冰級(jí)定義的有關(guān)分析及建議

王燕舞，張達(dá)勛

（708研究所，上海 200011）

0 前 言

近年來(lái)，世界冰級(jí)船隊(duì)尤其是冰級(jí)油船隊(duì)的發(fā)展正處于一個(gè)快速上升期。冰區(qū)船舶需求量的上升主要源于俄羅斯原油的強(qiáng)勁出口、北極地區(qū)油氣資源開(kāi)采步伐的加快，以及“北方航線”（Northern Sea route，NSR）通航可能性的增加。

各主要船級(jí)社、IACS以及相關(guān)國(guó)家機(jī)構(gòu)等都已制定了一系列相關(guān)規(guī)范和法規(guī)條文，以保證冰區(qū)船舶航行安全。此類規(guī)范、規(guī)定首先是依據(jù)各海區(qū)冰情統(tǒng)計(jì)資料對(duì)其劃分冰級(jí)，以便進(jìn)一步對(duì)服務(wù)于該航區(qū)內(nèi)的冰區(qū)船舶劃分船級(jí)，提出結(jié)構(gòu)加強(qiáng)、推進(jìn)系統(tǒng)等方面的對(duì)應(yīng)要求。其中，明確規(guī)定船舶冰級(jí)的選擇是船東責(zé)任。冰級(jí)定義是船舶冰區(qū)加強(qiáng)要求制訂與實(shí)施的先決條件，對(duì)船舶結(jié)構(gòu)型式、結(jié)構(gòu)尺寸、功率需求等產(chǎn)生決定性影響。

目前，各類規(guī)范之間冰級(jí)定義在其形式、具體參數(shù)等方面存在著一定差異。即便是同一規(guī)范，船東方、設(shè)計(jì)方、監(jiān)管方等之間由于所考慮的側(cè)重點(diǎn)不同，對(duì)船舶冰級(jí)及其適用范圍的理解也往往有所不同。

此外，由于近年渤海冰情的加劇，國(guó)內(nèi)航區(qū)船舶的冰區(qū)加強(qiáng)問(wèn)題已受到各方面的重視，并產(chǎn)生了一定的矛盾與意見(jiàn)分歧。如：有地方船檢要求冬季航行渤海灣的船舶“必需冰區(qū)加強(qiáng)”，未進(jìn)行冰區(qū)加強(qiáng)船舶船檢證書(shū)需加注“冬季不準(zhǔn)航行渤海灣”[1]；而大量沒(méi)有采取B級(jí)冰區(qū)加強(qiáng)（關(guān)于沿海漂流浮冰）的船舶，冬季仍安全航行在渤海灣。有設(shè)計(jì)方鑒于此甚至建議取消CCS規(guī)范B級(jí)加強(qiáng)[2]。就技術(shù)因素而言，此類分歧的產(chǎn)生還是緣于對(duì)冰級(jí)定義及其適用范圍的認(rèn)識(shí)上存在不一致。

根據(jù)上述背景，本文對(duì)幾類常用冰區(qū)航行加強(qiáng)規(guī)范的冰級(jí)定義、定義依據(jù)作了簡(jiǎn)要介紹，對(duì)其前提設(shè)定、適用范圍、參數(shù)類型等作了比較分析，為船舶適宜冰級(jí)的選取提供參考；并對(duì)IACS、CCS規(guī)范相關(guān)條文的改進(jìn)、完善提出參考意見(jiàn)。

1 冰級(jí)定義簡(jiǎn)介

目前，各主要船級(jí)社、相關(guān)國(guó)際組織關(guān)于冰區(qū)航行船舶結(jié)構(gòu)加強(qiáng)規(guī)范已較為完善。按其適用船舶的服務(wù)航區(qū)冰情、工作性質(zhì)、結(jié)構(gòu)加強(qiáng)等級(jí)的不同，基本可劃分為當(dāng)年冰冰區(qū)航行加強(qiáng)、多年冰冰區(qū)航行加強(qiáng)、破冰任務(wù)相關(guān)加強(qiáng)3類。

相應(yīng)的冰級(jí)定義則按船舶服務(wù)航區(qū)內(nèi)海冰冰齡、層冰厚度、強(qiáng)度的不同，大致可分為當(dāng)年冰（當(dāng)年冰齡，層冰厚度不超過(guò)1.2m，海冰強(qiáng)度相對(duì)較低）與多年冰（兩年及兩年以上冰齡，層冰厚度最大可達(dá)3.0m以上，海冰強(qiáng)度高）2大類。

1.1 芬蘭-瑞典冰級(jí)規(guī)則（FSICR）

目前普遍采用的當(dāng)年冰類冰區(qū)加強(qiáng)規(guī)范為芬蘭和瑞典海事局（FMA & SMA）制訂的《芬蘭-瑞典冰級(jí)規(guī)則》（FSICR），適用于當(dāng)年冰況，冬季航行于北波羅的海的船舶。冰區(qū)加強(qiáng)船舶假定在不超過(guò)其冰級(jí)標(biāo)志對(duì)應(yīng)的當(dāng)年層冰厚度的開(kāi)敞海域進(jìn)行作業(yè)。

除俄羅斯船舶登記局（RMRS），各IACS船級(jí)社冰區(qū)加強(qiáng)規(guī)范（當(dāng)年冰）均納入《芬蘭-瑞典冰級(jí)規(guī)則》（FSICR）要求。在冰級(jí)的定義上，除對(duì)當(dāng)年漂流浮冰冰況的定義之外，各規(guī)范基本一致，僅在冰級(jí)符號(hào)上有所區(qū)別。而RMRS制訂的LU船級(jí)在冰級(jí)定義上也涵蓋了與FSICR近似等效的當(dāng)年冰冰級(jí)。

此外，擬在加拿大極地水域航行的船舶還必須遵守《加拿大極地航行防污染規(guī)則》(CASPPR，1972)，并滿足其冰級(jí)要求。其冰級(jí)符號(hào)與 FSICR同樣存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表 1列出了各主要船級(jí)社規(guī)范冰級(jí)符號(hào)與FSICR(2002)符號(hào)之間對(duì)等關(guān)系（ABS 2008；BV 2007；CCS 2006；DNV 2008；GL 2009；LR 2005；NK2007；RINA 2008），所對(duì)應(yīng)的層冰厚度，以及FSICR冰級(jí)與CASPPR 1972、RMRS 1999、IACS Polar Class 間的近似等效關(guān)系[3～9]。

表1 各船級(jí)社冰級(jí)符號(hào)與《芬蘭-瑞典冰級(jí)規(guī)則》（FSICR）對(duì)應(yīng)關(guān)系

1.2 IACS極地船級(jí)

對(duì)于極地航行船舶的加強(qiáng)， IACS已形成有效決議，即UR I1～I(xiàn)3，合同建造日期在2008年3月及其后的船舶均需予以執(zhí)行。該規(guī)范冰級(jí)設(shè)定、對(duì)應(yīng)的冰載荷確定、冰帶加強(qiáng)區(qū)域、具體加強(qiáng)要求、輪機(jī)要求等已自成體系、頗為完善。

表2列出了IACS Polar Class冰況描述。但與之對(duì)應(yīng)的層冰厚度則無(wú)明確定義，各船級(jí)社、設(shè)計(jì)院所的解釋也不盡相同，存在一定差異。

IACS PC 對(duì)冰況的描述采用世界氣象組織（WMO）海冰專用術(shù)語(yǔ)。其中，對(duì)當(dāng)年薄冰、中等厚度冰的定義，即PC6、PC7，與FSICR IA Super、IA基本相近，如表1。當(dāng)然，在實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也存在將PC5與IA Super視作等效[10]的情形。

表2 IACS極地船船級(jí)描述[8]

1.3 各船級(jí)社規(guī)范

部分船級(jí)社的冰區(qū)規(guī)范除采用與FSICR、IACS PC相一致的冰區(qū)加強(qiáng)等級(jí)外，還存有獨(dú)立發(fā)展、自成體系的冰區(qū)加強(qiáng)規(guī)范。以ABS、DNV為例。

1)ABS根據(jù)船舶類型（破冰船、非破冰船）、所服務(wù)航區(qū)的冰情、進(jìn)入時(shí)限的不同，是否需更高等級(jí)破冰船輔助作業(yè)等將冰區(qū)劃分為Ice Class A1、A0～D0（當(dāng)年冰情）、Ice Class A2～A5（極地水域、多年冰情破冰船適用）等9個(gè)等級(jí)。表3為ABS 適用于極地水域破冰船的冰級(jí)定義。

表3 ABS 極地水域破冰船冰級(jí)定義[5]

2)DNV對(duì)于北極水域航行及執(zhí)行破冰服務(wù)船舶提供了獨(dú)立的高等級(jí)冰區(qū)加強(qiáng)規(guī)范。其中冰級(jí)定義對(duì)名義海冰強(qiáng)度σice、名義層冰厚度hice做出了雙重規(guī)定。此外針對(duì)極地破冰船，還進(jìn)一步設(shè)定了其最小設(shè)計(jì)沖撞破冰速度（Design Ramming Speed），如表4所示。

表4 DNV 冰級(jí)定義[6]

2 冰級(jí)定義分析

2.1 冰級(jí)定義依據(jù)

各類冰區(qū)加強(qiáng)規(guī)范的前提與根本在于冰級(jí)的設(shè)定與定義，而冰級(jí)的定義則只能基于目標(biāo)海區(qū)的中長(zhǎng)期冰情觀測(cè)資料。

例如：圖 1 為波羅的海各分海域冬季結(jié)冰概率；表5為波羅的海各海區(qū)長(zhǎng)期觀測(cè)海冰厚度均值與標(biāo)準(zhǔn)差，其中等效厚度已計(jì)及冰脊影響[11]。

圖1 波羅的海冬季結(jié)冰概率[11]

表5 波羅的海各海區(qū)長(zhǎng)期觀測(cè)海冰厚度均值與標(biāo)準(zhǔn)差[11]

FSICR之所以將IA Super、IA、IB、IC冰級(jí)對(duì)應(yīng)冰厚設(shè)定為1.0m、0.8m、0.6m、0.4m，并規(guī)定波羅的海區(qū)內(nèi)IA Super、IA級(jí)船舶可全年航行，而IB、IC級(jí)船舶則只可季節(jié)性限制通航，即本于此。

2.2 冰級(jí)選擇

各規(guī)范明確規(guī)定，根據(jù)船舶服務(wù)航區(qū)選擇適宜的冰級(jí)是船東責(zé)任。

為方便船東，IACS PC采用WMO解釋，對(duì)各冰級(jí)對(duì)應(yīng)的海冰形態(tài)作直觀描述；ABS則對(duì)冰級(jí)船舶對(duì)應(yīng)的可通行區(qū)域、通行時(shí)間等作出規(guī)定。在載荷系數(shù)、冰帶加強(qiáng)范圍、加強(qiáng)要求等方面均直接給出與冰級(jí)相對(duì)應(yīng)的計(jì)算參數(shù)，但對(duì)海冰的具體物理參數(shù)均不作顯式規(guī)定。而FSICR、DNV等則關(guān)注目標(biāo)航區(qū)海冰的理化性能，將其視為冰級(jí)定義的依據(jù)，并作為載荷計(jì)算、結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算的直接輸入?yún)?shù)，但對(duì)適用航區(qū)未作進(jìn)一步的細(xì)分。

因此，各類規(guī)范冰級(jí)定義按其指導(dǎo)思想的不同可大致分為面向船東（IACS PC、ABS等）與面向設(shè)計(jì)方（FSICR、DNV等）兩類。當(dāng)然，兩者的區(qū)分也不是絕對(duì)的。

在冰級(jí)定義中，將適用海區(qū)劃分與海冰參數(shù)統(tǒng)一定義，有助于消除船東方、設(shè)計(jì)方、監(jiān)管方之間理解上的分歧和含混之處。比如，RMRS冰區(qū)規(guī)范不僅規(guī)定了各冰級(jí)船舶對(duì)應(yīng)的春、冬季可破層冰厚度，同時(shí)對(duì)其可通航海域、可通航時(shí)間也作出了詳細(xì)規(guī)定。而這些規(guī)定是建立在俄羅斯近百年冰情觀測(cè)資料的基礎(chǔ)上的。

基于文獻(xiàn)[3]～[6]、[9]相關(guān)條文、數(shù)據(jù)，表5整理列出了幾類冰區(qū)規(guī)范冰級(jí)定義的適用范圍、冰況描述、海冰物理性能以及對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度之間的簡(jiǎn)要對(duì)比。

由表5可知，各類冰區(qū)規(guī)范在冰級(jí)參數(shù)的形式、定義、數(shù)值范圍等方面既存在一定的相似之處，又有所不同。因此，在進(jìn)行冰區(qū)船舶的冰級(jí)選擇時(shí)，不僅應(yīng)對(duì)船舶設(shè)計(jì)航區(qū)的冰情資料有所掌握，而且應(yīng)深入了解、理解各類冰級(jí)定義的前提設(shè)定、適用范圍、參數(shù)意義等。

鑒于各船級(jí)社高等級(jí)冰區(qū)加強(qiáng)規(guī)范之間的不一致性，IACS制訂了統(tǒng)一的極地船級(jí)，即 IACS PC1～PC7。這無(wú)疑是冰區(qū)規(guī)范發(fā)展史上具有里程碑意義的重大事件。

但是，其船級(jí)定義上僅采用WMO海冰專用術(shù)語(yǔ)，不涉及詳細(xì)的適用航區(qū)設(shè)定、海冰性能量化指標(biāo)，實(shí)際上并不足以對(duì)船東、設(shè)計(jì)方和主管機(jī)關(guān)提供有效、充分的指導(dǎo)。使用方僅依靠簡(jiǎn)略的冰況描述進(jìn)行船級(jí)選擇，無(wú)疑是比較困難的，也將給后續(xù)船實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的不確定性。

建議在規(guī)范后續(xù)完善過(guò)程中，消除各方意見(jiàn)分歧，在指導(dǎo)性文件中明確給出各冰級(jí)對(duì)應(yīng)的海冰物理參數(shù)，如層冰厚度、海冰強(qiáng)度等；或列出對(duì)應(yīng)的可通航季節(jié)、通航區(qū)域。

表5 各類冰級(jí)對(duì)應(yīng)適用范圍、海冰物理參數(shù)等

2.3 CCS有關(guān)規(guī)范

目前，CCS尚不存在專用破冰船規(guī)范。CCS《鋼制海船入級(jí)規(guī)范》第八篇第九章“具有破冰能力船舶的補(bǔ)充規(guī)定”，適用于滿足FSICR冰區(qū)加強(qiáng)要求，“且航行于當(dāng)年結(jié)冰水域、具有獨(dú)立破冰能力的非破冰專用船舶”。

該規(guī)定§9.2.1要求船舶安裝所需的推進(jìn)功率應(yīng)大于船舶破冰功率N1，即應(yīng)不小于：

破冰航速v要求不小于5kn。這與LR原2004版《船舶入級(jí)規(guī)范和規(guī)則》第 3分冊(cè)，Ch.9，AC船級(jí)“船舶擬在多年冰情下作業(yè)時(shí)的功率配置”計(jì)算式是一致的[12]。而該船級(jí)適用于擬在北極或南極冰區(qū)中未破冰層（層冰厚度1.0m～3.0m）中航行的船舶。經(jīng)驗(yàn)證比對(duì)，在同等層冰厚度下，該式計(jì)算值與ABS極地破冰船級(jí)的功率要求(Pt.6,Ch.1, Sec.1,31.1)、DNV POLAR船級(jí)的功率要求(Pt.5, Ch.1,Sec.4, J200)是基本接近的。

將該計(jì)算式外推應(yīng)用于當(dāng)年冰（層冰厚度 h0為0.4m ～1.0m）是否合適，值得推敲。

如前節(jié)所述，極地多年冰的名義冰厚、海冰強(qiáng)度均高于北波羅的海當(dāng)年冰。因此，可以認(rèn)為，將該式作為基于北波羅的海當(dāng)年冰況下非專用破冰船舶的功率要求是偏安全的。隨之而來(lái)，也將使結(jié)構(gòu)尺度偏安全。建議適當(dāng)降低計(jì)算公式中破冰航速以降低破冰功率要求。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)目前主要的幾類冰區(qū)規(guī)范的冰級(jí)定義作了簡(jiǎn)要敘述，對(duì)其適用區(qū)域、前提條件、參數(shù)類型等作了比較分析，為各方進(jìn)行船舶冰級(jí)的選取提供參考。

通過(guò)比較分析，建議IACS UR I在后續(xù)完善過(guò)程中，增加極地船級(jí)（PC）對(duì)應(yīng)的海冰物理參數(shù)，如層冰厚度、海冰強(qiáng)度等；或詳細(xì)列出與之對(duì)應(yīng)的可通航季節(jié)、通航區(qū)域；認(rèn)為 CCS“具有破冰能力船舶的補(bǔ)充規(guī)定”有關(guān)條文過(guò)于偏安全，存在可商榷之處。

[1] 許運(yùn)秀.冰區(qū)加強(qiáng)的含義及相關(guān)問(wèn)題[J].中國(guó)船檢，2008,(9): 90-91.

[2] 馮振玉.海船都需要冰區(qū)加強(qiáng)嗎[J].中國(guó)船檢，2008,(9): 88-89.

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[5] Rules for Building and Classing Steel Vessels，Part 6,Ch.1 [S].American Bureau of Shipping, 2008.

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[7] Rules and Regulations for the Classification of Ships, Part 8, Ch.2 [S] .Lloyd’s Register, 2008.

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[12] Rules and Regulations for the Classification of Ships, Part 3, Ch.9 [S] .Lloyd’s Register, 2004.