極地船舶標準化現狀分析及發展建議

劉 震，仲 斌，楊龍霞

（1. 上海船舶設備研究所，上海 200031；2. 軍委裝備發展部某中心，北京 100034）

0 引言

近年來，隨著科技不斷進步、全球氣候變暖以及海冰加速融化，極地地區的油氣和航道資源開發利用價值不斷提升，經濟、軍事和政治等戰略地位日益凸顯，已成為世界各國關注的焦點。尤其是美國、俄羅斯、歐洲等近北極國家和地區，正在積極布局極地裝備，提升極地科學考察、商業航運和資源開發能力，以保障其未來在極地地區的資源開發活動。

我國高度關注極地地區相關活動，并把參與極地事務作為我國重要戰略之一。2018年1月，國務院新聞辦公室發布的《中國的北極政策》白皮書中指出，中國是北極事務的重要利益攸關方，在地緣上是近北極國家，北極的自然狀況及其變化對中國的氣候系統和生態環境有著直接影響，進而關系到中國在農業、林業、漁業和海洋等領域的經濟利益。極地地區是關系到我國是否能夠成為海洋強國的關鍵區域，我國積極參與極地開發、發展極地裝備與技術，對于建立有效的全球治理模式具有重要意義。

極地船舶是極地裝備的重要組成，也是各國推進落實極地戰略的重要依托。經過多年發展，極地船舶已形成涵蓋極地油船、極地 LNG船、極地散貨船、極地集裝箱船、極地海洋工程船和極地破冰船等各類極區船舶的、多功能全方位支撐極地探險、航運和科考的裝備體系。

為抵御極地環境風險，極地船舶應具有足夠的極地水域操作能力，如船體結構和推進系統需滿足適當的冰級要求、推進功率和機械設備需保障船舶在有冰水域的移動能力、船舶設備具有經受低氣溫和結冰狀態能力、船舶通導設備適合預定高緯度區域航行、船舶應急設備和系統具有在偏遠區域應急響應能力等。為了保障極地船舶在極地水域航行及作業安全，國際海事組織（International Maritime Organization，IMO）、國際船級社協會（International Association of Classification Societies，IACS）、國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）及主要極區國家陸續發布了多項公約、規范、規則及標準，對極地船舶在極地水域航行及作業活動進行規范。

1 極地船舶國際公約規則現狀及分析

1.1 概況

早在2002年，IMO就發布了通函《在北極冰覆蓋水域內船舶航行指南》（MSC Circ. 1056），并于2009年通過決議《在極地水域內船舶航行指南》（A.1024 (26)）。為了規范極地船舶操作及航行，IMO于2014年啟動了極地航行船舶相關規則的起草，并先后發布了3項國際公約及修正案（見表1），分別為《國際極地水域操作船舶規則》（《極地規則》）、《國際防止船舶造成污染公約》（MARPOL公約）附則I、II、IV和V修正案“國際極地水域營運規則”、《1974年國際海上人命安全公約》（SOLAS公約）極地水域營運船舶的安全措施修正案。其中，《極地規則》對極地船舶的構造、設備、操作、培訓、搜救、環保等各方面提出了相關要求；MARPOL公約附則I、II、IV和V修正案“國際極地水域營運規則”，明確了《極地規則》中與環境相關的規定具有強制性；SOLAS公約極地水域營運船舶的安全措施修正案規定了極地水域營運船舶的定義、范圍以及設計布置的要求。

表1 極地航行及作業國際公約/規則

1.2 適用性

《極地規則》針對極地水域特殊風險，提供了覆蓋極地船舶構造、設備、操作、培訓、搜救和環保等所有方面的目標和要求，以補充現有IMO公約規則要求。《極地規則》適用于北極地區港口的船舶、穿越北極航行的船舶、在南極區域航行的船舶以及所有類型破冰船。

MARPOL公約附則I、II、IV和V修正案“國際極地水域營運規則”為《極地規則》中環境相關的規定賦予了強制性。《極地規則》適用于MARPOL公約所適用的全部類型船舶。極地水域航行船舶的各種防污染證書的檢驗和發證應按照MARPOL公約各相應附則的證書要求進行，在符合 MARPOL公約各相關附則的基礎上，還應符合《極地規則》第II-A部分防污染措施的要求，并應考慮第II-B部分的附加指南。

SOLAS公約修正案第14章“極地水域營運船舶的安全措施”包括定義、適用范圍、對適用該章的船舶的要求以及替代設計和布置。除另有明文規定外，該章適用于在極地水域營運并按第I章發證的船舶，不應適用于締約國政府擁有或經營的和政府用于非商業服務的船舶。但是，仍鼓勵締約國政府擁有或經營的、目前僅用于政府非商業性服務的船舶，在合理和可行的范圍內符合本章要求。極地水域航行船舶應符合適合其操作條件的極地規則第I-A部分安全措施的要求，并應考慮第I-B部分的附加指南。

上述3項國際公約是極區航行和國際航行的船舶必須遵守的，相關條款適用于所有類型的極地航行船舶。

2 極地船舶國際公約規則現狀及分析

2.1 概況

IACS結合IMO的相關指南要求，于2006年發布了《極地船級要求》（

UR I Requirements Concerning Polar Class

），明確規定了在極地水域營運船舶的設計及推進系統的統一標準，并對頭年冰、二年冰和多年冰的差別進行了區分。中國船級社（China Classification Society，CCS）、美國船級社（American Bureau of Shipping，ABS）、法國船級社（Bureau Veritas，BV）、挪威船級社（Det Norske Veritas，DNV）和俄羅斯船級社（Russian Maritime Register of Shipping，RMRS）等國際主要船級社也相繼發布了極地船舶相關規范指南，并均在入級規范中對極地船舶做出了補充要求。

CCS發布了《極地船舶指南》和《極地運輸登陸艇檢驗暫行指南》等指南文件，對極地船舶檢驗、船體檢測與輔助決策系統、低溫管應力分析、冰區固定式海洋鋼質結構冰激振動與冰激疲勞分析，以及水下輻射噪聲等進行了規定；ABS和BV發布了《冰載荷監控系統指南》《極地水域現行船舶操作指南》和《水下輻射噪聲》等文件，對極地船舶建造、冰載荷監控系統、全回轉推進器冰載荷計算，以及水下噪聲分類符號等提出了要求；DNV發布了《推進裝置及船體附體的冰區加強》和《寒冷氣候下的防凍操作》等文件，對船舶推進裝置及附體的冰區加強以及寒冷氣候下移動單元和海上裝置的防凍提出了要求；RMRS發布了《海船入級與建造規范》，提出了極地船舶結構、船舶機械設備和材料等的入級檢驗要求。

2.2 實用性

IACS及主要船級社已頒布的極地船舶相關規范指南見表2。

表2 IACS及主要船級社已頒布的極地船舶相關規范指南

表2 IACS及主要船級社已頒布的極地船舶相關規范指南（續）

表2 IACS及主要船級社已頒布的極地船舶相關規范指南（續）

表2 IACS及主要船級社已頒布的極地船舶相關規范指南（續）

表2 IACS及主要船級社已頒布的極地船舶相關規范指南（續）

表2 IACS及主要船級社已頒布的極地船舶相關規范指南（續）

3 極地船舶國際標準現狀及分析

3.1 概況

截至2021年6月，ISO已發布現行有效的極地航行及作業相關國際標準共39項，主要涉及船舶與海洋技術（ISO/TC8）、鋼（ISO/TC17）、橡膠與橡膠制品（ISO/TC45）、石油和天然氣（ISO/TC67）、建筑結構設計基礎（ISO/TC98）、閥門（ISO/TC153）和低溫容器（ISO/TC220）7個技術委員會，其中11項與極地航行及作業直接相關，可適用于極地船舶相關航行及作業活動，技術內容主要包括涉及極地冰區環境測量與預報、低氣溫環境船舶材料性能、極地船舶低溫環境甲板機械等領域，見表3；28項與寒冷條件下或低氣溫下的材料、作業活動等相關，可為極地船舶及其相關材料和設備設計、建造、試驗等提供參考，技術內容涉及低溫材料及產品、極地近海結構要求以及冰載荷確定等領域。

3.2 適用性

可直接適用于極地船舶的相關國際標準見表 3。

表3 極地船舶航行及作業相關國際標準

表3 極地船舶航行及作業相關國際標準（續）

表3 極地船舶航行及作業相關國際標準（續）

4 主要國家極地船舶相關法規標準現狀及分析

4.1 概況

作為極地地區國家，芬蘭、俄羅斯和加拿大等國家均發布了極地船舶相關法規及標準。其中，芬蘭發布的《芬蘭-瑞典冰級規范》（Finnish-Swedish Ice Class Rules）針對北波羅的海海域冰況，根據船舶設計冰層的厚度將冰級符號分為4個等級，并規定了不同等級對應的最小主機功率、船體結構加強、舵和槳等其它設備的加強要求。俄羅斯北方海航道管理局組織編制的《北方海航道航行規則》（Rules of Navigation on the Water Area of the Northern Sea Route）等文件對在俄羅斯北極水域航行的船舶在主船體設計、機械設備安裝、系統與布置、導航與通信設施和破冰船引航等方面作出了要求。加拿大海岸警衛隊發布的《加拿大水域冰區航行指南》（Ice Navigation in Canadian Waters）等文件主要對加拿大北極水域航行船舶的航行范圍及時間、建造要求和廢物排放等作出了規定。

4.2 適用性

《芬蘭-瑞典冰級規范》由芬蘭海事局在 2002年發布，包括冰級符號、發動機輸出功率、主船體結構設計、舵和操舵裝置、槳軸和齒輪、機械設備和其他項規定，適用于在波羅的海海域航行的船舶。

《北方海航道航行規則》由俄羅斯聯邦政府于1996年發布，并于2020修訂，規定在北方海航道航行的船舶需遵守以下要求：1）向俄羅斯當局提交申請；2）提供有關破冰費保證的信息；3）提供污染損害的經濟責任證明；4）遵循制定的航道及推薦路線；5）強制破冰船引航。該規則適用于在俄羅斯北極水域航行的船舶。

《北方海航道破冰船領航和引航員引航規則》（Regulations for Icebreaker and Pilot Guiding of Vessels through the Northern Sea Route）由俄羅斯聯邦政府于1996年發布，提出破冰船組織領航的要求以及引航員引航指南，適用于在俄羅斯北極水域航行的船舶。

《北方海航道航行船舶設計、裝備和必需品要求》（Requirements for the Design, Equipment, and Supplies of Vessels Navigating the Northern Sea Route）由俄羅斯聯邦政府于1996年發布，規定了北方海航道航行船舶主船體設計、機械設備安裝、系統與布置、穩性與水密性、導航與通信設施、物資與應急裝備以及船員操作等要求，適用于在俄羅斯北極水域航行的船舶。

《北極水域防污染法令》（Arctic Waters Pollution Prevention Act，AWPPA）由加拿大政府在1985年頒布并不斷修訂更新，現行2019年版法令規定了在該水域排放廢物的賠償及清理費用。其適用于在北極水域或加拿大北極大陸或島嶼的任何地方存放廢物及存放產生的連帶污染的賠償及清理費用。

《北極航行安全及防污染規范》（Arctic Shipping Safety and Pollution Prevention Regulations，ASSPPR）由加拿大總督于2017年發布，規定了在北極航行的船舶及船員安全、污染防治等要求及措施，適用于在加拿大北極區域航行的船舶及相關人員。

《加拿大水域冰區航行指南》由加拿大海岸警衛隊與交通部、環境部、漁業和海洋部等相關部門于2012年聯合發布，旨在協助在包括北極在內的加拿大所有水域航行及冰上作業的船舶，為通過加拿大冰區水域的船長和值班船員提供法規解釋、航運支持、危險提示和冰區導航等服務，適用于在加拿大北極水域航行的船舶。

TP 12259《北極冰區航運系統標準》（Arctic Ice Regime Shipping System，AIRSS）由加拿大交通部于2018年發布，規定了北極冰區運輸系統的作用、冰數字計算以及該系統的操作步驟，適用于波羅的海級船舶。

TP 10783《北極水域輸油指南》（Arctic Waters Oil Transfer Guidelines）由加拿大交通部于1997年發布，為在北極水域內進行輸油作業的人員提供提醒和檢查清單，適用于在北極水域從事批量輸油作業的任何船舶。

TP 11663《加拿大北極水域油船和駁船操作指南》（Operation of Tankers and Barges in Canadian Arctic Waters）由加拿大交通部于1997年發布，提高了航行在加拿大北極水域中的油船防溢油標準，在雙層底要求在北極地區生效前，設置了額外的防溢油保護級別。其適用于在下列水域中作業、登記噸位超過150 t的油船：1）任何船舶安全控制區；2）哈德遜灣、恩加瓦灣和詹姆斯灣的所有水域。

TP 12260《北極級船舶建造等效標準》（Equivalent Standards for the Construction of Arctic Class Ships）由加拿大交通部于1995發布，描述了原《北極船舶防污染規范》中規定的北極級船舶的等效結構要求，適用于在加拿大北極水域航行的船舶。

5 主要國家極地船舶相關法規標準現狀及分析

5.1 概況

在規范規則方面，2014年，我國交通運輸部海事局組織編撰的《北極航行指南（東北航道）》正式出版，為計劃航行北極東北巷道的中國籍船舶提供海圖、航線、海冰和氣象等全方位航海保障信息服務。2016年，CCS以IMO《極地規則》為依據，為實施《鋼質海船入級規范》中船舶冰區加強和船舶防寒等要求，發布了《極地船舶指南》和《極地水域操作手冊編寫指南》，分別聚焦極地船舶檢驗與發證、船體結構與設備、船舶穩性、機電設備、安全設備、極地水域操作和危險冰況識別技術、船舶冰區操縱技術、低溫操作控制措施、船舶應急處置措施等給出明確指導要求。

在標準方面，目前我國極地船舶標準較少。截至2021年6月，僅有4項國家標準發布，見表4。這些標準主要由全國海洋船標準化技術委員會（SAC/TC 12）、全國船用機械標準化技術委員會（SAC/TC 137）、全國鋼標準化技術委員會（SAC/TC 183）及全國海洋標準化技術委員會（SAC/TC 283）組織制定。

表4 極地船舶航行及作業相關國家標準

5.2 差距分析

在極地船舶標準化體系建設方面，我國海軍創新中心在“十三五”期間曾圍繞極地艦船標準化頂層框架開展研究，但其研究僅針對系統性的框架構建，并未涉及具體標準需求分析及重點標準研制，且其框架是否適用于民用船舶不同冰級情況下的極地航行及作業尚有待驗證。

在極地船舶標準方面，現有國際國內的部分標準規范可在一定條件下，對我國極地船舶總體及部分裝置設計提供參考。然而，部分國外標準規范是在其國家或發布機構的體系下發揮作用，其技術要求是否完全適用于我國自主極地船舶的設計研發，尚有待根據我國裝備技術路徑、破冰等級和運行特點等進一步研究論證。由于分布零散、不成體系，現有國內外標準規范無法對我國極地船舶的設計建造和營運形成系統性支撐。

在我國極地戰略地位提升、極地船舶陸續交付使用的情況下，目前極地船舶航行及作業關鍵領域仍處于技術研發階段，相關技術標準缺失。部分重點標準，如極地航行船總體設計、冰水池試驗、冰區航行穩性/快速性和操縱性、極地航行船-冰載荷計算、低溫溫度場對船體材料及各種設備的影響分析、船體強度的線性/非線性（屈曲）/疲勞與風險分析、推進系統特殊配備與特殊材料螺旋槳、極地航行船舶甲板及艙室機械、極地船舶設備保護技術與防冰和除冰措施、極地環境環保與應急救援等標準亟待研制。

6 主要國家極地船舶相關法規標準現狀及分析

極地地區戰略地位重要，我國積極參與極地地區開發意義重大。極地水域環境下的海上作業（航行和破冰等），其技術路線、環境影響及安全性要求相比普通水域的航行和作業要高出很多。基于我國極地船舶發展需求，建議在加強極地船舶技術儲備和能力建設的同時，圍繞船舶極區航行作業關鍵場景開展極地船舶標準需求研究和重點標準研究，為我國極地船舶設計和建造提供技術支撐。

1）開展極地船舶標準需求研究

圍繞極地船舶關鍵應用場景和應用需求，研究分析現有國際公約、船級社規范、國外主要極地船舶國家技術標準，圍繞構建我國自主可控的極地運輸裝備體系能力等船舶工業中長期規劃目標，研究形成我國極地船舶標準體系框架和技術標準發展路線圖，重點突出船舶動力驅動安全性、極區環境下的船舶設計、破冰動力系統、應急管理、環境影響評估、全生命周期管理等方面的需求。

2）開展極地船舶重點標準研究

針對極地水域環境特點和極地船舶設計、建造及運行要求，重點開展以下7類關鍵技術標準研制。

（1）極地冰區環境測量與預報標準。分析我國極地各類船舶的極地航行區域，依據現有的極地冰區環境數據與預報技術現狀，著眼于船舶試驗、設計和運營所需的環境要素，研究制定適用于我國現有和未來極地船舶運營場景的冰區航行環境測量與預報技術標準。

（2）極地船舶結構設計標準。結合現有極地船舶安裝的應力監測體系存在的問題以及未來基于結構全壽命周期智能船體的發展要求，研究制定適用于我國現有和未來極地船舶結構應力監測的安裝、采集、數據格式等的技術標準；針對典型的極地船舶及其船型特點，選取不同的冰況，研究制定極地船舶冰阻力評估標準；船舶上建積冰、風、海冰等作用會引起船舶穩性的變化，可能會導致船舶航行風險，針對不同積冰、不同船型以及不同環境影響，研究制定船舶穩性的評估標準。

（3）極地船舶材料標準。極地船舶的材料要適應開敞水域和極地環境，對材料的性能要求較高，針對不同極地船舶材料，研究制定相應的性能指標和測試技術標準；針對不同冰級極地船舶低溫鋼等特殊材料，制定極地船舶焊接工藝和檢測標準等。

（4）系統設備低溫防護與防冰除冰設計標準。圍繞船體甲板結構、甲板機電設備、安全設備和救生設備等重點設備，研究制定系統設備低溫防護及防冰防凍標準及超低氣溫環境下功能試驗和驗收標準。

（5）極地船舶甲板機械低溫環境適應性和可靠性評價標準。圍繞船舶甲板機械設備和電氣設備等在低溫環境下的適應性和可靠性評價要求，研究制定相關性能評價標準研究，尤其是開展超低氣溫環境下功能試驗和驗收標準的研究。

（6）極地船舶推進系統標準。圍繞極地船舶推進軸系和螺旋槳滿足冰載荷工況的要求，研究相關設計和安裝技術標準。

（7）極地船舶實船測試試驗標準。為解決極地船舶交付過程中的急需，研究針對破冰船的系柱拉力試驗、實船破冰試驗在不同推進形式、不同破冰工況下的測試流程、修正方法等技術標準。

7 結論

本文通過對極地船舶航行、作業等相關的國際公約規范、國際標準及主要國家的法規標準及其適用范圍進行梳理分析，結合我國極地船舶法規規范及標準的現狀，聚焦極地船舶航行及作業等各類活動對船舶各類設備系統等的要求，提出了極地船舶標準化建設的發展方向和重點建設建議，為我國極地船舶標準體系建設提供參考。