集裝箱船型的創新設計

中船集團七○八所 秦 琦

近年來，集裝箱船的創新設計風起云涌。從發展特點看，主要體現在船型大型化；船體結構創新，如帶浮體的集裝箱船、多體集裝箱船都屬于船體結構的變革性創新；環保以及船型“嫁接”，如Ulstein集團將已經在海工市場成熟的船型應用到集裝箱船設計中。這些創新設計有相當一部分來自歐洲，且主要針對歐洲區域運輸而設計，這給我們一種啟示，船舶的“本土化”設計或將成為一種趨勢且擁有廣闊的市場。

大型集裝箱船

近10年來，集裝箱船的大型化趨勢越來越明顯。據報道，韓國三星重工于1999年開始建造6200TEU集裝箱船，2003年開始建造9600TEU集裝箱船，2005年建造12000TEU集裝箱船，2006年建造13300TEU集裝箱船，2007年開始研發16000TEU集裝箱船。

目前，世界上最大級別的集裝箱船是14000TEU級集裝箱船，其中中國海運集團的14100TEU“中海之星”號就是世界上最大的集裝箱船之一。該船由韓國三星重工建造，是目前世界上現代化、快速化、信息化程度最高的超大型集裝箱船的典型船型，總長366.069米，船寬51.2米，船深29.9米，設計吃水14.5米。據了解，中海集運共訂造了8艘該型船舶，“中海之星”為交付的第1艘，還有5艘將于今年交付，其他2艘將于2012年初交付。

舷側浮體集裝箱船

目前，世界油價不斷沖高，而且各國政府對于環保的要求越來越嚴格，瓦錫蘭公司開發出一型既高效又滿足環保要求的PROA型集裝箱船，主要適應于歐洲內河的交通運輸。

該型船由一個細長的船體和浮體組成。細長的船體可以減少阻力，但是不能保證足夠的穩性，而舷側的浮體能夠提供所需的浮力，并且可以增加裝箱量。該型船與三體船不同，雖然后者的對稱結構在設計上較為方便，但是2個浮體產生的阻力比單個浮體大。此外，PROA型的一側與常規船相似，更有利于船舶在港口的簡單操作。據分析，該型船體與普通集裝箱船相比，航速為21節時可以減少12%的阻力，23節時可以減少25%的阻力。

PROA型船體總長227米，船寬40米（主船體寬23米），服務航速21節，裝載量1800TEU。船上的集裝箱一部分布置在主船體上，一部分布置在浮體上，最多可以布置10列，集裝箱采用敞開式布置，提高了操作的簡便性并降低了成本。該船還增加了箱格導軌的高度，使得甲板以上可以布置3層集裝箱。

PROA型船的另外一個創新就是動力裝置方面。該船安裝有1臺雙燃料主機，可以使用LNG、HFO或柴油作燃料，NOX和SOX的排放量較低，可以滿足IMO的有關規定和排放控制區對環保的要求。此外，該船安裝有3臺雙燃料發電機和2個小型燃料電池模塊。

圖1:帶舷側浮體的PROA型集裝箱船

五體集裝箱船

為了解決集裝箱船的航速和油耗問題，瑞士Norasia Services SA公司于上世紀90年代提出了FFB型船設計方案，航速為25節時載重量能夠達到1萬噸，裝機功率不超過20000kW。在經過大量試驗后，決定采用FFB型五體船結構，即1個細長主體加2對浮體。為了減小阻力和所需功率，FFB并沒有設計船龍骨，采用單槳推進。為了降低重量，該船采用高強度鋼并安裝了輕型主機。它的最大特色是其較高的燃油效率，與常規船體相比，可以提高30%的效率。

該船總長217.1米，型寬26.66米，型深21.95米，設計吃水8.7米，最大載重量14190噸，服務航速25節，定員25人，裝載量1387TEU+300個冷藏插座，主機為2臺蘇爾壽ZAV40S型柴油機，單機功率為12000kW，發電機為1臺2500kVA軸帶發電機和2臺1500kVA柴油發電機。

圖2：FFB船的基本設計圖

X型船首集裝箱船

據了解，Ulstein集團于2005年開發的X型船首船舶目前已成功應用于海洋工程領域。近兩年來，該公司又努力創新，將該船型應用于小型集裝箱船，比如650TEU、1200TEU、1800TEU。據了解，首艘X型船首集裝箱船有望于今年面世。

X型船首集裝箱船具有適應惡劣氣侯的良好性能，耐波性較佳，因此適合在北歐地區進行貿易運輸。據分析，在北大西洋一年的航行中，X型船首集裝箱船能夠比普通集裝箱船平均多航行2周，以1200TEU集裝箱船為例，一年可以節省燃油費3000～4000美元。由于X型船首外形類似雞蛋，因此結構強度較大，與同尺度普通集裝箱船相比用鋼量較少。同時，在惡劣環境中，該型船相比普通集裝箱船能更好地保護甲板貨物。另外，X型船首集裝箱船的居住室布置較靠前，可以降低振動和沖擊，有利于提高船員的生活環境。

X型船首1200TEU級集裝箱船總長150.97米，型寬23.5米，至主甲板深12.45米，設計吃水8.45米，結構吃水8.6米，載重量13800噸，總噸10800噸，凈重4300噸，服務航速18.2節，標準裝載量1258TEU，推進裝置為1個調距螺旋槳，轉速117r/m，1個850kW的舷側電動推進器，動力裝置為1臺MANB&W6S50ME-B9型柴油機，轉速為117r/m時功率為10680kW，2臺1280kW的發電機，1臺780kW的發電機，1臺1400kW的軸帶發電機；貨艙內布置為6列40英尺的集裝箱，甲板上布置9列40英尺集裝箱。

圖3:X型船首集裝箱船“Eurofeeder”號

超環保集裝箱船

現代船舶的設計越來越趨向于環保性和可再生能源的利用，日本郵船公司日前公布了其設計的超環保集裝箱船“Super Eco Ship 2030”船。該項目由日本郵船下屬MTI公司、意大利Garroni Progetti船舶設計公司、芬蘭Elomatic船舶技術咨詢公司共同開發。

與普通集裝箱船不同的是，“Super Eco Ship 2030”船的甲板不再裝載貨物，貨物儲存在上下兩層貨艙，上層貨艙采用卷簾式自動蓋覆蓋，可用岸上起重機裝卸；下層貨艙裝卸通過側裝窗口，靠多套內置式的裝卸系統裝卸。生活區設置在船首，與傳統的集裝箱船也有著根本的不同。

該型船的主動力裝置使用LNG的燃料電池，功率為40000kW，僅為普通的集裝箱船64000kW柴油機功率的62.5%。此外，船上安裝有風帆和太陽能燃料電池，可獲取1000～3000kW的風能和最多2000kW的太陽能。為了降低對推進功率的需求，該船還減少了船體重量和船體阻力。據了解，該船每海里航行中CO2的排放量約為62g/TEU，而目前集裝箱船的CO2排放量為195g/TEU。

圖4:日本郵船公司構想的“Super Eco Ship 2030”船

圖5：“Super Eco Ship 2030”船降低CO2排放的途徑

“Super Eco Ship 2030”船總長352米，最大船寬54.6米，至主甲板型深24米，設計吃水11.5米，最大吃水13米，載重量70000噸，裝載量為8000TEU，其中，貨艙內儲存4470TEU，甲板上儲存3530TEU，冷藏箱500TEU；推進功率44000kW，動力裝置為燃料電池和太陽能電池混合裝置，太陽能電池面積21000m2，1000～2000kW，風帆面積4000m2，螺旋槳為2個反轉螺旋槳。