郵輪船型發(fā)展趨勢及對我國郵輪設(shè)計建造的思考

馬網(wǎng)扣

（中船郵輪科技發(fā)展有限公司 上海 200137）

0 引 言

郵輪通過海上觀光巡游和訪問港靠泊，為乘客提供餐飲、住宿、娛樂、休閑、購物、運動健身等船上服務(wù)，以及陸上短途觀光游、船外探險等船外服務(wù)，是當(dāng)今旅游休閑產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。因此，現(xiàn)代郵輪更多被認為是旅游休閑工具，而不只是交通工具。郵輪產(chǎn)業(yè)能直接帶動旅游、造船、設(shè)備配套、港口服務(wù)、交通物流、融資租賃等配套產(chǎn)業(yè)，具有產(chǎn)業(yè)鏈條長、經(jīng)濟帶動性強、區(qū)域輻射面廣等特點。我國的郵輪旅游產(chǎn)業(yè)市場前景廣闊，近年來產(chǎn)業(yè)規(guī)模總體呈現(xiàn)快速增長的趨勢。大力發(fā)展郵輪旅游產(chǎn)業(yè)，既符合廣大人民群眾向往美好生活的需求，也符合促進國內(nèi)旅游消費升級、培育經(jīng)濟發(fā)展新動能的大趨勢。正如習(xí)近平總書記所指示的，“大力發(fā)展郵輪產(chǎn)業(yè)是一件利國利民的大好事”、“要大力發(fā)展郵輪產(chǎn)業(yè)，還要建造我們自己的郵輪”。

郵輪一般按“總噸”分類：3 萬總噸以下的稱為小型郵輪，3 萬至7 萬總噸的稱為中型郵輪，7 萬總噸以上的稱為大型郵輪，15 萬總噸以上的稱為超大型郵輪。此外，郵輪還可按品級定位和功能分為大眾型郵輪、平價型郵輪、奢侈型郵輪和探險郵輪等。郵輪是典型的高技術(shù)、高難度、高附加值船型，是整個郵輪產(chǎn)業(yè)的核心和載體，其船型特征是否具有市場競爭力、是否受乘客歡迎，對整個郵輪產(chǎn)業(yè)的順利發(fā)展至關(guān)重要。然而目前我國尚不完全具備郵輪的自主設(shè)計建造能力，尤其是在大型郵輪的研發(fā)設(shè)計方面，與歐美郵輪建造強國仍有較大差距。由于建造、配套和運營基本都被國外企業(yè)所壟斷，導(dǎo)致我國郵輪產(chǎn)業(yè)基本屬于“過路經(jīng)濟”，九成以上的收入都外溢至國外郵輪建造、配套與運營商手中。因此，我國業(yè)界應(yīng)緊盯世界郵輪船型發(fā)展的潮流，潛心鉆研、協(xié)同攻關(guān)，徹底攻克郵輪設(shè)計建造的關(guān)鍵技術(shù)，掌握全流程自主設(shè)計、高效建造及工程管控、自主配套及供應(yīng)鏈建設(shè)、自主運營及品牌建設(shè)的能力，徹底擺脫受制于人的局面[1]。

1 郵輪運營市場和新造船近況

1.1 世界郵輪運營市場近況

如果排除新冠疫情的影響，近幾十年來的世界郵輪市場一直保持穩(wěn)步增長。圖1 顯示了國際郵輪協(xié)會（cruise lines international association, CLIA）統(tǒng)計的2014 年至2023 年的世界郵輪客運量和客運力變化情況。2023 年的世界郵輪客運量達到3 150 萬人次，客運力達到64 萬個標(biāo)準(zhǔn)鋪位，較2014 年增加916 萬人次和18 萬個標(biāo)準(zhǔn)鋪位，年均增長率均超過3.5%。目前，世界郵輪市場整體表現(xiàn)已恢復(fù)至疫情前的水平，甚至略有超過[2-3]。CLIA 預(yù)測：到2025 年，世界郵輪客運量有望超過3 700 萬人次，可提供的標(biāo)準(zhǔn)鋪位可能超過70 萬個，運營郵輪將超過450 艘。除北美、加勒比、西北歐、地中海、澳新等傳統(tǒng)郵輪市場外，中國郵輪市場的復(fù)蘇也將成為世界郵輪市場增長的重要推動力。

1.2 世界郵輪建造市場近況

這幾年雖受疫情重壓，但世界主要郵輪運營商仍看好郵輪市場，他們寧可推遲新船交付，也不愿取消訂單，因此郵輪建造市場相對維穩(wěn)。如下頁表1所示，2023 年世界共完工交付郵輪18 艘（181 萬總噸），總造價為100 億美元，其中大型郵輪7 艘、液化天然氣（liquefied natural gas, LNG）動力郵輪4艘、極地探險郵輪5 艘、中型郵輪5 艘、小型郵輪6 艘[4]。

表1 2023 年世界完工交付的郵輪信息

郵輪（尤其是大型郵輪）的建造具有高度壟斷性，意大利芬坎蒂尼、法國大西洋、德國邁爾和蘇蘭邁爾圖庫這4 家船廠在世界郵輪建造市場目前仍處于絕對領(lǐng)先地位。除芬坎蒂尼兼顧中型郵輪、豪華客滾船和軍船等船型的建造外，其余3 家船廠均以大型郵輪的建造為主。2023 年，上述4 家船廠共交付郵輪10 艘（125 萬總噸），超過世界郵輪新造船總噸位的八成。實際上，這4 家船廠幾乎包攬了歷年所有的新造大型郵輪和LNG 動力郵輪（參見表2），邁爾和邁爾圖庫這2 家船廠在LNG 動力郵輪建造方面的優(yōu)勢尤為明顯，所交付新船基本都以LNG為動力。截至2023 年底，上述4 家船廠的手持郵輪訂單共計41 艘（429 萬總噸），總造價311 億美元，交付日期已排至2028 年。

表2 2023 年世界四大郵輪建造商的交付狀況

1.3 我國郵輪運營和建造市場近況

在疫情爆發(fā)前的十幾年間，我國郵輪整體發(fā)展勢頭相當(dāng)良好。尤其在2010 年后，隨著世界郵輪巨頭紛紛在中國部署母港航線，中國郵輪市場日趨活躍，經(jīng)歷了一段爆發(fā)式增長。2019 年，中國郵輪客運量達到213 萬人次，約占當(dāng)年世界客運總量的7.2%，母港郵輪停靠734 艘次，是世界第二大郵輪旅游客源國，上海吳淞口國際郵輪港也躋身世界第四大郵輪母港。但自2020 年初起，我國郵輪運營基本處于停滯狀態(tài)，國際航線全部取消，國內(nèi)也僅有少量海上無目的地游或沿海游。不過自2023 年年中起，已先后有招商伊敦號、愛達地中海號、藍夢之星號等幾艘郵輪恢復(fù)了中日韓航線運營，但全年客運量僅約15 萬人次，整體市場規(guī)模與疫情前相比仍有很大差距，仍未恢復(fù)至疫情前的水平。

我國的郵輪建造起步晚、能力相對薄弱，接單量遠低于歐洲主要郵輪建造船廠，但目前正迎頭趕上。歷經(jīng)7 年技術(shù)攻關(guān)、5 年工程建造，首制13.55 萬總噸的國產(chǎn)大型郵輪愛達·魔都號已于2023 年11 月正式交付，并在2024 年元旦成功開啟商業(yè)首航，如圖2 所示。該船由中船郵輪科技發(fā)展有限公司與芬坎蒂尼造船廠聯(lián)合承擔(dān)詳細設(shè)計，由上海外高橋造船有限公司負責(zé)建造，后續(xù)交由愛達郵輪有限公司運營。目前，2 號船也已開工建造，計劃于2026 年交付。

圖2 愛達·魔都號國產(chǎn)首制大型郵輪

此外，我國在極地探險郵輪建造上也取得突破。招商工業(yè)海門基地陸續(xù)承接7 艘8 000 總噸小型極地探險郵輪的建造，2023 年交付了第6 艘Ocean Albatros 號，如圖3 所示。

圖3 Ocean Albatros 號極地探險郵輪

圖4 海洋標(biāo)志號LNG 動力郵輪

2 郵輪新造船船型特點及發(fā)展趨勢

2.1 大型郵輪更趨大型化，各型郵輪更趨高端化

作為郵輪旅游的絕對主力船型，大型郵輪造價高、建造周期長、市場需求穩(wěn)定，其大型化趨勢明顯。2023 年交付的大型郵輪總噸均值已突破16 萬，目前14 萬總噸以下的大型郵輪訂單已不多見。2023 年11 月，海洋標(biāo)志號郵輪正式交付。該船總長365 m、25 萬總噸、載重量13 500 t，設(shè)18 層乘客甲板、2 805 間客艙、最大載客量7 600 人、最大載員9 950 人，創(chuàng)造了郵輪大型化的新紀(jì)錄。

大型郵輪趨向于大型化的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾點：一是近年來郵輪市場持續(xù)向好、客源足，大型郵輪的單航次載客量、市場關(guān)注度等方面更好，市場競爭力更強；二是大型郵輪的定位趨向平民化，家庭、團組乘客的比例越來越高，大型郵輪由于能提供的公共休閑娛樂空間更多、種類也更豐富、氛圍更好，因此往往更受這類乘客的歡迎；三是前十幾年間建造的一批噸位稍小的大型郵輪仍在運營，更大噸位的郵輪能與之形成互補，完善船隊梯度配置，避免同質(zhì)化競爭。

乘客空間比、乘客船員比和每標(biāo)準(zhǔn)鋪位造價是反映郵輪品級的3 項主要指標(biāo)，表3 為2023 年交付郵輪的3 項指標(biāo)均值。這些指標(biāo)都較過去有進一步提升（尤以中型郵輪最為明顯），各型郵輪都更趨高端化。

表3 郵輪新造船的3 項指標(biāo)均值

2.2 LNG動力郵輪已成主流

受到日趨嚴(yán)格的污染物排放限制法規(guī)的驅(qū)動，越來越多的郵輪選擇使用LNG 為燃料。相比于傳統(tǒng)燃油，LNG 燃料可有效減少95%以上的硫氧化物和微小顆粒物、約80%的氮氧化物和約20%的二氧化碳排放，滿足國際限硫令和Tier Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)。目前除諾唯真郵輪外，世界主要郵輪公司中都已接受了LNG 動力郵輪[5]。海洋標(biāo)志號就是皇家加勒比郵輪公司的第1 艘LNG 動力郵輪。該船配置6 臺瓦錫蘭W46DF 雙燃料主機，總功率67.5 MW；安裝了2 個C 型雙耳LNG 儲罐，單罐容重307 t、長27.4 m、高7.9 m。

截至2023 年底，全世界共交付LNG 動力郵輪15 艘，其中13 艘為超大型郵輪，另有中型郵輪和小型郵輪各1 艘。LNG 動力郵輪基本采用C型LNG 儲罐，只有極地探險郵輪Le Commandant Charcot 號采用了MARK III 薄膜型LNG 儲存艙（共2 個艙，總艙容4 500 m3），如圖5 所示。顯然，薄膜型儲存艙的布置相對LNG 儲罐更為靈活，而且不會像后者那樣額外占用較大的船體空間，更適用于中小型郵輪。

圖5 Le Commandant Charcot 號郵輪的LNG 艙位置示意

Cruise Industry News 的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：2024 年至2028 年間預(yù)計交付郵輪49 艘，其中LNG 動力郵輪33 艘，占比近七成。這些LNG 動力郵輪中，大型郵輪占一半、中型郵輪占三成、小型郵輪占兩成，船型分布更趨均衡[4]。

2.3 更注重節(jié)能減排的綜合措施

國際海事組織（international maritime organization,IMO）于2023 年7 月通過溫室氣體減排戰(zhàn)略修訂案，規(guī)定了兩大減排目標(biāo)：首先，到2050 年前后實現(xiàn)溫室氣體凈零排放；其次，設(shè)置2 個“減排節(jié)點”（一是到2030 年實現(xiàn)溫室氣體排放總量與2008 年相比減少20%，并爭取減排幅度達到30%；二是到2040 年實現(xiàn)溫室氣體排放總量與2008 年相比減少70%，并爭取減排幅度達到80%）。

郵輪作為標(biāo)志性船型將更受矚目，各郵輪公司故此紛紛推出了自己的“綠色郵輪”計劃。例如皇家加勒比提出了“目的地凈零排放”戰(zhàn)略，即到2050 年實現(xiàn)脫碳運營，并計劃在2035 年底前至少推出1 艘凈零排放郵輪。

如圖6 所示，目前各種節(jié)能環(huán)保減排措施逐漸在郵輪上得到應(yīng)用。仍以海洋標(biāo)志號郵輪為例，除使用LNG 為燃料外，該船的冷卻系統(tǒng)可利用LNG儲罐的低溫冷能，還設(shè)有空氣潤滑系統(tǒng)、岸電連接裝置、廢熱回收系統(tǒng)（最大功率3 000 kW）、氫燃料電池（原料來自海水電解制氫）、新型水下外板防污漆、LED 燈等。該船還配置了超大容量的蒸發(fā)式和反滲透式海水制淡裝置，93%的衛(wèi)浴、洗滌等生活用淡水，以及泳池、水滑道等娛樂設(shè)施用淡水都可在船上制備。此外，該船還首次應(yīng)用了1 項新技術(shù)，即將食物和生物固體垃圾轉(zhuǎn)化為燃料，副產(chǎn)品則用作農(nóng)業(yè)肥料。

圖6 郵輪主要的節(jié)能環(huán)保措施

圖7 近3 年交付的極地探險郵輪

2.4 極地探險郵輪新船需求放緩

近幾年，極地探險郵輪建造行情主要由南北極探險旅游升溫帶動的。極地探險郵輪以1 萬總噸以下的小型郵輪為主，占比超過六成；1 萬總噸至2 萬總噸的極地郵輪約占三成；3 萬總噸左右的極地郵輪占比不到一成。

國際南極旅游組織協(xié)會將極地探險郵輪分為C1 型、C2 型和CR 型這3 類[6]。C1 型載客不超過200 人，可選擇的登陸點多，基本可保證每名乘客每天登陸1 次，因此最受歡迎；C2 型載客不超過500 人，允許安排登陸，但可選擇的登陸點較少；CR 型載客500 人以上，不允許安排登陸，市場需求小，故今后不太可能有新訂單。

抗冰設(shè)計方面，極地探險郵輪的抗冰等級主要集中于PC5、PC6，很少達到PC2。這同航線規(guī)劃有很大關(guān)系，除非要深入極地內(nèi)部進行專業(yè)探險，否則沒有必要提高抗冰等級。

根據(jù)Cruise Industry News 的統(tǒng)計預(yù)測，未來5 年可能僅有5 艘極地探險郵輪訂單，發(fā)展趨緩。對此，我們判斷主要基于2 個方面的原因：一方面,極地郵輪旅游雖是熱點，但總體量終歸有限，大量新船交付后，市場是否趨于飽和也難以準(zhǔn)確預(yù)判，船東下單的意愿不強；另一方面，極地探險郵輪的設(shè)計和建造周期相對較短，且其中不乏投機性訂單，船東無需過早確認訂單。

2.5 更注重品牌的個性化、辨識度

現(xiàn)代郵輪更注重品牌的個性化塑造，以增加品牌的市場辨識度，提升對乘客的吸引力和市場競爭力。打造特色郵輪有多種方式，比如特色主題、特色休閑娛樂設(shè)施、特色餐飲、特色外觀造型等，將軟文化與硬件設(shè)施相互配合、相得益彰。各家郵輪公司不遺余力，都試圖通過獨一無二的標(biāo)志性設(shè)施凸顯自己的不同，如海洋光譜號郵輪的南極球、諾唯真喜悅號郵輪的卡丁車賽道、嘉年華全景號郵輪的高空自行車等。

愛達·魔都號郵輪的船體涂裝以“絲綢之路”為主題，身系“敦煌飛天彩帶”，形成強烈的文化標(biāo)識。藝術(shù)長廊上布置有“念念敦煌：數(shù)字敦煌走進愛達郵輪”藝術(shù)展，在“數(shù)字敦煌”的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，利用高保真復(fù)制技術(shù)近距離呈現(xiàn)敦煌壁畫的藝術(shù)風(fēng)采。該船還是世界首艘5G 郵輪，船上設(shè)有近2 000 m2的大型免稅購物中心、大型海上親子樂園、大型水上樂園、亞洲首個海上精釀啤酒工坊、8 家特色風(fēng)味餐廳等，最大程度貼合了中國郵輪乘客的需求。

3 郵輪設(shè)計潛力技術(shù)方向探討

2022 年8 月，工信部等五部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快郵輪游艇裝備及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實施意見》[7]，指出要以世界主流大中型郵輪為重點，兼顧極地郵輪等專業(yè)化小型郵輪，加大總體設(shè)計和總裝建造關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，提升先進制造和工程管理能力，加強郵輪系統(tǒng)集成和核心裝備研發(fā)，推進安全消防、清潔能源、環(huán)保材料、減震降噪等技術(shù)應(yīng)用研究，全面提升郵輪安全綠色水平和質(zhì)量可靠性。本文僅就作者最為關(guān)注的幾個郵輪設(shè)計技術(shù)進行介紹，目前階段這些技術(shù)的實施雖有一定難度，但很有發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3.1 甲醇動力綠色郵輪

LNG 是清潔能源，但無法從根本上杜絕CO2和氮氧化物的氣體排放，而只是一種零碳排放的過渡解決方案，其生產(chǎn)、運輸和使用過程中的“甲烷逃逸”問題也遭受詬病。預(yù)計到2030 年，超過一半的船舶將采用LNG 動力，但之后該類船在新造船中的份額將迅速萎縮[8]。此外，郵輪燃料使用LNG 也存在不少問題：

（1）郵輪碼頭LNG 加注設(shè)施的完善程度不如貨船碼頭，大多依靠槽罐車和加注船加注，加注速度慢，影響郵輪運營調(diào)度；

（2）LNG 的體積能量密度約為燃油的2/3，總熱量相同的情況下，LNG所需艙容約為燃油的1.6倍，增加總布置設(shè)計難度；

（3）大型LNG 動力郵輪普遍采用C 型罐，會進一步占用更多的船體空間，甚至不得不壓縮乘客和船員的居住活動空間，影響舒適性；

（4）LNG 動力裝置的采購和建造成本要高于常規(guī)動力裝置，對船員的素質(zhì)要求更高，勢必推高運營成本，增加運營難度；

（5）與其他船型相比，郵輪對于LNG 加注、存儲和供氣系統(tǒng)的安全要求更高，需運營方、海事主管機構(gòu)、港口、設(shè)備商等多方合作制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及操作規(guī)程。

使用零碳綠色替代燃料（包括綠氫、綠氨等）是打造溫室氣體凈零排放郵輪的根本解決方案，世界主要郵輪公司和船廠都已展開相關(guān)布局。綠色甲醇和生物甲醇雖然不是絕對意義上的零碳燃料，但其含碳量較低，還可實現(xiàn)整個制造、使用周期內(nèi)的碳中和，因此甲醇動力郵輪的發(fā)展勢頭最為強勁。2023 年12 月，途易郵輪公司訂造的世界首艘甲醇燃料預(yù)留郵輪“Mein Schiff 7 號”在邁爾圖庫下水，交付后可使用甲醇或生物甲醇。此外也有報道稱，有史上最貴爛尾船之稱的環(huán)球夢號郵輪被迪斯尼郵輪公司收購后，新東家已與邁爾船廠協(xié)商將原來的LNG 燃料動力改用甲醇作為動力燃料。

與其他替代燃料相比，甲醇具有如下優(yōu)點[9-10]：

（1）常溫常壓下呈液態(tài)，易于存儲、轉(zhuǎn)運、加注，可使用整體燃料艙，船上布置靈活；

（2）安全性高于其他替代燃料，尤其適用于郵輪這種大規(guī)模載客的船型；

（3）原料來源廣泛，可以是天然氣、煤等化石原料，也可以是生物質(zhì)原料；

（4）產(chǎn)業(yè)化程度高，國內(nèi)外都具有較為完善的生產(chǎn)、儲存、運輸供應(yīng)鏈和港口加注設(shè)施；

（5）火焰燃燒速度快，較少發(fā)生發(fā)動機敲缸問題，與其他替代燃料相比，對發(fā)動機的改造要求最低。

我國煤炭資源豐富，煤制甲醇產(chǎn)業(yè)已很成熟，能提供部分過渡甲醇。從長遠來講，綠色電制甲醇能帶動風(fēng)電制氫與碳捕捉儲存相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，解決風(fēng)電這種間歇性能源的規(guī)模化儲能和調(diào)峰問題[11]。各種甲醇燃料的制備途徑如圖8 所示。

圖8 各種甲醇燃料的制備途徑

當(dāng)然，甲醇也有不少缺點：

（1）能量密度低，體積能量密度為柴油的40%;

（3）具腐蝕性，蒸氣有毒性，存儲艙艙壁需有特殊涂層或使用不銹鋼，管路需選用雙壁套管；

（4）存儲艙與其他類型艙室之間應(yīng)設(shè)置隔離空艙，增加了布置難度；

（5）綠色甲醇制備技術(shù)相對復(fù)雜，供應(yīng)量不大且成本偏高。

3.2 基于輕型材料的結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計

郵輪對于其空船質(zhì)量及重心的控制要求高。以國產(chǎn)首制大型郵輪為例，合同要求空船質(zhì)量增加不超過0.8%，重心高度抬升不超過0.15 m。但郵輪建造程序復(fù)雜，設(shè)備、材料體量大且來源多，內(nèi)裝工區(qū)面積大、國內(nèi)相關(guān)施工經(jīng)驗缺乏，加之大量使用薄板結(jié)構(gòu)，鋼板的正公差累積極易引起結(jié)構(gòu)質(zhì)量增加，這些都加大了郵輪質(zhì)量及重心的控制難度。

以鋁合金、纖維增強塑料（fiber reinforced plastics,FRP）等為代表的輕型材料目前正逐漸在船舶建造上得到應(yīng)用，尤其是中小型船舶上層建筑整體使用鋁合金和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)已有較多案例[12-14]。如下頁圖9 所示，愛達·魔都號郵輪頂部的3 個小甲板室以及煙囪和主桅均使用了鋁合金，合計重約210 t。盡管鋁合金用量不大，但由于這些處所位置較高，因此對降低重心高度尤為有利。

圖9 鋁合金材料在愛達·魔都號郵輪上的應(yīng)用位置

圖10 挪威寶石號郵輪頂部結(jié)構(gòu)的FRP 替代范圍示意

FRP 是由纖維增強材料與基體材料經(jīng)過纏繞、模壓或拉擠等成型工藝而形成的復(fù)合材料。根據(jù)增強材料的不同，可分為玻璃纖維增強復(fù)合材料（玻璃鋼）、碳纖維增強復(fù)合材料、芳綸纖維增強復(fù)合材料等。FRP 密度小（相對密度為1.5 ～ 2），僅為鋼材的1/5 ～ 1/4，但強度卻與鋼材接近；其耐腐化性好，是優(yōu)秀的電絕緣體、熱絕緣體，易于成形、可設(shè)計性好。但也存在彈性模量小、長久耐溫性差、層間剪切強度低等缺點。

大型郵輪上層建筑龐大，結(jié)構(gòu)質(zhì)量約占全船結(jié)構(gòu)總質(zhì)量的40% ～ 50%，使用FRP 等輕型材料進行結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計有很大的前景，但也有2 個主要難點：

（1）目前輕型材料的工程應(yīng)用還局限于甲板室、舾裝件等局部結(jié)構(gòu)，幾乎不作為參與總縱強度的主要構(gòu)件，對結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計的貢獻有限，需構(gòu)建輕型材料作為大型船舶主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)安全評估標(biāo)準(zhǔn)；

作為中國財稅改革的親歷者和見證者，劉克崮深知個人所得稅的一大功能是調(diào)節(jié)收入分配。“無論是起征點的上調(diào)，還是專項附加扣除，都有一定程度的反向操作，使得高低收入人群間的差距越來越大”。

（2）國際海上人命安全公約（international convention for safety of life at sea, SOLAS）明確只接受鋼材作為不可燃材料，限制了輕型材料的應(yīng)用。船舶若要使用輕型材料，需首先證明其具有足夠的防火安全性，這點的難度甚至超過第1 點。

2002 年，SOLAS II-2/17 引入了替代設(shè)計和布置規(guī)則條款，允許超法規(guī)的設(shè)備、材料、設(shè)計等的實船應(yīng)用，只要證明其具有等效的安全性，這為輕型材料的應(yīng)用提供了轉(zhuǎn)機。替代設(shè)計是一種基于目標(biāo)的船舶設(shè)計方法，通過風(fēng)險分析，設(shè)計者可提出符合目標(biāo)和功能要求并能有效控制風(fēng)險的新穎設(shè)計，從而在與規(guī)定性要求具有同等安全水平下得到新穎或特殊的布置或結(jié)構(gòu)設(shè)計，這是郵輪設(shè)計所特有的核心技術(shù)和難點之一[1]。

表4 梳理了在船舶上應(yīng)用FRP 與SOLAS 存在的沖突及所在條款，并指出需要從哪些技術(shù)點證明突破SOLAS 體系后，F(xiàn)RP 仍具有等效安全水平。

表4 船舶應(yīng)用FRP 與SOLAS 條款的沖突及關(guān)注點

瑞典在復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)的研究方面處于世界前列，2000 年下水的維斯比級輕型護衛(wèi)艦長73 m，是目前世界上最長的全復(fù)合材料艦船，其艦體、甲板、上層建筑等采用VARI 成型工藝建造的碳纖維夾層結(jié)構(gòu)，具有良好的隱身性能[15]。瑞典國家技術(shù)研究院聯(lián)合邁爾造船廠、挪威船級社開展了“LASS”結(jié)構(gòu)輕量化研究項目，該項目以88 m 高速雙體渡輪和188 m 客滾船為對象，采用輕質(zhì)復(fù)合材料對原有金屬上層建筑進行輕量化設(shè)計，達到了減輕質(zhì)量、降低重心、提高穩(wěn)性、提升航速、增加有效荷載等目標(biāo)[16]。2011 年又開展了“LASS-C”項目，以挪威寶石號郵輪（93 530 總噸、15 層甲板）為對象，將其11 層以上頂部甲板、外板、艙壁、骨材等結(jié)構(gòu)用FRP 代替，評估其結(jié)構(gòu)強度、振動，并通過替代設(shè)計證明替代方案不損害SOLAS 要求的火災(zāi)安全性[17]。據(jù)測算，該FRP 替代方案可實現(xiàn)整體減重約1 200 t。

3.3 基于有機朗肯循環(huán)的主機余熱回收

目前，大型船用中速柴油發(fā)動機的燃燒熱量最多僅一半轉(zhuǎn)化為電力，另有一半則通過廢熱白白浪費。這其中約25%的熱量通過主機廢氣排失，約20%的熱量通過空冷器、缸套水冷卻排失，其余熱量通過滑油冷卻、熱輻射等排失。而大型郵輪的總裝機功率基本都不低于50 MW，10 萬總噸以上大型郵輪的總裝機功率更不低于60 MW，余熱回收的潛力很大。

郵輪的余熱回收以主機廢氣熱量和缸套水冷卻熱量回收為主。如下頁圖11 所示，郵輪大多在煙道內(nèi)安裝廢氣鍋爐，鍋爐吸收主機廢氣余熱后生產(chǎn)蒸氣，提供給造水機、廚房、洗衣、空調(diào)、泳池水、日用淡水、燃油加熱等的日常使用。主機缸套水冷卻產(chǎn)生的高溫淡水，可為造水機提供熱源，也可通過換熱器回收熱能后提供日常使用。郵輪運營工況多變，在低速巡航、碼頭靠泊時，甚至是以服務(wù)航速巡航時，由于部分主機停機導(dǎo)致主機廢氣熱量不足，廢氣鍋爐生產(chǎn)出的蒸氣量不能夠滿足日常需求。因此，郵輪還需額外配置燃油蒸氣鍋爐，以彌補上述工況時的蒸氣需求缺口。郵輪還常配置蒸氣透平，利用調(diào)配而得的蒸氣驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，這對提升能效設(shè)計指數(shù)（energy efficiency design index, EEDI）有利。但大型郵輪的日常蒸氣需求量大，尤其是造水機和酒店相關(guān)的蒸氣需求量特別大，能提供給蒸氣透平的蒸氣量有限，其裝機功率也隨之受限，這也是不少郵輪沒有配置蒸氣透平發(fā)電機的主要原因。

圖11 大型郵輪典型的主機余熱回收及利用方式

大型郵輪裝機功率大、余熱產(chǎn)量高，但日常蒸氣需求也高。在蒸氣供給有限的現(xiàn)實情況下，要通過余熱回收產(chǎn)生更多的電力，提高余熱回收效率就特別重要。近年來，基于有機朗肯循環(huán)（organic Ranlcine cycle, ORC）的柴油機余熱回收系統(tǒng)逐漸成為熱點。如下頁圖12 所示，ORC 余熱回收系統(tǒng)由預(yù)熱器、蒸發(fā)器、透平發(fā)電機、冷凝器、工質(zhì)泵和工質(zhì)傳輸管路組成，其工作流程為：有機工質(zhì)經(jīng)過工質(zhì)泵壓縮成高壓液體，先進入預(yù)熱器中吸熱升溫，再進入蒸發(fā)器中繼續(xù)吸熱，蒸發(fā)成為飽和蒸氣或過熱蒸氣，進入到透平膨脹做功、驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，透平排氣進入冷凝器放熱凝結(jié)成液態(tài)，再進入工質(zhì)泵壓縮，如此往復(fù)循環(huán)[18-19]。ORC 系統(tǒng)的工作原理與以水為工質(zhì)的朗肯循環(huán)一致，區(qū)別在于前者以低沸點有機物為工質(zhì)，回收效率顯然高于后者，更適合低品位熱能的回收。圖中有機工質(zhì)蒸發(fā)器的熱源來自廢熱鍋爐生產(chǎn)的過熱蒸氣，預(yù)熱器的熱源來自主機高溫缸套水，另利用主機空冷器中的熱交換加熱熱循環(huán)水。

圖12 一種基于有機朗肯循環(huán)的主機余熱回收系統(tǒng)

圖13 某客滾船的藝術(shù)設(shè)計效果圖

大型郵輪的ORC 系統(tǒng)實船應(yīng)用還存在一些難點：首先，大型郵輪的機艙和輔機艙里設(shè)備多、布置難度大，要提升ORC 設(shè)備，尤其是膨脹機的小型化、集成化水平[20]；其次，大型郵輪的運營工況多變、余熱回收場景復(fù)雜，要提升相關(guān)熱力學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、模擬仿真和優(yōu)化能力；最后，工質(zhì)是影響整個熱力循環(huán)關(guān)鍵核心因素，如何根據(jù)大型郵輪的各個應(yīng)用場景及熱源形式來篩選經(jīng)濟性好、環(huán)境友好和性能優(yōu)良的有機工質(zhì)仍是研究的重點[21-22]。

4 我國發(fā)展郵輪建造的難題及策略

國際上以往的經(jīng)驗表明：人均GDP 達到1 萬美元時，郵輪市場將會快速發(fā)展。2020 年我國已全面進入小康社會，人均GDP 突破1 萬美元，具備了支撐郵輪市場快速發(fā)展的經(jīng)濟基礎(chǔ)。此外，郵輪旅游文化正得到越來越多國人的認可，加之東部城市人口基數(shù)大、經(jīng)濟發(fā)達，這些都是促進我國郵輪旅游發(fā)展的有利因素。預(yù)計到2035 年，我國郵輪市場將成為世界最具活力市場之一，郵輪乘客年運輸量達到1 400 萬人次[23]。未來郵輪旅游的蓬勃發(fā)展，必將需要更多的郵輪投入運營，從而推動郵輪設(shè)計、建造和配套的發(fā)展，形成良性循環(huán)，推動產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展。

通過國產(chǎn)首制大型郵輪建造工程，我們攻克了一些大型郵輪設(shè)計建造關(guān)鍵技術(shù)，對大型郵輪的設(shè)計理念有了深入的理解，基本具備了大型郵輪的詳細設(shè)計、生產(chǎn)設(shè)計和總裝建造能力。目前，郵輪工程的風(fēng)險正從建造端逐步向自主設(shè)計、自主配套端轉(zhuǎn)移，從深化設(shè)計向原創(chuàng)設(shè)計轉(zhuǎn)移，從能建造到高效建造轉(zhuǎn)移。要成為世界郵輪建造強國，我國的郵輪設(shè)計建造還存在不少短板。

4.1 郵輪設(shè)計核心技術(shù)不足，自主概念設(shè)計及藝術(shù)設(shè)計能力欠缺

郵輪設(shè)計時，需綜合考慮船舶工程、酒店工程、服務(wù)設(shè)計、藝術(shù)設(shè)計、人因設(shè)計上、背景工程等因素，總布置設(shè)計要平衡優(yōu)化各個功能區(qū)的布局，因此難度遠超一般船型。尤其是大型郵輪載人數(shù)量高達五六千人，安全性和舒適性要求極高，涉及安全返港、質(zhì)量重心控制、振動噪聲控制、超規(guī)范替代設(shè)計、主被動防火等關(guān)鍵技術(shù)。但如果不掌握郵輪自主概念設(shè)計能力，不能從自主船型研發(fā)的源頭上把控整船技術(shù)參數(shù)，那么自主系統(tǒng)集成設(shè)計和自主設(shè)備選型就無從談起，更談不上實現(xiàn)核心系統(tǒng)、設(shè)備的國產(chǎn)替代。

郵輪的內(nèi)部空間藝術(shù)設(shè)計、艙室藝術(shù)設(shè)計、陳列裝飾設(shè)計等，均需與船舶工程設(shè)計有機融合，需船舶設(shè)計師與建筑設(shè)計師共同完成，這是郵輪設(shè)計的特色，也正是我國不熟悉的領(lǐng)域。同時，內(nèi)裝系統(tǒng)造價約占整船造價的1/3，溢價率巨大。如果藝術(shù)設(shè)計不能自主而仍由外方主導(dǎo)，那么內(nèi)裝材料仍只能由外方選型，國產(chǎn)內(nèi)裝材料廠家仍無法進入郵輪廠商表。在這方面，廣船國際已進行了成功的嘗試[24]。在其承接的“MOBY FANTASY”等豪華客滾船建造項目中，廣船國際通過自主藝術(shù)設(shè)計帶動內(nèi)裝材料國產(chǎn)化替代，從最初的進口材料方案到替換為國產(chǎn)材料方案，使內(nèi)裝大包報價下降約40%，同時推動了國產(chǎn)內(nèi)裝材料的認證和供應(yīng)鏈建設(shè)。客滾船的藝術(shù)設(shè)計和內(nèi)裝設(shè)計難度固然不如郵輪，但思路是相通的，值得業(yè)界借鑒。

我國還缺乏郵輪設(shè)計的一些自主專用軟件，包括安全返港系統(tǒng)設(shè)計評估軟件、人員疏散撤離分析軟件、火災(zāi)風(fēng)險評估軟件和空調(diào)熱負荷計算軟件等。國內(nèi)機構(gòu)已開展相關(guān)軟件的研發(fā)，比如中國船級社牽頭開發(fā)了人員撤離分析軟件“COMPASS-EVA”、安全返港評估軟件“COMPASS-SPA”等。只有經(jīng)過大量的實船設(shè)計驗證，這些自主開發(fā)軟件才能達到商業(yè)軟件的成熟度，解決設(shè)計工具的卡脖子問題。

4.2 郵輪建造效率和工程管控能力有待提升，建造體系尚需完善

通過大型郵輪實船建造工程，我國已建立了薄板生產(chǎn)智能車間、內(nèi)裝艙室預(yù)制車間等配套基礎(chǔ)設(shè)施，初步構(gòu)建了生產(chǎn)工藝體系，開發(fā)了生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)，郵輪建造能力突破了從無到有的門檻。但也應(yīng)客觀看待我國在工程項目管理、信息化、工藝標(biāo)準(zhǔn)等方面與歐洲郵輪建造強國所存在的差距。

（1）總裝建造效率，交付周期偏長

以13 萬總噸級的VISTA 級大型郵輪建造為例，芬坎蒂尼建造周期只需3 年左右，而國內(nèi)船廠建造卻需要4 ～ 5 年。不可否認，我們還只是大型郵輪建造的初學(xué)者，僅憑一兩艘船的經(jīng)驗累積肯定不夠，要克服質(zhì)量把控經(jīng)驗不足、設(shè)計變更頻繁以及現(xiàn)場返工率較高等諸多現(xiàn)實問題，仍需要一段時間。

（2）建造成本高，盈利能力不強

建造效率低、交付周期長肯定會推高人力成本和管理成本，增加資金流轉(zhuǎn)壓力。此外，配套供應(yīng)鏈嚴(yán)重依賴國外，采購成本高、議價空間小，更是推高建造成本的重要原因。

總之，必須提高郵輪總裝建造效率、縮短交付周期、控制建造成本、提升盈利能力，否則很難在國際郵輪建造市場上立足。這需要我國進一步提升生產(chǎn)線智能化、信息化、數(shù)字化管控水平，提升分段建造效率和精度管理水平從而壓縮建造周期，補充完善包括生產(chǎn)工藝體系、質(zhì)量管控體系、檢測驗證體系等在內(nèi)的郵輪建造體系，盡早形成大型郵輪批量化高效建造交付能力。

4.3 郵輪配套本土化率低，本土供應(yīng)鏈體系尚未成形

我國已是世界造船大國，但附加值較高的船舶配套產(chǎn)品卻過度依賴進口，這在高精尖的郵輪船型上表現(xiàn)得尤為突出。首制國產(chǎn)大型郵輪的國產(chǎn)化率只有30%左右，遠低于歐洲郵輪建造強國70%左右的本土配套水平。郵輪建造所需的核心系統(tǒng)及設(shè)備包括數(shù)字影音娛樂系統(tǒng)、大型高端娛樂設(shè)施、大功率吊艙推進器、大功率中速發(fā)電機組、大型減搖鰭、大容量海水淡化裝置、大型固體垃圾收集與處理裝置、大型污水收集與處理裝置、超大型救生艇及垂直逃生裝置、大功率冷水機組、高壓細水霧滅火系統(tǒng)、綜合電力系統(tǒng)、自動化及安全管理系統(tǒng)、廚房設(shè)備、布草設(shè)備等，以及高端玻璃、新型輕質(zhì)防火板等內(nèi)裝材料，乃至敷料、塑料管、地毯等小件都需要從歐美進口。

歐洲的郵輪建造歷史悠久，基本形成了以幾大郵輪船廠為核心的郵輪配套產(chǎn)業(yè)集群，這特別有利于穩(wěn)定配套產(chǎn)品供應(yīng)鏈，保證交付期，降低運輸成本。比如，蒙法爾科內(nèi)船廠是芬坎蒂尼集團的主要大型郵輪建造基地，其周圍就有很多郵輪配套廠，供貨范圍小到原材料、五金件，大到內(nèi)裝包、機電設(shè)備、娛樂設(shè)施等，其中不少配套廠自身就是芬坎蒂尼的產(chǎn)業(yè)或是與芬坎蒂尼合資建立[25]。芬坎蒂尼所建郵輪的本國配套率已接近八成（參見圖14），只有約1%的配套產(chǎn)品需從歐洲以外的地區(qū)采購，這是我國目前難以企及的。首制國產(chǎn)大型郵輪的減搖鰭、蒸氣透平、大部分空調(diào)設(shè)備和通風(fēng)設(shè)備由芬坎蒂尼供貨及安裝調(diào)試，全部客艙和船員住艙的內(nèi)裝材料和預(yù)制衛(wèi)生單元也都由芬坎蒂尼供貨。此外，芬坎蒂尼還獲得了4 個公區(qū)的內(nèi)裝大包。

圖14 芬坎蒂尼蒙法爾科內(nèi)船廠的配套供應(yīng)商分布圖

配套本土化率低的直接后果是推高配套設(shè)備及材料采購成本，影響郵輪建造的經(jīng)濟效益；也將增加溝通成本和供應(yīng)鏈管控難度，甚至?xí)绊戉]輪設(shè)計建造進度。日本三菱重工建造AIDA Prima 號郵輪時出現(xiàn)巨虧，其中一個重要問題就出在供應(yīng)鏈上[25]。合同簽訂后，由于三菱重工與阿依達在大到設(shè)計與內(nèi)部裝潢，小到廚房所需瓷磚、板壁種類選型、家具等級選擇上都存在分歧，故最終三菱重工無奈妥協(xié)，導(dǎo)致大量配套設(shè)備均需采購船東指定的廠商品牌和產(chǎn)品，進而必須依賴進口。當(dāng)時日元匯率貶值，本該帶來出口盈利的匯率差優(yōu)勢，反而成為虧損的“毒藥”。因此，我國亟需構(gòu)建郵輪本土供應(yīng)鏈體系，提升郵輪的可本土配套化率。

當(dāng)然，郵輪配套本土化率提升的前提是要有質(zhì)量過硬的國產(chǎn)產(chǎn)品可供選擇，但目前部分國產(chǎn)核心系統(tǒng)、設(shè)備和材料的質(zhì)量、型號、規(guī)格、可靠性等尚難以達到裝船的要求，有的差距還相當(dāng)大。國內(nèi)郵輪配套市場較小、迭代頻率較低，企業(yè)缺少獲取相關(guān)國際認證的動力，行業(yè)認可度較低，配套設(shè)備譜系不完整，這些也都是事實。以大功率吊艙推進器為例，國內(nèi)已實船應(yīng)用的吊艙最大功率尚不足5 MW，而大型郵輪吊艙功率基本都在12 ～ 15 MW，兩者間甚至存在代差。對此，進行一次郵輪本土配套能力的摸底很有必要。我國應(yīng)全面梳理郵輪供應(yīng)鏈，明確哪些設(shè)備已能自主可控，哪些已有較好基礎(chǔ)、稍加努力就能自主可控，哪些有一定基礎(chǔ)、付出更大努力后也能自主可控，哪些基礎(chǔ)相當(dāng)薄弱、短時間內(nèi)不可能實現(xiàn)自主可控，從而有針對性地制定相關(guān)技術(shù)攻關(guān)及扶持政策。

4.4 缺乏自主運營和品牌建設(shè)能力，無法有效支撐船型研發(fā)

與單純以載貨為目的的運輸船不同，郵輪是高度個性化的產(chǎn)品，品級檔次、主題風(fēng)格、航線規(guī)劃、噸位規(guī)模、酒店設(shè)施、娛樂設(shè)施這些技術(shù)參數(shù)都需要有豐富的運營經(jīng)驗支撐，需要基于船型發(fā)展趨勢、市場需求分析、經(jīng)濟性評估和郵輪品牌建設(shè)戰(zhàn)略等因素綜合決策。郵輪設(shè)計只有更多考慮游客的喜好、貼近游客的需求，才能受到游客的青睞，從而更具吸引力和市場競爭力。設(shè)計方要多傾聽船東、運營方的意見建議，提升設(shè)計的人性化。正是考慮“人”的需求，郵輪更注重舒適性，對耐波性、振動噪聲控制、風(fēng)舒適性、交通便捷性、人員活動流線舒暢性、空間路徑導(dǎo)示標(biāo)識等的要求更高。

然而我國郵輪運營長期被外資郵輪公司所掌控，本土郵輪公司的規(guī)模和市場份額都很小，自主運營基礎(chǔ)薄弱，經(jīng)驗積累也不多，對郵輪研發(fā)設(shè)計的支撐力度有限[26]。打造中國文化特色、滿足中國乘客特色需求的郵輪船型，就必須培養(yǎng)專業(yè)運營團隊，完善自主運營和品牌建設(shè)，才能積累運營大數(shù)據(jù)，反饋郵輪自主研發(fā)需求。

5 結(jié) 語

愛達·魔都號的順利交付和商業(yè)運營標(biāo)志著中國大型郵輪建造零的突破，這是我國郵輪裝備制造的起點，也是我國摘取造船工業(yè)皇冠上最后一顆明珠、實現(xiàn)造船強國的里程碑。目前，世界郵輪運營市場已全面恢復(fù)，我國郵輪運營市場更值得期待。我國的大型郵輪船型開發(fā)既要關(guān)注大型化、高端化、綠色化和個性化這些發(fā)展趨勢，也要關(guān)注綠色甲醇等零碳替代燃料應(yīng)用、結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計、綜合熱能回收等在內(nèi)的技術(shù)發(fā)展方向。要加大核心技術(shù)攻關(guān)力度，掌握郵輪全流程自主設(shè)計能力，構(gòu)建綠色建造、快速建造及安全建造體系，提升關(guān)鍵重要系統(tǒng)、設(shè)備及材料的可國產(chǎn)化替代率，打造自主運營品牌。

本文總結(jié)的郵輪船型技術(shù)特點及發(fā)展趨勢，探討的郵輪設(shè)計建造攻關(guān)方向，希望能為郵輪設(shè)計建造從業(yè)者提供參考借鑒。當(dāng)然，還有諸如綜合波浪增阻的線型優(yōu)化，針對郵輪酒店工程的智能艙室、智慧社區(qū)技術(shù)，針對郵輪裝機功率大、用電需求多且雜特點的熱能綜合管理系統(tǒng)，以及針對郵輪運營管理需求的信息綜合管理系統(tǒng)等諸多技術(shù)，也都需要關(guān)注解決，此處限于篇幅不作贅述。