍，“Emma Maersk”號(hào)為22排。

推進(jìn)系統(tǒng)。該船最高航速為23節(jié)，比“Emma Maersk”號(hào)低2節(jié)。降低航速使得船舶對(duì)動(dòng)力的需求也降低了，該船動(dòng)力需求僅為65000～70000KW，而“Emma Maersk”號(hào)的動(dòng)力需求為80000KW。該船采用雙機(jī)雙槳雙尾鰭推進(jìn)系統(tǒng)，其推進(jìn)系統(tǒng)消耗的動(dòng)力約比“Emma Maersk”號(hào)單機(jī)單槳推進(jìn)系統(tǒng)少4%。船上配置2臺(tái)MAN柴油機(jī)，每臺(tái)可產(chǎn)生32065KW的動(dòng)力，分別驅(qū)動(dòng)1個(gè)直徑為9.8米的4葉螺旋槳，燃料消耗量為168g/kW·h。“Emma Maersk”號(hào)采用的是1個(gè)直徑為9.6米的6葉槳。3E級(jí)船的螺旋槳布置可提供更大的推進(jìn)動(dòng)力，槳葉數(shù)的減少降低了阻力。一般來(lái)說(shuō)，采用單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)效率更高，但是該船使用2個(gè)螺旋槳使壓力能更好地分配，增加的螺旋槳效率超過(guò)了2臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率損失。

3E級(jí)船上還安裝了廢熱回收系統(tǒng)，可利用發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱，共可節(jié)省10%的主發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力。進(jìn)一步減少了燃料消耗。

圖2 3E級(jí)船采用的U形船體

圖3 3E級(jí)船采用的雙機(jī)雙槳雙尾鰭推進(jìn)系統(tǒng)

布置特點(diǎn)。“Emma Maersk”號(hào)的甲板室和煙囪布置在船中部，封閉式駕駛橋樓位于甲板室頂部。3E級(jí)船的甲板室相對(duì)來(lái)說(shuō)更靠前，駕駛橋樓位于甲板室頂部，機(jī)艙則位于船后部，煙囪位于機(jī)艙的上方。這樣的布置可允許駕駛橋樓前方的集裝箱堆疊得更高，同時(shí)仍保持足夠的可視性，能滿足SOLAS V/22規(guī)則對(duì)大型集裝箱船橋樓可視性的要求，另一方面生活區(qū)的噪聲水平和振動(dòng)水平也較低，還可以增加船體強(qiáng)度。不過(guò)這種布置特點(diǎn)并非3E級(jí)的首創(chuàng)，三星重工14000TEU、16000 TEU集裝箱船以及STX公司的13000TEU集裝箱船都采用了這樣的設(shè)計(jì)。

圖4 3E級(jí)船布置圖

圖5 馬士基四型集裝箱船橋樓布置對(duì)比圖

從圖5馬士基公司不同年代從大到小四型集裝箱船的布置中可以看出，隨著裝箱量的越來(lái)越大，集裝箱船的駕駛橋樓在不斷地往前移，直到3E級(jí)船時(shí)，采用了上述駕駛室與機(jī)艙分離的“雙島式”布置。

船型優(yōu)化。為了達(dá)到最佳的效率，3E級(jí)船的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)船型進(jìn)行了優(yōu)化，首先使用CFD軟件對(duì)船體形狀進(jìn)行優(yōu)化，比如船首部分，優(yōu)化前的設(shè)計(jì)方案如圖6（上），優(yōu)化后的如圖6（下）。圖中紅色和藍(lán)色的部分顯示了球鼻首產(chǎn)生的波浪，通過(guò)優(yōu)化，將此處產(chǎn)生的波浪減至最少，從而減少能量損失。

正是在CFD優(yōu)化過(guò)程中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)意識(shí)到該船較低的航速允許超長(zhǎng)沖程發(fā)動(dòng)機(jī)以較低的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣可以通過(guò)使用兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)減少油耗，比使用單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)（高航速）更節(jié)省能源。

其次使用長(zhǎng)10米，1：38的比例模型進(jìn)行船模試驗(yàn)，以檢驗(yàn)3E船在正常海況和極端海況下的狀態(tài)。最后在海試階段還會(huì)對(duì)所有船上系統(tǒng)、油耗、報(bào)警器、振動(dòng)、噪聲、動(dòng)力管理等進(jìn)行驗(yàn)證。

綠色回收系統(tǒng)

每艘3E船需要用掉6萬(wàn)噸鋼材，一個(gè)系列20艘船共需用掉120萬(wàn)噸鋼材。鋼材回收很普遍，但在回收過(guò)程中，鋼材經(jīng)常會(huì)和其他金屬材料混在一起，這會(huì)降低回收鋼材的質(zhì)量。馬士基思考的問(wèn)題是設(shè)計(jì)一種船舶，確保在回收后仍能保持造船用鋼的質(zhì)量。

圖6 3E級(jí)船船型優(yōu)化

圖7 3E級(jí)船舶的回收

之前沒(méi)有一家航運(yùn)公司從事過(guò)這項(xiàng)工作，馬士基計(jì)劃為該船所用的材料制作詳細(xì)目錄“搖籃到搖籃”護(hù)照，護(hù)照將記錄該船所有建造材料，這表示當(dāng)船舶退役時(shí)，該檔案將確保所有材料能以最安全、最有效的方法被重新利用、回收或處置。該護(hù)照使用在線數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)有船上所有主要部件的詳細(xì)信息。數(shù)據(jù)庫(kù)最初是由Hewlett-Packard為汽車工業(yè)所開(kāi)發(fā)，現(xiàn)在也有了其他行業(yè)，包括船舶行業(yè)適用的版本。部件供應(yīng)商將各自提供產(chǎn)品的詳情錄入數(shù)據(jù)庫(kù)中。馬士基公司還計(jì)劃建立該船的3D模型，與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息一起使用可以更大范圍更高質(zhì)量地定位并回收部件。

根據(jù)歐盟的規(guī)定，數(shù)年前汽車工業(yè)編制材料目錄已成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。此次建造3E級(jí)船舶過(guò)程中，共有約75個(gè)供應(yīng)商。馬士基預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)將涵蓋95%左右的船舶重量。不過(guò)首艘下水時(shí)該“搖籃到搖籃”護(hù)照還無(wú)法準(zhǔn)備好，但一定會(huì)早于IMO強(qiáng)制要求前準(zhǔn)備好。

亞歐航線迎“3E”

由于尺度的限制，3E級(jí)船將僅能用于亞歐航線，能停靠的港口也很少。就目前而言，美國(guó)港口無(wú)法容納這么大尺寸的船舶，現(xiàn)階段可以容納該船的港口有亞洲的上海港、寧波港、廈門(mén)港、煙臺(tái)港、香港、馬來(lái)西亞丹戎帕拉帕斯港和新加坡港，以及歐洲的鹿特丹港、瑞典哥德堡港、德國(guó)不來(lái)梅港、英國(guó)費(fèi)利克斯托港和波蘭格但斯克港。另外，該船也無(wú)法通行于新巴拿馬運(yùn)河。因此該船的主要航線應(yīng)是通過(guò)蘇伊士運(yùn)河航行于亞歐航線（3E級(jí)船的吃水為14.5米，蘇伊士運(yùn)河的最大吃水限制為16米）。

許多港口已開(kāi)始為3E級(jí)船的靠港作準(zhǔn)備，要想容納這樣一艘寵然大物不是一件容易的事。由于還未有實(shí)船面世，該船的尺度幾乎是難以想象，它只能停泊在最大的港口。并且即使在這樣的大型港口，仍然需要做很多準(zhǔn)備工作以確保完全發(fā)揮出該船大尺度的優(yōu)勢(shì)。3E級(jí)的集裝箱堆疊很高，港口設(shè)備需要進(jìn)行大的改動(dòng)，港口基礎(chǔ)設(shè)施也需要進(jìn)行大的投資。

歷史上，由于船舶尺度增加需要港口進(jìn)行相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)的例子并不鮮見(jiàn)。1970年，港口起重機(jī)通常能處理堆疊至35米高的集裝箱，1995年增加到52米，2002年增加到58米，隨著3E級(jí)船的面世，起重機(jī)需要處理69米高的集裝箱堆疊。

為了迎接3E級(jí)船靠港，馬來(lái)西亞丹戎帕拉帕斯港安裝了8個(gè)新型高吊，修建了2個(gè)新泊位，每個(gè)長(zhǎng)350米，深19.5米。這兩個(gè)泊位相鄰設(shè)置，總長(zhǎng)可達(dá)700米，這樣一來(lái)就可輕松容納400米長(zhǎng)的3E級(jí)船舶。進(jìn)行這些準(zhǔn)備工作的時(shí)間也相當(dāng)緊張，改造工作自2012年11月開(kāi)始，2013年4月完工，7月起重機(jī)安裝到位，正好趕上首艘3E級(jí)到訪。好在丹戎帕拉帕斯港的水道足夠深，不需要進(jìn)行其他挖掘工程。西班牙的Algeciras港也在進(jìn)行類似的準(zhǔn)備工作。港口將安裝4臺(tái)新的高吊，還需挖掘近1km的水道以確保擁有足夠的深度可容納該船。

3E級(jí)船最初將航行于AE10航線，到訪全球14個(gè)港口，隨著其他同級(jí)船的交付還將用于其他航線。有分析認(rèn)為，這些船舶交付后，可能穿梭航行于兩個(gè)主要港口，再使用其他小型船舶將貨物運(yùn)送到支線。這樣的運(yùn)營(yíng)模式將會(huì)極大地改變目前的集裝箱航運(yùn)市場(chǎng)。實(shí)際上在干散貨航運(yùn)市場(chǎng)也在開(kāi)發(fā)類似的運(yùn)營(yíng)模式。

記者觀點(diǎn)

目前，集裝箱船的發(fā)展趨勢(shì)是船型越來(lái)越大。2004年馬士基向旗下的歐登賽船廠訂購(gòu)了世界上第一艘超大型集裝箱船15550TEU的“Emma Maersk”號(hào)，掀起業(yè)界訂購(gòu)萬(wàn)箱以上集裝箱船的風(fēng)潮，至2013年4月1日，據(jù)Alphaliner的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全球共有萬(wàn)箱以上集裝箱船170艘，總運(yùn)力超過(guò)217萬(wàn)TEU，占集裝箱船船隊(duì)總運(yùn)力的13%，且未來(lái)還會(huì)進(jìn)一步增加。

時(shí)隔7年，馬士基再次推出世界最大的集裝箱船，帶給了業(yè)界巨大的沖擊，很可能會(huì)再一次引起集裝箱船船隊(duì)的升級(jí)。目前18000TEU集裝箱船還未有實(shí)船交付，但已有航運(yùn)公司決定緊隨馬士基的步伐，例如中海集運(yùn)宣布訂造5艘18400TEU集裝箱船。也有航運(yùn)公司對(duì)這么大型的船只持觀望態(tài)度，如陽(yáng)明海運(yùn)雖然也決定對(duì)船隊(duì)進(jìn)行升級(jí)，但只將目光鎖定14000～16000TUE的超大型集裝箱船，預(yù)計(jì)會(huì)訂造5艘。原因是目前船級(jí)社、造船界對(duì)18000TEU集裝箱船的剪力和彎矩還有一些疑慮，相比之下14000TEU和16000TEU集裝箱船技術(shù)已經(jīng)成熟。無(wú)論如何，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力催生了造船新技術(shù)的發(fā)展，引導(dǎo)了行業(yè)的更新?lián)Q代。