秦 琦
X船首無疑是近海船舶工業(yè)的一次激進(jìn)創(chuàng)新,挪威Ulstein(烏斯坦)集團(tuán)創(chuàng)造性地利用不懂船舶設(shè)計(jì)的工業(yè)設(shè)計(jì)者進(jìn)行船型開發(fā),通過新技術(shù)的突破性設(shè)計(jì)開辟了新的藍(lán)海市場。
1999年,原Ulstein集團(tuán)把船舶設(shè)備業(yè)務(wù)和UT型船舶設(shè)計(jì)等出售給Vicker公司,Vicker公司后又被羅爾斯 羅伊斯公司收購。面對保留下來的船舶建造業(yè)務(wù)競爭激烈以及其他一些因素的影響,Ulstein集團(tuán)寄望開拓競爭力更強(qiáng)的船舶設(shè)計(jì)業(yè)務(wù),于是建立了Ulstein設(shè)計(jì)公司。
在2003年造船市場低迷期間,Ulstein集團(tuán)決定開展創(chuàng)新型船舶項(xiàng)目。該集團(tuán)聚集了熟知工業(yè)設(shè)計(jì)、但不了解近海供應(yīng)船的一組工業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì),將他們與擁有大量造船知識的船舶設(shè)計(jì)師和造船工程師組合成一個(gè)大團(tuán)隊(duì)。在該環(huán)境中,工業(yè)設(shè)計(jì)者可以詢問任何看起來“愚蠢”的問題,這些問題激發(fā)出新概念,拓寬了Ulstein集團(tuán)的設(shè)計(jì)思路。通過工業(yè)設(shè)計(jì)者和船舶設(shè)計(jì)者之間的合作,Ulstein集團(tuán)創(chuàng)建了既具功能性又具美學(xué)性的驚世之作——X船首船舶,并決定在當(dāng)年的挪威海事會(huì)展示其完整概念。海事會(huì)上,X船首獲得了大量關(guān)注,不過在當(dāng)時(shí)幾個(gè)月內(nèi)并沒有實(shí)質(zhì)性訂單進(jìn)展,但是Ulstein集團(tuán)相信航運(yùn)界的創(chuàng)新概念需要時(shí)間的培育。幾個(gè)月后,油氣服務(wù)商Statoil公司決定使用更為安全的三用工作船,航運(yùn)公司Bourbon近海挪威公司也通過雜志了解到X船首是一種新突破,于是Ulstein設(shè)計(jì)公司與Bourbon公司、液壓解決方案公司Odim公司共同開展具有安全錨作能力的三用工作船設(shè)計(jì)研發(fā)項(xiàng)目。
2005年2月,該項(xiàng)目在挪威Marintek研究所進(jìn)行了水池試驗(yàn),結(jié)果令人滿意,即使在有義波高達(dá)到6m、最大波高達(dá)到11m時(shí),以10.5kn速度航行的X船首船舶的駕駛室甲板也幾乎沒有浪花。
X船首設(shè)計(jì)獲得了“挪威工程藝術(shù)”(Norwegian Engineering Feat)2005年 度 獎(jiǎng),2006年 入 圍“ 船 舶操作創(chuàng)新”海上運(yùn)輸獎(jiǎng)。2008年采用X船首的“Island Constructor”號修井/建造船獲得《近海支持》雜志的2008年度船舶獎(jiǎng)。
與外飄的常規(guī)船舶相比,Ulstein X船首船舶具有如下優(yōu)勢:
●入水角小、水線更長,因此靜水中的航速更高。
●無船首外飄,因此消除了船首所受到的沖擊和/或砰擊。
●入水柔和,因此降低了船首噪聲和振動(dòng)。
●海水不是向前推出,因此浪花更少。
●駕駛室甲板上浪狀況極少出現(xiàn)。
●迎浪時(shí)航速更高,因此節(jié)省功率消耗和/或在靜水和波浪中具有更高的燃油效率。
●船首容積大,船體型線更瘦削,因此降低了縱搖和垂蕩加速度。
●在迎浪和順浪時(shí)的航速更高。
通過對采用X船首和球鼻艏近海船舶的船型比較,可以清楚地辨別出水線、外飄、容積等基本特點(diǎn),見圖2。這些差別使兩種船首船舶在波浪中的性能特點(diǎn)出現(xiàn)差異,比如對于相同航速、相同波浪的兩種船舶而言,試驗(yàn)環(huán)境為浪高2.8m,波浪周期10.5秒,波速15kn,X船首在航速、速度損失、浪花等方面的表現(xiàn)優(yōu)于球鼻艏,見圖3。燃油消耗方面,一艘采用X船首的沿海集裝箱船與一艘等效的采用常規(guī)船首的集裝箱船相比,試驗(yàn)結(jié)果表明前者可以減少7%~16%的油耗。速度損失方面,北大西洋貿(mào)易路線70%的時(shí)間波高都在2.5m以上,采用X船首船舶在2.5~10.0m波高范圍內(nèi)的速度損失會(huì)減少19%,見圖4。
圖4 X船首和球鼻艏船舶的船速及速度損失比較
此外 ,據(jù)統(tǒng)計(jì),運(yùn)營中的Ulstein X船首船舶通過裝載廢氣系統(tǒng)可以減少多種排放物,比如可以減少90%~95%硫化合物,60%~75%乙醛,30%~50%的芳烴,以及大量顆粒物。
據(jù)了解,從2005年 Ulstein集團(tuán)接獲Bourbon近海挪威公司首艘X船首船舶訂單到2010年,該集團(tuán)共建造了40多艘X船首船舶,并開發(fā)了近海支持船、短途海上運(yùn)輸船和重型近海船等多類型的X船首船舶,見表1。
表1 Ulstein集團(tuán)開發(fā)的主要系列的X船首船舶
●首艘X船首船舶“Bourbon Orca”號
2005年4月,Bourbon近海挪威公司和Ulstein Verft公司簽訂首艘X船首AX104型三用工作船的建造合同,2006年下水。
特點(diǎn)一,采用X船首。與傳統(tǒng)球鼻艏相比,X船首沒有球鼻,水線以上向后傾斜。水池試驗(yàn)表明X船首具有較低的阻力,因此航速較高或燃料消耗較低。在其他參數(shù)相同的條件下,X船首船舶比常規(guī)球鼻艏船舶的船首浮力約多900m3,這樣在船舶切入波浪時(shí)浮力可以迅速聚集,形成平緩的升力。而一般球鼻艏船舶的浮力增加會(huì)略慢,會(huì)增大加速度,提高縱搖速度和幅度。此外,X船首減少了首部抨擊,提高了船員舒適性。水池試驗(yàn)表明駕駛室甲板上浪減少明顯,降低了駕駛室窗戶破損的危險(xiǎn),而這是狂浪環(huán)境中近海船舶最常見的事故之一。
特點(diǎn)二,采用柴電推進(jìn)。“Bourbon Orca”號是首批采用柴電推進(jìn)的三用工作船之一。主發(fā)電裝置由4臺2880 kW的瓦錫蘭6L32型和2臺1665kW的瓦錫蘭柴油機(jī)組成,主推進(jìn)裝置由2個(gè)5000kW的可操縱推進(jìn)器組成,電動(dòng)機(jī)裝置采用前后布置,包括2臺3000kW的變速電動(dòng)機(jī)和2臺2000kW的定速電動(dòng)機(jī),并配有1臺315kW的康明斯發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急/港口使用。此外,該船的船首配備有1個(gè)1200kW的電控導(dǎo)管推進(jìn)器和1個(gè)1800kW的電控可收縮推進(jìn)器。
特點(diǎn)三,配備新型的安全錨作系統(tǒng)(SAHS)。該船采用安全錨作系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的尾滾輪布置。SAHS由1塊可以垂直或水平布置的液壓控制跳板,2臺位于舷墻和貨物欄桿上方的起重機(jī),以及多個(gè)液壓固件組成,其中跳板配備有兩套船尾滾輪系統(tǒng),舷內(nèi)兩個(gè)滾輪的直徑和長度分別為2m和3m,舷外兩個(gè)滾輪的直徑分別為2m和2m,安全工作靜載荷為500t。據(jù)稱,該系統(tǒng)的目的是為了改善尾甲板上的船員安全,可遠(yuǎn)程控制危險(xiǎn)操作。
表2 “Bourbon Orca”號的主要參數(shù)
●地震勘探船“Oceanic Vega”號
2008年,Ulstein集團(tuán)與CGGVeritas公司、WesternGeo公司、Polarcus公司聯(lián)合進(jìn)行了地震勘探船SX120型的設(shè)計(jì)、設(shè)備和工程服務(wù)。2010年,采用SX120型設(shè)計(jì)的地震勘探船“Oceanic Vega”號下水。該船長106m,寬28m,最大吃水8m,11900GT,最大功率為19500kW,航速15kn,名義系柱拉力190t。
該型船采用X船首,有利于減少浪涌和紊流,具備極好的水動(dòng)力性能。通過對船體、舵和螺旋槳進(jìn)行優(yōu)化,能夠在4.5/5.0kn的航速下進(jìn)行地震拖航作業(yè),這樣可以降低噪聲、油耗和CO2排放。“Oceanic Vega”號能夠進(jìn)行3D、4D甚至更高精度的采集作業(yè),配備有16根8000m長的Sercel Sentinel電纜,并且可以升級到20根電纜配置。該船配備有20臺電纜卷筒,能夠儲(chǔ)存9000m長的電纜。該船的設(shè)計(jì)具有三大特點(diǎn):
高效性——該船能夠在海上進(jìn)行長達(dá)5年的不進(jìn)塢作業(yè),船上配備有足夠的發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī),并且由專用的支持船進(jìn)行補(bǔ)給。“Oceanic Vega”號還配備有兩艘工作艇,用于水下設(shè)備維護(hù)。該船的地震儀器包括多套Sercel Seal 428型記錄系統(tǒng)和Sentinel的2Hz數(shù)字電纜,并配有Sercel Nautilus系統(tǒng),可以進(jìn)行3D和4D采集的電纜操縱和深度控制。船上的地震源由G-GUN II氣槍的調(diào)諧基陣組成,氣槍由Seamap Gunlink 4000型氣槍控制器控制。地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和采集系統(tǒng)整合在一起,便于質(zhì)量控制和進(jìn)行先進(jìn)的高技術(shù)數(shù)據(jù)處理。
綠色環(huán)保——“Oceanic Vega”號擁有DNV的“清潔設(shè)計(jì)”船級標(biāo)志和綠色護(hù)照,滿足作業(yè)排放和排放物的限制規(guī)定。該船采用雙殼結(jié)構(gòu),配備柴電推進(jìn)系統(tǒng),并安裝有艙底水清潔系統(tǒng)、垃圾焚燒爐、燃油溢流艙系統(tǒng)等。此外,獨(dú)立的推進(jìn)系統(tǒng)可以保證某一設(shè)備失效后船舶仍能工作。據(jù)了解,該船還擁有DNV的“冗余推進(jìn)”標(biāo)志。
舒適性——“Oceanic Vega”號最多可以居住60人,其中單人客艙52間,雙人客艙9間。該船還配備有Ulstein COM信息和通訊系統(tǒng),所有客艙都配備有衛(wèi)星電視信號和IP TV。餐室、廚房和4間會(huì)客室都裝有面朝大海的開闊窗戶,可以增加船員的舒適性。此外,X船首船舶可以減少作業(yè)紊流和速度損失,振動(dòng)極小,提高船員的舒適性。據(jù)該船船長稱“從挪威向美國航行途中,遇到了波高達(dá)9m的熱帶颶風(fēng),但是該船仍以12kn速度航行而沒有問題?!?/p>
據(jù)了解,“Oceanic Vega”號因創(chuàng)新性和環(huán)保性設(shè)計(jì)而獲得了海事雜志《Skipsrevyen》2010年度船舶獎(jiǎng)提名。
●XDS 3600型鉆井船
Ulstein Sea of Solutions公司開發(fā)的采用X船首的XDS3600型鉆井船具有以下幾個(gè)特點(diǎn):
第一,將船舶性能和鉆井作業(yè)完整地相結(jié)合。比如在鉆臺之外進(jìn)行船舶立管和防噴器的創(chuàng)新處理,此外將立管布置在甲板以下可以提供更大的甲板可用空間。該型船采用緊湊型設(shè)計(jì),改善了運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力定位能力,同時(shí)又適合在12000英尺深水作業(yè)。相比于目前的鉆井船,XDS 3600型船的總功率需求減少15%~20%,并且DP推進(jìn)器更小,因此該型船在建造和運(yùn)營上具有極好的成本有效性。
第二,獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念。XDS 3600型鉆井船的設(shè)計(jì)理念是把“鉆井補(bǔ)給和船員安全放在第一位”,將所有居住艙室和船舶系統(tǒng)比如機(jī)艙完全前移,居住艙室更靠近船首,因此該船具有更大的甲板空間,這樣居住艙到船尾的區(qū)域用于鉆井和試井作業(yè),這些區(qū)域的危險(xiǎn)程度較船首高,且外飄明顯。
第三,采用X型船首。目前鉆井船需要具備在全球快速移動(dòng)的能力,這就要求高航速,由于采用X船首,波浪阻力減少和水線增長產(chǎn)生了同等功率下的高航速,并且可以節(jié)省燃油。同時(shí),鉆井船作業(yè)時(shí)會(huì)容易受到天氣影響,利用X船首則可以降低風(fēng)浪對船舶的影響,在荷蘭海事研究所(MARIN)進(jìn)行的XDS模型試驗(yàn)表明:由于采用X船首,運(yùn)動(dòng)和加速度程度顯著降低,這樣不僅增強(qiáng)了船舶作業(yè)能力,也為船員提供了更加安全和舒適的工作環(huán)境。
第四,采用新設(shè)計(jì)的鉆井井架。在設(shè)計(jì)該型船時(shí),設(shè)計(jì)人員認(rèn)為應(yīng)該開發(fā)匹配現(xiàn)代船舶設(shè)計(jì)的新井架。與常見的格架式井架相比,新井架采用箱型結(jié)構(gòu),能夠保護(hù)電纜敷設(shè)和液壓操作免受其他操作或天氣的損害。當(dāng)然,新型井架的設(shè)計(jì)起點(diǎn)是適用于目前的鉆井設(shè)計(jì),不會(huì)對現(xiàn)有作業(yè)方式造成影響。
第五,冰區(qū)作業(yè)。XDS 3600型設(shè)計(jì)將是未來北極鉆井船的設(shè)計(jì)基礎(chǔ),X船首非常適合于北極環(huán)境,因?yàn)樗∠顺ㄩ_式的首樓和住艙通道,可以較好的保護(hù)系泊設(shè)備和船員免受浪花和冰凍的影響。由于X船首為圓形首部,首部較高,干舷較大,因此該型船更加不易產(chǎn)生冰凍聚積和失穩(wěn)的危險(xiǎn)。
●DX127型多用途干貨船和RX522型PCTC
為了拓寬X船首的應(yīng)用范圍,2008年Ulstein集團(tuán)又瞄準(zhǔn)了海上短途運(yùn)輸市場。開發(fā)了集裝箱船、集裝箱/散貨船、普通干散貨船、客滾船和液體運(yùn)輸船等多型海上短途運(yùn)輸船型。
Speedloader項(xiàng)目是由Ulstein集團(tuán)和R.G Hagland公司共同開發(fā)的DX127型多用途干貨船,通過設(shè)計(jì)公司、航運(yùn)公司、船舶經(jīng)紀(jì)公司共同開發(fā)滿足未來沿海和短途海上運(yùn)輸?shù)拇汀T撔拓洿脑O(shè)計(jì)關(guān)注點(diǎn)是提高貨物運(yùn)載能力、燃油效率、可靠性和安全性。主要設(shè)計(jì)特色包括操縱和推進(jìn)(基于作業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化);X船首(減少了惡劣天氣下的速度損失,減少了船舶運(yùn)動(dòng)和燃油消耗,增加了舒適性);貨物區(qū)域(高容積貨艙,內(nèi)底加強(qiáng),對甲板貨物的保護(hù));駕駛室(360°視野,低噪聲和振動(dòng));居住艙室(船員舒適性的現(xiàn)代解決方案)。
又比如Ulstein集團(tuán)開發(fā)了采用X船首的Wavemaster RX522型PCTC,居住艙和生活空間前移,這樣增加了尾部甲板的載貨空間,提高了船舶的裝載能力,總裝載量達(dá) 到3000 CEU。
表3 RX522型PCTC的主要參數(shù)
1、Ulstein集團(tuán)的X船首無疑是近海船舶工業(yè)的一次激進(jìn)創(chuàng)新,不同于以前近海船舶中的一些漸進(jìn)創(chuàng)新,Ulstein集團(tuán)通過新技術(shù)的突破性設(shè)計(jì)開辟了新的藍(lán)海市場。比如Ulstein集團(tuán)創(chuàng)造性地利用不懂船舶設(shè)計(jì)的工業(yè)設(shè)計(jì)者進(jìn)行船型開發(fā),本身就是對船舶設(shè)計(jì)資源的一種突破。
2、激進(jìn)創(chuàng)新一般沒有現(xiàn)有產(chǎn)品的參照,在具有巨大收益的情況下也伴隨著較大的風(fēng)險(xiǎn)。因此如何合理分配和降低風(fēng)險(xiǎn)也是船舶創(chuàng)新設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問題,具體到Ulstein集團(tuán)而言,主要途徑之一是通過與海事集群中的客戶進(jìn)行合作,實(shí)現(xiàn)了“利益共享,風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)”。Ulstein集團(tuán)管理層指出“構(gòu)想轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵是尋找能夠共同承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)的合作伙伴”。
3、重視產(chǎn)業(yè)集群的作用,重視相互學(xué)習(xí)和合作。從X船首的開發(fā)來看,可以看出挪威海事集群所發(fā)揮的巨大作用。又比如采用X船首的“Island Constructor”號修井船的訂造價(jià)格為10億挪威克朗,而據(jù)推測該項(xiàng)目至少會(huì)給當(dāng)?shù)睾J录簬?億挪威克朗的附加值。這類項(xiàng)目約需200家供應(yīng)商,而位于當(dāng)?shù)睾J录旱墓径噙_(dá)50家。Ulstein集團(tuán)認(rèn)為自從20世紀(jì)70年來挪威近海工業(yè)開展以來,船東、設(shè)計(jì)公司、船廠、供應(yīng)商、金融機(jī)構(gòu)等通過相互學(xué)習(xí)和技能積累獲得了較大的發(fā)展,通過產(chǎn)品、價(jià)格、質(zhì)量和交付時(shí)間的競爭提升了集群的整體能力。
4、重視客戶,客戶永遠(yuǎn)是創(chuàng)新和利潤的源泉。從“安全錨作系統(tǒng)”和XDS 3600型鉆井船“船員安全第一的設(shè)計(jì)理念”來看,Ulstein集團(tuán)在船舶設(shè)計(jì)中十分重視提高客戶的價(jià)值。又比如新型一體化自動(dòng)系統(tǒng)ULSTEIN IAS就是Ulstein和客戶合作的結(jié)果,據(jù)該系統(tǒng)的負(fù)責(zé)人稱船東就系統(tǒng)要求、設(shè)計(jì)、功能等提出了多項(xiàng)問題,這都有效地支撐了系統(tǒng)的開發(fā)。
在加強(qiáng)客戶聯(lián)系方面,2008年Ulstein集團(tuán)建立了Ulstein加速業(yè)務(wù)開發(fā)(Ulstein ABD)公司,以幫助客戶在訂購船舶之前更好更快地決策,并建立Ulstein銷售和代表處(USRO)以在新市場中對產(chǎn)品和服務(wù)進(jìn)行營銷,與客戶保持更加緊密的聯(lián)系。
5、創(chuàng)新初期專注細(xì)分市場,創(chuàng)新應(yīng)用時(shí)期注重各市場的特點(diǎn)和需求。在X船首的開發(fā)初期,我們可以看出Ulstein集團(tuán)并不是在各個(gè)領(lǐng)域研發(fā)X船首,僅僅是關(guān)注近海支持船舶領(lǐng)域的X船首開發(fā);特別關(guān)注北海水域的X船首,而不是同時(shí)關(guān)注全球多個(gè)水域X船首的開發(fā)。而在X船首成熟應(yīng)用于近海支持船舶后,Ulstein集團(tuán)又開始尋找X船首在重型市場和海上短途運(yùn)輸市場的應(yīng)用,并且在推介不同市場的X船首時(shí)側(cè)重點(diǎn)不同。比如在設(shè)計(jì)海上短途運(yùn)輸市場的X船首船舶時(shí),Ulstein集團(tuán)考慮到成本或許是影響船東的主要因素之一,因此盡量開發(fā)具有成本競爭力的船型。
6、并購相關(guān)業(yè)務(wù)的中小型設(shè)計(jì)單位,以迅速獲取和建立在某些領(lǐng)域的專業(yè)設(shè)計(jì)能力。Ulstein集團(tuán)為了將產(chǎn)品范圍拓寬到重型近海工程領(lǐng)域如重型起重機(jī)船和大型鋪管船等,于2008年收購了荷蘭Sea of Solutions公司和挪威Marine & Mechanical Technology(MMT)公司,以便更好地融入專長于鉆井船和起重船領(lǐng)域的荷蘭海事集群。又比如為了實(shí)現(xiàn)X船首在海上短途運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用,2007年Ulstein集團(tuán)收購Es-Cad公司,該子公司成為Ulstein集團(tuán)在海上短途運(yùn)輸領(lǐng)域的主要設(shè)計(jì)中心,開發(fā)了多型采用X船首的干散貨船和多用途船、集裝箱船、滾裝船、成品油船和化學(xué)品船。
7、加強(qiáng)技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)。據(jù)了解,X船首船型設(shè)計(jì)目前已在挪威、美國、俄羅斯、新加坡、烏克蘭、越南等國家申請了專利,目前還在歐洲、中國、巴西和印度等地區(qū)/國家申請專利。
8、行業(yè)的低迷期是研發(fā)的上升期。Ulstein集團(tuán)在2003年船市低迷時(shí)間“創(chuàng)造X船首”,從2008年至今船市低迷時(shí)期又開展了“拓寬X船首船舶應(yīng)用范圍”等多項(xiàng)創(chuàng)新業(yè)務(wù), 這恰恰符合Ulstein集團(tuán)管理層的判斷“在船舶行情市場較好時(shí),由于忙于任務(wù),很難有時(shí)間去創(chuàng)新,而在市場低迷期間創(chuàng)新發(fā)展得更快。鑒于目前船舶市場的低迷期,Ulstein集團(tuán)的創(chuàng)新關(guān)注點(diǎn)是業(yè)務(wù)的持續(xù)擴(kuò)張”。
9、不可否認(rèn),X船首目前并沒有占據(jù)世界造船市場的多大份額,球鼻艏船舶仍然把握著市場的絕對地位。但是,這不能否認(rèn)創(chuàng)新給Ulstein這家公司帶來的發(fā)展,除X船首船舶帶來的良好業(yè)績外,該集團(tuán)還在常規(guī)船型優(yōu)化、船舶設(shè)備開發(fā)、客戶服務(wù)、投資并購等多方面進(jìn)行創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)了集團(tuán)的高速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)2005~2010年期間,Ulstein集團(tuán)的營業(yè)收入從15.55億增長至23.78億挪威克朗,營業(yè)利潤從0.44億增長至3.54億挪威克朗。
借用Ulstein集團(tuán)副CEO對“危機(jī)”這個(gè)詞語的理解——“危機(jī)是由‘?!汀畽C(jī)’組成即危險(xiǎn)和機(jī)遇并存”,我們有理由相信世界船舶工業(yè)經(jīng)過這段低迷期的洗禮,重視創(chuàng)新發(fā)展和具備創(chuàng)新能力、重視客戶利益的企業(yè)必將是行業(yè)下一輪發(fā)展的領(lǐng)跑者。