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不忘“來時路” 智能船舶繼續向前進發

2020-08-12 10:06:55
來源:航運交易公報 編輯: 國際船舶網 我有話要說

智能船舶的概念,隨著信息技術的發展而出現,自2010年代后5年成為船運業的熱門概念。

歐洲在這一領域走在前沿,并早已在自主航行船舶領域——智能船舶的高級階段,開展研究。2016年,羅爾斯•羅伊斯發布的無人駕駛貨船岸基控制中心運營版本,生動展示了“無人航運”的概念。DNV GL、法國船級社以及康士伯格等也分別與合作伙伴在自主航行船舶領域進行探索。“一千個哈姆雷特心中有一千艘智能船舶”,業界對智能船舶充滿想象。

如今,回看這些項目,有些飽受爭議也有個別被擱置,羅爾斯•羅伊斯也于2019年被康士伯格收購。然而,這些項目的探索為智能船舶的發展作出了一定貢獻,“智能船舶是船舶行業發展的一個必然方向”更成為業界共識。2019年6月,國際海事組織也批準了有關海上自主水面船舶試驗的臨時指南。

在此背景下,中國正從推動智能船舶等智能航運要素的建設,向建設智能航運體系目標進發。

歐洲研究聚焦短途運輸船

對于船舶制造業的核心技術,業界有一個共識——“標準掌握在歐洲企業手中”。在智能乃至自主航行技術研究上,歐洲企業與機構仍走在前列。但是,展開各個自主航行研究項目的細節,也發現歐盟在其中的促進甚至主導作用。

在不到10年間,歐洲對自主航行技術的研究,已經從早期探索發展到了實船的應用性試驗,船型聚焦于短途運輸船。歐盟在自主航行技術研究上起到了相關作用,康士伯格、羅爾斯•羅伊斯等企業,DNV GL等船級社,SINTEF等研究機構以及多所高等院校,都在自主航行技術的研究上各盡其力。

早期探索

歐洲在自主航行技術領域早期的探索性項目主要有MUNIN、ReVolt和AWAA項目,各項目主旨和試驗船型不同,均取得了積極的研究成果。

MUNIN項目

MUNIN項目(2012—2015年),是在自主航行船舶領域較早的合作項目之一,為歐盟聯合具有科學和工業背景的以Fraunhofer CML為首的8個合作伙伴共同發起。MUNIN項目,總預算為380萬歐元(其中290萬歐元資金來自歐盟),主攻自主航行技術概念的開發與研究,并從技術、經濟、法律等角度論證自主航行船舶的可行性。

MUNIN項目以散貨船“Automat Seaways”號為試驗船舶。在試驗中,裝載3.5萬噸紙漿的“Automat Seaways”號船,從瑞典哥德堡港出發,開往南非開普敦港,在開航40分鐘后切換為自主航行模式,引航員離開船(機艙中仍保留3人進行機械維護),單向航程持續1個月時間。

根據試驗,MUNIN項目散貨船在不改變船舶原有結構情況下,通過加裝自主航行和重油智能運行系統,經濟性顯著增加。根據測算,船舶在25年的生命周期內,可以增加約700萬美元收益。

ReVolt項目

ReVolt項目(約2014年),是由DNV GL發起的自主航行概念研究項目。“ReVolt”號船是100TEU型概念船,使用電池供能,航速為6節,在各段航程小于100海里的路線上航行。

“ReVolt”號船有多種優勢,首先,由電池提供能量,需維護零部件數量減少;其次,平均航速低,節省燃料消耗;第三,船上無需船員,降低人為因素導致的事故發生率。按試驗測算,如果該船服務期限為30年,則其生命周期內可節約3400萬美元成本。

AAWA項目

AAWA項目(2015—2017年),是將高等院校、船舶設計機構、設備制造商和船級社集合到一起(見表),共同探究實現自主航行技術應用所需解決的經濟、社會、法律、監管和技術問題,并為下一代高級船舶解決方案制定規范和初步設計方案。AAWA項目從芬蘭國家技術創新局獲得660萬歐元的研究資金。

2016年,羅爾斯•羅伊斯發布《AAWA項目白皮書》,并規劃了到2035年的發展目標。規劃目標中預計2020年實現利用遠程支持和特定功能操作來逐漸減少船員;2025年實現近海無人船舶的遠程控制;2030年實現遠洋無人船舶的遠程控制;2035年實現遠洋船舶的自主航行。

AAWA項目探索取得了大量成果,羅爾斯•羅伊斯決定將項目的成果在營運船舶上實現應用。該項目選用芬蘭國有輪渡運營商Finferries 的2012年投入運營的車客渡船“Stella”號(總長64.4米,型寬12.7米)。根據資料,羅爾斯•羅伊斯在“Stella”號船上安裝傳感器陣列,并在不同運營和天氣條件下進行一系列測試。在這過程中,“Stella”號船正常運營于芬蘭科波爾與豪特謝爾港之間。

AAWA項目結束后,下一階段的SVAN項目開啟。

實船建設

經歷早期探索后,肥料生產商Yara聯合康士伯格建造可完全自主航行船舶,而羅爾斯•羅伊斯試圖把在AAWA項目中取得的成果應用在已投入運營船舶上。

Yara Birkeland項目

Yara Birkeland項目(2017—2023年),發起方為Yara和康士伯格。“Yara Birkeland”號船是120TEU型敞口船,使用電池供能,設計航速6~10節。按照計劃,該船應在2020年交付,并在Yara的Porsgrunn工廠裝載貨物,運至Brevik(7海里)或Larvik(30海里)。整個航程均在挪威境內。

按照規劃,“Yara Birkeland”號船投運初期將配備船員,之后轉為遠程控制運行,最終完全自主運行。

5月,“Yara Birkeland”號船體部分由羅馬尼亞的Vard Braila船廠完成,并被拖至挪威的Vard Brattvaag船廠舾裝。在Vard Brattvaag船廠,該船將裝載各類控制和導航系統,并進行交付前的各種測試。

然而,6月,Yara突然宣布:“由于新冠肺炎疫情的蔓延和全球經濟的變化,我們決定暫停該船建造。”

SVAN項目

SVAN項目(2018年),是由羅爾斯•羅伊斯與Finferries聯合發起,以將AAWA研究項目的成果落地。SVAN項目的試驗船是1993年投入運營的車客渡船“Falco”號(總長53.8米,艏艉同型)。

2018年底,羅爾斯•羅伊斯與Finferries在芬蘭圖爾庫市以南群島展示了全球首艘無人駕駛渡輪:“Falco”號船在帕爾加斯與瑙沃之間完成了無人駕駛航行,并在遙控操作下順利返航。Finferries岸上遙控操作中心設在距芬蘭圖爾庫市中心50公里處,船長在此監控船舶的無人駕駛航行,并在必要時進行人工控制。

根據資料,“Falco”號船通過采用傳感器融合和人工智能技術來探測物體和避免沖撞,利用自動導航系統實現自動靠泊。在正式展示前,羅爾斯•羅伊斯已經對“Falco”號船的試航進行了約400小時的監控。

遺憾的是,克拉克森相關信息顯示,“Falco”號船目前正呈閑置狀態。也有專業人士對SVAN項目成果持懷疑態度:“‘Falco’號船完成了無人駕駛試航行,只說明自主駕駛是可能的。但這并不意味著,在決策周期內沒有船員的介入會使得船舶更安全。”

無疑,在自主航行研究中,羅爾斯•羅伊斯是先驅,其研發的集成控制系統已經顛覆傳統,且借力谷歌的云機器學習引擎訓練智能感知系統,通過因特爾芯片處理自主航行系統中的數據。前行至此,2019年4月,羅爾斯•羅伊斯的船舶業務卻被康士伯格收購。

邁向應用

經過多年探索,歐盟加大在自主航行船舶研究方面的主導力度,選擇船型上更趨向實際應用。

Autoship項目(2019—2023年),通過在不同環境下運營的2艘船舶上安裝和測試自主航行設施,加速新一代自主航行船舶發展,并為歐盟未來5年實現船舶自主航行制定商業化路線圖。Autoship項目獲“歐盟地平線2020研究與創新計劃”資助,預算資金為2960萬歐元(其中歐盟提供2100萬歐元),以康士伯格與挪威研究機構SINTEF及一些歐洲伙伴為合作研究方。

Autoship項目應需求選擇2艘船舶做試驗,其中為漁業養殖場運送飼料的船舶,將選用Eidsvaag航運旗下雜貨船“Eidsvaag Pioneer”號,裝備遠程控制操作和自主航行系統。“Eidsvaag Pioneer”號船在挪威沿海和脆弱的峽灣區作業,把魚類飼料運往養殖場。“Eidsvaag Pioneer”號船將被用于測試和進一步開發有關完全自主航行系統、智能輪機系統以及自主診斷、預測和操作調度的關鍵技術。此外,“Eidsvaag Pioneer”號船也將被用于測試和持續開發能夠顯著提升網絡安全性的技術,以及整合船舶到升級的電子基礎設施中的技術。

在港口間駁運貨物的船舶,將選擇比利時Blue Line物流旗下托盤穿梭駁船。該船將在歐洲的運河上作業,在大型集裝箱港口間駁運貨物。1艘自主運行駁船的年貨運量,與7500輛卡車的年貨運量相當,并將減輕陸上的擁堵和減少尾氣的排放。

康士伯格首席執行官表示:“歐盟對內陸水運的需求不斷增長。Autoship項目的研究結果將促使歐洲貨物運輸從公路轉移到水路,促進運輸更加安全和綠色。”

毫無疑問,自主航行船舶將逐步成為主導性水上運輸工具,但是這條路仍舊漫長。首先,現有法律、國際公約以及保險體系等,并不是為自主航行船舶量身訂制的,尚存諸多不合理之處;其次,道德問題始終是制約自主航行技術商業化和大規模普及的因素;另一個困擾自主航行技術商業化的因素是失業問題。

中國向建設智能航運體系目標進發

隨著歐洲對自主航運和智能技術的研究進入應用性階段,中國也按下了智能航運發展的加速鍵。黨的十九大報告提出“建設交通強國”,中共中央、國務院于2019年9月印發《交通強國建設綱要》,交通運輸部隨之聯合多部門印發《大力推進海運業高質量發展的指導意見》后,又印發了《智能航運發展指導意見》,為新時代水運業高質量和智能發展指明了方向。在此背景下,7月15日,中國船舶集團與交通運輸部海事局簽署《戰略合作框架協議》,在智能航運領域,雙方將開展智能船舶、智能航保、智能交通管理系統及智能檢測監測技術合作,共同編制智能航運發展規劃等。

實際上,作為航運與造船大國,中國政府一直在積極推動智能船舶技術的發展,從《中國智能船舶政策與規范發展路線圖》來看(見圖),2018年以來有加速發展趨勢:2018年,工信部等三部門聯合發布《智能船舶發展行動計劃(2019—2021年)》,要求全面強化頂層設計、突破關鍵智能技術、推動船用設備智能化升級;2019年,交通運輸部等七部門聯合發布的《智能航運發展指導意見》提出,以2025、2035和2050年為3個時間節點,逐步形成以充分智能化為特征的新業態,逐步形成高質量智能航運體系,為交通強國建設發揮關鍵作用;中國船級社分別于2015、2018和2020年發布智能船舶相關規范。

過去幾年來,在頂層設計下,中國在智能船舶研究與建設上取得了階段性成果,而從政策的主導看,智能航運體系的建設成為交通強國建設的一大目標。

智能船舶建設取得階段性成果

與歐洲的自主航運以短途運輸船作為試驗船型略顯不同,中國在智能船舶領域的探索向大型遠洋貨船拓展。

2019年5月, 1.35萬TEU型智能船舶“荷花”號在滬東中華造船交付。“荷花”號船的成功交付,是中國多家單位通力合作的成果,中遠海運集團旗下上海船舶運輸科學研究所作為牽頭單位,聯合原中船集團第七〇八研究所、中國船級社、中遠海運集運、中海電信、中遠海運科技等單位協同開展智能船舶關鍵技術研究,共同打造“荷花”號船。

據了解,通過搭建匯集各類功能系統的集成平臺,“荷花”號船具有智能機艙、智能能效、智能航行等功能,面對船舶遠航出現的復雜海況與氣候變化,具備智能應對能力。與此同時,“荷花”號船在運營過程中產生的海量數據資源,可用于信息共享和價值挖掘,并為打通航運企業上下游的數據鏈路,提供協同應用和增值服務,有利于智能航運體系的構建。

此外,經過一段時間示范驗證,“荷花”號船的船岸一體的岸基條件被創建,滿足中遠海運集運對船舶航行、設備維保、能效管理等遠程管控需求。

除了大型智能集裝箱船的投入運營,近年來中國在智能礦砂船和油輪的研究與建設上也取得了一定成果:上海外高橋造船先后交付40萬DWT級智能超大型礦砂船 “明遠”號和“明卓”號;大船集團先后交付30.8萬DWT級智能超大型油輪 “凱征”號和“新海遼”號。

作為“智能船舶1.0”專項首艘示范船,“明遠”號礦砂船已實現輔助自動駕駛、能效管理、設備運維、船岸一體通信、貨物液化監測等5大智能模塊功能。而招商輪船極為重視的智能油輪“凱征”號不但能自動感知和獲得油輪自身、海洋環境、物流、港口等方面的信息和數據,且在油輪航行、管理、維護保養、貨物運輸等方面實現智能化運行。

推動智能航運體系建設上等級

近年來,隨著大量研發資源的快速涌入,智能航運關鍵技術成果頻現:多艘大型智能船舶投入運營;青島港自動化集裝箱碼頭完成基于5G連接的自動岸橋吊車控制操作;重點水域和港區E航海示范工程建設,在提高助航效能、保障船舶航行安全等方面發揮了重要作用;以“智慧海事”為代表的監管系統得到了深入應用等等。

在此背景下,中國頂層出臺相關政策,支持智能航運體系的建設。根據《智能航運發展指導意見》,智能航運包含智能船舶、智能港口、智能航保、智能航運服務和智能航運監管5大基本要素。

業內專家表示:“5大要素均需在中期內邁向更高的智能層級:在智能船舶方面,智能感知、智能導航和智能控制等為關鍵技術方向,提升智能船舶航行的操縱性、安全性和實用性。在智能港口方面,提升港口的數字化與信息化水平,實現港口設施與裝備的現代化、生產作業的自動化、運營組織的智能化以及管理決策的智慧化。在智能航保方面,建立數字化群體感知、廣泛互聯、精準服務、安全交互的新型體系,數據中心借助衛星互聯網,鏈接現實世界和賽博空間。在智能航運監管方面,能夠自動實現船舶違規行為的監測和判別,具備對機器駕駛和機器操作風險的監管、評估和干預能力。”

與此同時,業內專家表示:“除了智能航運要素的不斷升級外,智能航運體系的融通發展未來也將通過4個階段的發展走向成熟 :第一階段,互聯互通的初級階段;第二階段,系統整合階段;第三階段,遠程控制階段;第四階段,自主操作階段。”

顯然,中國企業正在加快建設智能航運基本要素,這將持續推動智能航運體系建設不斷向更高層級邁進。

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