魏洪斌

摘 要：本文對(duì)影響船舶尺度的航道港口限制、貿(mào)易流動(dòng)性、運(yùn)河船閘的限制、船舶運(yùn)輸市場(chǎng)、造價(jià)和船廠的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)因素進(jìn)行分析，對(duì)影響船體形狀的因素、船舶的裝載量、航速和船舶造價(jià)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：船舶尺度 船舶形狀 因素分析

船舶尺度

經(jīng)濟(jì)性是決定船舶尺度的關(guān)鍵因素，大船比小船的單位運(yùn)輸成本低，船舶越大，經(jīng)濟(jì)性越好。同樣，單位載貨量的船舶造價(jià)，也是大船優(yōu)于小船。30萬載重噸的超大型油輪（VLCC）新船造價(jià)為1億美元左右，然而阿芙拉型（AFRAMAX） 船舶10萬載重噸造價(jià)為0.5億美元左右，VLCC的運(yùn)輸量是AFAMAX的三倍，但是在造價(jià)方面卻是兩倍。以兩倍的價(jià)格換取三倍的運(yùn)量，單從這點(diǎn)考慮，船東必然選擇建造大船。但是實(shí)際上航行的船舶并非只有一種尺度船舶，除了經(jīng)濟(jì)性之外，還有其他影響船舶大小的因素，包含以下幾個(gè)方面：航道港口限制、貿(mào)易流動(dòng)性、運(yùn)河船閘的限制、船舶運(yùn)輸市場(chǎng)、造價(jià)和船廠的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

1、航道港口的限制

經(jīng)濟(jì)性驅(qū)動(dòng)船舶尺寸逐漸增加的主要驅(qū)動(dòng)，由于船舶航行的外界環(huán)境條件——航道港口的幾何尺寸因素限制，使得船舶尺寸不能無限增加。首要的限制因素是航道和港口碼頭對(duì)船舶吃水限制。船舶吃水是船舶設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，船舶設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)根據(jù)航行過程中的最淺水深和港口條件限定吃水，避免船舶在航道航行、港口裝載過程中或航行過程中會(huì)盡量船底接觸海底，以免造成船底破損船艙進(jìn)水。吃水限制作為船舶的主要尺寸，限制了船舶可以選擇的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而影響了船舶其他的主尺度參數(shù)。對(duì)于航道和港口，為了可以滿足大噸位船舶的?？?，采取挖深的方法，由此而帶來大量的花費(fèi)，因此通常情況下是船舶限制設(shè)計(jì)吃水滿足航道和港口的水深條件。

2、貿(mào)易的流動(dòng)性

船舶航線的會(huì)隨貨物的貿(mào)易流動(dòng)而改變，船舶出發(fā)和到達(dá)港口也隨之改變，船舶的大小需要盡可能多滿足貿(mào)易航線上各個(gè)港口對(duì)船舶吃水的限制。使得船舶不會(huì)因?yàn)楹骄€的改變，港口吃水的限制，導(dǎo)致船舶無法滿載到港和出港。

3、運(yùn)河船閘的限制

航線通過蘇伊士運(yùn)河和巴拿馬運(yùn)河的船舶，受到航線上運(yùn)河船閘尺寸和水深對(duì)船舶主尺度的限制。船舶的主尺度直接關(guān)系到，能否滿載航行通過運(yùn)河航道。蘇伊士運(yùn)河，是國際油運(yùn)的重要通道，同時(shí)也是亞洲至歐洲集裝箱運(yùn)輸航線的必經(jīng)之路，有必要考慮運(yùn)河船閘對(duì)船舶主尺度的限制。蘇伊士船型（Suezmax），以蘇伊士運(yùn)河通航條件為上限，適合船舶滿載航行通過蘇伊士運(yùn)河。有世界橋梁之稱的巴拿馬運(yùn)河，有運(yùn)河通航條件為上限巴拿馬船型（Panamax）。然而運(yùn)河的擴(kuò)建，同樣會(huì)反作用于船舶運(yùn)輸市場(chǎng)，進(jìn)而影響船舶的大小。巴拿馬政府為了增加運(yùn)河船閘可通行船舶尺度，提高船舶通過量，滿足超巴拿馬船型（Post Panamax）通過的要求。2007年對(duì)運(yùn)河啟動(dòng)擴(kuò)建項(xiàng)目，在項(xiàng)目完工后適合通過新巴拿馬船型。巴拿馬運(yùn)河管理局2013年發(fā)布的《Vessel requirements for new Panamax》中對(duì)新巴拿馬船型（new panama vessel）給出了主尺度范圍，其船舶吃水15.2 米，船長366 米， 船寬49 米，集裝箱船載箱量最高達(dá)到12000TEU。

4、船舶運(yùn)輸市場(chǎng)

船舶運(yùn)輸市場(chǎng)因素影響著船舶的大小。貨物運(yùn)輸需求多少是運(yùn)輸市場(chǎng)的活躍度主要體現(xiàn)，是影響船舶大小的關(guān)鍵性因素。影響船舶運(yùn)輸貨物需求的因素是商品的流動(dòng)，包含進(jìn)口商品和外貿(mào)商品。對(duì)于商品外貿(mào)，本國的生產(chǎn)的產(chǎn)品在滿足國內(nèi)消費(fèi)的同時(shí)，產(chǎn)生產(chǎn)品剩余，剩余的產(chǎn)品需要流通到國外，對(duì)船舶運(yùn)輸產(chǎn)生了需求。貨物的生產(chǎn)率，本國消耗后的貨物剩余量，倉庫的儲(chǔ)存能力，船舶造價(jià)，港口水深，泊位的尺寸，以上因素決定了建造多大的船舶。

5、造價(jià)

對(duì)于船舶造價(jià)，建造更大或者裝載量更多的船舶，需要更大花費(fèi)，因此如果沒有對(duì)外貿(mào)易增加的趨勢(shì)，帶動(dòng)大量的貨物運(yùn)輸需求，船東不會(huì)花費(fèi)更高的價(jià)格建造大船。

6、船廠的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)

船廠的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，以市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，為滿足船東的普遍需求而制定。建造一艘符合市場(chǎng)規(guī)律的船舶與建造一艘奇怪尺寸的船舶相比，建造價(jià)格更低，船舶更符合貿(mào)易的需要，銷售的渠道更廣。對(duì)于一些為了滿足特殊項(xiàng)目運(yùn)輸需要而建造的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)船舶，一旦項(xiàng)目取消，這些船舶將要面對(duì)無法在正常市場(chǎng)銷售的困境。船東買船時(shí)，他同樣會(huì)考慮到船舶的經(jīng)濟(jì)效益包括初始投資效益和船舶的運(yùn)輸經(jīng)營效益。新建的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)船舶至少要與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)船舶在經(jīng)濟(jì)效益上持平，更優(yōu)于現(xiàn)有的船舶才能促使船東購買。

經(jīng)濟(jì)性對(duì)船舶尺寸增加的往往不是線性正相關(guān)的影響。一個(gè)例子是超級(jí)巨型油輪（ULCC），載重噸范圍從最初的32萬噸上升到56萬噸。諾克·耐維斯號(hào)（Knock Nevis）是當(dāng)時(shí)最大的油輪，載重噸達(dá)到564650噸。這些大船被用于從中東運(yùn)輸大量的原油到美國和歐洲。ULCC船隊(duì)的數(shù)量在1982年到1983年間快速上升到百艘以上，在1990年間有小幅回落。但是在今天油輪運(yùn)輸市場(chǎng)上，50萬t以上油船近年已經(jīng)淘汰。有分析表明是由于蘇伊士運(yùn)河的關(guān)閉和開放對(duì)其造成的影響，蘇伊士運(yùn)河的關(guān)閉，波斯灣運(yùn)往西歐、北美的原油被迫繞道好望角，航程延長近半，選擇ULCC具有規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。蘇伊士運(yùn)河開放，超級(jí)巨型油輪失去其規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，逐漸被Suezmax所取代。也有分析稱，一艘ULCC一次可以載運(yùn)3-5百萬桶石油，而正是如此大的運(yùn)量，使得ULCC無法適應(yīng)油品市場(chǎng)價(jià)格行情的改變，貨主會(huì)選擇Suezmax，以避免油價(jià)的大跌。兩種分析共同點(diǎn)，都是從獲取經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，選擇尺度更小的Suezmax。

船舶的尺度受以上因素制約的同時(shí)，還需要面對(duì)以下三方面重要問題。首先由于大型船舶單位貨運(yùn)運(yùn)營成本及燃料消耗的降低是以船舶滿載為前提的，船舶裝載量達(dá)到一定程度以上船公司才能保本經(jīng)營，因此大型、超大型船舶適合在貨源穩(wěn)定充足的航線上進(jìn)行運(yùn)輸經(jīng)營。此外，大型船舶受到航道港口條件的限值，僅能掛靠數(shù)量有限的港口。同時(shí)大尺度船舶的一旦出現(xiàn)事故，救援和應(yīng)急保障技術(shù)也受到挑戰(zhàn)。

船體形狀

船體的形狀主要受三方面因素影響，船舶的裝載量，航速和船舶造價(jià)。其中貨物的裝載能力和水動(dòng)力特性兩方面因素，影響了船體的阻力，進(jìn)而影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和船舶的航速。最后一項(xiàng)同時(shí)也是重要的一項(xiàng)影響因素是造價(jià)。其他影響因素包含適航性、穩(wěn)性和操縱性。

1、貨物裝載量

為了獲取最大的貨物裝載量，通常會(huì)選擇建造矩形船體，也就是方形系數(shù)大的船型。船舶的方形系數(shù)越大，船體的船艙內(nèi)可以盡可能多的裝載貨物，這種船體形狀特別適合散貨船采用。然而該類船型不適用于較高的航速。從水動(dòng)力特性角度分析，由于該類船型一般采取平板形狀的船頭和船尾，在船頭和船體的連接部位有凸起的邊緣，對(duì)水流的平穩(wěn)流動(dòng)有干擾作用，會(huì)產(chǎn)生了額外的阻力，所以該類船型一般航速較低。

2、航速

高航速船舶的船體形狀不同于最大裝載量的船型。船體的形狀會(huì)是細(xì)長型，船首會(huì)是尖形，船尾是圓形。通過船首切入水，減少阻力，細(xì)長沒有凸起邊緣的船體使得水光順的流過，圓形的船尾減少水離開船體表面旋渦的產(chǎn)生。然而由于船體內(nèi)艙室體積受到船體形狀的影響較大，細(xì)長船型不適合裝載大量的貨物。

3、造價(jià)

船舶的造價(jià)，包含購買船體外表面鋼板的費(fèi)用和鋼板彎曲加工的費(fèi)用。高航速的船舶，船體外表面彎曲形狀多，需要彎曲和加工的鋼板操作復(fù)雜工序多，因此建造費(fèi)用會(huì)明顯高于船體形狀單一簡單的矩形船舶。建造大船與建造小船相比，需要使用更多的鋼板，與小船相比，會(huì)減少鋼板加工費(fèi)用占總造價(jià)的比重，因此花費(fèi)鋼板的成本價(jià)格獲得更多的船舶裝載量，大船單位載重量的船舶造價(jià)低于小船。

船體形狀主要由船舶的設(shè)計(jì)目的所決定。設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)不同，最終導(dǎo)致船體形狀明顯不同。散貨船主要是為了減少單位載重量貨物的運(yùn)輸費(fèi)用，因此船體形狀設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)更關(guān)注貨物的裝載量。集裝箱船正好相反，速度是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，因此會(huì)選用更加流線的細(xì)長船型。舉兩個(gè)例子，馬士基航運(yùn)公司的集裝箱船，艾瑪馬士基（Emma Maersk）號(hào)，挪威油輪公司前線航運(yùn)公司（Frontline），29.7萬噸超級(jí)油輪（VLCC）“皇后”（Front Queen）號(hào)，兩艘巨型船舶在主尺度方面有些相似性，但在船體形狀方面有著明顯的不同。這兩艘船舶有著各自的船體形狀。VLCC是盡可能的矩形，然而集裝箱船是光順的細(xì)長船型。

結(jié)語

船舶的能效與船舶主尺度是密切相關(guān)的。船舶主尺度，對(duì)船體的形狀有決定性的影響，而船體的形狀又對(duì)船舶的節(jié)能減排有顯著的影響。研究船舶尺度和形狀的影響因素，為提高船舶的能效，合理的優(yōu)化船舶尺度和船舶形狀提供可參考的基礎(chǔ)。

（作者單位：交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院））