豪华邮轮规范现状及发展趋势概述
2016-11-21孙家鹏张敏健杜拥军
孙家鹏,张敏健,杜拥军
(上海船舶研究设计院,上海 201203)
规范与标准
豪华邮轮规范现状及发展趋势概述
孙家鹏,张敏健,杜拥军
(上海船舶研究设计院,上海 201203)
首先从国际规范的安全和环保2个方面对豪华邮轮当前的重要规范进行论述。在安全方面,主要介绍安全返港、完整稳性和破舱稳性、撤离分析及替代设计;在环保方面,主要介绍二氧化碳排放、氮化物和硫化物排放、压载水管理公约和拆船公约。在论述的同时作详细的解读,对规范的最新动态及发展趋势作一定的阐述。此外,对与豪华邮轮相关的其他规则规范(如国际劳工组织公约、船级社规范、其他邮轮行业及协会的规范)进行简单罗列和概述。
船舶、舰船工程;豪华邮轮;规范;安全;环保;发展趋势
0 引 言
近年来我国邮轮产业的发展得到了业界的广泛关注和政府的大力支持,最近更是达到了前所未有的热度。例如: 2014年 3月,交通运输部发布《关于促进我国邮轮运输业持续健康发展的指导意见》;2014年10月,中国船舶工业集团与嘉年华集团、意大利芬坎蒂尼船企签署谅解备忘录;2014年12月,国家旅游局发布《中国邮轮旅游发展总体规划》;2015年9月,工业和信息化部及国家发改委等六部委联合发布《关于促进旅游装备制造业发展的实施意见》,提出加快实现邮轮的自主设计和建造。
作为国内客船及客滚船设计的先行者,上海船舶研究设计院(SDARI)于 2012年末获得工业和信息化部及财政部的高技术船舶科研项目“7万总吨级豪华游船功能设置与总体布置关键技术研究”。考虑到全面深入地理解和掌握规范是保证该项目顺利展开的基础,专门将规范作为一个子专题加以研究。
从国际规范来看,目前豪华邮轮并没有从客船规范中分离出来。考虑到SDARI已在客滚船(需满足客船的所有规范)设计上积累了丰富的经验,这里只针对重要的规范加以简单论述及适当解读;同时,注意到近年来豪华邮轮正逐步朝大型化、豪华化、个性化方向发展,将重点介绍豪华邮轮规范的发展趋势。此外,对涉及豪华邮轮的船级社规范、邮轮行业规范等所有其他规范也进行简单的介绍。
1 安 全
豪华邮轮的事故主要是由破损和失火导致的,对应于《国际海上人命安全公约》(SOLAS)的第Ⅱ-1章“结构、分舱与稳性、机电设备”和第Ⅱ-2章“构造-防火、探火和灭火”[1]。自“泰坦尼克号”事故以来,这2部分内容不断被增补和完善,近年来尤为突出。下面对安全返港、完整稳性和破舱稳性、撤离分析及替代设计进行介绍。
1.1 安全返港
防火方面,近年来最重要、对客船影响最大的是安全返港规则(Safety Return to Port,SRtP)。其背景为:通过对近30a来因失火导致的豪华邮轮弃船、沉没或动力失效事故进行分析发现,当事故在一定的界限内时,船舶本身是最好的救生艇[2-3]。
该提议于2000年12月在国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)海上安全委员会(Maritime Safety Committee,MSC)第73次会议期间正式被提出,对应的决议于2006年12月通过,2010年7月1日生效。2010年6月通过的MSC.1/Circ.1369给出客船在失火或浸水后对系统能力评估的临时解释,该规则可简述为:船舶在一定界限内发生火灾或浸水事故时,能依靠自身的动力安全返港,返港过程中旅客能安全地处于“安全区域”内,且满足基本的生活需求;当事故超出安全界限时,重要系统能运行3h以保证有序地撤离。
安全返港可以说是高度且形成体系的冗余设计理念,不仅需要双套置于不同区域的推进和操舵系统,而且需要对安全区域系统、消防系统、舱底和压载系统、配电系统、航行系统、通信系统及火灾探测报警系统等进行评估,同时应结合主竖区进行合理的布置[4-5]。
需要说明的是,尽管MSC.1/Circ.1369相对详细,但因安全返港评估较为复杂,仍有很多条目需进一步澄清。目前各船级社都有自己的指南文件[6-7],对评估报告详细程度的要求相差也很大,新的指南文件有望于2016年给出[8-9]。对于设计方来说,在方案设计时就应与相关船级社积极沟通,确定基本方案,避免后续设计时产生大的返工。
1.2 稳性
1.2.1 完整稳性
目前实施的完整稳性规则是2010年7月1日生效的IS CODE 2008,该规则是在1993年通过的A.749(18)的基础上,根据近年来的气象统计资料、船舶营运经验和事故统计资料作了更新。对豪华邮轮这种浅吃水、上层建筑巨大的船舶,完整稳性通常受限于突风衡准。上层建筑层数及层高的增加,甚至是吃水的降低(导致受风面积增大),都可能导致完整稳性不能满足要求。
考虑到IS CODE 2008主要有无法体现现代船舶水动力学研究的新成果、无法体现船舶类型及其操作和环境条件的多样化;仅是船舶稳性失效模式之一(瘫船)而未涉及其他稳性失效模式等缺陷[10],IMO于2007年正式启动“新一代完整稳性衡准”的制定工作,即所谓的第二代完整稳性。第二代完整稳性将提供数字模拟计算和直接评估的方法,为新颖船舶提供个性化的稳性评估,为船舶设计和船舶营运操纵提供更好的帮助,同时也对船舶设计提出更高的要求,对现有的完整稳性衡准是一场新的重大变革。
从 IMO最新的相关资料来看,第二代完整稳性的第一层及第二层衡准已基本定型,等待最终生效;第三层衡准的进展没有预想中顺利,最终生效日期很可能会在 2020年之后。从当前的研究成果来看,第二代完整稳性将对豪华邮轮产生巨大影响,很多现有船舶第一层和第二层衡准通不过[11],因此需对第二代完整稳性的进展情况进行长期密切的关注。
1.2.2 破舱稳性
目前采用的破舱稳性规则为MSC第82届会议通过、2009年1月1日生效的SOLAS 2009。该规则基于对近3000起碰撞事故的一系列研究,将货船和客船的破损评估统一为概率方法。对于客船来说,SOLAS 2009取代了原先的确定性算法及建议性概率算法A265,相对来说严格许多。从对所承担项目7万总吨级豪华邮轮的破舱稳性进行的计算及IMO和欧盟发起的HARDER项目的一些算例来看,当前的豪华邮轮要满足SOLAS 2009的要求并不太困难。部分船舶需满足完整稳性,其GM值要求更高。这里需要提醒的是,对于豪华邮轮来说,横贯进水、水平撤离通道、垂直撤离通道、A级分隔及空调管路的布置等都会对最终的破舱稳性结果产生较大影响,特别是水平及垂直撤离通道。
然而,在SOLAS 2009还未实施时其局限性就已被注意到。因为对于客船特别是豪华邮轮来说,很大一部分的破损是由搁浅引起的[12],IMO委托欧盟基金会对此进行深入研究。该项目简称为GOALS (Goal Based Damaged Stability),时间为2009—2012年。
GOALS项目的结论简单来说就是需要大幅度分舱指数 R,并通过对现有的一些组合船舶采取增加船宽、增加型深、增加干舷、增加内部水密分舱布置、增加水线以上的浮力体积等一种或几种措施进行试算来说明是可以做到的。在2014年2月召开的IMO船舶设计与建造分委会(Sub-Committee on Ship Design and Construction,SDC)会议上,原则上同意由美国提出的分阶段提高R指数的建议[13]。
尽管这种“暴力”提高破舱稳性的方法是否合理还需进一步讨论,但考虑到近年来发生的“歌诗达协和”号触礁事故及韩国的滚装船“世越”号和我国的内河豪华客船“东方之星”沉没事故等灾难,原定于2018年生效的新规范很可能会按计划实施。
R值的大幅提升(例如对于本项目,若按当前的SOLAS 2009规范,则所需的分舱指数R=0.794;若按美国的提议,则R=0.925)会导致现有船舶的尺度不再适合,需设计方在方案阶段就加以深入研究,企图通过后续设计阶段“修补”来达到要求是行不通的。
1.3 撤离分析
关于撤离分析,规范最早是针对客滚船提出的(1999年以 MSC/Circ.909发布)。其来源之一是1994年的“爱沙尼亚”号客滚船灾难,艏门被浪打掉导致车辆舱进水,船舶下沉非常快,来不及在短时间内有序地撤离到登乘位置,最终导致852人丧生。
目前最新的指南文件为2007年颁布的MSC.1/Circ.1238。从规范中可以发现,对于客船仍然只是鼓励进行撤离分析,而不是强制性的。规范中提供了简化的撤离分析和高级的撤离分析 2种方法。据了解,目前的豪华邮轮仍采用简化的撤离分析方法,而实际上影响安全逃生的因素非常多(见图1),加之豪华邮轮的大型化(目前平均载运3000人)及其内部的复杂性,忽略个体的差异及所处的位置等因素是不合理的。
图1 影响安全逃生的因素
高级的撤离分析需要通过软件完成,目前的智能化、信息化程度已完全可以获得船上每个旅客的详细资料和其所在位置等信息,可以说技术上没有太大问题。目前国际上口碑较好的撤离仿真软件有EVI,EXODUS,AENEAS等[14],我国在这方面还有差距。
“歌诗达协和”号事件后,撤离分析对客船的强制性及对使用高级撤离方法的建议于2014年2月的SDC 1的第13个议题上作为High-Priority Item被提出(13 Review of the Recommendation on Evacuation Analysis for New and Existing Passenger Ships),因此认为高级撤离方法会在未来3~5a内成为主流。
1.4 替代设计
豪华邮轮大型化、新颖化的发展受到了规范的制约,由此产生了替代设计。早在2002年IMO第89次会议上,希腊等国的提案就将目标型船舶建造标准(Goal- Based Standards,GBS)的概念引入到海事界,自此IMO着手建立目标型海事标准体系。GBS被称为规范的规范,只强调目标而将达到目标的方法留给规范的制定者,这是技术标准方法论上的重大变革。对于GBS的制定有2种不同的方法论:一种是所谓的规范法,即根据以往的实践经验来制定确定性的标准,众所周知的油船、散货船的共同规范就是通过这种方法制定的;另一种称为安全水平法(Safety Level Approach,SLA),即采用整体分析的方法对现有船舶的安全标准进行风险评价,并通过综合安全评估(Formal Safety Assessment,FSA)来确定风险的可接受标准[15-16]。替代设计方法是SLA的一个应用方向,其核心同样是将FSA作为工具来进行风险评估。
替代设计方法在IMO规范上的应用最早出现在2002年7月1日生效的SOLAS第II-2章的第17条,来源可追溯到20世纪80年代设计的邮轮“海洋君主”号,其一个防火区内有一个中庭延伸了3层甲板;1999年交付的邮轮“海洋航行者”号的中庭设计延伸了3个防火区。之后这种设计被豪华邮轮、客滚船广泛采用。
在此之后,SOLAS第Ⅲ章第38条允许救生设备配备及布置的替代设计,第Ⅱ-2章第55条允许机械及电气设备的替代设计和布置(在2006年MSC第82届会议上通过,于2010年7月1日生效)。对于SOLAS第Ⅲ章第38条允许救生设备配备及布置的替代设计,英国劳氏船级社(LR)给出一个“2个300人的完全悬挂于船体外的救生艇代替4个150人救生艇”的案例,从布置、强度和撤离分析等各方面来分析其有效性。该项替代设计不仅可以节省更多空间来布置旅客房间,2个大救生艇相对4个小救生艇还可以节省成本[17]。
目前来看,替代设计的发展还是相对缓慢的。当前IMO对于安全水平法的讨论仍然存在概念不清晰的问题,其功能要求还没有完全清楚的定义,进行符合性验证时如何应用风险评估也没有明确的说法。在2015年MSC第95届会议上,提出进一步制定安全水平法的临时导则,该导则有望在MSC第97届会议上获得批准。
我国业界对风险分析方法的研究较少,缺乏风险分析方法实际应用的经验[18],若不提前做好准备,将丧失立法话语权和规则制定的主动权。同时,由于安全水平法与基于风险的替代设计的联系较为密切,对安全水平法缺乏了解也将丧失通过创新设计突破现有规则要求进而实现市场效益最大化的机会。
2 环 保
2.1 CO2排放
2014年召开的海上环境保护委员会(Marine Environment Protection Committee,MEPC)第66次会议上首次增加了对豪华邮轮的定义,并规定船舶能效设计指数(Energy Efficiercy Design Index,EEDI)要求仅适用于电力推进的船舶,2015年5月召开的MEPC第68次会议上又增加了对柴电推进的豪华邮轮的EEDI要求。
从公式“EEDI=CO2排放量/社会效益”来看,豪华邮轮这种高收益、航速相对不高(目前主流航速为20~22kn)的船舶的CO2排放相对量不会太高。但是,未来数量会稳定增加[19-20],加上豪华邮轮大都是沿岸行驶,对环境影响更大,因此对排放限定还是有必要的。
通过对现有船舶进行试算发现,阶段1的要求较低,均可满足要求;而阶段2的要求有很大幅度的提升,如何满足还需在设计上作进一步的考虑。但总的来说,认为EEDI的要求不会,也不应该成为未来豪华邮轮设计的障碍,EEDI不应作为评估豪华邮轮这种个性化船舶优劣的主要指标。
2.2 SOx和NOx排放
目前北美和加勒比海地区实施的是第Ⅲ阶段NOx标准,为满足该要求,采用废气循环法(Exhaust Gas Recycling,EGR)、选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction,SCR)和液化天然气(Liquefied Natural Gas,LNG)燃料法等3种方法。
对于SOx的排放,目前的排放控制区有北美、加勒比海、北海、波罗的海和加州岸线24n mile以内区域。另外,在欧盟港口停泊超过2h也需要0.1%的硫排放。为达到排放控制区(Emission Control Area,ECA)要求的硫排放,目前采用的主要方法有重油+废气洗涤器、低硫柴油、生物柴油和LNG等。从目前的趋势来看,ECA会逐步扩展。
上述技术目前已相对成熟,大多在客滚船、甚至货船上得以应用。但从最近的相关资讯[21-22]来看,大多数邮轮公司对这些新技术并不太热衷,多采取观望的态度,一方面可能是基于目前油价相对较低,另一方面对新技术是否足够成熟持谨慎态度。但也欣喜地看到,嘉年华于2015年6月宣布在德国迈尔船厂建造4艘LNG动力豪华邮轮,这是LNG动力在豪华邮轮上的首次尝试,该船将于2019年交付。
另外,生物燃料曾经看起来很遥远,但最近Stena line的客滚船上已开始使用甲醇作为燃料。相对于LNG,甲醇具有来源更加广泛、可以像普通燃油一样存放和对码头设施要求低等特点。从2014年初的一份报道中看到,豪华邮轮在地中海区域还没有LNG加油站,因此认为生物燃料会在未来5a内在欧洲内部航线的豪华游轮上得以应用。
2.3 压载水管理公约和拆船公约
压载水公约预计很快就会被批准,对豪华邮轮来说不存在困难。需注意,处理装置需得到船级社和相关当局的认可,缺一不可;巴西和美国海岸警卫队(United States Coast Guard,USCG)对该处理方法给环境带来的影响还存在疑义,因此目前要求交换与处理同时满足。
拆船公约即 2009香港公约,目前看来生效还遥遥无期。拆船公约需要建立一套有效的有害物质信息收集、整理程序,建立有害物质清单。豪华邮轮要完成上述清单,工作量无疑是巨大的。从近几年交付的豪华邮轮来看,还没有满足该要求的案例。
3 其他规则规范
3.1 国际劳工组织
最新的国际劳工组织《2006年海事劳工公约》对船员居住条件提出了更高的要求。例如:船员(包括服务员)4人间的面积≥14.5m2。从近几年建造的豪华邮轮来看,很多是不满足该项要求的。
对于旅客的居住条件、公共设施,目前还没有相关规范。当然,从豪华邮轮的发展趋势来看,也没有太大必要设置一个最低的要求。
3.2 船级社规范
从英国劳氏船级社(LR)、法国船级社(BV)、挪威船级社(DNV)和意大利船级社(RINA)豪华邮轮入级大户的最新规范来看,船级社规范对客船的要求较少,对结构部分的要求主要包括全船有限元计算及舷门、玻璃屋顶等一些特殊结构的规定。由迈尔船厂及芬坎蒂尼船厂的相关介绍材料了解到,豪华邮轮结构上的难点主要来自于工艺方面,如大面积薄板的焊接等。
另外,如果噪声和振动达到了一定的标准,船级社可赋予相应的船级符号。目前噪声已作为安全指标通过MSC.337(91)决议成为强制性要求。而对于豪华邮轮来说,多年前就已普遍达到2级舒适度(规范要求与3级相当)。
3.3 其他邮轮行业及协会规范
国际上大的邮轮行业及协会有:国际邮轮协会(Cruise Lines International Association,CLIA)、欧洲邮轮理事会(European Cruise Council,ECC)(客船安全计划)、美国《2010年邮轮安全法案》、USCG(关于邮轮安全的规定)、美国公共卫生署和美国疾病防控和预防中心(船舶卫生计划(Vessel Sanitation Program,VSP))和美国残疾人法案(Americans with Disabilities Act,ADA)。
上述邮轮行业及协会中,业内影响比较大的是CLIA,该协会在垃圾处理、驾驶室进入限制、多余救生衣配备、船上重物系固和旅客样机演练等方面制定了会员广泛遵循的自律性规定。另外需要特别注意的是美国的VSP,该计划对船舶的很多细节做了苛刻的规定,若不满足则会导致不能停靠美国的港口或被扣船。
总体来说,行业上的规定主要还是基于有效管理、合理操作层面的,没有超出 IMO的范畴,也不具备石油公司国际海事论坛(Oil Companies International Marine Forum,OCIMF)这样的行业规范指南的权威性,对设计影响不是很大。
4 结 语
1) 安全返港规则的实施及稳性要求的大幅提升会将豪华邮轮的安全性提到前所未有的高度。
2) 基于仿真模拟的撤离分析会在不久的将来在豪华邮轮上得以应用。
3) 在安全得以保证的前提下,替代设计会使豪华邮轮的设计上一个新的台阶。
4) 在环保方面,豪华邮轮目前并没有起到“标榜”的作用;考虑到大多数邮轮都是近岸航行或国际短途航行,对环境影响相对更大,因此无论是从日益严格的规范还是船东的利益来说,绿色环保型邮轮会越来越多。
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《船舶与海洋工程》编辑部
Present Situation and Development Trend of Rules and Regulations Concerning Cruise Ships
SUN Jia-peng,ZHANG Min-jian,DU Yong-jun
(Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute, Shanghai 200011, China)
Critical rules and regulations concerning the safety and environment protection of cruise ships are presented and analyzed in this paper, where safety issues such as safe return to port, stability, evacuation analysis and alternative design are introduced; and environmental issues such as CO2emission, SOXand NOXemission, Ballast Water Management convention and ship-recycling convention are also introduced. Meanwhile, interpretation and analysis of the rules and regulations are elaborated along with the latest development trend and other related regulations and rules (such as International Labor Organization norms, the Class rules, the industry and association’s regulations) are listed and introduced briefly.
ship and naval architecture; cruise vessel; rules and regulation; safety; environmental protection;development trend
U674.11.03
B
2095-4069 (2016) 05-0067-06
10.14056/j.cnki.naoe.2016.05.013
2015-12-14
工业和信息化部及财务高技术船舶科研项目(工信部联装[2012]534号)
孙家鹏,男,高级工程师,1979年生。2005年大连理工大学船舶与海洋结构物设计与制造专业毕业,工学硕士,长期从事于船舶总体设计与研发工作。