張輝 貝仕船舶管理(中國)有限公司
2018年11月13日,大船集團為招商輪船建造的全球首艘安裝風帆裝置的30.8萬噸超大型原油船(VLCC)“凱力輪”成功交付,通過對該輪相關海試數據的分析,翼型風帆助推效果符合設計預期,節能效果顯著。證明了翼型帆在超大型船舶上的實用性,由此風帆助航技術進入一個新的階段。這種風帆助航的船舶,與裝有推進器的傳統帆船有著明顯的區別,翼型帆與傳統帆也有著明顯的區別,那么風帆助航船舶和翼型帆在《1972年國際海上避碰規則》中處于何種定位,本文就此展開探討。
風帆助航推進(propulsion with sail assistance),或稱風力助推(Wind-assisted propulsion),是指利用風力作為部分推進動力,使船前進的船舶推進方式。風力助推的研究最初是出于船舶節能以降低成本和減少環境污染的需求,但隨著全球低炭減排的大環境影響,減少溫室氣體排放、提高船舶能效已經成為國際航運界的一致目標,風力助推的研究也逐步加速。
船舶使用風能作為驅動力,一般會采用風帆直接驅動技術。風力直接驅動常見的方式一般有翼面升力帆、桅式傳統阻力帆、風箏帆和富萊特納旋筒等。翼型帆,形似機翼的剛性結構帆,外觀上相對接近傳統意義上的帆。風箏帆,雖然外形類似沖浪風箏或滑翔傘,但和傳統帆一樣是利用張力結構的篷布帆來捕獲風力。旋筒帆則是應用了馬格努斯效應(Magnus Eあect)的圓柱體結構,已經與傳統帆相去甚遠。
引言中提到的海試成功的超大型機帆混合動力油輪應用的是翼形帆,也是本文重點探討的風帆助航方式。
相信大多數的有經驗的船舶駕駛員在看到風帆助航帆船時并不會把她看作裝有推進器的帆船,她們有著明顯的區別,歸納如下:
(1)安裝帆的目的不同。隨著時代的發展,現今船舶安裝風帆的目的與過去已經完全不同。在蒸汽機用于輪船以前,船舶的動力來源于人力和自然力,遠洋船舶上都配備著巨大的風帆,在不同的風速、風角情況下,通過調整風帆的角度和船舵,使得船舶在有風的天氣下獲得前進的動力。帆和帆船在推動人類文明進步發展的歷史中留下了重重的一筆。現代帆船安裝風帆的目的則僅僅出于體育競技或探險娛樂的需求;而風帆助航船安裝帆的目的則是為了節能降本和減排提效。
(2)帆在船舶推進中的所處的地位不同。裝有推進器的傳統帆船,航行主要是靠風直接吹在帆面上形成的推力,因此風帆是主要的推進方式,推進器則作為輔助或備用推進方式,或可能僅在不掛帆時使用。風帆助航船,推進器為主要推進方式,帆為輔助推進方式。
(3)帆的結構與材質不同。傳統帆是由編織物制成的一種張力結構,材料則多為帆布、化纖布、或復合品,多呈三角形或四邊形。翼型風帆多采用金屬框架結構,并在其外部采取鉚接的復合材料蒙皮結構,其特點為強度高、耐腐蝕以及能夠提供較傳統阻力帆較為大的推力,工作效率較高。有些剛性風帆有可伸縮的鋼梁和復合材料制造的全封閉翼型,還有垂直伸縮帆和風帆旋轉機構,以應對不同的風速和風向。
(4)帆的操控方式不同。傳統帆通過繩索控制帆角和形狀,對駛帆人員技術要求較高,大型的帆船操縱還需要多人合作,勞動強度大,有時船舶作業條件惡劣,危險性較大。風帆助航使用的翼型帆則為電動或液壓機械控制,操帆裝置和控制系統按照操縱指令裝置發出的指令,操作風帆進行升降、回轉、旋轉等動作,以實現風力輔助推進的目的,操作程序簡單,非常方便。
(5)帆的尺寸與船體尺度大小比例不同。傳統帆船,帆的尺寸大,船體尺寸相對較小。風帆助航船,船體尺寸大,帆的尺寸相對較小。帆的尺寸決定了所能捕獲風力以推進船體移動能力的大小,故完全以風力為推進力的傳統帆船要求帆的相對尺寸大。而機帆助航船仍以推進器為主要動力,帆捕獲的風力不需作為整艘船舶的推力,故帆的相對尺寸小。實際上,通常海員是以視覺來識別帆船的,所以帆的相對尺寸對于帆船的辨別其實非常重要。
根據避碰規則第3條第3款定義,“帆船”一詞,指任何駛帆的船舶,包括裝有推進器但不在使用。很明顯,風帆助航船是裝有推進器的,在使用推進器時毫無疑問不會被視為帆船。那么風帆助航船在未使用推進器時是否符合帆船的定義,則取決于她是否是駛帆的船舶。這里我們需要再次探討“帆”(sail)和“駛帆”(under sail)的含義。
查詢牛津、朗文、劍橋、柯林斯、韋氏等多部英文詞典,以及維基、必應等網絡詞典可知,有關“帆”的名詞解釋,各個字典均在其第一條解釋中表明其傳統含義,即用于捕捉風力,以推進船舶移動的結實篷布。而“駛帆”的解釋,則是帆處于懸掛中(hoisted)、張開的(unfurled)、處于使用中的狀態。而風帆助航船的翼型帆,并非篷布結構,不符合各詞典中定義的帆的含義。
避碰規則第12條第1款對互見中的兩艘帆船如何避讓做了明確規定,即根據帆船的受風舷判斷讓路船與直航船;而第12條第2款又對受風舷側做了具體解釋:船舶的受風舷側應認為是主帆被吹向的一舷的對面舷側;對方帆船,則應認為是最大縱帆被吹向的一舷的對面舷側。簡單來說充滿空氣以形成凹面彎曲的船帆的一面稱作受風面。向外吹以形成凸起形狀的一面稱作背風面。
即使沒有規則第12條第2款的解釋,對于海員來說,受風舷側也是非常容易判斷的,通過直接感觀或風向風速儀即可明確判斷,故而第12條第2款并不被很多海員所重視。然而該款對帆船受風舷側的解釋卻對避碰規則中帆船的定義做了一些暗示:
①如果一艘帆船的帆并未掛起張開,而是處于降下卷起的狀態,那么此時該船并不存在符合規則第12條第2款所解釋的受風舷側,如未配備其他動力則也無法按照第12條第1款進行避讓操縱。由此判斷規則中定義的帆船,其帆應處于掛起張開的狀態,即處于駛帆狀態,能夠按照規則進行避讓;而其帆處于降下卷起狀態的帆船,未處于駛帆狀態,不符合規則中帆船的定義,也無法遵照規則帆船條款進行避讓。
②翼型帆是利用機翼的原理(伯努利原理),即空氣流過翼型兩側時的速度不同而產生壓差力,再通過調整風翼的迎風角度,利用壓差力來推動船舶前進的風帆,翼型帆一般由硬質剛性材料制成。也不存在符合規則第12條第2款所解釋的受風舷側。避碰規則中定義的帆船原意指懸掛傳統篷布帆的傳統帆船,并不包含裝設翼型帆的船舶。
據此分析,筆者認為,根據避碰規則的帆船定義的字面含義或帆船避讓條款的暗示,目前避碰規則定義的帆船僅僅是指懸掛篷布帆的傳統帆船,不包含裝設翼型帆的船舶,故風帆助航船在未使用推進器時也不應視為帆船。
現行的《1972年國際海上避碰規則》自1977年7月15日生效以來,隨著科技的進步、船舶航運的發展,已經過1981、1987、1989、1993、2001、2007和2013七次修訂,比如其中2001年修正案增加了地效船相關內容。
在人類的航海史上,帆船極具代表意義,是重要的水上交通運輸工具。帆船雖不再是航運的主流,但帆船條款作為規則傳統條款一直得以保留。風帆技術,特別是升力帆技術在現代設計內燃機推進的船舶上作為輔助動力應用,目前整個業界尚缺乏成熟的經驗。而在近幾年內迅速發展的翼型帆競技帆船因其競技性質,亦未受到以商業運輸為主的航運界的重視,致使使用翼型帆在現今的避碰規則中定位模糊。
避碰規則第18條第1款規定:(除另有規定外),機動船在航應給帆船讓路。而美洲杯帆船賽中常見的AC45和AC72型帆船通常速度即可達到30節以上,最高速度甚至達到47節,已經遠遠超越用作普通商業運輸用途的機動船。規定機動船應給帆船讓路也已不盡合理。就目前帆船的實際應用、高性能帆船技術的發展,避碰規則中的現有帆船相關條款的合理性亦有待商榷。
故筆者建議,應對現行國際海上避碰規則提出修改建議,對有關帆船的條款進行修訂,明確翼型帆競技帆船的船舶屬性,明確使用翼型帆、風箏帆等風帆助航船的船舶屬性,修改有關受風舷側的解釋使其適應翼型帆,修改帆船與帆船、帆船與機動船之間的避讓責任,以適應海運科技的進步發展。