全球主要船級(jí)社智能船舶規(guī)范比較

珠海云洲智能科技股份有限公司 潘 登

中國船級(jí)社 孫 武

珠海云洲智能科技股份有限公司 趙繼成

進(jìn)入21世紀(jì)第二個(gè)十年，無人艇在全球范圍內(nèi)如火如荼地發(fā)展起來，各類產(chǎn)品開始廣泛地應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域，從環(huán)境保護(hù)到安防巡邏，從海洋調(diào)查到軍事應(yīng)用，從應(yīng)急救援到科技文旅，到處都可以看到無人艇的身影。

隨著無人艇技術(shù)的快速發(fā)展，大型船舶的智能化和無人化也呼之欲出，智能船舶和智能航運(yùn)成為全球關(guān)注的新熱點(diǎn)。在各國政府的大力支持下，業(yè)界開展了廣泛而深入的研究。各利益相關(guān)方一致認(rèn)為規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、公約和法規(guī)是指導(dǎo)水面船舶設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)、認(rèn)證、運(yùn)營的重要依據(jù)。在傳統(tǒng)船舶行業(yè)，這些文本較為完備，為行業(yè)的規(guī)范、健康發(fā)展提供了有力保障。而無人艇、智能船舶等屬于新生事物，目前與之對應(yīng)的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、公約和法規(guī)等極不健全，嚴(yán)重阻礙了行業(yè)的規(guī)范、健康發(fā)展。規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化成為行業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

在這個(gè)背景下，2015年中國船級(jí)社發(fā)布了全球首個(gè)智能船舶規(guī)范，并于2016年3月正式生效。此后，英國船級(jí)社、日本船級(jí)社、美國船級(jí)社、挪威船級(jí)社、法國船級(jí)社等全球主要船級(jí)社陸續(xù)發(fā)布了智能船舶相關(guān)的規(guī)范或者指南，為各國智能船舶行業(yè)的規(guī)范化發(fā)展打下了基礎(chǔ)，促進(jìn)了行業(yè)的健康、有序發(fā)展。在此期間，國際海事組織也對智能船舶的自主等級(jí)進(jìn)行了定義。

本文研究了各國船級(jí)社規(guī)范的主要內(nèi)容和特點(diǎn)，并通過橫向和縱向?qū)Ρ龋治隽诉@些規(guī)范關(guān)注的側(cè)重點(diǎn)以及規(guī)范之間的差異，從而對智能船舶形成了更加深刻的認(rèn)識(shí)，在此基礎(chǔ)上提出關(guān)于智能船舶規(guī)范發(fā)展的一些建議。

各主要船級(jí)社智能船舶規(guī)范概述

截至目前，有六家船級(jí)社（見表1）發(fā)布了智能船舶相關(guān)規(guī)范，其中中國船級(jí)社最早行動(dòng)，其智能船舶規(guī)范發(fā)布于2015年12月，并于2016年3月正式生效。其規(guī)范采用GBS框架，按照目標(biāo)、功能、要求的層次，基于模塊化的思路進(jìn)行編寫，涵蓋航行、輪機(jī)、船體、能效管理、貨物管理、集成平臺(tái)六大智能功能。在2020年的換版中，增加了遠(yuǎn)程控制船舶和自主操作船舶兩個(gè)新的章節(jié)，將智能航行進(jìn)行功能細(xì)分和詳細(xì)描述。中國船級(jí)社以安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和高效為出發(fā)點(diǎn)，引入人工智能新理念，結(jié)合行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，制定智能船舶規(guī)范，推動(dòng)了船舶設(shè)計(jì)建造的發(fā)展。

英國勞氏船級(jí)社作為全球最古老的船級(jí)社，緊隨中國船級(jí)社，于2017年2月發(fā)布了《無人海事系統(tǒng)的規(guī)則》。該規(guī)則沿用了傳統(tǒng)船舶規(guī)范的體系，其章節(jié)和傳統(tǒng)船舶規(guī)范高度一致，分為結(jié)構(gòu)、穩(wěn)性、控制、電氣、導(dǎo)航、推擠裝置、消防等章節(jié)，并以無人駕駛的視角從適用范圍、目的、功能目標(biāo)、性能要求四個(gè)層面對無人系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的論述。本規(guī)范中的無人系統(tǒng)主要是指無人艇和無人潛器。

作為第三個(gè)發(fā)布相關(guān)文本的船級(jí)社，日本船級(jí)社2017年發(fā)布了《自動(dòng)操作船舶概念設(shè)計(jì)指南》。整個(gè)指南有七個(gè)章節(jié)，主要涉及安全設(shè)計(jì)要素、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、自主等級(jí)分組、遠(yuǎn)程遙控等幾個(gè)方面。日本船級(jí)社借鑒無人車提出了一個(gè)船舶運(yùn)營設(shè)計(jì)域（Operational Design Domain）的概念。通過這個(gè)概念，日本船級(jí)社將船舶自主駕駛分為限定場景下的自主駕駛和不限場景的自主駕駛。

在2018年發(fā)布指南的還有和德國船級(jí)社合并后的挪威船級(jí)社，該指南的名字叫《自主船舶和遙控船舶》，全文有111頁，是各大船級(jí)社發(fā)表的智能船舶相關(guān)文本中頁數(shù)最多的，涵蓋的內(nèi)容也最為廣泛，主要章節(jié)有主要原則、認(rèn)證流程、航行功能、船舶工程功能、遠(yuǎn)程控制中心、通信功能。挪威船級(jí)社用一個(gè)單獨(dú)章節(jié)分析了遠(yuǎn)程控制中心，足見其重視程度。另外，挪威船級(jí)社還提出虛擬測試的概念，通過仿真模擬對自主系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)進(jìn)行測試，以提高實(shí)船測試的效率、減小實(shí)船測試的成本。

表1 各主要船級(jí)社規(guī)范匯總表

圖1 虛擬測試框圖

圖2 ABS Smart function implement and assessment

美國船級(jí)社在2019年5月發(fā)布了《船舶與海工單元的智能功能》的指南，內(nèi)容主要包括目標(biāo)原則、風(fēng)險(xiǎn)分類、數(shù)據(jù)、船體結(jié)構(gòu)健康、輪機(jī)健康監(jiān)視、系統(tǒng)評(píng)估、服務(wù)提供商、調(diào)試檢驗(yàn)等。本指南建立一套完整的智能功能的施行和評(píng)估體系。同時(shí)，本指南還提出了服務(wù)提供商（SP）的概念，為智能航運(yùn)業(yè)態(tài)的建立提供了新的思路。

法國船級(jí)社姍姍來遲，但并沒有缺席智能船舶盛宴，于2019年10月發(fā)布了名為《自主航運(yùn)》的指南，這是唯一一個(gè)以智能航運(yùn)為目標(biāo)的指南。指南包括通則、風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)評(píng)估、自動(dòng)化系統(tǒng)的功能性、自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性等章節(jié)。在通則中，明確提到了安全和安保，同時(shí)對于公約的適用性也進(jìn)行了概述。

各主要船級(jí)社關(guān)于船舶自主等級(jí)的比較

各主要船級(jí)社對智能船舶的自主等級(jí)進(jìn)行了不同的劃分（見表2），國際海事組織也在第100次海安會(huì)上將自主船舶分了4個(gè)等級(jí)。通過橫向?qū)Ρ龋覀兛梢缘贸鋈缦陆Y(jié)論：

表 2 IMO以及各國船級(jí)社智能船舶等級(jí)劃分對比

1、IMO主要從船上是否有人以及遙控自主的角度將船舶的自主程度分成了L1-L4四個(gè)等級(jí)。但對遙控和自主沒有進(jìn)行定義和解釋。

2、中國船級(jí)社和IMO保持了高度一致性。其將自主操作分為三個(gè)等級(jí)：A1-錨地到錨地，有人引水；A2-錨地到錨地，遙控引水；A3-泊位到泊位，全程自主。這個(gè)細(xì)分對新的商業(yè)模式有很好的啟發(fā)。

3、其他船級(jí)社沒有將是否有人在船作為自主等級(jí)的區(qū)分依據(jù)，對遙控也沒有開展過多的論述。以英國船級(jí)社為例，從A3到A6，人員的監(jiān)督要求逐次遞減，但規(guī)范并沒有要求一定要在船監(jiān)督，遠(yuǎn)程監(jiān)督可以被默許。各船級(jí)社主要基于機(jī)器決策的能力、人員干預(yù)的程度來區(qū)分智能船舶的自主等級(jí)。自主等級(jí)越高，機(jī)器決策水平越高，對人的依賴越少。

4、感知、認(rèn)知、決策、執(zhí)行是智能系統(tǒng)的四個(gè)經(jīng)典步驟，對于智能船舶也是如此，大多數(shù)船級(jí)社參考了這四個(gè)步驟對智能船舶的等級(jí)進(jìn)行了區(qū)分。傳統(tǒng)船舶是船員感知和機(jī)器感知相結(jié)合，認(rèn)知、決策由人來實(shí)現(xiàn)，執(zhí)行由機(jī)器實(shí)現(xiàn)。而全自主的船舶，從感知到認(rèn)知，從決策到執(zhí)行都是有機(jī)器來實(shí)現(xiàn)。

各主要船級(jí)社關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)的觀點(diǎn)

風(fēng)險(xiǎn)控制是智能船舶的關(guān)鍵，關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)，各國船級(jí)社規(guī)范也體現(xiàn)了不同的觀點(diǎn)。

中國船級(jí)社建議風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可以參照CCS《船舶綜合安全評(píng)估應(yīng)用指南》進(jìn)行。在其智能船舶規(guī)范中沒有專門的章節(jié)對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行論述。

英國船級(jí)社基于風(fēng)險(xiǎn)控制，分別從范圍、目標(biāo)、功能、性能四個(gè)維度對人機(jī)交互、數(shù)據(jù)質(zhì)量、系統(tǒng)架構(gòu)、硬件、軟件、通信網(wǎng)絡(luò)、安保、系統(tǒng)集成等九個(gè)風(fēng)險(xiǎn)要素進(jìn)行了論述。

表3 各國船級(jí)社關(guān)于智能船舶風(fēng)險(xiǎn)考慮

日本船級(jí)社強(qiáng)調(diào)要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，并建立風(fēng)險(xiǎn)場景，做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，最后考慮如何減輕風(fēng)險(xiǎn)。在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)上，其主要從人機(jī)交互、船舶自動(dòng)化、通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性、傳感器失效、網(wǎng)絡(luò)攻擊、外來物理入侵等幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。

美國船級(jí)社提出風(fēng)險(xiǎn)矩陣和風(fēng)險(xiǎn)因子的概念對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)上主要考慮的是：1）智能功能的角色；2）軟硬件的復(fù)雜性、數(shù)據(jù)分析、算法和模型；3）軟硬件、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通信的可靠性； 4）船上系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)；5）失電；6）分析模型、數(shù)據(jù)的不確定性；7）算法和模型準(zhǔn)確性和魯棒性；8）數(shù)據(jù)完整、軟件質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)安全；9）操作失誤、人為因素；10）數(shù)據(jù)的潛在整體性影響；11）來自一體化和互用的潛在失效。

挪威船級(jí)社在其規(guī)范中同樣采用了基于風(fēng)險(xiǎn)的原則，并提出最小風(fēng)險(xiǎn)條件的概念。在風(fēng)險(xiǎn)管控方面，挪威船級(jí)社提出了一套完整的新穎設(shè)計(jì)的流程。

法國船級(jí)社有一個(gè)單獨(dú)的風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)評(píng)估章節(jié)，在該章節(jié)中提出危害識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)控制的要求。在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)上，法國船級(jí)社分別從航程風(fēng)險(xiǎn)、航行風(fēng)險(xiǎn)、感知風(fēng)險(xiǎn)、通信風(fēng)險(xiǎn)、船舶系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)、遠(yuǎn)程控制風(fēng)險(xiǎn)和安保風(fēng)險(xiǎn)等幾個(gè)方面進(jìn)行考慮，并且對各個(gè)方面的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了細(xì)分。

結(jié)論和建議

通過上述研究，我們可以得出如下結(jié)論：

1、各國船級(jí)社都根據(jù)本國的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，制定了相應(yīng)的智能船舶相關(guān)的規(guī)范，但各國船級(jí)社對智能船舶均有不同的理解。

2、目前各國船級(jí)社的規(guī)范主要還是從目標(biāo)、功能和性能等方面對智能船舶進(jìn)行規(guī)定，在解決方案和檢驗(yàn)指南方面涉及較少。

3、智能船舶的風(fēng)險(xiǎn)是各國船級(jí)社關(guān)注的重點(diǎn)，但各船級(jí)社對風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知、風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別以及如何降低風(fēng)險(xiǎn)均有不同的看法。

基于上述研究，我們有如下建議：

建議各船級(jí)社參照散貨船、油船共同規(guī)范的做法，攜手編撰智能船舶的共同規(guī)范。在關(guān)于智能船舶的自主等級(jí)劃分上形成共識(shí)；在檢驗(yàn)的具體操作上，形成具備可執(zhí)行的條文；在風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別和管控方面綜合各船級(jí)社的意見，形成一套完整的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)控制體系。