全球首艘全自動、零排放集裝箱船翩然而至

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。她的最大亮點是純電動，以及將來實施無人駕駛技術(shù)，在保證船舶節(jié)能減排的同時，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，實現(xiàn)自動裝貨、自行離泊、在航道中的自主航行和自動避讓、到達(dá)終點時的自行靠泊和自動卸貨。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)，同時也是世界上大型化肥生產(chǎn)商之一，在全球50多個國家和地區(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，年營業(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趟柴油動力卡車的陸上化肥運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、自動化和自主作業(yè)等領(lǐng)域具有領(lǐng)先優(yōu)勢，在全球30個國家和地區(qū)有近50個分公司，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算機(jī)雷達(dá)系統(tǒng)，這套雷達(dá)系統(tǒng)有自動標(biāo)繪功能，可以計算所追蹤船舶的航向、航速、兩者最近會遇點和時間，從而評估是否存在碰撞危險。自1977年起，又交付了多項海事技術(shù)創(chuàng)新成果，包括1977年交付的第一套動態(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、零污染的集裝箱船用于化肥廠到港口的化肥運輸計劃后，與擅長這個領(lǐng)域，已經(jīng)積累了數(shù)十年經(jīng)驗，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，且實現(xiàn)零排放。該船最初計劃是在2018年下半年晚些時候作為有人船操縱，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、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)計與建造商基于他們各自在技術(shù)、物流和造船方面的知識，共同致力于實現(xiàn)創(chuàng)造可持續(xù)創(chuàng)新的愿景。這個項目將帶動更多與此相似的令人振奮的先鋒項目。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’號的開發(fā)提供資金支持感到自豪，同時我祝愿造船工程順利圓滿完成。”

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)厍虼艌鰧碜蕴柕膸щ娢⒘?dǎo)向南北兩極時，就會產(chǎn)生極光。對于極光的現(xiàn)代理論而言，這無疑是一項突破性創(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，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)計的，還有駕駛室。接著實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，最后逐步過渡到完全自主的運作。該輪的機(jī)艙已被8個電池艙所取代，電池容量6.8 MV時，提供航次所需的電能并且有盈余。

挪威BRUNVOLL公司提供2臺900 kW的吊艙式推進(jìn)器和2臺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能解決方案供應(yīng)商。芬蘭的麥基嘉公司提供自動系泊系統(tǒng)，實現(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)，包括自動化的化肥裝入集裝箱、集裝箱搬運及裝卸等設(shè)備所需要的全部關(guān)鍵技術(shù)和控制系統(tǒng)。中遠(yuǎn)海運的“大吉”輪運輸了該“無人集裝箱船”項目的碼頭核心設(shè)備——全自動化軌道吊。

四、“雅苒伯克蘭”輪項目推進(jìn)過程

2017年5月宣布建造“雅苒伯克蘭”輪之后，挪威設(shè)計和工程公司Marin Teknikk開始設(shè)計。首先是設(shè)計并建造了“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)測試，見圖7。

2018年4月7日，挪威航運巨頭威爾森集團(tuán)和康斯博格宣布，將建立全球首家無人船航運公司“Massterly”，計劃通過新公司為“雅苒伯克蘭”輪提供完整的價值鏈服務(wù)，涵蓋設(shè)計、開發(fā)、控制系統(tǒng)、物流服務(wù)和船舶運營。新公司將建立陸基控制中心，來監(jiān)測和運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，雅苒曾宣布暫停“雅苒伯克蘭”輪的開發(fā)項目，并決定與其合作伙伴一起評估下一步的工作。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”輪船艏布置了一個簡易的駕駛室，用于必要時的人工操縱或干預(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布置的，待船上所有工作完成后就會拆除;將進(jìn)一步開發(fā)“雅苒伯克蘭”輪的各個項目，康斯博格將實施各種自主功能，然后將對該船進(jìn)行商業(yè)和交通測試，會在2021年的某個時候——并且可能在年底前開始運營。

“雅苒伯克蘭”輪通過大量的交通測試和設(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”輪運營控制中心（見圖10），負(fù)責(zé)處理船舶狀態(tài)監(jiān)測、運營監(jiān)督、決策支援，船舶及其周圍環(huán)境的監(jiān)測、緊急情況和特殊情況處理，以及與安全相關(guān)的方方面面。

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