《科学画报》
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打造“巨无霸”集装箱船家族
2021-01-14 12:55:00超大型集装箱船属于高技术、高附加值船舶。航运企业对规模经济的追求以及环保法规的日益严苛，加快了船舶的大型化趋势。
超大型集装箱船的技术含量非常高，韩国和日本造船企业长期垄断了这一高技术船舶领域，并对我国进行了技术封锁。超大型集装箱船的投资额巨大，也造成了船东格外注重船舶设计和制造单位的品牌。这些都是我国发展超大型集装箱船的不利因素。
2004年起，超大型集装箱船研发被国家列为重点支持的高技术船舶科研项目，中国船舶工业集团公司第七〇八研究所牵头承担了工信部“超大型集装箱船关键技术研究”等课题，同时结合市场开展了系列船型的设计研发，大力推动了该领域的科研攻关。
超大型集装箱船系列化船型关键技术的“系列化”是指打破传统单个需求船型的开发方法，采用自上而下的研发方式，紧密结合国际航运市场的需求，打造船型开发平台。课题组以平台为依托，结合船型特点，突破超大型集装箱船设计和优化的关键技术，最终形成拥有自主知识产权的核心技术，研发设计系列化超大型集装箱船船型。“船型关键技术”主要集中船舶水动力学、结构评估技术与优化、大直径长轴系评估与设计、大容量输配电系统架构等多项共性关键技术。
油耗低，跑得快
船舶水动力学的研究目的主要是让船舶“油耗低，跑得快”。课题组通过对多工况吃水的线型优化，满足不同营运工况下的最佳油耗，从而使超大型集装箱船可以在航运公司常用的多种载重量情况下达到最低油耗的组合，而不是常规地仅满足合同指标的航速优化。另外，油耗低的船舶不但可以节约用船成本，还可大幅度降低温室气体的排放，满足日益严格的排放要求，保护日趋脆弱的地球环境。
装得多
结构评估技术与优化研究目的主要是解决“装得多”的问题。将结构做得越轻，在相同排水量的情况下，就可以装更多的货物。如何既做到结构轻，又保证结构足够强，满足集装箱堆垛的大负载，是结构设计的关键。
2013年6月，一艘日本建造的8110TEU(TEU即国际标准箱单位，标准箱是指长度为6.1米的集装箱)集装箱船在海上航行时，船舶中部结构发生损坏，导致船舶断裂为两部分，引起航运界一片哗然。这说明结构是保证船舶安全的最重要屏障，因此结构设计的安全性是业界关注重点。
在结构设计时，合理的载荷预报是合理设计的出发点。课题组通过对于三维非线性波浪载荷直接分析预报的关键技术研究，完善了超大型集装箱船载荷预报的方法，突破了基于水弹性的结构响应分析的关键技术，提升了超大型集装箱船的结构强度分析手段，建立了超大型集装箱船结构的安全评估方法。
效率高
大直径长轴系评估与设计是解决让主机产生的动能高效地传给螺旋桨的问题。轴是连接主机与螺旋桨的重要部件。超大型集装箱船的航速最快可达24节，且机舱后面多有货舱分布，因此连接主机与螺旋桨的轴直径大、长度长。通过技术攻关，课题组克服了船体变形和环境温度引起的长轴系变形预报的难题，解决了大直径长轴系扭转振动、船体变形对超大型集装箱船轴系校中影响、大质量螺旋桨对艉轴承处转角的影响等问题，建立了相关计算分析方法，确保超大型集装箱船轴系设计的安全可靠，建立了系列化船型轴系扭振及校中数据库。
电压稳
大容量输配电系统架构通过构建多层分布式配电系统，解决了大短路电流及电压降的问题。课题组提出了中压系统中性点接地方式选择的计算方法，提升了费效比。课题组构建的多层级的中低压分布式配电系统，解决了上层建筑和推进机械处所前后分离带来的电压降过大和电缆通道拥堵问题，在不增加电缆直径的前提下，严格控制电压降，电缆通道内电缆数量也大幅减少。
课题组通过研究分析，确定了4个船型平台的主要技术参数。基于平台开发的系列船型与国际先进船型对标，系列船的能效设计指数达到了2025年的国际环保要求。
超大型集装箱船项目打造的船型平台及全系列船型的推出，极大提升了核心竞争力。截至2016年底，项目成果共有12个船型实现实船接单，推广应用共计87艘船舶。系列船型的设计订单金额超过2.5亿元，取得了显著的经济效益。系列船型的研发成果促使国内船厂陆续签署了约570亿元的船舶订单，带动了船舶相关产业链的发展，社会效益巨大。
根据英国劳氏注册船舶数据库已交船数据统计，2010—2016年，应用本项目研发的船型订单，累计数量占到全球超大型集装箱船订单的19.3%，彻底打破了日韩造船企业的技术垄断。项目的实施提高了我国自主开发船型的能力，提升了我国船舶工业的整体竞争力，推动了船舶行业的科技进步。
文/张海瑛 王彩莲
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