汽車運輸船型主尺度發展趨勢

潘越,郭歆,黃戈,蔣永旭

(招商局郵輪研究(上海)有限公司,上海 200120)

隨著汽車海運貿易市場的不斷發展及船舶設計建造技術的快速進步,在規模化運輸帶來的經濟效應的刺激下,全球汽車運輸船朝著大型化趨勢飛速發展[1],6 000車位以上的大型汽車運輸船在全球船隊總運力中的占比從2000年的不到20%大幅提升至2022年的超70%,見圖1。與此同時,汽車運輸船的主尺度卻始終保持相對穩定,船長200 m、船寬32 m的船型在很長一段時間內是汽車運輸船的絕對主力船型甚至是“標準船型”,這與日本汽車滾裝碼頭、航道,以及巴拿馬運河船閘等要素的綜合限制有關。

圖1 全球在營汽車運輸船型占比走勢

1 汽車運輸船型主尺度的限制因素

1.1 船長限制

得益于發達的汽車制造業以及由此帶來的強勁汽車海運出口需求,日本在全球汽車運輸船的發展歷史中占據著舉足輕重的地位。1985年,全球海運汽車總量約為700萬輛,其中有600萬輛來自于日本生產[2];時至今日,日本仍以近19%的份額牢牢占據全球最大汽車海運出口國的位置。因此,日本的航道、碼頭限制,以及通航規定對汽車運輸船的主尺度設計有著深遠的影響。

日本名古屋港是全球第一大汽車出口港,占該國份額約30%,是許多涉及日本航線的汽車運輸船的必經之港。名古屋港從事汽車滾裝運輸業務的碼頭共有4個,其中作為該港樞紐的金城碼頭汽車滾裝泊位數量最多、分布最廣,汽車裝卸貨業務最為繁忙。而該碼頭共計17個汽車滾裝泊位中,僅有2個泊位允許船長200 m以上船型停靠,其余15個泊位均將船長限制在200 m及以下,見表1。盡管港內還有彌富碼頭和新寶碼頭可以接待船長200 m以上船型,但二者泊位合計僅有5個,且前者的業務量僅為金城碼頭的1/8,而后者由于是豐田專用碼頭,存在較多的運營限制,因此對于絕大多數長期運營日本汽車進出口航線的船東而言,承接名古屋港業務就必須考慮金城碼頭的泊位尺寸限制,從而在下單建造汽車運輸船時將船長控制在200 m及以下。

表1 金城碼頭汽車滾裝泊位限制條件

同時,根據日本海上交通安全規定,船長在200 m以上的船舶被定義為“巨大船舶”,在進入日本港口時會受到許多額外的航行限制[3],見表2。以名古屋港所在的伊勢灣為例,海上交通指揮中心在認為有必要的情況下,有權對200 m以上的“巨大船舶”采取以下指示或措施,包括變更預定進入航道的時間、控制航道內航速、要求保持富余水深、要求其配備輔助航行的船舶等,從而增加了汽車運輸船的航期、班次準點率、汽車裝載量、進出港費用等關鍵運營要素的不確定性。因此,船東通常選擇盡可能地將汽車運輸船的總長控制在200 m以內。

表2 名古屋港航道的限制條件

1.2 船寬限制

全球汽車海運貿易主要集中在美國、歐洲和遠東之間,航線橫跨太平洋和大西洋,因此作為連接兩大洋要道的巴拿馬運河對汽車海運而言至關重要。在巴拿馬運河擴建以前,32.3 m的船閘寬度限制是汽車運輸船的“標準船寬”,而隨著2016年運河擴建完工,船閘寬度不再成為船型發展的桎梏,汽車運輸船的船寬不斷向上突破,此后日本滾裝碼頭的尺寸限制又再次成為汽車運輸船船寬的“天花板”。

仍以名古屋港為例,盡管其航道寬度對船寬并不存在明顯限制(見表2),但該港三大碼頭的絕大多數汽車滾裝泊位均將船寬限制在了38 m以下(見表3),而當地的嚴格監管使得船寬38 m的運營限制更加難以突破。

表3 名古屋港3大汽車滾裝碼頭對船寬的限制條件

1.3 吃水限制

與船長及船寬的限制類似,日本主要航道及碼頭的水深限制對汽車運輸船的吃水同樣有較大影響,以名古屋港為例,北航路航道是汽車運輸船通往金城碼頭及新寶碼頭的必經之路,該航道的最大吃水限制為12 m;而金城碼頭大多數汽車滾裝泊位的前沿水深在10.5m左右(見表4),與之對應的,目前全球汽車運輸船隊中超過90%的船舶將設計吃水控制在10.5 m及以下,成為一個重要的分水嶺。

表4 名古屋港3大汽車滾裝碼頭對吃水的限制條件

2 汽車運輸船型主尺度的發展演變

汽車海運貿易起源于20世紀60年代挪威船東華倫威爾森(Wallenius Wilhelmsen)經營的RoRo/Container船型,經過2代船型發展,在1975年誕生了全球首艘純汽車運輸船(pure car carrier,PCC),總長200 m、寬28.2 m,裝載量為4 900車位[4]。在1977年誕生了首艘汽車及卡車專運船(pure car and truck carrier,PCTC),總長190 m、寬32.2 m,裝載量為5 500車位。在日本碼頭、航道以及巴拿馬運河的限制下,總長200 m、寬32 m的船型一度成為標配,直到部分船長為230 m的大型汽車運輸船(large car and truck carrier,LCTC)的出現,不經停日本港口或只停靠日本的非限制性港口,而后隨著巴拿馬運河擴建完工,總長控制在200 m以內但船寬超過32.3 m的超巴拿馬(Post-Panama)船型逐漸占據主流地位。

2.1 船長的發展演變

本世紀以來汽車運輸船歷年新簽訂單的船型總長分布及走勢見圖2。在2000-2010年期間,全球汽車運輸船開始向6 000車位及以上的大型化船型迅速發展,總長199～200 m的船型已經占據了歷年訂單的過半份額,此時超200 m總長的船型,主要是總長在230 m左右的LCTC船型也是市場訂單的重要組成部分。

圖2 全球汽車運輸船歷年新簽訂單船型的總長分布及走勢

自2010年至今,汽車運輸船大型化趨勢愈發顯著,其中絕大多數訂單都已轉化成200 m船長的船型,裝載量均在6 000車位以上,低于199 m船長的中小船型成為邊緣角色;隨著巴拿馬運河的擴建,總長230 m的LCTC船型也被總長控制在200 m以內但船寬超過32.3 m的超巴拿馬船型所取代,后者已成為絕對的主流船型,一方面體現了全球汽車運輸船的大型化趨勢已不可阻擋,另一方面也印證了日本滾裝碼頭及航道對汽車運輸船總長200 m的限制仍然難以逾越。

2.2 船寬的發展演變

本世紀以來汽車運輸船歷年新簽訂單船型的船寬分布及走勢見圖3。在2010年以前,巴拿馬運河舊船閘的寬度限制將絕大多數的汽車運輸船船寬限定在了32.3 m及以下,僅有極個別的訂單選擇超巴拿馬船寬的船型。與船長的演變類似,大型化發展趨勢使得32.0～32.3 m船寬、6 000車位以上的巴拿馬船型成為了當時的主流選擇。

圖3 全球汽車運輸船歷年新簽訂單船型的船寬分布及走勢

進入本世紀10年代,巴拿馬運河的擴建為汽車運輸船的大型化發展帶來了里程碑式的重大機遇,LCTC的設計思路也從突破200 m船長的限制徹底轉向到了突破32.3 m的船寬限制。由于擴建工程原定于2014年竣工,因此早在一個造船周期前的2012年,市場上的訂單就捕捉到了這一機遇,船寬超32.3 m的超巴拿馬船型開始嶄露頭角,市場份額不斷擴大,直到近兩年已經占據絕對的主導地位,受主要碼頭限制以及基于長寬比經濟性的綜合考慮,目前38.0 m船寬是最普遍的選擇。

2.3 長寬比的發展演變

長寬比的發展演變則更加清晰地展現了汽車運輸船型主尺度設計的思路轉變。如圖4所示,2000-2010年間,總長200 m、船寬32.0 m的主流設計使得平均長寬比長期穩定在6.2左右,而2010年以后,超巴拿馬船型的崛起使得長寬比不斷降低,直至穩定在目前總長200 m、船寬38.0 m船型平均長寬比5.26左右。

圖4 全球汽車運輸船歷年新簽訂單船型平均長寬比走勢

在大型化趨勢下,6 000車位及以上大型汽車運輸船的演變則更具借鑒意義。如圖5所示,其長寬比發展可清晰劃分為3個區域,即7.0+區域、6.0+區域及5.0+區域。

圖5 全球6 000車位以上汽車運輸船 歷年新簽訂單船型的長寬比分布

1)7.0+區域代表了總長約230 m、船寬約為32.0 m的LCTC船型,在本世紀初成為大型化趨勢下的設計思路之一,即在確保巴拿馬運河通過性的前提下,犧牲日本航線的多樣性,以大幅提升大型、重型汽車的裝載量;而隨著運河擴建完工,該船型再度被經濟性更好、航線適應性更強的總長200 m、船寬38.0 m的超巴拿馬船型取代,2010年以來全球僅有4艘訂單沿用總長200 m、船寬38.0 m的LCTC船型設計。

2)6.0+區域代表了總長約200 m、船寬約為32.0 m的巴拿馬船型,綜合考慮 碼頭、航道以及運河的尺度限制,是巴拿馬船閘擴建之前最主流的船型。

3)5.0+區域代表了總長約200 m、船寬約為35.0～38.0 m的超巴拿馬船型,其中2016年新巴拿馬船閘未正式通行之前,長寬比集中在5.5附近,反映了總長200 m不變、船寬設計在原先32.3 m的基礎上探索性地提升至35.0 m左右;而隨著2016年擴建完工以來超巴拿馬船型實際運營中的不斷地反饋優化,船寬設計已經逐漸提升并穩定在了38.0 m左右,長寬比因此降至5.26左右。

3 主尺度演變對船舶性能的影響

3.1 對穩性的影響

汽車運輸船甲板層數多,空船重量大、重心高,裝載汽車的重心也處于較高的位置,加之外板迎風面積很大,對穩性提出了極高的要求。在超巴拿馬船型出現之前,總長200 m、寬32.3 m的巴拿馬船型經歷了30多年的不斷優化和升級,在有限的尺度下實現了裝車量的不斷提升,但由此也帶來了重心高度的提升[4](見表5),必須通過增加形狀穩性以及增加壓載水等措施來彌補穩性的不足。

表5 3代典型總長200 m、船寬32.3 m汽車運輸船型相關參數比較

超巴拿馬船型的出現在很大程度上緩解了大型化趨勢下裝車量不斷提升引起的穩性不足的難題,由于解除運河船閘限制后的加大船寬增加了初穩性高度,穩性得以明顯改善,減少了對壓載水的需求,從而進一步提升了增加裝車量的設計空間,裝載能力從曾經的6 500車位左右迅速優化提升至當前的9 000車位左右。

但也注意到,在當前38.0 m船寬的限制下,裝車量繼續提升的空間已十分有限,從目前相同主尺度下的9 000車位和7 000車位PCTC船型的參數對比來看,前者空船重心高度和裝載車輛重心高度均顯著高于前者,從而引發后續一系列連鎖的穩性補救措施。可見,在當前200 m總長、38.0 m船寬的尺度限制框架內,穩性考量仍然是船型開發的重中之重。

3.2 對快速性的影響

長寬比是體現船舶快速性的重要指標,從前面的分析來看,近10年來超巴拿馬型船型的崛起和逐漸主流化使得長寬比指標明顯下降,結合近10年來汽車運輸船平均航速指標逐步下降的趨勢來看(見圖6),確實對汽車運輸船整體的快速性產生了一定影響。

圖6 2012年以來全球6 000車位以上 汽車運輸船平均運營航速走勢

盡管實際運營航速與許多因素有關,但從中至少可以看出,對汽車運輸船船東而言,盡管是班輪性質的運輸,但對裝載量需求的優先度仍要明顯高于快速性,意味著增加裝車量帶來的規模化運輸效益對汽車運輸船的運營經濟性提升貢獻顯著,因此裝載能力仍然是船型開發時應當優先考慮的首要指標。

4 結論

汽車運輸船的大型化經歷了從20世紀的約5 000車位到21世紀00年代的6 000～7 000車位,直至10年代以來的70 00～9 400車位這三大發展階段。其中最重大的轉折點是巴拿馬船閘擴建后突破了船寬32.3 m的限制,汽車運輸船設計裝載能力得以大幅提升。裝車量提升帶來的重心高度提升對汽車運輸船的穩性提出了更大的挑戰,保證穩性仍然是船型開發時的首要考量;長寬比的下降對汽車運輸船的快速性產生了一定影響,但從運營經濟性角度而言提升裝載能力的設計優先度仍要明顯高于快速性。

迄今為止,日本汽車滾裝碼頭的泊位尺寸及相關通航規定對船長200 m、船寬38.0 m的限制仍然影響深遠;結合現有規劃及監管趨勢來看短期內也很難突破,預計總長200 m、寬38.0 m的超巴拿馬船型仍將在未來較長時間內占據主導地位。然而另一方面,在全球新能源汽車蓬勃發展的浪潮之下,傳統的汽車海運貿易格局正在發生深刻的變化[5],日本的汽車海運出口領先地位正在被逐步蠶食,以中國-歐洲新能源汽車進出口航線為代表的海運線路正在強勢崛起。因此從中長期來看,日本航線的重要性將逐步下降,日本相關汽車滾裝碼頭的限制影響力也將逐漸減弱,新的市場環境下船東的需求和意愿也會隨之改變,未來汽車運輸船型有望逐步突破船長200 m以及船寬38.0 m的限制,從而向萬車位級及以上發展。