最新船舶技術盤點

李 源

恩格斯曾對人類需求與科技發展的關系做過表述，社會一旦有技術上的需要，則這種需要就會比十所大學更能把科學推向前進。在船舶行業，人類需求可以歸納為：增加安全性、可持續發展和減輕勞動量三類。船舶行業的技術進步圍繞著三種需求在持續發展，其中最主要的有五項，分別是智能技術、環保技術、極地裝備技術、海洋資源利用技術及新材料應用技術。

智能技術

智能技術成為船舶行業熱門話題是從德國提出“工業4.0”概念開始的。“工業4.0”為整個工業界提出了一個新思維，將制造業向智能化轉型，被認為是繼蒸汽機應用、規?；a和電氣、電子信息技術等三次工業革命后的第四次工業革命。“工業4.0”就是將產品研發、生產、物流和客戶通過智能網絡聯系起來。因為對整個工業界影響深遠，其他制造業大國也紛紛推進相應戰略，例如法國的“新工業計劃”、英國的“制造2050”戰略，日本的“制造業競爭策略”以及中國的“中國制造2025”。

《中國制造2025》中指出，至2025年中國全面建成數字化、網絡化、智能化、綠色化設計制造體系。LR發布的《2030年全球海事技術趨勢》也指出：大數據管理和分析將越來越重要，它將對海運業產生重要影響。

智能技術并非一項單獨的技術，它融合了“大數據”、“物聯網”以及“人工智能”等多項先進技術，智能技術應用在船舶行業可以產生智能設計與建造、智能船舶等多個方向的新技術。

1、智能設計與建造

智能設計與建造并非一個全新的話題，目前美、日、韓、歐等國家在船舶設計時普遍采用三維設計建模，在信息的集成和共享方面采用產品數據管理系統，實現了協同設計和生產。

日本船企早在上世紀八十年代就組織力量自行開發了造船信息集成系統，一些先進船廠基本上都已采用CIMS（計算機集成制造系統）實現了數字化造船。韓國各大船企廣泛引進歐美的造船輔助系統，并結合自身特點自行開發了造船CIMS，取得了顯著的成果，大大縮短了船舶設計建造周期。除了設計階段，三星重工將IT技術應用于造船生產工藝流程，構筑船廠統一的計算機網絡管理控制系統，從船用鋼材加工、船體分段焊接、搬運和組裝全過程均由計算機系統操控，無線波頻識別、條形碼、無線通信、衛星定位等技術被廣泛采用，并在建造過程大量使用“機器人”技術，使造船自動化率達到62%，為世界同行的最高水平。

美國政府在軍用船舶建造中推進了MARITECH計劃，借助先進的IT理論和技術，以敏捷制造思想為指導，應用虛擬企業、虛擬產品、虛擬制造的全新船舶建造方式，實現了快速、精準、靈活、低成本、高質量的艦船生產。

歐洲造船界推行了SEASPRITE項目，通過Virtual Ship-ROPAX 2000信息平臺將12個國家的48個企業、公司、研究機構整合起來，形成虛擬企業聯盟，從而大大縮短了研制周期，提高了產品質量。

我國船企在設計過程中3D建模已得到應用，但還遠未實現全過程的三維設計，同時設計與建造仍作為兩個獨立的系統分別運作，未能形成協同操作，沒有將設計成果直接應用于建造。在設計建造的某些階段應用了數字化，但綜合考慮從設計到建造的全過程，數字化程度還較低。

未來，智能技術將貫穿整個設計、物流與建造的全過程，應用三維技術、虛擬設計技術及大數據技術，協同推進船舶設計和建造，減少工作量，提高設計建造精度。

2、智能船舶

智能船舶整合了傳感器、大數據分析、通信技術和先進材料等各項技術，具備感知能力、評估分析能力、決策預策能力以及學習成長能力。目前許多船舶都具備感知能力，但是這些感知都是相互獨立的，數據并沒有融合；而在評估方面，現在的評估都是針對諸如遠程監控、油耗分析、監控報警等某一個獨立的問題，還無法滿足基于任務目標最優化的綜合分析要求；而在決策方面，目前仍然是獨立設備、獨立系統的反應，無法形成預測性和協同優化的行動機制。因此，智能船舶的發展首先應該填補智能評估系統這項空白，即先學會思考，再以此為基礎，按照智能評估的需求整合和補充感知功能，結合智能評估的能力和船上活動需要，改進現有的行動控制功能。

現代重工于2011年3月推出世界第一艘智能船“Smart Ship 1.0”（智能型船1.0），這艘4500TEU集裝箱船的船東為馬士基集團，采用了現代重工及韓國電子通訊研究院（ETRI）共同開發、被選為IEC國際標準（IEC 61162-450）的“有/無線船舶綜合管理網通訊技術”（SAN：Ship Area Network）。 目 前 該公司正在這一基礎上開發“Smart Ship 2.0”，并專門設立了“造船海洋IT整合革新中心”，專門負責IT技術與造船、海工裝備相融合的技術研發。

現階段智能船舶研發還只是處于初級階段，或者說實現了局部的智能化。未來智能船舶的發展趨勢是利用傳感器、船岸一體化等技術產生大量信息，這些信息通過高水準的數據分析系統作出最合適的決策，并且隨著收集的數據量的增加，系統功能進一步增強，同時利用機器人技術替代人力操作，產生半自主船舶或全自主船舶。

環保技術

船舶的環保技術發展很快，從提出這一概念到成為行業的主流發展方向僅用了幾年時間，隨著規則的陸續生效，船舶具備環保性能將成為一種普遍的要求。并且隨著技術的進步，對環保指標的要求將越來越高。對我國來說，不僅國際航行的船舶具備良好的環保性，內河航行的船舶也將逐步具備相同的環保性。除了采取各種措施減少排放，現在的技術已經在設想主動捕獲排放的溫室氣體，并將其輸送、封存到安全的場所。

現階段船舶使用的清潔能源主要是LNG，在歐洲水域運營的內河客滾船已在使用LNG作為替代能源，遠洋運輸船上雙燃料的應用已經較成熟。截至2015年3月底，全球共有59艘在營船舶使用LNG燃料，另有80艘LNG燃料動力船訂單，另外，第一艘LNG加注船將于明年交付，目前市場還有7艘訂單。為迎接LNG動力船舶時代的到來，IMO《國際使用燃氣或其他低閃點燃料船舶安全規則》（IGF-Code）將于2017年實施。隨著市場的呼之欲出，船級社已經開始提供“LNG ready”認證服務。2015年4月采用純LNG動力的3100箱集裝箱船在美國General Dynamics NASSCO的船廠下水，成為世界首艘僅采用LNG動力的集裝箱船。未來，船舶大比例采用LNG作為燃料還需要一個較長的發展過程，需要解決諸如基礎設施建設等實際問題，不過LNG作為船舶燃料已成為全球趨勢。

除了LNG，其他清潔能源也將隨著相關技術問題的解決得到越來越多的應用。

2、碳捕獲與封存

碳捕獲與封存（CCS）是將已排放的CO2在其進入大氣之前將其捕獲，然后進行輸送并封存在安全的場所。該技術被國際能源署和其他國際機構認為是解決全球氣候變化問題的一種關鍵手段。國際能源署2009年的計劃是：至2020年碳捕獲與封存項目能大規模開展，2050年全球投入1萬億美元用于碳捕獲與封存。

對船舶排放的CO2也可以通過這種方式進行處理。2009年，DNV與PSE公司合作，開始了海運碳捕獲和儲存項目。并于2013年發表了項目研究報告。此項目已經成功開發了船載二氧化碳捕獲的設計理念。從煙道氣體中分離出CO2的化學吸收裝置、使用制冷劑壓縮并冷凝捕獲CO2的液化裝置、以及暫時存儲液態CO2的兩個儲罐共同組成了該系統。結果表明這個理念在技術上是可行的，且能減少高達65%的船舶CO2排放量。對一艘油輪來說，它每年可以捕獲超過70000噸CO2。

另外，其他重工業燃燒化石燃料也產生大量的CO2，如果采用碳捕獲與封存技術，中間必不可少地需要運輸二氧化碳，使用船舶運輸二氧化碳被認為是一種合理選擇。2010年馬士基、現代重工和挪威船級社已開始在二氧化碳船舶運輸的設計和風險評估方面展開合作。目前由于全球經濟下行，缺乏開發資金，碳捕獲與封存項目遇到了一些障礙，但是長期看來，這是未來技術發展的一個重要方向。

極地裝備技術

北極地區蘊藏著豐富的油氣資源，2008年美國地質調查局發布《環北極資源評估報告》，評估結果為：北極地區有望新增石油儲量900億桶，新增天然氣儲量50萬億立方米，新增天然氣凝析液440億桶，新增儲量84%來自海洋。2010年來自俄羅斯科學院的數據評估表明，在21世紀后半葉，北極石油超級盆地有可能提供與波斯灣或西西伯利亞盆地相當的能源。另外北極地區還存在大量天然氣水合物資源。另外，與傳統航線相比，北極航線將顯著縮短航程，降低航行成本，隨著海冰消融，未來通航能力會極大提升。

目前在北極地區的油氣開采活動主要集中在俄羅斯、加拿大、挪威及美國阿拉斯加等地。每年北極航線也有一定的通航量，其中50%左右是油船，其次是雜貨船、散貨船等，這可能與北極周邊國家的進出口需求有關。比如俄羅斯是能源出口大國，石油需要經北極航線向外運送，又如芬蘭、瑞典等國有紙漿、木材及機械設備出口需求，需要多用途船等雜貨船運送。中遠航運公司已經對極地航行進行了嘗試，2013年該公司的“永盛”輪首航北極東北航線，航行時間27天，比傳統的經馬六甲海峽、蘇伊士運河的航線縮短9天。2015年“永盛”輪再次航行北極，并實現雙向通行，往返歷時73天，比傳統航線節省了23天航行時間和30%的航程。

00后成長在網絡文化繁榮發達的時期，層出不窮的社交媒體以及質量參差不齊的網絡信息對這些學生的思維方式和觀點養成等造成了不小的影響，特別是在社會交往能力上起到明顯的負作用。00大學生普遍傾向于“低頭族”，對社交活動興趣較低，且存在一種先天的自我優越感和偽成人感，沉迷于自己的世界而忽視與外界進行交流聯系，一旦在交友和戀愛中遭遇挫折很容易產生各種負面情緒。

過去幾十年里北極海冰已經呈現加速減少趨勢，海冰厚度和多年冰的范圍也在減小，相關氣候預測結果表明，2055年后北極可能會夏季無冰，未來北極重要的航運價值、資源價值、環境價值和科學價值將會隨著海冰融化得以釋放，極地油氣資源開采裝備以及各類極地運輸船將得到大力發展。

海洋資源利用技術

隨著人類社會經濟的發展，對各種資源的需求量越來越大，陸上資源面臨枯竭，人類的目光勢必會轉向占地球總面積70%的海洋。目前人類對海洋的認識并不全面，科學界認為人類對海洋的認識還不及對月球的認識。而隨著科技越來越發達，人類對海洋的探索及利用也會越來越深入。以目前對海洋的了解，人類可以從海洋獲取的資源有能源，包括油、氣、天然氣水合物、波浪能、潮汐能、海洋溫差能等；礦產資源，包括各種金屬礦產及稀土等；另外還有各種海洋生物資源。

1、海洋能源

⑴ 海洋油氣

能源對人類社會的重要性不言而喻，目前對油氣資源的利用已經相當普遍，目前世界上仍可開采的油田中，有近一半位于海洋，對海洋油氣資源開采的順序是從陸地到淺水再到深水和極地，海洋油氣開采未來的發展趨勢是深水化和極地化。

⑵ 天然氣水合物

天然氣水合物于20世紀60年代被發現，據估計，全球天然氣水合物的儲量是現有天然氣、石油儲量的兩倍，具有廣闊的開發前景，目前主要是以日本、美國、俄羅斯為首的幾個國家在重點研究，我國近年來也開始重視對于天然氣水合物的開采和資源保護。

日本2013年宣布成功從深?？扇急鶎又刑崛〕黾淄?，成為世界上首個掌握海底天然氣水合物采掘技術的國家，并希望2018年開發出成熟技術，實現大規模商業化生產。此外，美國、加拿大、俄羅斯、印度、韓國等國家政府也都分別制定了有關天然水合物的長期研究計劃，計劃在2018～2023年實現商業開采。我國計劃2020～2030年為天然氣水合物開采試生產階段，2030～2050年進入商業開采階段。未來天然氣水合物勘探和開采裝置將得到廣泛應用。

⑶ 可再生海洋能源

與化石能源相比，可再生能源具有永不枯竭且清潔安全的優勢，采用浮式裝置，在海上綜合利用海洋里的各類可再生能源——太陽能、風能、波浪能、潮汐能、鹽差能、溫差能等，進行發電，將電能并入電網或存儲在電池/燃料電池中。該技術在未來將具有可觀的應用前景。

2、海洋礦產

目前所了解的海洋礦產有多金屬結核、多金屬硫化物、富鈷結殼和稀土，對這些資源基本還處于勘探階段，具備初步的開采能力。世界首艘海洋采礦船由MAC公司訂購，目前正在福建馬尾船廠建造，預計將于2017年底交付，交付后將用于鸚鵡螺礦業公司在巴布亞新幾內亞的一處多金屬硫化物礦區。

未來隨著海洋采礦技術的不斷成熟，深海采礦將具備技術可行性、經濟可行性以及環境可行性，從而實現大規模的商業化開采。有數據顯示：全球深海采礦營收將從幾乎為零爆增到100億歐元，同時全球近10%的礦產將從大洋海底獲得。

3、海洋生物利用技術

據估計全球藻類種類介于3萬到100萬之間。對藻類的利用有三種途徑：① 作為食物和制藥原料；② 作為生物燃料原料；③通過海藻進行廢水處理。同時藻類生產和加工過程比莊稼種植效率更高。藻類生產不會產生甲烷，對天氣條件的依賴比岸上農業小，是一種魯棒性和效能都很高的食物和能量來源。

海洋生物利用技術通過建立藻類海洋站獲取和培育相關海洋生物資源，設備運行所需能源來自波浪、太陽能和風能，并可消耗沿海工廠、農場和住宅排放的廢水，減少污染。同時，產生的藻類可用于食物、生物能源、肥料、制藥和化妝品生產。

新材料應用技術

材料產業是船舶工業發展不可或缺的基礎。目前船用材料絕大部分仍用鋼材，一些復合材料及合金材料在船舶上有了一定的應用，尤其是對特殊性能和快速性有要求的船舶。比如軍船為了追求高航速和隱身性常在部分船體采用復合材料，高速船為了獲得高航速常采用鋁合金船體。

船用新材料的優勢在于重量輕、可塑性強、強度高、耐腐蝕等，缺點是初始采購成本高，加工工藝較復雜，如果考慮到新材料需要的維護較少，重量輕油耗低等優點，綜合衡量，全生命周期的使用成本反而會下降。有統計表明，海洋生物污損可使船舶每年的燃料消耗增加40%，由此產生的溫室氣體排放也會顯著增加。

很多新材料在其他工業領域已有廣泛的應用，屬于成熟的使用技術，比如鈦在航空領域普遍應用，民用飛機的鈦使用量已從上世紀90年代的2%上升到目前的15%。未來隨著應用技術的提升，以及對高效、智能、環保、節能等性能要求越來越高，船舶應用新材料的比例會顯著提升，一些更加先進的新材料，比如納米材料，也會得到應用。未來的船用材料可能會具有環境感知、自清潔、自修復能力，以及更好的導電能力和外型修正能力，將為民用運輸船、軍用艦船及海工裝備帶來卓越的性能優勢。