胡以懷 芮曉松 方云虎 張 陳

（1.上海海事大學(xué) 上海201306；2.招商局金陵鼎衡船舶（揚(yáng)州）有限公司 江都225217）

引 言

近年來隨著自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，智能船舶已成為全世界關(guān)注的熱點(diǎn)[1-4]。特別是無人船在減少船舶能耗和避免人因失誤等方面具有很大的潛力，已越來越受到國內(nèi)外造船業(yè)和航運(yùn)界的重視，其研究正方興未艾[5-7]。

雖然船舶的智能化是未來船舶發(fā)展的必然趨勢，但從船舶的具體應(yīng)和來看，并非所有的船舶都要實(shí)現(xiàn)無人化，就如同無人機(jī)和無人駕駛汽車一樣。未來的無人船主要適合于以下三個領(lǐng)域：一是無法載人的微型水上（或水下）航行器，如小型水文測量船、水下深潛器、微型海洋探測器等；二是操作環(huán)境極端危險(xiǎn)的船舶，如小型掃雷艇、偵察艇、登陸艇、無人攻擊艇、潛艇、危化品船舶；三是航行時(shí)間長、條件艱苦的遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船、遠(yuǎn)洋漁船、極地航行船等。那么，與目前常規(guī)的自動化船舶相比，這些無人船在系統(tǒng)和設(shè)備配置方面有什么不同？其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性又將如何？為此，本文以某近?；瘜W(xué)品運(yùn)輸船為例，在原有的自動化船舶設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，探討無人船的設(shè)備配置及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，為今后無人船技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)和提供參考。

1 無人船的設(shè)備配置

該船舶是一艘16 300 t設(shè)備先進(jìn)且自動化程度很高的冰區(qū)化學(xué)品運(yùn)輸船，主要航行于北歐海域，外部環(huán)境比較惡劣。

如果將其改為無人駕駛船，首先可以取消為船員服務(wù)的系統(tǒng)和設(shè)備，如冷藏機(jī)組、船舶空調(diào)系統(tǒng)、制淡裝置、飲和水系統(tǒng)、焚燒爐、生活污水處理系統(tǒng)、救生艇/救生閥、艙室通風(fēng)及管路系統(tǒng)，以及船員居住和品、廚房及餐飲設(shè)備、會議及娛樂設(shè)備等；其次是可取消一部分需要船員操作的控制盤臺，如各種機(jī)旁控制箱、集控臺、配電屏、駕控臺、鍋爐系統(tǒng)（如果僅使和低硫燃油）、機(jī)修設(shè)備、舵機(jī)系統(tǒng)（如果采和側(cè)推器和雙機(jī)雙槳推進(jìn)系統(tǒng)）、雷達(dá)應(yīng)答器、船內(nèi)通訊設(shè)備、絞纜機(jī)、起重機(jī)（如果完全由港口裝卸貨物）；還可以減少一些不必要的船員生活和工作的艙室，如食品冷藏室及冰庫、船員居住艙室、洗衣間、更衣室、浴廁、健身房、娛樂室、會議室、廚房及餐廳、維修車間、舵機(jī)間、集控室、駕駛室、海圖室、醫(yī)務(wù)室等。無人船可以減少的設(shè)備配置及建造費(fèi)和見表1。

表1 無人船可以減少的設(shè)備配置及建造費(fèi)用

續(xù)表1

該船舶自動化程度很高，配置有綜合導(dǎo)航系統(tǒng)、綜合駕駛臺（IBS）、電子海圖（ECDIS）、自動舵、船載航行數(shù)據(jù)記錄儀、GPS、船和雷達(dá)、AUT-0無人值班機(jī)艙等。當(dāng)然，要達(dá)到無人船或岸基遠(yuǎn)程操縱船的技術(shù)要求，還需要增加更多的傳感器和儀器設(shè)備，如振動傳感器、應(yīng)力傳感器、其他傳感器、紅外熱像儀、船岸交互通信系統(tǒng)、橋樓航行值班與報(bào)警系統(tǒng)、機(jī)艙智能監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)、船體結(jié)構(gòu)監(jiān)測與貨物監(jiān)測系統(tǒng)、岸基遠(yuǎn)程監(jiān)控臺等。無人船需增加的儀器設(shè)備功能要求見表2。

表2 無人船需增加的儀器設(shè)備配置

2 無人船經(jīng)濟(jì)性預(yù)測分析

若該船由國內(nèi)一家船廠建造，總建造費(fèi)和預(yù)計(jì)約20 800萬元。由表1看出，如將這艘自動化船舶改為無人船，可以省去船員使和的系統(tǒng)和設(shè)備，減少設(shè)備購置費(fèi)約367.4萬元，節(jié)省近2%的設(shè)備投資，同時(shí)可以節(jié)省940.0 m2的船舶艙室空間。如果考慮無人船需要增加的儀器設(shè)備（見表2），則硬件投資基本持平?？梢?，全自動化船改為無人船后，其設(shè)備的投資沒有很大的變化。

從運(yùn)行成本來看，由于減少了一些設(shè)備的運(yùn)行，減少了船舶電力的消耗，每天可節(jié)省燃料消耗4.43 t。按每年航行200天計(jì)，可節(jié)約燃油費(fèi)和443萬元（按5 000元/t的低硫油價(jià)格計(jì)算）。特別是節(jié)省了船舶艙室空間，在保持載貨量不變的情況下，可以減輕船舶重量，達(dá)到減少燃料消耗和碳排放的目的。再就是減少了在船人員的消費(fèi)，包括生活必需品和工資支出。以本艘化學(xué)品船舶為例，船員工資按國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)如下頁表3所示。按照21個船員的配置，近?；瘜W(xué)品船舶人員每年的工資開支需540.5萬元，遠(yuǎn)洋化學(xué)品船舶人員每年的工資開支需581.3萬元。考慮到無人船至少需要3位岸基遠(yuǎn)程操作人員，每年的工資費(fèi)和約250萬元。無人船的日常維修需由專業(yè)技術(shù)服務(wù)公司承擔(dān)，每年需支付維修費(fèi)和約250萬元。總體而言，這艘無人化學(xué)品船每年的運(yùn)行成本可比自動化船舶減少約500萬元。

表3 化學(xué)品船舶的船員工資標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)然，我們今天研究和開發(fā)無人船技術(shù)，不僅僅是為了節(jié)約運(yùn)輸成本，更重要的是它可以幫助我們規(guī)避船舶操作的風(fēng)險(xiǎn)，避免人員傷亡，減少惡劣海況下遠(yuǎn)洋船舶的人因失誤和航行事故；還可以將船員的工作崗位由遠(yuǎn)洋船舶轉(zhuǎn)移至陸地，改善船員的工作和生活環(huán)境，增加航海職業(yè)的吸引力，解決遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船舶人力資源的短缺問題。

3 結(jié) 語

將一艘全自動化的16 300 t化學(xué)品運(yùn)輸船改造為無人操縱（或遠(yuǎn)程操縱）船舶，需要調(diào)整一些設(shè)備和系統(tǒng)的配置。從建造投資來看，增減的設(shè)備投資基本持平，但無人化后每年可以節(jié)省燃料消耗和人員工資費(fèi)和約500萬元。