极地船舶发展现状及研制趋势

中国船舶集团第七一四所 岳 宏 吴笑风 中国船舶集团 赵宇欣

极地区域发展的未来，从极地船舶发展现状及发展研判中可见一二。

极地是世界各国未来发展必争的战略空间。当前，国际极地事务正在发生着深刻变化，北极地区进入了开发利用的准备期，南极地区围绕资源开发的竞争暗流涌动，冰区航行的极地船舶技术发展问题也成为了极地区域发展的战略问题。本文通过对极地船舶发展现状进行分析和论述，对符合冰区航行的相关船级社设计和操作规范、国际规则和指南等文件的研究，研判国内外极地船舶未来发展特点和趋势。

全球极地船舶情况

极地船舶最开始是专门在南北极海域进行海洋调查和考察的专业海洋调查船，也是执行特定海域环境调查和科学研究的测量船。其中最著名的是1973年美国建成的“极地星”号，该船长120米，宽25米，排水量13100吨，可以突破6米厚的冰层。经过数十年的演变，现如今，极地船舶已经发展成为涵盖破冰船、科考船、运输船、邮轮和渔船等多功能全方位支撑极地探险、航运、科考的装备体系。极地船舶大体可以分为破冰船、科考船、运输船、邮轮和渔船五类（详见图1）。

图1 极地船舶分类

随着人们对极地航道、资源、政治等方面讨论的逐渐升温，各国对极地船舶的重视程度不断加码。以极地破冰船为例，目前在环北极国家中，除冰岛、丹麦外，俄罗斯、加拿大、美国、芬兰、瑞典、挪威都拥有强大的破冰船队。根据美国海岸警卫队，截至2017年5月，全球主要破冰船队情况（如表1）。

在极地船建造方面，俄罗斯一直很积极，自1957年就拥有了核动力破冰船，并继承了继苏联时期以来的破冰船技术，尤其是核动力破冰船技术，目前它是拥有世界上唯一核动力破冰船队的国家。日本对南极和北极的考察开展也相对较早，其自主研发的破冰船多采用先进环保技术，以新“白濑”号为例，在破冰方面，其船首可喷出海水对冰层进行溶解，从而减少直接破冰的燃油消耗，且船上有污水净化系统，以保证不排出污水污染海洋。为防止发生事故时燃油泄漏，新“白濑”号的油舱采用双层结构，船上还装有先进的垃圾焚烧炉，可在焚烧垃圾时不排放有毒气体。美国白宫则在日前发布备忘录，强调拟建包括至少三艘重型极地安全舰（破冰船）和多艘中型极地安全舰的破冰船队，以全面执行资源采掘、海底电缆维护等“国家和经济安全任务”。备忘录要求船队2029年前全面投入运营。韩国将目光主要放在了商业极地破冰船领域。韩国企业在芬兰参股多家破冰船设计及制造企业。目前，三星重工正投巨资用于新型破冰油轮的建造。这种新型油轮可以在充满浮冰的水面上航行。我国拥有能在极地破冰的船舶有正在服役的“雪龙”号和“雪龙2”号两艘，属于中国第三代极地破冰船和科学考察船。前两代破冰船均为中国海军破冰船，第二代破冰船是中国海军海冰722号破冰船（舷号：海冰722），舷号继承了第一代破冰船。

船舶极地航行相关规则

考虑到越来越多的船舶将在极地水域航行，为保护极地海洋环境以及在极地航行船舶船上船员和旅客安全，各国船级社均已针对极地运营船舶发布了相关运营操作规范。IMO《极地规则》已于2017年1月1日正式生效实施，对于IMO在极地水域航行安全和环境保护工作来说具有里程碑意义。《极地规则》为在极地航行的船舶制订了涵盖船舶设计、建造、设备、操作、船员培训以及海洋环境保护等方面的强制性要求。《极地规则》包括强制性的规定和非强制性规定。强制性规定包括有关安全的措施（第I-A部分）和防污染措施（第II-A部分），其中保温防护服、除冰设备、全封闭救生艇，在冰冻、冬雨以及下雪情况下保证驾驶台视野都包含在规则安全方面的强制性规定之中。非强制性规定包括有关安全的指南（第I-B部分）和防污染指南（第II-B部分）。规则对船舶建造材料也有相应的规定，另外，所有油轮必须为双壳。从环境保护方面来看，该规则禁止或严格限制油类、化学品、生活污水、垃圾、食品废弃物以及其他物质的排放。《极地规则》的生效有效促进了极地冰区船舶的健康发展。同时，国际船级社（IACS）对极地运行船舶也提出了统一要求相关国家机构等都已制定出了一系列相关规范和法规条文。极地船舶相关国内外规则梳理（详见表2）。

表1 国际主要破冰船队情况

国内外极地船舶需求

目前，北极航道航行的商船从分类来看，主要是运送能源的液货船和少量的杂货船。短期来说，由于极地船舶特殊的防寒建造需求导致其建造成本高于普通船舶。根据克拉克松数据分析，从目前全球冰级船舶的保有状况分析， 截至2020年6月，30年船龄以下带冰级符号的船舶保有量为8143艘。其中可抗浮冰0.6m及以下的船舶5415艘，占比66.50%， 占了大部分；抗浮冰0.8m的船舶保有量2048艘， 占比25.15%；抗浮冰1m以上的船舶680艘， 仅占8.35%。抗浮冰1m的船舶是目前可航极地的主要航运力量。各船级社PC等级对比情况（见表3）。目前，全球共有72艘极地船舶在建，但90%以上的船舶仅满足最低冰级要求，即PC6-PC7级，共69艘，剩余3艘为俄罗斯船东定制的中型破冰船。相对而言，PC5级以上极地船舶的设计和建造难度较高。冰级符号为PC6-PC7级的轻型极地船舶只能在夏季/秋季通航北极。测算下来，综合考虑航行时间的缩短、建造成本的上升以及北极航行的安全风险等因素，北极航行的优势并不明显，因此从船东成本角度考虑，航行于北极航道可能还不具备经济性。但是，随着北极冰盖的逐年消融和未来各国对北极航道利用和资源开发需求的上升，全球对极地船舶的需求量会越来越大。

表2 极地船舶相关国内外规则简要情况

目前，通过调查了解到全球承接建造极地船舶的造船企业清单（如表4）所示。数据显示，韩国和中国是极地船舶的主要建造国家。从中型以上极地船的建造情况来看，韩国实力雄厚，其承接的PC5级以上的极地船舶占全球总量的60%左右（以载重吨计），其中包括韩国大宇造船海洋于2013年一次性承接的俄罗斯亚马尔项目15艘PC3级17万立方米LNG船订单，价值50亿美元。此外，俄罗斯、芬兰、瑞典、德国、美国、挪威、丹麦、加拿大等环北极国家虽然很少建造大型极地商船，但其在设计和建造破冰船、拖船等极地保障船舶的技术能力居于全球领先水平。主要极地船舶设计企业清单（见表5）。

表3 各船级社PC等级对比情况

我国主要以中小型极地船舶建造订单为主，单船多为2-3万吨（以载重吨计）。随着2019年7月中国首艘自主建造极地科考破冰船“雪龙2”号交付使用，我国极地船舶建造技术正逐步提升。“雪龙2”号是以极地水域科学考察为首要任务，兼具一定极地考察站后勤物资运输能力的“绿色”极地科学考察破冰船，船舶除采用双向破冰设计，同时拥有智能船体、智能机舱、智能实验室，还安装有全回转电力推进系统、配备DP-2动力定位系统、各频段声学探测等各种先进设备。船艏可以在2～3节航速连续破除1.5米厚冰或0.2米厚的雪，较“雪龙”号仅能连续破除1.2米厚的冰有了很大能力提升。船艉破冰可以突破极区20米冰脊，在遇到很难“拱”的冰脊时，船体可以转动180度，让船尾变成船头，尾部的螺旋桨能在海面下削冰，把10多米高的冰脊“掏空”，破冰能力远超“雪龙”号，满足全球无限航区航行需求。

极地船舶研制趋势

追溯至2008年，加拿大和德国便已经率先开始针对北极西北、东北航道的试探性商业航行。目前，世界范围内极地船舶的研发形势看好。韩国方面，STX公司已着手开发大型冰区集装箱船、极地破冰穿梭LNG船；三星重工已将冰区船舶作为其新技术研发的重要方向；大宇造船将破冰油船、北极钻井船作为重点高新技术产品进行研发；欧洲也在重点研发冰区船舶配套设备；美国方面，特朗普总统日前下令对海岸警卫队极地安全巡逻舰（PSC）破冰船项目进行审查，重点探讨核动力、重型武器和破冰船租赁选项。

1、极地邮轮

游客们越来越多的将目光投向极地，极地探险邮轮的新造船市场日益火热。传统邮轮相比，探险邮轮可以为乘客提供更多“船外的世界”，灵活机动性是其主要特点之一，因此探险邮轮的吨位相对较小，一般载客量在300人左右，且吃水浅，能够使其更便利、更深入地抵达极地冰川和峡湾等，并且可以满足在较多登陆点进行登陆探险。根据IAATO官网展示的数据显示，在2019-2020季，登记在册可以在南北极进行邮轮旅行运营，可以安排登陆活动的船只，共计45艘，其中仅有5艘为载客量超过200，接近或约等于500人的邮轮。

表4 全球极地船舶主要造船企业

2016年以前世界极地邮轮订单多以低于PC7级低冰级为主，2016～2018年邮轮新订单则以PC6与PC7冰级邮轮为主。由此可见，随着极地旅游的逐渐升温， 极地邮轮对抗冰/破冰能力的需求也逐步提高。目前，全球有7艘邮轮获得Icebreaker船级符号，可常年航行在极地海域， 能够满足极地探险的各种需求，且均从属于俄罗斯船队。其中，破冰能力最强的极地探险邮轮为俄罗斯50 Let Pobedy核动力破冰船。因此研发设计高抗冰能力、更舒适、更安全、更灵活但极地探险邮轮将是高附加值船舶国际市场的发展方向。

表5 极地船舶设计企业

目前，邮轮设计与建造技术长期被欧洲国家封锁，德国、芬兰、法国、挪威、意大利等国的极地邮轮建造总吨位居世界前列。我国极地邮轮研制水平仍于起步加速阶段，2019年3月，招商局工业集团与美国SunStone公司签订建造4+6艘极地探险邮轮合同的首制船的“1号邮轮”成功下水，该船是国内自主建造的首艘邮轮。满足最新极地规范和客船安全返港等相关标准，同时符合船舶冰级1A和极地规则，在船型设计、室内布置、噪音舒适性和能源消耗等方面具有独特的技术优势，达到了极高的安全级别以及环境保护要求。

2、极地运输船

目前，北极东北航道、西北航道仅存在少量商业航行。德国、俄罗斯和中国等均优先采用极地多用途船开展北极航道运输工作。同时，北极海上油气开采的兴起对极地破冰型油轮和LNG船的需求增加，例如俄罗斯亚马尔项目订造15艘破冰型LNG船，夏季通过东北航道运输LNG到东亚， 其他季节运输LNG到欧洲， 从而实现北极资源的全年运输。因此从北极航道发展趋势来看，多用途船、油船、LNG船、集装箱船或将成为未来极地海域内的四大主力运输船型。

韩国在极地船舶建造方面遥遥领先，承担了全球95%极地LNG船以及全球75%极地油轮的建造。除此之外，芬兰、日本等国也纷纷将目光瞄准极地资源开发运输市场， 加快研发具有破冰能力的油轮与LNG船等中型、重型极地船舶。我国虽然已经承接俄罗斯亚马尔项目建造的PC3级极地重载甲板运输船、PC3级极地凝析油船等项目，但这些船的概念设计与基本设计均由国外承担，我国仅承担建造任务。我国在轻型极地船设计建造方面已有一定的积累，但是中型、重型极地船的研发设计与世界一流水平之间存在进步空间。

3、极地渔船

极地渔船主要由美国、日本、西班牙、挪威等几个渔业大国建造，而长期以来，现代大型远洋拖网渔船仅有冰岛、挪威、俄罗斯、日本等少数先进的渔业大国进行设计、建造。为了扶植极地渔船的发展，这些国家均以政府投资的方式建造南极磷虾捕捞船。

对于南极磷虾捕捞加工船， 挪威、韩国、日本、智利、中国等国家均已经加入南极磷虾商业捕捞队伍。然而，我国磷虾捕捞船总体生产效率相对较低，年均捕捞量为挪威1/3。作为渔业捕捞强国，挪威积极开展新型渔船建造尝试，采用水下连续泵吸方式， 同时升级深加工生产技术和设备，提升产品保鲜储运技术和磷虾脱壳技术装备水平。

对于渔业调查船船队，美国、日本、俄罗斯、英国、德国和法国等均拥有庞大的渔业调查船船队，日本水产厅拥有渔业调查船14艘， 韩国具有从事海洋渔业资源调查研究的调查船20余艘，美国NOAA 拥有Oscar Elton Sette， Pisces， Oregon II等渔业调查船。我国渔业调查船数量少，为担负起我国海域渔业资源与生态环境的任务，仍需要加大建设步伐。

4、极地科考船

表6 极地考察船发展方向

纵观全球，美国、俄罗斯、德国、英国和澳大利亚等主要极地考察国家， 针对南极或北极提出了相对明确的极地发展战略， 并通过国家立法的手段确定了相关的配套措施和行动计划。除了环极地国家需要专门用于救助、港口管理的专业破冰船之外，其他大多数国家的港口冬季不结冰或冰情不严重，不需要大量的专业破冰船，因此非极地国家首先建造的破冰船大都为极地科学考察破冰船。目前，极地考察船发展总体呈现破冰能力更强、船舶大型化、科考装备更先进、造价更高等特点。其发展方向（见表6）。

5、极地破冰船

破冰船包括专业破冰船，还包括具有重型破冰能力的科考船、三用工作船、平台供应船、拖船、救助船等随着北极以及亚北极的海上油气开发，俄罗斯、美国、瑞典等纷纷建造更大功率的重型破冰三用工作船用于海洋平台的物资供应、抛起锚、平台托运等多种作业。

2016年俄罗斯建造了3艘重型破冰三用工作船， 其连续破冰能力超过3m，用于巴伦支海油气工程作业。根据美国海岸警卫队2017年统计，环北极国家中除冰岛、丹麦外， 俄罗斯、加拿大、美国、芬兰、瑞典、挪威都拥有强大的破冰船队。全球56%破冰船的船龄20年以上。破冰船已进入更新换代期，随着南北极活动的增加， 各国正在改造船舶，提高船舶破冰性能与安全性，俄罗斯、加拿大、美国、德国等也正在加紧设计建造更大功率的破冰船。

通过对极地船舶发展现状的分析可以发现，国际极地船舶市场呈现以俄罗斯、北欧诸国、美加、日韩为主的“四大”模式，我国缺乏极地船舶设计和制造经验不足，与极地船舶建造强国相比仍需提升，尽管一些造船企业承接了少量具有低级别冰区符号的船舶订单，但高技术极地船舶建造方面凤毛麟角。因此， 我国仍需采取相关的措施提高极地冰级船队的建造技术水平；促进极地冰级船队和破冰船队的建设；大力拓展国际合作；建设支持保障系统和以港口为核心的陆基基地，为我国实施海洋强国战略和极地战略提供一定支撑。