极地规则渐行渐近 中国造船业破冰前行

　　由国际海事组织（IMO）海事安全委员会通过的《极地规则》，将于2017年1月1日生效并实施。届时，航行在极地区域的除公务船以外的船舶将需要获取相关资格证书。据悉，2015年，全球极地船舶的建造数量超过10艘，并有多种极地新船型和配套设备问世，较往年明显活跃。其中，由我国广船国际有限公司建造的世界首艘极地甲板运输船“奥达克斯（AUDAX）”号，引起了业界广泛关注。极地规则和极地船舶的研发和建造，正在成为我国船舶工业新的机遇和挑战。
　　
　　极地资源诱人  航线开发日趋活跃
　　
　　极地泛指地球南北两端纬度66.5度以上的区域，即南极和北极，而国际海事界讨论的极地规则主要涉及北极。北极的重要性主要表现在油气资源丰富、关涉战略“瞰制”及航道控制。根据美国、俄罗斯等国家的研究，北极区域蕴储着地球上25%左右未探明的石油和天然气资源。在地理位置上，北极距离世界所有大国都很近，如果在北极部署弹道导弹，相当于对所有大国实施了有效“瞰制”。随着全球变暖导致北极地区冰盖融化，北极的“东北航道”（又称北方航道）常年通航成为可能，这将是连接大西洋和太平洋以及俄罗斯欧亚两部分的最短航线。据测算，从荷兰的鹿特丹到中国的上海，如果取道北极，比经过苏伊士运河的传统航线可以缩短航程5000公里，节省约一半的时间。
　　
　　由于常年冰封雪盖，恶劣的气候环境使北极航线一直难以得到有效开发和利用。直到2009年，俄罗斯开始提供较为优惠的破冰和引航服务，才吸引来勇敢的尝试者。当年夏季，德国Beluga公司的两艘货船装载着发电厂设备，从韩国出发，经白令海峡向西进入东北航道，最终到达俄罗斯鄂毕湾，完成了首次北极商业航运。次年9月，挪威Tschudi公司的1艘散货船，自挪威希尔克内斯港出发，沿俄罗斯北海岸线航行，向中国北方港口运送了4万吨铁矿石。由于该航次是首次在非俄罗斯管辖港口之间进行的航行，被视为开启了北极航线国际运输的新时代。此后，东北航道的货运航次不断增多，从2010年的4次增长到2013年的71次，年货运量也逐步增长到100万吨以上。其中，2013年由挪威开往日本的两艘液化天然气（LNG）船，是北极航线首次出现LNG运输船。中国远洋运输（集团）总公司2万吨级散货船“永盛”号于2013年8至9月从太仓港出发，通过东北航道到达鹿特丹，航程7800多海里，航行27天，成为第一艘完成北极航线的中国商船。2015年7月，中远集团“永盛”号再航北极，并首次实现双向通行。
　　
　　据记者了解，近两年来，由于国际航运市场持续低迷，加之中国采购石油、铁矿石的渠道发生改变，北极东北航道的航次有所减少。另外，东北航道目前在双向运输上较为缺失，返航配载的需求较少，从而打压了该航线在经济性方面的吸引力。如中远集团“永盛”号首航返航时就仍选择了途径苏伊士运河的传统航线。
　　
　　极地航运规则问世  安全与环保备受重视
　　
　　目前，尽管北极航线无论在自然环境还是市场发展上均“坚冰重重”，但其战略及经济价值已被国际社会高度重视。据韩国海事机构预测，到2030年，25%的亚欧航线船舶将从东北航道通过；中国极地机构曾预测，到2020年，15%的中国集装箱船将选择这一航道；俄罗斯机构预测，到2021年，东北航道的货运量将达到4000万吨。
　　
　　2013年，俄罗斯亚马尔LNG项目正式开工，预计其年产1650万吨LNG，将主要通过东北航道供应亚洲市场。中国将每年采购其中的300万吨。俄罗斯方面将通过亚马尔项目获得的收入，用来维持北极破冰船队的运营，并解决困扰其已久的东北航道基础设施建设资金问题，从而提升东北航道的航运量。
　　
　　北极航线所带来的利好固然令人欣喜，但其恶劣的自然环境对航行船舶、通航时间、航行成本、航行技术以及生态环境保护等，也都提出了更高的要求。随着北极冰层的融化以及极地航行和商业开发活动的增多，制定和实施极地航行规则势在必行。
　　
　　2010年2月，IMO正式启动《极地规则》的起草工作。2014年11月21日，IMO海事安全委员会第94届会议正式通过了具有强制性的《极地水域船舶航行国际准则》，简称极地规则，这标志着国际社会在保护船舶以及船员在极地水域航行方面进入了一个历史性的新阶段。该极地准则将于2017年1月1日生效，适用对象为生效后建造的新船舶，在此之前建造的船舶被要求在2018年1月1日之后，通过首次中期检验或换证检验来满足极地规则有关要求。
　　
　　根据IMO发布的声明，该极地规则覆盖了与极地船舶航行相关的众多内容，包括船舶设计、建造、设备、操作、培训、搜救和环保等，并在对极地航行安全及防污染有关的法规、公约和指南进行整合的基础上，针对南北两极水域多冰、低温、偏远、高纬度等特殊风险，提出了极地水域船舶操作安全和环保附加要求。该极地规则规定“在南北极划定水域内”航行的船舶应申请极地船舶证书。该证书将船舶分为A、B、C三类：A类至少能在中等当年冰（也可能包括陈冰）的极地水域航行；B类能在当年薄冰（也可能包括陈冰）的极地水域航行；C类能在开放水域或者冰况没有A、B两类严重的水域中航行。考虑到极地水域中可能存在的危险和所需要的操作条件，签发极地船舶证书前需要进行相关评估，内容包括操作限制和应对事故的计划或程序、额外的安全设备等。通过极地水域的船舶须携带《极地水域操作手册》，手册上需提供船主、经营人员、船长和船员的船舶操作能力及限制等相关信息。
　　
　　中国积极参与  极地船舶研制屡获成果
　　
　　进入改革开放新时期以来，中国积极参与全球事务，在极地领域也不例外。1996年，中国加入北极国际科学委员会，2007年成为北极理事会的永久观察员，2013年成为该组织的正式观察员。尽管目前还没有投票权，但中国能够获取北极理事会会议和各类活动的邀请，在参与相关活动时有机会影响其决策过程。
　　
　　有关专家认为，尽管中国在北极和南极不拥有任何主权权利，但国家提出在“十三五”期间要积极参与“极地规则”的制定，是基于现实局面的合理诉求。一方面，随着全球气候变暖，两极冰盖消融可能会带来更多的极端天气，将进一步影响农业生产甚至粮食产量，因此需要和其他国家一起共同应对极地气候变化的影响。另一方面，气候变化导致北冰洋冰面融化，其适航的时间和渔业捕捞季节也将大大加长；对于正在进行的“一带一路”建设来说，未来的北极航道也有可能成为中国海上通道新的选择，因为通过北冰洋，连接上海、纽约以及鹿特丹的航线，比经过马六甲海峡和苏伊士运河都要短。
　　
　　经略极地，同样需要装备先行，船舶工业责无旁贷。据了解，近年来，我国针对IMO发布的极地规则已经开展了多方面的研究，并在实船建造上取得了多项突破。
　　
　　中国船级社（CCS）一直积极参与IMO极地规则的制定，从维护航运安全和国家利益的角度出发，提出了许多合理化建议，并积极跟踪极地规则的有关技术问题，联合国内外有关机构、企业进行专题研究。2015年，由CCS牵头、中国船舶重工集团公司第七〇二研究所等参与的国家高技术船舶科研计划项目“国际极地水域船舶安全规则应用研究”启动。据了解，该研究项目包括冰区航行阻力、推进、冰载荷应用及船体结构强度研究等子项，将推进我国极地船舶设计以及配套规范标准的发展。
　　
　　另一国家高技术船舶科研计划项目“极地自破冰科学考察船基本设计关键技术研究”，由中国船舶工业集团公司第七〇八研究所牵头，中国极地研究中心、江南造船（集团）有限责任公司和哈尔滨工程大学等单位共同研发。据了解，该项目将围绕北极海冰形态与海况环境、IMO极地规则和IACS极地船舶指导性文件、自破冰船型概念设计、破冰能力数值模拟和冰池船模试验、船舶结构设计技术、动力类型及推进装置配置、螺旋桨特殊要求、特殊功能及综合布置设计、防冻设计技术等9个专题深入开展。而在此之前，七〇八所已与中国极地研究中心签订了我国新建极地科学考察破冰船详细设计合同。根据国务院确定的中外联合设计、国内建造的原则，该船由芬兰阿克北极技术公司提供基础设计，具有艏艉双向破冰能力，船舶结构强度满足PC3级极地级标准要求，可在厚度不低于1.5米加0.2米雪的极区海冰中以2～3节的速度连续破冰航行。该船还将配备能够扫描全海深的声呐系统，可释放有缆或无缆潜水机器人等先进设备。无论在船型设计、破冰能力还是在综合调查能力等方面，该船的技术水平都位居世界前列。
　　
　　此外，由南通中远川崎船舶工程有限公司承担的中远集团“极地多用途船关键技术储备研究”科研项目，去年也已通过专家组验收。据介绍，南通中远川崎在充分吸收多用途船设计建造经验以及国内外极地船舶有关技术的基础上，最终取得高冰级极地船型线、冰区加强型结构、动力装置、防冻技术等多方面的关键技术成果，并申报了多项专利。该项目组还对极地船舶进行了经济性分析，这对于我国极地船舶研究、建造及航运等相关领域均具有重要的参考价值。
　　
　　另据了解，近年来，中船重工第七〇一研究所和武汉理工大学、华中科技大学等单位，也在开展极地航行环境条件与海冰力学特性、极地船舶冰载荷预报技术、极地船舶冰水动力学与结构性能、极地环境下船舶机电系统适应性与可靠性、极地船舶总体关键基础技术等方面的研究，并已拟定未来3至5年相关的科研目标与资助重点。
　　
　　2014年11月，由上海江南造船厂建造的“雪燕02”号极地运输登陆艇也已顺利完工。该船将跟随“雪龙”号极地科考船征战南北极，承担相关物资及设备的运送任务。此前，该厂还建成交付了极地考察训练艇“雪燕01”号。
　　
　　今年1月22日，由广船国际有限公司建造的全球首艘极地重载甲板运输船“奥达克斯”号交付，这也是我国在极地船舶建造领域取得的重大突破。该船船体外形与推进器的优化布置，使其在平整冰层及碎冰中具有良好的操作性，达到DNV  polar  3级和极地冰级符号PC3的相关要求，冰区等级达到俄罗斯规范中的最高冰区等级Arc7，可常年在极地冰区航行，能在1.5米冰厚的海况下保持2节的航速，比我国现役极地科考船“雪龙”号的破冰性能还要强。据悉，该船是目前唯一可以在北冰洋冬春冰冻季节连续运输LNG大型设备模块至萨倍塔港的船舶，对于整个亚马尔项目的开发具有决定性的作用。

　　极地船舶需求见增　把握重点方能赢得先机
　　
　　七〇八所高级工程师吴刚在2015年年初参加了“雪龙号”南极考察活动。作为中国新一代极地自破冰科考船的技术总师，他对极地船舶的技术发展有着较为深刻的认识。不久前，在上海市船舶与海洋工程学会举办的论坛上，他为同行们作了细致的介绍。
　　
　　吴刚认为，极地船舶大致可分为过境航行、极地资源开发与运输、极地科学考察三种类型。其中，资源开发和运输是近年来极地船舶发展的主要动力。北极不仅油气储量巨大，还拥有丰富的煤炭、贵金属、稀有元素等矿产资源，以及渔业、水力、电力、森林等自然资源。他指出，受北极资源开发及运输的带动，冰区油船的破冰等级和载重量将有增长的趋势。目前，船舶数量最多和吨位最大的还属1A（PC7）冰级的阿芙拉型油船。芬兰、瑞典均已开发出更高冰级的阿芙拉型油船和B-Max型26万吨级原油船。未来，波罗的海油船吨位将可能从10万吨级提升到27万吨级，柏朝拉海域将需要7万吨级的极地穿梭油船。同时，由于北极油气资源中相当一大部分为天然气，冰区LNG运输船也将会是造船市场的新宠。亚马尔项目订造的一批17万立方米LNG船，将具有Arc7（PC3）级的破冰能力，预计未来需要运行于巴伦支海—亚马尔半岛的LNG船，其载货能力将提升到20万立方米。此外，针对加拿大海上补给和矿石运输的需求，冰区灵便型和好望角型散货船也在需求之列，具备高等级冰区加强的多用途船、集装箱船和模块运输船的研究设计正在加紧进行中。
　　
　　可节省油耗、降低排放、避免海盗的北极航线，还在催生冰区加强型船舶的需求。一旦北极航线全面贯通，全球海上运输格局将发生重大变革。而北极航线的商业运作取决于利润与风险的评估、破冰船引航费用、破冰功率增加导致的油耗增大、动力装置加强导致的初始投资增大、破冰结构导致的结构重量增大和载货量减少、防冻设计导致的建造成本增加和极地运输货物保险费用增加等制约因素。据测算，东北航道目前在冰盖率低于50%的情况下，一年的可通航时间为20~30天，到2080年可达到90天，如果具有自破冰能力的船舶可通行在冰盖率75%的航道中，那么，其通航时间就可达到150天。届时，北极航线的经济性将更加凸显。
　　
　　自冷战结束以来，国际性极地考察活动进入活跃时期。德国、俄罗斯、澳大利亚、美国、瑞典、日本等相继建成第一代极地科考船并投入使用。吴刚指出，近年来，由于船舶生命周期、新规则发布以及经济、政治战略需求等因素，各国正加快船舶更新步伐，开始建造第二代极地科考破冰船，其主要特征是破冰能力更强、船体大型化。以欧盟最新投资研发的“北极”号科考船为例，该船的破冰能力将达到2.5米。
　　
　　根据上述市场需求，吴刚提出，当前极地船舶的发展存在四大技术特点。其一，在有护航的前提下，冰区加强型船舶可季节性地在极地水域通航。据统计，近几年成功实现商业航行的均为PC6或PC7冰级运输船。因此，在新船设计中，B类极地船舶，即达到PC6、PC7级的冰区加强船型将成为重点优化方向。

　　其二，极地运输船舶的设计强调无冰（薄冰）航行与破冰航行的经济平衡。目前，极地自破冰船舶广泛采用基于电力推进、全回转推进等新技术，可实现双向航行的双动设计技术（Double　Acting），其初衷是协调解决破冰航行和敞水航行的线型差异所带来的经济性问题。但由于电力推进的二次能量损失和冰区吊舱设备的成本影响，双动技术在需要有破冰船引航、破冰等级较低的船型上仍采用较少，因此，未来低等级冰区加强型船舶的轴桨推进技术将是研究重点。

　　其三，新型不对称专业破冰船型的出现。由于专业破冰船的特殊功能和功率需求，其船体尺度不可能太大，尤其是船宽，传统上一般在20米左右。但随着运输船舶和航道港口的发展，需要破冰引航的船舶宽度已经远远大于20米，这就需要两艘破冰船同时作业，大大增加了破冰成本。由此，新型不对称破冰船型将得以运用，它通过破冰时的斜向航行，可大大提高破冰宽度，被视为全回转推进技术和破冰船型设计相融合的创新。2015年，芬兰阿克公司已首次研发出不对称型破冰救援与应急船。该船不仅可以前后破冰，还可以一定的倾角进行破冰，克服了船宽尺寸相对较小的不足。该船型宽为20.5米，船上的3台全回转推进器也呈不对称排布，在斜向模式时能破出50米宽的航道。该公司已与俄罗斯Vyborg造船厂、韩国三星重工等签订了合同，将在现有船型的基础上提供破冰船和破冰穿梭油船的设计方案。

　　其四，合理确定极区航行季节和时间，采取适当的防冻化设计。在极区航行中，船用设备系统将经受严酷环境的考验，这对货物系统、夹板机械、系泊设备、救生设备以及室外电器设备等，均提出更高的要求。而防冻化设计与船舶建造成本密切相关，特别是当航行时间越接近全年时，成本增加的速度就越快，因此必须谨慎对待。
　　
　　对于我国极地船舶的发展，吴刚建议，应积极参与国际极地规则的制定，加快推进我国极地船舶规范以及相关配套设备的研究。他还呼吁，在时机成熟时建设我国自有的试验冰池。同时，我国还应重视对现有非冰级船舶的升级改装，并加快我国北极航道气象、保险等服务的发展，让极地真正成为我国的“聚宝盆”和“黄金航道”。

来源：《中国船舶报》