3E巨無霸揭秘

李 源

近日，有消息稱，馬士基航運將于今年7月將首批交付的12艘3E級集裝箱船投放到亞歐航線上。消息一出，立刻引來業界的廣泛關注。那么，讓我們走近3E級集裝箱船，從它的設計亮點、建造技術、港口接待能力，以及該船強大的材料回收能力等方面，全方位、多角度的揭開它的神秘面紗。

3E級大船來襲

據了解，2011年2月，馬士基向大宇造船與海洋工程公司訂購10艘18000TEU集裝箱船，每艘造價1.9億美元，另外還有2個10艘的選擇權訂單。同年6月，馬士基行使了1個10艘的選擇權，即馬士基共向大宇造船海洋訂購了20艘18000TEU集裝箱船。第一批的10艘將于2013年和2014年交付，其中首艘將于2013年7月交付。第二批的10艘將于2014年和2015年交付。這兩批船采用比較寬松的付款條件，建造時付40%，余下60%的款項交付時付清。

圖1 3E級集裝箱船效果圖

3E分別代表規模經濟（Economy of Scale）、能源效率（Energy Efficiency）和環境績效（Environmentally Improved）。該船型總長400米，寬59米，深7.3米，是目前世界上最大的集裝箱船，而且環保性能也相當優異。例如，運輸1噸貨物1km僅排放3g左右的CO2，該船單位集裝箱產生的CO2排放量將比馬士基所擁有的上一代“E”級船（亦被稱為PS型，即超蘇伊士型集裝箱船，2006～2008年建成，共8艘，首艘為“Emma Maersk”號）少20%，比目前亞歐航線上運營的集裝箱船少50%。另外，單位集裝箱燃料消耗量將比未來幾年交付的用于亞歐航線的13100TEU集裝箱船減少35%。

3E級船舶通過以下三種方面來減排。第一，超大船型可裝載更多集裝箱，這樣就降低了單位集裝箱的排放量。第二，該船設計航速相對較低，因此發動機功率比類似船舶小。第三，配備廢熱回收系統，將廢熱能轉化為推進能量。

3E級船在建造過程中被分為425個分段。從開工建造到交付，每艘船需花費375天。首個建造階段為分段建造，由韓國和中國的幾十個分包商承建，共需花費161天。第二階段為分段合擾，建好的分段通過重吊船陸續運到船廠，所有425個分段運送到位，并焊接在一起，形成21個大型的環狀結構，之后，再將它們一一安裝焊接到位，共需花費65天。第一階段和第二階段是同時進行的。

整個建造過程中，可允許的最大誤差值為5mm。這樣可確保船舶的結構完整性，以及所有管道、電纜、泵、發動機、通道等均能準確對接。

第三和最后一個階段是耗時最長也最重要的部分，即塢內機器試驗以及海上試驗，為期214天。

3E設計亮點

3E級集裝箱船的設計工作早在2010年就已經開始，當時馬士基的想法是建造一艘適用于亞歐航線的集裝箱船，每航程可以搭載更多貨物，油耗盡可能少，同時盡可能環保。該船最初的設計目標為船長與“Emma Maersk”號相近，但需要多裝載2500個集裝箱，在較低的航速下進行優化。

U形船體。為了在不過多增加船長的基礎上，盡可能多地搭載集裝箱，該船的船體采用U形設計，上一代的“Emma Maersk”號為V型，U型的好處是艙內可裝載更多集裝箱，因此3E級僅比E級長4米，寬3米，卻可多裝載2500個集裝箱，裝箱量增加了16%。3E級可裝載23排集裝箱，能更好地利用目前港口吊的延伸范圍，“Emma Maersk”號為22排。

推進系統。該船最高航速為23節，比“Emma Maersk”號低2節。降低航速使得船舶對動力的需求也降低了，該船動力需求僅為65000～70000KW，而“Emma Maersk”號的動力需求為80000KW。該船采用雙機雙槳雙尾鰭推進系統，其推進系統消耗的動力約比“Emma Maersk”號單機單槳推進系統少4%。船上配置2臺MAN柴油機，每臺可產生32065KW的動力，分別驅動1個直徑為9.8米的4葉螺旋槳，燃料消耗量為168g/kW·h。“Emma Maersk”號采用的是1個直徑為9.6米的6葉槳。3E級船的螺旋槳布置可提供更大的推進動力，槳葉數的減少降低了阻力。一般來說，采用單臺發動機效率更高，但是該船使用2個螺旋槳使壓力能更好地分配，增加的螺旋槳效率超過了2臺發動機的效率損失。

3E級船上還安裝了廢熱回收系統，可利用發動機廢熱，共可節省10%的主發動機動力。進一步減少了燃料消耗。

圖2 3E級船采用的U形船體

圖3 3E級船采用的雙機雙槳雙尾鰭推進系統

布置特點。“Emma Maersk”號的甲板室和煙囪布置在船中部，封閉式駕駛橋樓位于甲板室頂部。3E級船的甲板室相對來說更靠前，駕駛橋樓位于甲板室頂部，機艙則位于船后部，煙囪位于機艙的上方。這樣的布置可允許駕駛橋樓前方的集裝箱堆疊得更高，同時仍保持足夠的可視性，能滿足SOLAS V/22規則對大型集裝箱船橋樓可視性的要求，另一方面生活區的噪聲水平和振動水平也較低，還可以增加船體強度。不過這種布置特點并非3E級的首創，三星重工14000TEU、16000 TEU集裝箱船以及STX公司的13000TEU集裝箱船都采用了這樣的設計。

圖4 3E級船布置圖

圖5 馬士基四型集裝箱船橋樓布置對比圖

從圖5馬士基公司不同年代從大到小四型集裝箱船的布置中可以看出，隨著裝箱量的越來越大，集裝箱船的駕駛橋樓在不斷地往前移，直到3E級船時，采用了上述駕駛室與機艙分離的“雙島式”布置。

船型優化。為了達到最佳的效率，3E級船的設計團隊對船型進行了優化，首先使用CFD軟件對船體形狀進行優化，比如船首部分，優化前的設計方案如圖6（上），優化后的如圖6（下）。圖中紅色和藍色的部分顯示了球鼻首產生的波浪，通過優化，將此處產生的波浪減至最少，從而減少能量損失。

正是在CFD優化過程中，設計團隊意識到該船較低的航速允許超長沖程發動機以較低的轉速運轉，這樣可以通過使用兩臺發動機來減少油耗，比使用單臺發動機（高航速）更節省能源。

其次使用長10米，1：38的比例模型進行船模試驗，以檢驗3E船在正常海況和極端海況下的狀態。最后在海試階段還會對所有船上系統、油耗、報警器、振動、噪聲、動力管理等進行驗證。

綠色回收系統

每艘3E船需要用掉6萬噸鋼材，一個系列20艘船共需用掉120萬噸鋼材。鋼材回收很普遍，但在回收過程中，鋼材經常會和其他金屬材料混在一起，這會降低回收鋼材的質量。馬士基思考的問題是設計一種船舶，確保在回收后仍能保持造船用鋼的質量。

圖6 3E級船船型優化

圖7 3E級船舶的回收

之前沒有一家航運公司從事過這項工作，馬士基計劃為該船所用的材料制作詳細目錄“搖籃到搖籃”護照，護照將記錄該船所有建造材料，這表示當船舶退役時，該檔案將確保所有材料能以最安全、最有效的方法被重新利用、回收或處置。該護照使用在線數據庫，該數據庫有船上所有主要部件的詳細信息。數據庫最初是由Hewlett-Packard為汽車工業所開發，現在也有了其他行業，包括船舶行業適用的版本。部件供應商將各自提供產品的詳情錄入數據庫中。馬士基公司還計劃建立該船的3D模型，與數據庫中的信息一起使用可以更大范圍更高質量地定位并回收部件。

根據歐盟的規定，數年前汽車工業編制材料目錄已成為一個標準。此次建造3E級船舶過程中，共有約75個供應商。馬士基預計數據庫將涵蓋95%左右的船舶重量。不過首艘下水時該“搖籃到搖籃”護照還無法準備好，但一定會早于IMO強制要求前準備好。

亞歐航線迎“3E”

由于尺度的限制，3E級船將僅能用于亞歐航線，能停靠的港口也很少。就目前而言，美國港口無法容納這么大尺寸的船舶，現階段可以容納該船的港口有亞洲的上海港、寧波港、廈門港、煙臺港、香港、馬來西亞丹戎帕拉帕斯港和新加坡港，以及歐洲的鹿特丹港、瑞典哥德堡港、德國不來梅港、英國費利克斯托港和波蘭格但斯克港。另外，該船也無法通行于新巴拿馬運河。因此該船的主要航線應是通過蘇伊士運河航行于亞歐航線（3E級船的吃水為14.5米，蘇伊士運河的最大吃水限制為16米）。

許多港口已開始為3E級船的靠港作準備，要想容納這樣一艘寵然大物不是一件容易的事。由于還未有實船面世，該船的尺度幾乎是難以想象，它只能停泊在最大的港口。并且即使在這樣的大型港口，仍然需要做很多準備工作以確保完全發揮出該船大尺度的優勢。3E級的集裝箱堆疊很高，港口設備需要進行大的改動，港口基礎設施也需要進行大的投資。

歷史上，由于船舶尺度增加需要港口進行相應基礎設施升級的例子并不鮮見。1970年，港口起重機通常能處理堆疊至35米高的集裝箱，1995年增加到52米，2002年增加到58米，隨著3E級船的面世，起重機需要處理69米高的集裝箱堆疊。

為了迎接3E級船靠港，馬來西亞丹戎帕拉帕斯港安裝了8個新型高吊，修建了2個新泊位，每個長350米，深19.5米。這兩個泊位相鄰設置，總長可達700米，這樣一來就可輕松容納400米長的3E級船舶。進行這些準備工作的時間也相當緊張，改造工作自2012年11月開始，2013年4月完工，7月起重機安裝到位，正好趕上首艘3E級到訪。好在丹戎帕拉帕斯港的水道足夠深，不需要進行其他挖掘工程。西班牙的Algeciras港也在進行類似的準備工作。港口將安裝4臺新的高吊，還需挖掘近1km的水道以確保擁有足夠的深度可容納該船。

3E級船最初將航行于AE10航線，到訪全球14個港口，隨著其他同級船的交付還將用于其他航線。有分析認為，這些船舶交付后，可能穿梭航行于兩個主要港口，再使用其他小型船舶將貨物運送到支線。這樣的運營模式將會極大地改變目前的集裝箱航運市場。實際上在干散貨航運市場也在開發類似的運營模式。

記者觀點

目前，集裝箱船的發展趨勢是船型越來越大。2004年馬士基向旗下的歐登賽船廠訂購了世界上第一艘超大型集裝箱船15550TEU的“Emma Maersk”號，掀起業界訂購萬箱以上集裝箱船的風潮，至2013年4月1日，據Alphaliner的統計數據，全球共有萬箱以上集裝箱船170艘，總運力超過217萬TEU，占集裝箱船船隊總運力的13%，且未來還會進一步增加。

時隔7年，馬士基再次推出世界最大的集裝箱船，帶給了業界巨大的沖擊，很可能會再一次引起集裝箱船船隊的升級。目前18000TEU集裝箱船還未有實船交付，但已有航運公司決定緊隨馬士基的步伐，例如中海集運宣布訂造5艘18400TEU集裝箱船。也有航運公司對這么大型的船只持觀望態度，如陽明海運雖然也決定對船隊進行升級，但只將目光鎖定14000～16000TUE的超大型集裝箱船，預計會訂造5艘。原因是目前船級社、造船界對18000TEU集裝箱船的剪力和彎矩還有一些疑慮，相比之下14000TEU和16000TEU集裝箱船技術已經成熟。無論如何，市場競爭的壓力催生了造船新技術的發展，引導了行業的更新換代。