殷華兵/中遠(yuǎn)海運(yùn)特種運(yùn)輸股份有限公司

在海事業(yè)對(duì)節(jié)能環(huán)保日益重視的大背景下，航運(yùn)公司在船隊(duì)上逐步采用船舶能效管理系統(tǒng)可謂大勢(shì)所趨。

Pioneer-Marine公 司 的Green Dolphin 散貨船，采用了ABB燃油監(jiān)控管理系統(tǒng)

船舶能效管理系統(tǒng)（EEMS）是近年推出的船用新產(chǎn)品，是在國(guó)際海事組織（IMO）為減少船舶溫室氣體（GHG）排放，而制定船舶能效新規(guī)則的背景下應(yīng)運(yùn)而生的。由于碳排放和燃油消耗直接關(guān)聯(lián)，EEMS不僅有助于船舶滿足公約要求，船東及航運(yùn)公司降低運(yùn)營(yíng)成本、履行社會(huì)責(zé)任，也將對(duì)未來(lái)大數(shù)據(jù)技術(shù)和智能船舶技術(shù)在海事業(yè)的推廣應(yīng)用起到積極作用。

《智能船舶規(guī)范》催生能效管理

智能船舶是指通過(guò)傳感器、通信、互聯(lián)網(wǎng)等設(shè)備及技術(shù)手段，利用自動(dòng)感知信息和數(shù)據(jù)，采用自動(dòng)控制技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)等，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行感知、分析、評(píng)估、診斷、預(yù)測(cè)、決策支持及自主響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)營(yíng)的船舶，代表了未來(lái)無(wú)人船舶發(fā)展的方向。

在2015年中國(guó)國(guó)際海事展（Marintec China）上，中船集團(tuán)宣布將在上海設(shè)計(jì)建造國(guó)內(nèi)首艘智能示范船——名為“i-DOLPHIN”的38800載重噸散貨船。該研發(fā)項(xiàng)目由中船集團(tuán)旗下的上海船舶研究設(shè)計(jì)院牽頭，以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸匯集，結(jié)合數(shù)字建模、遠(yuǎn)程控制等信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)船舶感知、分析和決策的智能化，從而提升船舶運(yùn)行效率。而在2017年的中國(guó)國(guó)際海事展上，中船集團(tuán)發(fā)布了該型船的升級(jí)版——全球首艘智能船舶“大智”號(hào)。不僅如此，中國(guó)船級(jí)社（CCS）編制的《智能船舶規(guī)范》也同期正式發(fā)布。該規(guī)范從航行、船體、機(jī)艙、能效管理、貨物管理和集成平臺(tái)六個(gè)方面闡述了智能船舶規(guī)范體系，對(duì)智能船舶應(yīng)具備的各項(xiàng)功能提出了具體要求。這表明，船舶能效管理已成為海事界關(guān)注的重點(diǎn)。

船舶能效管理是《智能船舶規(guī)范》里的重要內(nèi)容，旨在幫助船舶滿足國(guó)際海事組織（IMO）MARPOL附則VI修正案中的船舶溫室氣體（GHG）排放規(guī)則，該項(xiàng)規(guī)則已于2013年1月1日正式生效。此外，IMO MEPC正在研究和制定船舶溫室氣體減排相關(guān)政策和具體實(shí)施的措施，以從技術(shù)性措施、營(yíng)運(yùn)性措施和市場(chǎng)機(jī)制幾個(gè)方向來(lái)控制GHG排放，以實(shí)現(xiàn)防止船舶造成大氣污染的目標(biāo)。

在能效管理方面，與從設(shè)計(jì)層面入手、針對(duì)新建船舶的船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)（EEDI）不同,非強(qiáng)制性的船舶能效營(yíng)運(yùn)指數(shù)(EEOI)則是針對(duì)營(yíng)運(yùn)船舶，從能效管理計(jì)劃（SEEMP）的角度，通過(guò)采取營(yíng)運(yùn)性措施如降低航速、氣象定線、JIT物流管理、提高裝卸效率以及船舶維保計(jì)劃決策支持等，以達(dá)到對(duì)船隊(duì)進(jìn)行精益管理、節(jié)能降耗的目的。

圖1

EEMS的構(gòu)架與功能

EEMS是一套集實(shí)時(shí)監(jiān)控、信息集成管理及能效優(yōu)化功能為一體的綜合管理系統(tǒng)，采用微處理器、傳感器等設(shè)備和數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)融合和一體化設(shè)計(jì)等技術(shù)，基于精細(xì)化管理理念，可實(shí)時(shí)高效地調(diào)度監(jiān)控設(shè)備，收集、綜合信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)燃油實(shí)時(shí)監(jiān)控、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速優(yōu)化、航線優(yōu)化等功能；并能通過(guò)可增加、升級(jí)的模塊，根據(jù)客戶要求對(duì)船舶信息進(jìn)行整合、計(jì)算及反饋。

EASY MARINE 船舶能效管理系統(tǒng)

圖1 為CCS的EEMS系統(tǒng)的構(gòu)成圖，該系統(tǒng)包括船端、岸端、第三方與船端一致，可保證數(shù)據(jù)的同步共享；可增加接收、處理船隊(duì)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)系統(tǒng)分析對(duì)整個(gè)船隊(duì)的能效措施進(jìn)行比較合量化管理的功能。第三方和主管機(jī)關(guān)通過(guò)船舶能效管理系統(tǒng)的公共代碼、DSMIS、SSMIS等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)船公司、船舶、船旗國(guó)、船級(jí)、船型、港口數(shù)據(jù)交互，并可在SAMIS系統(tǒng)進(jìn)行能效審核、發(fā)證工作時(shí)，直接使用相關(guān)公司的能效數(shù)據(jù)。

船舶能效系統(tǒng)的主要功能有三點(diǎn)。一是數(shù)據(jù)整合采集。EEMS可通過(guò)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，將船舶營(yíng)運(yùn)信息和船舶維護(hù)保養(yǎng)、船舶改建、以及其他船舶航運(yùn)信息等數(shù)據(jù)統(tǒng)一到數(shù)據(jù)平臺(tái)，不僅為船公司能效認(rèn)證提供動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)支持，對(duì)船公司的能效持續(xù)改進(jìn)情況進(jìn)行監(jiān)督、檢查，還有助于各級(jí)管理部門動(dòng)態(tài)掌握、及時(shí)跟蹤船舶狀態(tài)，了解各船公司航運(yùn)現(xiàn)狀，對(duì)能效營(yíng)運(yùn)情況做更深入、細(xì)致的分析，利用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行未來(lái)能效預(yù)測(cè)等。

二是數(shù)據(jù)應(yīng)用分析。這是EEMS的重要功能之一，是其為各級(jí)管理者提供輔助管理、經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)分析等服務(wù)（CCS）和主管機(jī)關(guān)四個(gè)系統(tǒng)服務(wù)器。其中，船端系統(tǒng)主要用于EEOI數(shù)據(jù)采集和分析，通過(guò)各種傳感器和通信技術(shù)的數(shù)據(jù)采集模塊，將風(fēng)、流、浪高、天氣氣象及船舶的舵角、船向、船位、吃水、主機(jī)轉(zhuǎn)速、航速、燃油流量、各種設(shè)備的壓力、溫度、應(yīng)力等參數(shù)傳輸?shù)酱讼到y(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，再通過(guò)人工智能系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)船員進(jìn)行設(shè)備維保和管理。岸端服務(wù)器則位于航運(yùn)公司，船端系統(tǒng)將數(shù)據(jù)處理后，通過(guò)海事衛(wèi)星/移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將其實(shí)時(shí)或者間斷發(fā)送給岸端服務(wù)器，岸端系統(tǒng)大部分的軟件架構(gòu)的最主要途徑。其中，數(shù)據(jù)應(yīng)用分析平臺(tái)是建立能效數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)制度的應(yīng)用基礎(chǔ)。

三是數(shù)據(jù)集成與監(jiān)控。EEMS為各級(jí)管理單位提供數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、檢測(cè)、考核服務(wù)并可生成相關(guān)報(bào)告，從而對(duì)船舶能效情況進(jìn)行監(jiān)控與指導(dǎo)；可建立能效數(shù)據(jù)標(biāo)桿，實(shí)施船舶能效的分級(jí)管理；通過(guò)能效數(shù)據(jù)歷年的發(fā)展趨勢(shì)和船舶當(dāng)年的能效實(shí)際情況，制定船舶能效標(biāo)桿，從而對(duì)船舶實(shí)施能效分級(jí)管理。

此外，EEMS還可幫助船公司對(duì)能效進(jìn)行自我評(píng)估與持續(xù)改進(jìn)。綜上所述，該系統(tǒng)對(duì)于促進(jìn)船舶提高能效具有重要意義。

營(yíng)運(yùn)船舶安裝EEMS的可行性

技術(shù)可行性

目前營(yíng)運(yùn)的遠(yuǎn)洋船舶絕大部分都實(shí)現(xiàn)了無(wú)人機(jī)艙，大部分的設(shè)備都有足夠的溫度、壓力傳感器，相關(guān)數(shù)據(jù)都收集在機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)中；船上的衛(wèi)星通訊及風(fēng)、流、電子海圖、氣象傳真、VDR等設(shè)備也可以直接提供相關(guān)數(shù)據(jù)。如果這些系統(tǒng)和設(shè)備預(yù)留有數(shù)據(jù)通信接口，則船舶加裝EEMS的工作量比較??；如果沒(méi)有預(yù)留接口，或者通信協(xié)議不匹配，則需要對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行必要的改裝或者更換。由于各船的實(shí)際情況不同，需要增加的傳感器可能有軸功率傳感器、燃油質(zhì)量流量計(jì)等，主要的技術(shù)瓶頸為船端能效系統(tǒng)（如圖2）的安裝和測(cè)試，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)可靠性也主要體現(xiàn)在船端系統(tǒng)上。

EEMS的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，與獲取船舶數(shù)據(jù)——包括船舶建造階段船體相關(guān)數(shù)據(jù)、試航數(shù)據(jù)、船舶運(yùn)營(yíng)階段配載數(shù)據(jù)——有很大關(guān)聯(lián)，該系統(tǒng)可以說(shuō)是一個(gè)能夠自我學(xué)習(xí)和修正的大系統(tǒng)?？傮w而言，從技術(shù)層面來(lái)看其加裝沒(méi)有太大的障礙。

施工可行性

對(duì)于營(yíng)運(yùn)船舶來(lái)說(shuō)，船期損失就意味著利潤(rùn)損失。因此，加裝船端能效系統(tǒng)對(duì)船期的損失必須予以考慮。從目前的情況看，其最大的工程量是船上EEOI數(shù)據(jù)采集單元的安裝及機(jī)艙中各個(gè)設(shè)備的布線（尤其是從機(jī)艙到駕駛臺(tái)的通信電纜的敷設(shè)）。若設(shè)備的通信接口沒(méi)有預(yù)留或者通信協(xié)議不匹配，則對(duì)設(shè)備的改造會(huì)進(jìn)一步影響船期。在這種情況下，利用船舶進(jìn)塢修理的時(shí)間段來(lái)加裝EEMS是比較理想的選擇。

為了縮短船期，施工方可在船舶修理前對(duì)圖紙進(jìn)行必要的了解，并取得各設(shè)備廠家的技術(shù)支持，將實(shí)際施工方案的各個(gè)細(xì)節(jié)考慮清楚。

運(yùn)營(yíng)可行性

由于航運(yùn)業(yè)當(dāng)前處于市場(chǎng)低迷期，任何導(dǎo)致?tīng)I(yíng)運(yùn)成本增加的投資都需要認(rèn)真考量。與加裝和營(yíng)運(yùn)EEMS相關(guān)的成本主要有三部分：初期投資費(fèi)用、維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用以及通信費(fèi)用。

船期投資費(fèi)用包括設(shè)備費(fèi)用和安裝施工費(fèi)用。由于各船的實(shí)際情況不同，需要加裝或者改造的設(shè)備也不同，施工工作也難易有別，但施工增加的成本總體上比較低，在可控的范圍內(nèi)。由于EEMS本質(zhì)上是一套人工智能系統(tǒng)，硬件只有幾臺(tái)服務(wù)器或者工作站、數(shù)據(jù)收集模塊、少量傳感器，因此其硬件成本是很低的。目前市場(chǎng)上的EEMS主要具有以下幾大模塊：燃油管理和監(jiān)控模塊、航線優(yōu)化模塊、航速優(yōu)化模塊、最佳縱傾模塊等。對(duì)于航運(yùn)公司而言，燃油管理和監(jiān)控模塊現(xiàn)階段對(duì)運(yùn)營(yíng)管理的意義較大，可以直接指導(dǎo)船員進(jìn)行燃油管理，從而降低油耗，且該系統(tǒng)的安裝成本較低。因此，對(duì)營(yíng)運(yùn)船舶而言，可以先選取一兩個(gè)模塊，分步驟、分階段地加裝EEMS。

圖2

維護(hù)保養(yǎng)主要的成本取決于傳感器的可靠性。一般來(lái)說(shuō)，通信模塊的更換成本較低，因此更換傳感器將是未來(lái)EEMS維護(hù)保養(yǎng)的最大成本。此外，船員和岸基人員對(duì)該系統(tǒng)正確使用的前提是對(duì)他們進(jìn)行必要的培訓(xùn)，因此培訓(xùn)的費(fèi)用也是成本的一部分。

EEMS需要與岸基實(shí)時(shí)通信，交互數(shù)據(jù)。而遠(yuǎn)洋船舶的主要通信手段是通過(guò)海事衛(wèi)星INMARSAT和銥星衛(wèi)星通信，目前通信費(fèi)用是較為高昂的。因此，如果要實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互通信，通信費(fèi)用將是一大成本。目前，市面上的EEMS支持以郵件的形式向岸基設(shè)備間隔發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采用高壓縮率的算法，以KB（1000字節(jié)）為單元發(fā)送，可以降低成本。2015年的Marintec China上，深圳海衛(wèi)通網(wǎng)絡(luò)科技有限公司和鑫諾衛(wèi)星通信有限公司推出了海上衛(wèi)星寬帶服務(wù)業(yè)務(wù)，雖然海衛(wèi)通-鑫諾衛(wèi)星目前的覆蓋范圍僅限于國(guó)內(nèi)沿海和東南亞區(qū)域，跨太平洋和大西洋船舶還是需要INMARSAT衛(wèi)星作為備份或通過(guò)VSAT來(lái)通信，但可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)費(fèi)用將會(huì)大大降低。

隨著航空運(yùn)輸碳交易稅的提出，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，歐盟很可能采取單邊行動(dòng)，將海運(yùn)碳排放納入ETS（碳交易系統(tǒng)）。為此，世界港口協(xié)會(huì)（IAPH）制定了船舶環(huán)境指數(shù)，對(duì)減少碳排放的船舶給予港口使用費(fèi)減免等激勵(lì)措施，商業(yè)社會(huì)責(zé)任組織也推出了各自的船舶能效評(píng)估和評(píng)級(jí)體系，對(duì)散貨船、油船和集裝箱船的租船市場(chǎng)有重大影響。不僅如此，IMO對(duì)碳排放七種市場(chǎng)機(jī)制的提出和不斷健全，會(huì)使低排放的船公司更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和生存能力，且節(jié)能減排、降低運(yùn)營(yíng)成本也是航運(yùn)公司本身的訴求。因此，航運(yùn)公司在船隊(duì)中逐步推廣使用EEMS將是大勢(shì)所趨。 ★