罗·罗公司的模块化船舶设计

祁 斌

近年来，随着国际海事组织（IMO）相继推出目标型新船建造标准（GBS）、能效设计指数（EEDI），以及未来所要满足的Tier III关于气体排放的要求等一系列新标准、新规范，加之船东对于燃油成本的考虑，未来船舶的设计建造向节能减排方向发展已成为大势所趋。

罗尔斯·罗伊斯公司（罗·罗公司）自上世纪70年代中期就开始研发各种船型（主要为海洋工程船），并将自身的各种船舶动力系统产品结合到船型设计当中，从而实现结构优化、节能、高效的目标。目前，罗·罗公司在船舶设计方面采用了创新的模块化理念，即将船体分为船首、上层建筑和中间货运区三个部分，其中，中间部分可以根据船东需求灵活更换为不同船型。

这三个部分中，最有特色的是其穿浪型垂直船首。这是罗·罗公司和挪威大学花费五六年时间共同研发的成果，与传统的球鼻艏相比，穿浪型船首能够使船舶所受阻力降低8%～10%。此外，罗·罗公司还开发了创新的Promas整合型桨舵推进系统，使“舵桨合一”，并可灵活采用单机单桨和双机双桨两种不同的配置，有望使船舶的效率提高4%～9%。其中，Promas系统的舵球可引导水流流向，提高推进效率；舵边采用扭曲设计，可大幅提高机动性；其中的螺旋桨为“拉式”桨，桨叶向前，可有效降低绕流阻力。据统计，如果一艘船舶采用罗·罗的Promas整合型桨舵推进系统、穿浪型垂直船首，以及其他各种优化方案，则该船的整体效能可得到大幅提高，从而使船舶的温室气体排放量减少40%左右。

环保船舶的设计理念

罗·罗公司在海工市场上的卓越表现一直以来都不为人陌生，而在潜力更巨大的商船设计市场上却是最近才起步。不过，起步晚并不代表技术落后，恰恰相反，罗·罗公司利用其多年的动力系统研发经验以及雄厚的技术储备，在商船的开发设计上直接进入了LNG燃料时代，推出了“环保船舶”（Environship）设计理念，并于挪威奥斯陆举行的2011年度挪威国际船舶和航运展览会（NorShipping）上荣获著名的“新一代船舶奖”。据叶雷称：“Environship将彻底改变商用船舶海运市场的现状，能在大大降低燃料消耗和排放的同时，改善海上运输的效能”。

2011年10月，罗·罗公司获得首份Environship订单，船东为挪威运输公司Nor Lines AS，从而宣告了世界首艘纯天然气推进多功能远洋运输船的诞生。此次订单为两艘NVC405型多功能运输船，该型船除了采用罗·罗公司自己的Bergen B系列LNG发动机外，还结合了已获得专利的穿浪型垂直船首设计，以及Promas整合型桨舵推进系统，可有效改善船舶整体性能，提升高达18%以上的燃料效率。此外，这种设计还兼具众多环保优势，其中包括可实质性消除SOX，CO2排放则比同类船舶减少40%以上，从而满足计划于2016年生效的IMO Tier III对于排放的要求。Environship的主要技术特点如下：

●采用Bergen B系列稀薄燃烧燃气发动机（应用于Environship理念），其CO2排放量相比柴油发动机，每功率单位减少约17%，NOX排放减少约90%，SOX排放几乎为零。

●采用创新的Promas整合型桨舵推进系统，可将船舶的效率提高5%～8%。

●采用创新型垂直船首设计和船体线型，可减少8%的阻力，从而进一步降低了燃料消耗和废气排放。此外，垂直船首可使船舶在恶劣海况下仍能保持航速，从而满足严格的航运日程安排，无需为弥补航速而使用更多燃料。

进入2012年，罗·罗公司再度接获一份Environship设计合同，将为挪威Eidsvaag公司设计1艘用于挪威海岸渔场的LNG动力饲料运输船，并提供主要配套系统。

该船采用Environship系列中最新的NVC401型设计，总长74.7米，型宽13.6米，吃水5米，可供8名船员住宿。同NVC405型一样，该船采用穿浪型垂直船首，并融合了多项技术，如Bergen C系列发动机和Promas整合型桨舵推进系统，在提高效率的同时也具备优秀的环保性能。此外，该船还拥有DP1动力定位能力。

JD系列高能效运输船

2011年12月1日，罗·罗公司与上海佳豪共同揭示了由其联合项目组（JPT）合作一年以来所推出的首批高能效船舶设计方案，可满足全球商船航运市场对于降低排放和运营成本的需求。此次合作旨在设计出具有较低建造、运营、维护成本，而性能却更高的商用船型。主要船型有：4100系列滚装船（9000～11000DWT），4400系列集装箱船（最大2000TEU），4600系列杂货船（最大37000DWT），4800系列散货船（最大100000DWT），6400系列LNG船（最大30000m3）。

首批公布的这些船型均以JD为前缀命名，其核心优势为建造成本低、运营效率高、燃料消耗低，可灵活搭载燃气推进系统或柴油推进系统，展开高效运营的同时，兼顾卓越性能及运营成本。此外，用户在世界各地都能享受便捷的技术支持和服务。

由于是从能效方面考虑，这些船型中的大部分都用到了Environship的设计理念，尤其是在船首方面。而根据主机的不同选择，这些船型可分成2个基础版本，即使用Bergen燃气发动机的较小型船型和使用常规柴油机的较大型船型（Bergen燃气发动机为高速发动机，不适用于较大型船舶）。其中，采用燃气发动机的船型均满足并超越了未来的排放标准，如IMO Tier III对于NOX、SOX和CO2的排放要求（2016年生效）；采用低速柴油机的船型则满足Tier II对于NOX的排放要求。另外，对于采用燃气发动机的4400系列集装箱船，理论上在设计时可以预留出足够的空间以同时安装两种类型的发动机。

考虑到能效设计指数（EEDI），每一型设计的主要特性均根据EEDI标准及其值进行了评估。但罗·罗公司同时也承认，对于部分船型如滚装船的评估还未完成，因此设计方案还不能最终确定。业界普遍认为，EEDI对滚装船来说存在严重的缺陷，项目组在计算新型滚装船的EEDI值时调整了载重量，并人为将服务航速降低至欧洲滚装货运市场常规航速之下。

JD系列滚装船

根据发动机的选择以及跳板的位置不同，JD系列滚装船具有多个设计方案。此处介绍的四种方案均具有新颖的船体形状，船首采用穿浪型设计，船尾设有双导流鳍以及Promas整合型桨舵推进系统。四型中有三型的船长为149.8米，船宽24米，其中两型采用双Bergen B32：40L6P型6缸燃气发动机、动力输出（PTO）轴发电机，以及2台BergenC25：33L6A型辅助发电机。该两型的车辆通道长度也均为1800米，且露天甲板可装载200TEU，续航力6500海里，其区别仅为跳板不同，一型为船尾直跳板，一型为船尾斜跳板。

第三型滚装船的发动机为8缸的Bergen B32：40L8PG型，辅机则换成了1台功率较大的Bergen C26：33L6AG型发电机。由于燃气发动机对于燃料储存空间的要求比柴油机更大，因此第三型的车辆通道长度缩减了50米至1750米，续航力也降至6000海里。

第四型的船舯部比前三型长16.8米，从而使船长增至166.6米，船宽不变，装载能力有所提升，车辆通道长2100米，露天甲板集装箱装载量为250TEU。动力系统配置与第三型相同，但为使续航力达到6000海里，航速较第三型稍低。

EEDI值根据MEPC.1/Circ.681中所列公式求得，但对于滚装船并不适用。

JD系列集装箱船

集装箱船方面，罗·罗公司此次公布的两型均为2000TEU级。该两型集装箱船采用常规船形，其中一型的动力系统配置为1台转速750r/m的Bergen B35：40V16PG型燃气发动机、3台C26：33L9AG型辅助发电机，辅机的运转通过联接至减速齿轮的动力输入（PTI）系统进行，另一型则采用常规低速柴油机动力系统。同JD系列滚装船一样，该两型集装箱船也各配置了1套Promas整合型桨舵推进系统。最显著的差别为航速和续航力，其中采用燃气发动机的船型为17.5节、7500海里，采用柴油机的船型为20.3节、15000海里。其EEDI评级也相应有所差别，前者为12.2，后者为13（根据MEPC.1/Circ.681中所列公式求得）。

JD系列LNG船

目前，将LNG作为船用燃料已被人们普遍认可，并已有少量采用LNG燃料的船舶投入运营或设计建造中。不过受限于LNG燃料的补给，这些船的运营区域并不大，而未来LNG燃料应用于运营范围更广的船舶却是一种必然趋势，因此很多必要的基础支持工作还需完善，其中一项就是LNG燃料的中转，这需要一支小型船队用以补给地方上的燃料站并扮演燃料补给船的角色。罗·罗公司此次公布的LNG船正适合这项工作，该批设计共有三型，尺度均较小，一型为5000m3，另两型为10000m3。两型10000m3级的区别为一型采用燃气发动机，另一型采用双燃料混合动力装置。

5000m3级LNG船船长仅100米，宽18.4米，吃水4.6米。单机单桨结构，主机和发电机为Bergen C26：33系列同轴发动机，主机为8缸，发电机为6缸，均使用LNG燃料（取自LNG液货蒸发气，配有2个80m3缓冲罐）。减速齿轮箱驱动Promas整合型桨舵推进系统，并设有1个PTO/PTI轴发电机，可在发电机运行时，根据需求提供动力或增加推进动力。

10000m3的两型LNG船均采用浅吃水设计，船长124.9米，宽22.4米，吃水4.5米，螺旋桨为调距浆，直径3.2米，适用于内河、沿海、近海运输。主机为BergenC26：33L6PG型，使用LNG蒸发气作为燃料，配有120m3的缓冲罐。两型的不同之处在于，采用LNG燃料的那一型仅设1台应急/港口发电机，双燃料混合动力的那型则采用2台425kW柴油发电机，可通过联接到减速齿轮箱的PTO/PTI轴发电机以提供额外的推进动力。

JD系列散货船和杂货船

罗·罗公司此次公布的最后两型船为拥有同样船体外形和推进系统的灵便型散货船及杂货船。该两型船载重量均为37000t，船长180米，宽29.8米，结构吃水10.7米。推进系统包括1台降额超长冲程发动机，直接驱动Promas整合型桨舵推进系统中的螺旋桨。

该两型船设有5个货舱和5个舱口盖，由于舱口盖和货舱形状的不同，散货船的散装舱容为47000m3，杂货船舱容为50000m3（敞开舱口盖）。杂货船上的起重机初始计划为4台，其中3台悬臂外展26米时SWL（安全工作载荷）为30t，余下一台悬臂外展32米时SWL为30t。

该两型船的设计有许多方面与2年前的Grontmij/Carl Bro Seahorse 35型非常相似，都拥有垂直船首，无突出的球鼻艏，航速14节，且均采用降额发动机。不过Seahorse 35型设计由于问世较早，因此没有也没必要公布EEDI值，而对于该两型船，罗·罗公司声称其EEDI值为4.4。

从上述高能效创新型船舶所采用的减排方法来看，最关键的一点就是燃料及主机的选择，从目前情况来看，LNG是未来船用柴油最有希望的替代品，不过所需考虑的相关问题也不少，如燃料的储存和补给，因此相应的基础配套工作不容忽视，但同时这也是一个市场契机，罗·罗公司针对这种情况已迅速反应，开发了JD6400系列LNG船。另一方面，罗·罗公司的穿浪型垂直船首和Promas整合桨舵推进系统则从提高能效、减少能耗方面入手，达到降低对环境的不利影响之目的，同时还减少了船舶生命周期内的运营成本。

当然，罗·罗公司在环保船舶方面的成果肯定不止这些，其他新近的成果还包括为世界第一艘采用LNG燃料的拖船提供动力装置，为S lvtrans公司设计创新型世界最大活鱼运输船等。而这些，都是罗·罗公司致力于环保技术研发的结果。

随着人们对环境问题的日益关注，未来国际上必将有更多节能减排的规范、标准推出。如何才能在绿色造船常态化的大趋势下立足，是中国船舶业所面临的关键性问题，但同时这也是新的机遇，是我们成为造船强国的机遇。除了加大技术研发以外，借鉴国外先进技术、与国外专业团队进行战略合作也不失为一种有效手段。