造船企業(yè)綠色船舶技術(shù)的探究

趙亮亮

（江蘇韓通船舶重工有限公司，江蘇　南通　226300）

造船企業(yè)綠色船舶技術(shù)的探究

趙亮亮

（江蘇韓通船舶重工有限公司，江蘇南通226300）

摘要：綠色生態(tài)觀念的深入發(fā)展，使得綠色船舶的概念成為造船業(yè)和航運(yùn)業(yè)的主角。綠色船舶的內(nèi)涵覆蓋到船舶的全壽命時(shí)間和幾乎全方位領(lǐng)域。對(duì)于造船廠來(lái)說(shuō)，綠色船舶的發(fā)展將直接影響船廠在業(yè)界的競(jìng)爭(zhēng)力和未來(lái)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：綠色船舶；造船廠；造船技術(shù)

1　引言

從國(guó)際海事組織（IMO）第82次會(huì)議（MSC82）《船舶專用海水壓載艙和散貨船雙舷側(cè)處所保護(hù)涂層性能標(biāo)準(zhǔn)》（PSPC）標(biāo)準(zhǔn)的生效、到IMO于2009年6月5日對(duì)SOLAS公約禁止使用石棉材料的修訂、CCS2012年10月1日正式生效的《綠色船舶規(guī)范》、再到國(guó)際海事組織第57屆環(huán)保會(huì)（MEPC 57）開始從“CO2設(shè)計(jì)指數(shù)”改為EEDI、國(guó)際海事組織（IMO）海上安全委員會(huì)（MSC）第90次會(huì)議批準(zhǔn)了《船上噪聲等級(jí)規(guī)則》修訂草案。近年來(lái)，一系列公約、規(guī)范、規(guī)則的出臺(tái)與實(shí)施，綠色船舶設(shè)計(jì)和船舶制造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)船舶全生命周期內(nèi)綠色環(huán)保的理念成為造船業(yè)的旗幟，船舶的綠色程度日益成為決定修造船廠的發(fā)展關(guān)鍵因素。

此外，世界各主要船級(jí)社都制定了相應(yīng)的入級(jí)符號(hào)和相關(guān)要求，如綠色護(hù)照（Green Passport）和綠色船級(jí)（Clean）[1]。綠色船舶規(guī)范還設(shè)定了三級(jí)綠色船舶附加標(biāo)志：Green Ship I/II/III。該附加標(biāo)志是對(duì)船舶在環(huán)保、能效、工作環(huán)境三個(gè)方面先進(jìn)性的綜合標(biāo)識(shí)。除了表征船舶的綜合綠色性能，綠色船舶規(guī)范還設(shè)置了專門的綠色技術(shù)附加標(biāo)志，如節(jié)能推進(jìn)器、廢熱回收、氣體燃料、太陽(yáng)能、燃料電池等，以鼓勵(lì)綠色技術(shù)的應(yīng)用。還有針對(duì)船舶設(shè)計(jì)能效要求給出了專門的能效附加標(biāo)志：EEDI（I/II/III），以突出船舶在能效方面的優(yōu)勢(shì)。

在此情況下，造船企業(yè)只有在綠色船舶與綠色制造技術(shù)上不斷創(chuàng)新、發(fā)展、進(jìn)步，才能在激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中留有一席之地。

2　綠色船舶的概念和思路

2.1綠色船舶的概念

傳統(tǒng)的船舶設(shè)計(jì)是從結(jié)構(gòu)、功能、外觀造型、加工制造、生產(chǎn)管理等角度考慮，而綠色船舶設(shè)計(jì)要求全面考慮產(chǎn)品需求、設(shè)計(jì)、制造、營(yíng)運(yùn)到回收再生整個(gè)壽命周期，把產(chǎn)品、環(huán)境、人等因素綜合考慮，采用相對(duì)先進(jìn)技術(shù)在其生命周期內(nèi)能經(jīng)濟(jì)地滿足其預(yù)定功能和性能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)提高能源使用效率、減少或消除環(huán)境污染，并對(duì)操作和使用人員具有良好保護(hù)的船舶[2]。

船舶綠色制造的目標(biāo)是使船舶在設(shè)計(jì)、制造、服役和退役的全壽命周期中，廢棄物和有害排放物最少，以減少對(duì)空氣、水和土地的污染，綜合考慮環(huán)境因素和資源利用效率，力求對(duì)環(huán)境影響最小，對(duì)資源利用率最高，從而提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.2船舶企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色船舶的思路

（1）綠色設(shè)計(jì)是綠色船舶技術(shù)的核心。綠色船舶的核心是綠色設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)是船舶制造和使用過(guò)程中起先導(dǎo)性作用，設(shè)計(jì)中可以綜合考慮諸多可能性，如船舶產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、周期和成本，制造過(guò)程對(duì)環(huán)境和資源的消耗，從節(jié)能環(huán)保的角度來(lái)優(yōu)化船型、優(yōu)選船用設(shè)備及船用材料，體現(xiàn)船舶人文，實(shí)現(xiàn)綠色綠色。一旦產(chǎn)品成型，即使在制造的過(guò)程中修改，都會(huì)帶來(lái)巨大的人力物力損失。

綠色船舶設(shè)計(jì)分為兩個(gè)方面，一是針對(duì)“物”的綠色船舶設(shè)計(jì)。船舶在制造、使用和拆解過(guò)程中的綠色程度基本上取決于船型、結(jié)構(gòu)、功能、材料等相關(guān)問(wèn)題。因此設(shè)計(jì)需要考慮船舶線型優(yōu)化，節(jié)能裝置和高效率螺旋槳設(shè)計(jì)，主機(jī)油耗降低和SOX，NOX，CO2減排，LNG等清潔能源的利用等。二是針對(duì)“人”的綠色船舶設(shè)計(jì)，體現(xiàn)出船舶設(shè)計(jì)的人文性。設(shè)計(jì)要考慮船上的生活和工作環(huán)境，改善船舶的耐波性、減振降噪，提高伙食標(biāo)準(zhǔn)和娛樂(lè)、健身設(shè)施等。關(guān)注船員的身心健康，設(shè)計(jì)和設(shè)置防海盜設(shè)施，改進(jìn)船岸通訊設(shè)備等。使船上的船員和旅客，甚至航運(yùn)公司岸基辦公人員，港口、碼頭作業(yè)人員，檢查、檢驗(yàn)、引水人員，包括船員的親屬，都能感受到綠色船舶帶來(lái)的舒適感。

（2）建造過(guò)程是綠色船舶實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。船舶建造過(guò)程是將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)的的關(guān)鍵階段，因此船舶建造的模式、方法、環(huán)境等等都關(guān)系著船舶質(zhì)量和資源利用效率，對(duì)于造船廠來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)從如下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)綠色技術(shù)。

應(yīng)用數(shù)字化精度造船模式。精度造船模式就是以船體建造精度標(biāo)準(zhǔn)為基本準(zhǔn)則，通過(guò)科學(xué)的管理方法與先進(jìn)的工藝技術(shù)手段，對(duì)船體零部件、分段和全船舾裝件進(jìn)行尺寸控制，最大限度地減少裝配作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的修整工作量，并為提高預(yù)舾裝率和降低二次除銹率創(chuàng)造有利條件，從而達(dá)到提高建造質(zhì)量、縮短建造周期和降低造船成本的目的。精度控制技術(shù)的推廣應(yīng)用，可提高效率、節(jié)省能源、減少污染、減少浪費(fèi)，其主要目標(biāo)體現(xiàn)在提高原始破口保留率、減少背燒、減少修割開刀、降低人工等幾個(gè)方面。船舶建造過(guò)程中各環(huán)節(jié)精度控制技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，可從根本上消除后道的返工、換板、修割等工作，真正實(shí)現(xiàn)第一次就把事情做好。這需要對(duì)制造全過(guò)程因素進(jìn)行系統(tǒng)、完善的研究、分析與應(yīng)用。

HSE（健康、安全、環(huán)境Health-Safety-Environment）。船舶建造作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，是事故多發(fā)的高危行業(yè)?！耙匀藶楸尽⑷鎱f(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展”在企業(yè)文化中逐步得到體現(xiàn)，促進(jìn)了HSE 即健康、安全與環(huán)境管理體系的創(chuàng)新與發(fā)展，如JSA（作業(yè)安全分析，Job SafetyAnalysis）、PTW（作業(yè)許可，Permit to Work）和5S 管理體系等在造船企業(yè)穩(wěn)步推進(jìn)；船舶建造作業(yè)安全分析技術(shù)、安全作業(yè)環(huán)境測(cè)試技術(shù)、危險(xiǎn)預(yù)知控制技術(shù)快速發(fā)展；普及危險(xiǎn)預(yù)知活動(dòng)，深化安全教育，創(chuàng)新教育模式，營(yíng)造安全氛圍等教育活動(dòng)的長(zhǎng)期開展等。此外，進(jìn)行車間廠房改造也是加強(qiáng)HSE的有效手段。應(yīng)用新型環(huán)保技術(shù)，如切割車間的環(huán)保化處理、車間自然通風(fēng)和自然采光改建等，既減少了污染源的排放、改善了施工環(huán)境，還節(jié)約了大量的電力等能源。

機(jī)械化工藝裝備應(yīng)用。先進(jìn)的制造技術(shù)需要配以相應(yīng)的工藝裝備才能得以實(shí)施。加大工藝裝備的開發(fā)與應(yīng)用，替代傳統(tǒng)低效能、高污染的作業(yè)方式，不僅能夠有效加快作業(yè)流程、縮短建造周期，也為綠色、安全施工環(huán)境起到助力作用。

3　造船廠綠色船舶技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀

3.1船舶推進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)化

將現(xiàn)有類型的發(fā)動(dòng)機(jī)和推進(jìn)器進(jìn)行不同組合，可得到一系列可能的推進(jìn)裝置方案，每艘船應(yīng)根據(jù)船型及其計(jì)劃運(yùn)輸服務(wù)范圍選擇最佳推進(jìn)系統(tǒng)方案。例如燃?xì)廨啓C(jī)推進(jìn)系統(tǒng)由于其重量/功率比?。╩GT/Pe = 0.2-0.9kg/kW），適用于淺吃水流線型快速船推進(jìn)系統(tǒng)?？痛系膭?dòng)力裝置不僅用作推進(jìn)裝置，還要為船上客艙服務(wù)提供所需要的電力和熱力，減少噪聲、振動(dòng)和排氣煙霧的影響，以免使旅客受到影響，因此采用柴-燃-電聯(lián)合推進(jìn)裝置。選擇合適的發(fā)動(dòng)機(jī)和推進(jìn)器，還應(yīng)減少船舶阻力（RT）、改善船舶和螺旋槳水動(dòng)力性能（hD）、提高主機(jī)效率（hE）和扭矩傳輸各單元的效率（hCGS）以及在加熱設(shè)備和發(fā)電設(shè)備采用節(jié)能系統(tǒng)，也是減少船舶燃油消耗和優(yōu)化推進(jìn)系統(tǒng)的主要措施。

3.2節(jié)能減排技術(shù)的發(fā)展

節(jié)能已經(jīng)成為世界船舶制造業(yè)和船舶運(yùn)輸業(yè)的一大趨勢(shì)，各種船舶節(jié)能措施應(yīng)運(yùn)而生。為降低能耗，獲得更好的EEDI 指數(shù)，國(guó)外同類型船均研制和裝設(shè)了各種各樣的水動(dòng)力節(jié)能裝置。目前常見的水動(dòng)力裝置如對(duì)轉(zhuǎn)槳、導(dǎo)管槳、槳前整流裝置、槳后整流裝置、集成槳舵系統(tǒng)等已應(yīng)用到實(shí)船。

3.3環(huán)保材料的利用

采用不含鉛、錫等有害物質(zhì)的環(huán)保材料油漆，滿足壓載艙終身油漆（30年使用期）使用和PSPC要求。近年來(lái)，我國(guó)在嘗試減少二次除銹涂裝，采用跟蹤補(bǔ)涂技術(shù)。應(yīng)用一些無(wú)污染、省資源、省能源的綠色涂料。如水性涂料、粉末涂料和輻射固化涂料等。船舶外板水線以下涂料，應(yīng)用具有只驅(qū)趕而并不殺滅海洋生物的性能，是既能防止海洋生物附著，但又不污染海洋的綠色環(huán)保涂料。

礦棉、玻璃棉等材料由于具有防火、保溫、隔音等優(yōu)良性能及可加工性，過(guò)去被廣泛用于船舶艙室內(nèi)裝，但由于不具備可降解性，廢棄后將導(dǎo)致周圍環(huán)境的嚴(yán)重惡化，近年來(lái)新型節(jié)能及環(huán)保材料的實(shí)船應(yīng)用使得這些情況得到較大改觀。

耐腐蝕鋼板及鋼管已經(jīng)在實(shí)船上開始應(yīng)用。耐腐蝕鋼板在原油船貨艙區(qū)的應(yīng)用在增強(qiáng)結(jié)構(gòu)耐腐蝕性能的同時(shí)，減少了其在制造過(guò)程中的處理環(huán)節(jié)；耐腐蝕鋼管一般用在大型船舶的壓載系統(tǒng)。新型涂料除了具有一般保護(hù)作用外，還具有減阻性能，壓載艙新型涂層可實(shí)現(xiàn)減少噴涂次數(shù)而達(dá)到膜厚要求。

3.4降低主輔機(jī)有害物質(zhì)的排放

綠色船舶所涉及的各個(gè)方面很多時(shí)候都是互相矛盾和制約的。例如為了減少主機(jī)NOX和SOX的排放可能會(huì)增加油耗，這樣就會(huì)增加CO2的排放。為了使船舶最大效益的實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，盡可能的減少污染，必須依靠技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步。雙燃料中速柴油機(jī)和低速柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展支撐了LNG 燃料的使用，從而使NOX、SOX和CO2固體顆粒物的排放能同時(shí)大幅度下降。2007年，西班牙船東Empresa Naviera Elcano SA 旗下的LNG 運(yùn)輸船“Castillo de Santisteban”號(hào)，采用了5臺(tái)8L51/60DF 型雙燃料主機(jī)；瓦錫蘭公司目前已開發(fā)了20DF、34DF和50DF 等多型雙燃料主機(jī)；卡特彼勒船舶動(dòng)力系統(tǒng)公司也開發(fā)了可使用天然氣、船用柴油和重油的雙燃料主機(jī)。

此外，還可以通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)的發(fā)展支撐了船體線型優(yōu)化和節(jié)能裝置設(shè)計(jì)技術(shù)，提高船舶的能效；主機(jī)電噴技術(shù)和及長(zhǎng)沖程技術(shù)的突破支撐了主機(jī)功率、油耗的節(jié)省。這些措施均在實(shí)現(xiàn)綠色船舶技術(shù)上起到了推進(jìn)作用。

3.5廢物和自然能源的利用

隨著新能源利用水平提升，廢物和自然能源的利用進(jìn)一步發(fā)展，推動(dòng)了綠色船舶的進(jìn)步。被制造商稱為世界最大動(dòng)力船的“星球太陽(yáng)能號(hào)”于德國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間2010年2月25日揭開了神秘面紗，而日本EcoMarinePower 提出了風(fēng)帆太陽(yáng)能電池板的概念，讓船舶利用風(fēng)能和太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，以減少燃料的成本和環(huán)境的污染，可安裝在大型貨船等船只，每年可以節(jié)省10-20％的燃油，減少硫氧化物及氮氧化物的排放量，起到環(huán)保作用。

4　造船廠綠色船舶技術(shù)應(yīng)用的展望

未來(lái)，綠色船舶設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展和突破，仍應(yīng)以相關(guān)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步來(lái)引領(lǐng)和支撐。除了現(xiàn)在造船界正在大力研發(fā)新材料，新能源技術(shù)，低阻涂料技術(shù)，高效螺旋槳技術(shù)，氣膜減阻技術(shù)等外，下面兩種技術(shù)在不久的將來(lái)可能成為關(guān)鍵技術(shù)：

4.1風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)已成功應(yīng)用于化工、核工業(yè)和海洋工程等領(lǐng)域，在船舶設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用尚不普遍。但技術(shù)本身是成熟和可靠的。該方法的核心技術(shù)就是包括了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)中的綜合安全評(píng)估（FSA）和安全水平法（SLA）等技術(shù)。IMO在規(guī)范、公約、標(biāo)準(zhǔn)的制定中已提出了盡可能采用基于目標(biāo)的方法（GBS），并在協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)共同規(guī)范（HCSR）的制定中進(jìn)行試點(diǎn)。IMO計(jì)劃在未來(lái)幾年內(nèi)全面重寫SOLAS公約和ILLC公約，將會(huì)廣泛采用GBS方法。為了為我國(guó)造船工業(yè)界爭(zhēng)取標(biāo)準(zhǔn)制定中的話語(yǔ)權(quán)和主導(dǎo)權(quán)，研究和掌握風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)刻不容緩[3]。此外，在實(shí)際工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)也已越來(lái)越受到重視。例如對(duì)設(shè)置雙燃料主機(jī)的機(jī)艙安全，BV 船級(jí)社已在規(guī)范中明確規(guī)定要至少進(jìn)行失效模式及影響分析（FMEA）。

當(dāng)前，我國(guó)造船工業(yè)界的技術(shù)人員對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)的掌握和使用是非常有限的。大量海工項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估都依賴于國(guó)外的機(jī)構(gòu)，不僅多花錢，還要向他們提供幾乎全部重要設(shè)計(jì)資料。

4.2通訊和信息技術(shù)

通訊和信息技術(shù)的發(fā)展非常快，該技術(shù)對(duì)在茫茫大海中航行的船舶尤其重要。根據(jù)目前技術(shù)現(xiàn)狀，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)可靠度和保真度的要求，但通訊費(fèi)用昂貴。而類似于對(duì)講機(jī)的通訊模式，雖可節(jié)約占用衛(wèi)星時(shí)間，大幅度降低費(fèi)用，但信息壓縮和解壓技術(shù)仍在研究中，同時(shí)這種通話方式并不十分令人滿意。無(wú)人駕駛運(yùn)輸船舶的理念的提出，很可能對(duì)船舶設(shè)計(jì)帶來(lái)革命性的變化，但它的實(shí)現(xiàn)，必須依賴遙感、遙控等信息技術(shù)。

在當(dāng)前形勢(shì)下，造船廠要想在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中留有一席之地，未來(lái)仍需要從設(shè)計(jì)、制造、管理、流程再造等角度有所突破，做到綠色設(shè)計(jì)、綠色建造。例如，在無(wú)差錯(cuò)設(shè)計(jì)方面如何做到設(shè)計(jì)與工藝流程匹配度最高、設(shè)計(jì)差錯(cuò)最低、現(xiàn)場(chǎng)消耗最小、方便施工；在管理系統(tǒng)應(yīng)用方面將海工完工管理系統(tǒng)應(yīng)用至民船，控制機(jī)械完工、減少缺陷、提高一次交驗(yàn)率；在流程再造方面，推進(jìn)流水線設(shè)計(jì)改造、機(jī)器人應(yīng)用甚至智能制造技術(shù)的應(yīng)用等。綠色造船并不是孤立的，未來(lái)它將創(chuàng)新性的將大量已有綠色制造技術(shù)運(yùn)用到造船中，以人為本、綠色制造是船舶制造發(fā)展的唯一方向。只有全面、深入分析船舶制造全過(guò)程各環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題，才能準(zhǔn)確把握船舶綠色制造技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向，促進(jìn)我國(guó)船舶綠色制造水平的不斷提升[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊葆和.綠色船舶及其設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[G].第十六屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)——分8綠色造船與安全航運(yùn)論壇論文集，2014（05）：2.

[2]溫苗苗，李路，王慧芳，孫武.綠色船舶規(guī)范及能效分級(jí)應(yīng)用[G].第十六屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)——分8綠色造船與安全航運(yùn)論壇論文集，2014（05）：2.

[3]IMO，Hong Kong International Convention for the Safe and Environmentally Sound Recycling of Ships[S].2009.

[4]劉建峰，盧軍國(guó)，邵丹.綠色船舶與綠色造船技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展[G].第十六屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)——分8綠色造船與安全航運(yùn)論壇論文集，2014（05）：2-3.