全球首艘全自动、零排放集装箱船翩然而至

陆悦铭 詹海东 刘秋林 金佳乐

备受关注的全球首艘120 TEU无人驾驶、纯电力推进集装箱船“雅苒伯克兰”（YARA BIRKELAND）轮（见图1）在2021年年底开始其处女航。她的最大亮点是纯电动，以及将来实施无人驾驶技术，在保证船舶节能减排的同时，利用安装于船舶的全球定位系统、激光雷达、AIS、摄像机和传感器等部件，实现自动装货、自行离泊、在航道中的自主航行和自动避让、到达终点时的自行靠泊和自动卸货。让我们一起回顾其建造进程。

一、建造背景

挪威化肥巨头雅苒国际集团（YARA INTERNATIONAL，简称“雅苒”）是一家跨国企业，同时也是世界上大型化肥生产商之一，在全球50多个国家和地区进行化肥生产与销售，保障了全球3亿多人的粮食需求，年营业额达620亿挪威克朗（1挪威克朗约合人民币0.75元）。其秉持的企业理念是尽职尽责地哺育世界和保护地球。雅苒在挪威的波尔斯格伦有化肥生产工厂，但是必须用卡车运输至深海港拉维克港（Larvik，有7 n mile）和布雷维克港（Brevik，有30 n mile），才能装船后运往亚洲的中国、南美的巴西等国家，如图2所示。每年约有40 000趟柴油动力卡车的陆上化肥运输往返于波尔斯格伦至拉维克港或布雷维克港，除了在人口密集地区产生不少废气污染妨害居民健康外，也可能在都市公路行驶中造成交通拥堵或意外。

图2 化肥厂到两个深海港航线图

康斯博格集团（KONGSBERG GRUPPEN，简称“康斯博格”）是一家总部位于挪威的大型跨國公司，是挪威领头科技企业之一，也是全球领先的海事技术公司，始创于1814年，专注于为石油和天然气行业、海上船舶行业、军事国防、可再生能源及电力供应行业、航空行业等领域提供高新技术系统与解决方案，在物联网、智能数据、人工智能、海事模拟、自动化和自主作业等领域具有领先优势，在全球30个国家和地区有近50个分公司，拥有约10 000名员工。在海事领域，康斯博格在1969年向一艘货船提供了世界上第一套计算机雷达系统，这套雷达系统有自动标绘功能，可以计算所追踪船舶的航向、航速、两者最近会遇点和时间，从而评估是否存在碰撞危险。自1977年起，又交付了多项海事技术创新成果，包括1977年交付的第一套动态定位系统以及1996年的第一套水下无人潜航器……

当雅苒提出建造一艘小型、全自动、零污染的集装箱船用于化肥厂到港口的化肥运输计划后，与擅长这个领域，已经积累了数十年经验，在无人潜水器、无人水面舰艇和海洋机器人方面有创新纪录的康斯博格尤其吻合，于是双方一拍即合，强强联合了。

二、签订“雅苒伯克兰”轮建造协议

2017年5月9日，雅苒和康斯博格共同宣布，双方将联合建造“雅苒伯克兰”轮，这是世界上第一艘全电力推进、自主航行的集装箱船，且实现零排放。该船最初计划是在2018年下半年晚些时候作为有人船操纵，到2019年转为遥控操纵，从2020年开始能够执行完全自主航行和操纵。除了电力驱动、电池和推进控制系统外，康斯博格还负责开发和交付该集装箱船所有关键技术，包括远程和自主操纵所需的传感器和集成。

2017年9月28日，挪威国有石油和能源企业为了支持“雅苒伯克兰”轮的建造，决定提供的1.336亿挪威克朗的资金支持。

2018年8月15日，康斯博格在挪威特种船设计与建造商的布雷维克船厂宣布，全球最大的化肥制造商雅苒已经与船厂签署了价值2.5亿挪威克朗建造合同。在建造合同签署之后，“雅苒伯克兰”轮将很快开始建造。船体建造工作由罗马尼亚船厂建造，最终将由雷维克船厂在2020年第一季度完成交付。挪威首相埃尔娜·索尔贝格女士出席了造船合同签约仪式，见图3。首相在签约仪式上致辞：“这是挪威企业携手创造新解决方案和绿色工程的良好范例。雅苒、康斯博格和挪威特种船设计与建造商基于他们各自在技术、物流和造船方面的知识，共同致力于实现创造可持续创新的愿景。这个项目将带动更多与此相似的令人振奋的先锋项目。我为挪威政府通过挪威国有石油和能源企业为‘雅苒伯克兰’号的开发提供资金支持感到自豪，同时我祝愿造船工程顺利圆满完成。”

三、船名、船舶尺度和主要设备

“雅苒伯克兰”轮曾被业内人士称作“海上特斯拉”，以雅苒国际集团（YARA INTERNATIONAL）中的“YARA”、挪威科学家（Kristian Birkeland）名字中的“BIRKELAND”（Kristian Birkeland）在1896年提出，当地球磁场将来自太阳的带电微粒导向南北两极时，就会产生极光。对于极光的现代理论而言，这无疑是一项突破性创见）组合在一起命名为“YARA BIRKELAND”。该船长79.5 m，型宽14.8 m，型深12 m，满载吃水6 m，空载吃水3 m，可装载120 TEU，3 200 DWT。出于安全、节能、环保的考虑和化肥厂到拉维克港只有7 n mile，到布雷维克港只有30 n mile，该轮正常航速仅仅是6 kn，最高航速是13 kn，远低于一般的集装箱船。该轮按照无人船的模式设计，没有传统的船员生活区和驾驶室，但是目前是作为由船上的船员进行操纵或应急操纵而设计的，还有驾驶室。接着实现远程操控，最后逐步过渡到完全自主的运作。该轮的机舱已被8个电池舱所取代，电池容量6.8 MV时，提供航次所需的电能并且有盈余。

挪威BRUNVOLL公司提供2台900 kW的吊舱式推进器和2台700 kW的船艏隧道式侧推器，确保该船在没有拖船的协助也能实现平行离泊或靠泊。瑞士的勒克朗歇公司，作为其电池合作伙伴和定制船舶储能解决方案供应商。芬兰的麦基嘉公司提供自动系泊系统，实现在没有人为干预情况下的船舶系离泊作业，见图4、图5、图6。芬兰的卡尔玛公司提供为港口、码头、仓库货物装卸的解决方案和服务，包括自动化的化肥装入集装箱、集装箱搬运及装卸等设备所需要的全部关键技术和控制系统。中远海运的“大吉”轮运输了该“无人集装箱船”项目的码头核心设备——全自动化轨道吊。

四、“雅苒伯克兰”轮项目推进过程

2017年5月宣布建造“雅苒伯克兰”轮之后，挪威设计和工程公司Marin Teknikk开始设计。首先是设计并建造了“雅苒伯克兰”轮的模型船，模型船船长6 m，重2.4 t，从2021年9月29日开始在挪威科技工业研究院的水池中进行相关测试，见图7。

2018年4月7日，挪威航运巨头威尔森集团和康斯博格宣布，将建立全球首家无人船航运公司“Massterly”，计划通过新公司为“雅苒伯克兰”轮提供完整的价值链服务，涵盖设计、开发、控制系统、物流服务和船舶运营。新公司将建立陆基控制中心，来监测和运营挪威和其他国家的无人船。

2018年8月15日，备受矚目的全球首艘零排放全自动集装箱船“雅苒伯克兰”轮进入建造阶段，于2020年第一季度交付使用。

2020年2月，“雅苒伯克兰”轮船体在罗马尼亚的船厂完工。因相关的设计和设备布置比预想的复杂，5月才拖到挪威雷维克船厂进行下一步的舾装，安装各种控制和导航系统并进行交付前的各种测试，见图8。

图8 “雅苒伯克兰”轮船体从罗马尼亚拖往挪威雷维克船厂

2020年6月，由于新冠肺炎疫情影响和全球前景的变化，雅苒曾宣布暂停“雅苒伯克兰”轮的开发项目，并决定与其合作伙伴一起评估下一步的工作。不久，雅苒和康斯博格又开始“雅苒伯克兰”轮的开发。作为过渡方案，雷维克船厂在“雅苒伯克兰”轮船艏布置了一个简易的驾驶室，用于必要时的人工操纵或干预、应急操纵，并于2020年11月24日移交给雅苒，见图9。雅苒的部门负责人表示，现在看到的驾驶室是临时布置的，待船上所有工作完成后就会拆除;将进一步开发“雅苒伯克兰”轮的各个项目，康斯博格将实施各种自主功能，然后将对该船进行商业和交通测试，会在2021年的某个时候——并且可能在年底前开始运营。

“雅苒伯克兰”轮通过大量的交通测试和设备的调整，于2021年11月19日开启其前往挪威首都奥斯陆的处女航。总理乔纳斯·加尔·斯托尔与渔业和海洋政策部长比约纳尔·斯凯兰参观了“雅苒伯克兰”轮。雅苒首席执行官霍尔塞特表示，现在将开始为期两年的技术测试期，该技术最终将使该船自主航行，并最终被认证为一艘自主的全电动集装箱船。

挪威近海管理局位于布雷维克港的船舶交通管理系统覆盖了“雅苒伯克兰”轮的整个正常航行水域。雅苒在波尔斯格伦基地、康斯博格设立专门的“雅苒伯克兰”轮运营控制中心（见图10），负责处理船舶状态监测、运营监督、决策支援，船舶及其周围环境的监测、紧急情况和特殊情况处理，以及与安全相关的方方面面。

由于实现船舶自动装货、自行离泊、在航道中的自主航行和自动避让障碍物及船舶、到达终点站时的自行靠泊和自动卸货非常复杂，所以计划一再推迟。尽管如此，一波三折后的“雅苒伯克兰”轮还是翩然而至。