X船首：激进创新开辟“蓝海”

秦 琦

X船首无疑是近海船舶工业的一次激进创新，挪威Ulstein（乌斯坦）集团创造性地利用不懂船舶设计的工业设计者进行船型开发，通过新技术的突破性设计开辟了新的蓝海市场。

研发历程

1999年，原Ulstein集团把船舶设备业务和UT型船舶设计等出售给Vicker公司，Vicker公司后又被罗尔斯 罗伊斯公司收购。面对保留下来的船舶建造业务竞争激烈以及其他一些因素的影响，Ulstein集团寄望开拓竞争力更强的船舶设计业务，于是建立了Ulstein设计公司。

在2003年造船市场低迷期间，Ulstein集团决定开展创新型船舶项目。该集团聚集了熟知工业设计、但不了解近海供应船的一组工业设计团队，将他们与拥有大量造船知识的船舶设计师和造船工程师组合成一个大团队。在该环境中，工业设计者可以询问任何看起来“愚蠢”的问题，这些问题激发出新概念，拓宽了Ulstein集团的设计思路。通过工业设计者和船舶设计者之间的合作，Ulstein集团创建了既具功能性又具美学性的惊世之作——X船首船舶，并决定在当年的挪威海事会展示其完整概念。海事会上，X船首获得了大量关注，不过在当时几个月内并没有实质性订单进展，但是Ulstein集团相信航运界的创新概念需要时间的培育。几个月后，油气服务商Statoil公司决定使用更为安全的三用工作船，航运公司Bourbon近海挪威公司也通过杂志了解到X船首是一种新突破，于是Ulstein设计公司与Bourbon公司、液压解决方案公司Odim公司共同开展具有安全锚作能力的三用工作船设计研发项目。

2005年2月，该项目在挪威Marintek研究所进行了水池试验，结果令人满意，即使在有义波高达到6m、最大波高达到11m时，以10.5kn速度航行的X船首船舶的驾驶室甲板也几乎没有浪花。

X船首设计获得了“挪威工程艺术”（Norwegian Engineering Feat）2005年 度 奖，2006年 入 围“ 船 舶操作创新”海上运输奖。2008年采用X船首的“Island Constructor”号修井/建造船获得《近海支持》杂志的2008年度船舶奖。

X船首的特点

与外飘的常规船舶相比，Ulstein X船首船舶具有如下优势：

●入水角小、水线更长，因此静水中的航速更高。

●无船首外飘，因此消除了船首所受到的冲击和/或砰击。

●入水柔和，因此降低了船首噪声和振动。

●海水不是向前推出，因此浪花更少。

●驾驶室甲板上浪状况极少出现。

●迎浪时航速更高，因此节省功率消耗和/或在静水和波浪中具有更高的燃油效率。

●船首容积大，船体型线更瘦削，因此降低了纵摇和垂荡加速度。

●在迎浪和顺浪时的航速更高。

通过对采用X船首和球鼻艏近海船舶的船型比较，可以清楚地辨别出水线、外飘、容积等基本特点，见图2。这些差别使两种船首船舶在波浪中的性能特点出现差异，比如对于相同航速、相同波浪的两种船舶而言，试验环境为浪高2.8m，波浪周期10.5秒，波速15kn，X船首在航速、速度损失、浪花等方面的表现优于球鼻艏，见图3。燃油消耗方面，一艘采用X船首的沿海集装箱船与一艘等效的采用常规船首的集装箱船相比，试验结果表明前者可以减少7%～16%的油耗。速度损失方面，北大西洋贸易路线70%的时间波高都在2.5m以上，采用X船首船舶在2.5～10.0m波高范围内的速度损失会减少19%，见图4。

图4 X船首和球鼻艏船舶的船速及速度损失比较

此外 ，据统计，运营中的Ulstein X船首船舶通过装载废气系统可以减少多种排放物，比如可以减少90%～95%硫化合物，60%～75%乙醛，30%～50%的芳烃，以及大量颗粒物。

X船首船舶市场

据了解，从2005年 Ulstein集团接获Bourbon近海挪威公司首艘X船首船舶订单到2010年，该集团共建造了40多艘X船首船舶，并开发了近海支持船、短途海上运输船和重型近海船等多类型的X船首船舶，见表1。

表1 Ulstein集团开发的主要系列的X船首船舶

经典X船首船舶

●首艘X船首船舶“Bourbon Orca”号

2005年4月，Bourbon近海挪威公司和Ulstein Verft公司签订首艘X船首AX104型三用工作船的建造合同，2006年下水。

特点一，采用X船首。与传统球鼻艏相比，X船首没有球鼻，水线以上向后倾斜。水池试验表明X船首具有较低的阻力，因此航速较高或燃料消耗较低。在其他参数相同的条件下，X船首船舶比常规球鼻艏船舶的船首浮力约多900m3，这样在船舶切入波浪时浮力可以迅速聚集，形成平缓的升力。而一般球鼻艏船舶的浮力增加会略慢，会增大加速度，提高纵摇速度和幅度。此外，X船首减少了首部抨击，提高了船员舒适性。水池试验表明驾驶室甲板上浪减少明显，降低了驾驶室窗户破损的危险，而这是狂浪环境中近海船舶最常见的事故之一。

特点二，采用柴电推进。“Bourbon Orca”号是首批采用柴电推进的三用工作船之一。主发电装置由4台2880 kW的瓦锡兰6L32型和2台1665kW的瓦锡兰柴油机组成，主推进装置由2个5000kW的可操纵推进器组成，电动机装置采用前后布置，包括2台3000kW的变速电动机和2台2000kW的定速电动机，并配有1台315kW的康明斯发电机作为应急/港口使用。此外，该船的船首配备有1个1200kW的电控导管推进器和1个1800kW的电控可收缩推进器。

特点三，配备新型的安全锚作系统（SAHS）。该船采用安全锚作系统取代了传统的尾滚轮布置。SAHS由1块可以垂直或水平布置的液压控制跳板，2台位于舷墙和货物栏杆上方的起重机，以及多个液压固件组成，其中跳板配备有两套船尾滚轮系统，舷内两个滚轮的直径和长度分别为2m和3m，舷外两个滚轮的直径分别为2m和2m，安全工作静载荷为500t。据称，该系统的目的是为了改善尾甲板上的船员安全，可远程控制危险操作。

表2 “Bourbon Orca”号的主要参数

●地震勘探船“Oceanic Vega”号

2008年，Ulstein集团与CGGVeritas公司、WesternGeo公司、Polarcus公司联合进行了地震勘探船SX120型的设计、设备和工程服务。2010年，采用SX120型设计的地震勘探船“Oceanic Vega”号下水。该船长106m，宽28m，最大吃水8m，11900GT，最大功率为19500kW，航速15kn，名义系柱拉力190t。

该型船采用X船首，有利于减少浪涌和紊流，具备极好的水动力性能。通过对船体、舵和螺旋桨进行优化，能够在4.5/5.0kn的航速下进行地震拖航作业，这样可以降低噪声、油耗和CO2排放。“Oceanic Vega”号能够进行3D、4D甚至更高精度的采集作业，配备有16根8000m长的Sercel Sentinel电缆，并且可以升级到20根电缆配置。该船配备有20台电缆卷筒，能够储存9000m长的电缆。该船的设计具有三大特点：

高效性——该船能够在海上进行长达5年的不进坞作业，船上配备有足够的发动机和发电机，并且由专用的支持船进行补给。“Oceanic Vega”号还配备有两艘工作艇，用于水下设备维护。该船的地震仪器包括多套Sercel Seal 428型记录系统和Sentinel的2Hz数字电缆，并配有Sercel Nautilus系统，可以进行3D和4D采集的电缆操纵和深度控制。船上的地震源由G-GUN II气枪的调谐基阵组成，气枪由Seamap Gunlink 4000型气枪控制器控制。地震数据处理系统和采集系统整合在一起，便于质量控制和进行先进的高技术数据处理。

绿色环保——“Oceanic Vega”号拥有DNV的“清洁设计”船级标志和绿色护照，满足作业排放和排放物的限制规定。该船采用双壳结构，配备柴电推进系统，并安装有舱底水清洁系统、垃圾焚烧炉、燃油溢流舱系统等。此外，独立的推进系统可以保证某一设备失效后船舶仍能工作。据了解，该船还拥有DNV的“冗余推进”标志。

舒适性——“Oceanic Vega”号最多可以居住60人，其中单人客舱52间，双人客舱9间。该船还配备有Ulstein COM信息和通讯系统，所有客舱都配备有卫星电视信号和IP TV。餐室、厨房和4间会客室都装有面朝大海的开阔窗户，可以增加船员的舒适性。此外，X船首船舶可以减少作业紊流和速度损失，振动极小，提高船员的舒适性。据该船船长称“从挪威向美国航行途中，遇到了波高达9m的热带飓风，但是该船仍以12kn速度航行而没有问题。”

据了解，“Oceanic Vega”号因创新性和环保性设计而获得了海事杂志《Skipsrevyen》2010年度船舶奖提名。

●XDS 3600型钻井船

Ulstein Sea of Solutions公司开发的采用X船首的XDS3600型钻井船具有以下几个特点：

第一，将船舶性能和钻井作业完整地相结合。比如在钻台之外进行船舶立管和防喷器的创新处理，此外将立管布置在甲板以下可以提供更大的甲板可用空间。该型船采用紧凑型设计，改善了运动特性和动力定位能力，同时又适合在12000英尺深水作业。相比于目前的钻井船，XDS 3600型船的总功率需求减少15%～20%，并且DP推进器更小，因此该型船在建造和运营上具有极好的成本有效性。

第二，独特的设计理念。XDS 3600型钻井船的设计理念是把“钻井补给和船员安全放在第一位”，将所有居住舱室和船舶系统比如机舱完全前移，居住舱室更靠近船首，因此该船具有更大的甲板空间，这样居住舱到船尾的区域用于钻井和试井作业，这些区域的危险程度较船首高，且外飘明显。

第三，采用X型船首。目前钻井船需要具备在全球快速移动的能力，这就要求高航速，由于采用X船首，波浪阻力减少和水线增长产生了同等功率下的高航速，并且可以节省燃油。同时，钻井船作业时会容易受到天气影响，利用X船首则可以降低风浪对船舶的影响，在荷兰海事研究所（MARIN）进行的XDS模型试验表明：由于采用X船首，运动和加速度程度显著降低，这样不仅增强了船舶作业能力，也为船员提供了更加安全和舒适的工作环境。

第四，采用新设计的钻井井架。在设计该型船时，设计人员认为应该开发匹配现代船舶设计的新井架。与常见的格架式井架相比，新井架采用箱型结构，能够保护电缆敷设和液压操作免受其他操作或天气的损害。当然，新型井架的设计起点是适用于目前的钻井设计，不会对现有作业方式造成影响。

第五，冰区作业。XDS 3600型设计将是未来北极钻井船的设计基础，X船首非常适合于北极环境，因为它取消了敞开式的首楼和住舱通道，可以较好的保护系泊设备和船员免受浪花和冰冻的影响。由于X船首为圆形首部，首部较高，干舷较大，因此该型船更加不易产生冰冻聚积和失稳的危险。

●DX127型多用途干货船和RX522型PCTC

为了拓宽X船首的应用范围，2008年Ulstein集团又瞄准了海上短途运输市场。开发了集装箱船、集装箱/散货船、普通干散货船、客滚船和液体运输船等多型海上短途运输船型。

Speedloader项目是由Ulstein集团和R.G Hagland公司共同开发的DX127型多用途干货船，通过设计公司、航运公司、船舶经纪公司共同开发满足未来沿海和短途海上运输的船型。该型货船的设计关注点是提高货物运载能力、燃油效率、可靠性和安全性。主要设计特色包括操纵和推进（基于作业特点进行了优化）；X船首（减少了恶劣天气下的速度损失，减少了船舶运动和燃油消耗，增加了舒适性）；货物区域（高容积货舱，内底加强，对甲板货物的保护）；驾驶室（360°视野，低噪声和振动）；居住舱室（船员舒适性的现代解决方案）。

又比如Ulstein集团开发了采用X船首的Wavemaster RX522型PCTC，居住舱和生活空间前移，这样增加了尾部甲板的载货空间，提高了船舶的装载能力，总装载量达 到3000 CEU。

表3 RX522型PCTC的主要参数

对X船首创新发展的思考

1、Ulstein集团的X船首无疑是近海船舶工业的一次激进创新，不同于以前近海船舶中的一些渐进创新，Ulstein集团通过新技术的突破性设计开辟了新的蓝海市场。比如Ulstein集团创造性地利用不懂船舶设计的工业设计者进行船型开发，本身就是对船舶设计资源的一种突破。

2、激进创新一般没有现有产品的参照，在具有巨大收益的情况下也伴随着较大的风险。因此如何合理分配和降低风险也是船舶创新设计中的一个重要问题，具体到Ulstein集团而言，主要途径之一是通过与海事集群中的客户进行合作，实现了“利益共享，风险共担”。Ulstein集团管理层指出“构想转变为现实的关键是寻找能够共同承担风险的合作伙伴”。

3、重视产业集群的作用，重视相互学习和合作。从X船首的开发来看，可以看出挪威海事集群所发挥的巨大作用。又比如采用X船首的“Island Constructor”号修井船的订造价格为10亿挪威克朗，而据推测该项目至少会给当地海事集群带来4亿挪威克朗的附加值。这类项目约需200家供应商，而位于当地海事集群的公司多达50家。Ulstein集团认为自从20世纪70年来挪威近海工业开展以来，船东、设计公司、船厂、供应商、金融机构等通过相互学习和技能积累获得了较大的发展，通过产品、价格、质量和交付时间的竞争提升了集群的整体能力。

4、重视客户，客户永远是创新和利润的源泉。从“安全锚作系统”和XDS 3600型钻井船“船员安全第一的设计理念”来看，Ulstein集团在船舶设计中十分重视提高客户的价值。又比如新型一体化自动系统ULSTEIN IAS就是Ulstein和客户合作的结果，据该系统的负责人称船东就系统要求、设计、功能等提出了多项问题，这都有效地支撑了系统的开发。

在加强客户联系方面，2008年Ulstein集团建立了Ulstein加速业务开发（Ulstein ABD）公司，以帮助客户在订购船舶之前更好更快地决策，并建立Ulstein销售和代表处（USRO）以在新市场中对产品和服务进行营销，与客户保持更加紧密的联系。

5、创新初期专注细分市场，创新应用时期注重各市场的特点和需求。在X船首的开发初期，我们可以看出Ulstein集团并不是在各个领域研发X船首，仅仅是关注近海支持船舶领域的X船首开发；特别关注北海水域的X船首，而不是同时关注全球多个水域X船首的开发。而在X船首成熟应用于近海支持船舶后，Ulstein集团又开始寻找X船首在重型市场和海上短途运输市场的应用，并且在推介不同市场的X船首时侧重点不同。比如在设计海上短途运输市场的X船首船舶时，Ulstein集团考虑到成本或许是影响船东的主要因素之一，因此尽量开发具有成本竞争力的船型。

6、并购相关业务的中小型设计单位，以迅速获取和建立在某些领域的专业设计能力。Ulstein集团为了将产品范围拓宽到重型近海工程领域如重型起重机船和大型铺管船等，于2008年收购了荷兰Sea of Solutions公司和挪威Marine & Mechanical Technology（MMT）公司，以便更好地融入专长于钻井船和起重船领域的荷兰海事集群。又比如为了实现X船首在海上短途运输领域的应用，2007年Ulstein集团收购Es-Cad公司，该子公司成为Ulstein集团在海上短途运输领域的主要设计中心，开发了多型采用X船首的干散货船和多用途船、集装箱船、滚装船、成品油船和化学品船。

7、加强技术的知识产权保护。据了解，X船首船型设计目前已在挪威、美国、俄罗斯、新加坡、乌克兰、越南等国家申请了专利，目前还在欧洲、中国、巴西和印度等地区/国家申请专利。

8、行业的低迷期是研发的上升期。Ulstein集团在2003年船市低迷时间“创造X船首”，从2008年至今船市低迷时期又开展了“拓宽X船首船舶应用范围”等多项创新业务， 这恰恰符合Ulstein集团管理层的判断“在船舶行情市场较好时，由于忙于任务，很难有时间去创新，而在市场低迷期间创新发展得更快。鉴于目前船舶市场的低迷期，Ulstein集团的创新关注点是业务的持续扩张”。

9、不可否认，X船首目前并没有占据世界造船市场的多大份额，球鼻艏船舶仍然把握着市场的绝对地位。但是，这不能否认创新给Ulstein这家公司带来的发展，除X船首船舶带来的良好业绩外，该集团还在常规船型优化、船舶设备开发、客户服务、投资并购等多方面进行创新，实现了集团的高速发展。据统计2005～2010年期间，Ulstein集团的营业收入从15.55亿增长至23.78亿挪威克朗，营业利润从0.44亿增长至3.54亿挪威克朗。

借用Ulstein集团副CEO对“危机”这个词语的理解——“危机是由‘危’和‘机’组成即危险和机遇并存”，我们有理由相信世界船舶工业经过这段低迷期的洗礼，重视创新发展和具备创新能力、重视客户利益的企业必将是行业下一轮发展的领跑者。