3E巨无霸揭秘

李 源

近日，有消息称，马士基航运将于今年7月将首批交付的12艘3E级集装箱船投放到亚欧航线上。消息一出，立刻引来业界的广泛关注。那么，让我们走近3E级集装箱船，从它的设计亮点、建造技术、港口接待能力，以及该船强大的材料回收能力等方面，全方位、多角度的揭开它的神秘面纱。

3E级大船来袭

据了解，2011年2月，马士基向大宇造船与海洋工程公司订购10艘18000TEU集装箱船，每艘造价1.9亿美元，另外还有2个10艘的选择权订单。同年6月，马士基行使了1个10艘的选择权，即马士基共向大宇造船海洋订购了20艘18000TEU集装箱船。第一批的10艘将于2013年和2014年交付，其中首艘将于2013年7月交付。第二批的10艘将于2014年和2015年交付。这两批船采用比较宽松的付款条件，建造时付40%，余下60%的款项交付时付清。

图1 3E级集装箱船效果图

3E分别代表规模经济（Economy of Scale）、能源效率（Energy Efficiency）和环境绩效（Environmentally Improved）。该船型总长400米，宽59米，深7.3米，是目前世界上最大的集装箱船，而且环保性能也相当优异。例如，运输1吨货物1km仅排放3g左右的CO2，该船单位集装箱产生的CO2排放量将比马士基所拥有的上一代“E”级船（亦被称为PS型，即超苏伊士型集装箱船，2006～2008年建成，共8艘，首艘为“Emma Maersk”号）少20%，比目前亚欧航线上运营的集装箱船少50%。另外，单位集装箱燃料消耗量将比未来几年交付的用于亚欧航线的13100TEU集装箱船减少35%。

3E级船舶通过以下三种方面来减排。第一，超大船型可装载更多集装箱，这样就降低了单位集装箱的排放量。第二，该船设计航速相对较低，因此发动机功率比类似船舶小。第三，配备废热回收系统，将废热能转化为推进能量。

3E级船在建造过程中被分为425个分段。从开工建造到交付，每艘船需花费375天。首个建造阶段为分段建造，由韩国和中国的几十个分包商承建，共需花费161天。第二阶段为分段合扰，建好的分段通过重吊船陆续运到船厂，所有425个分段运送到位，并焊接在一起，形成21个大型的环状结构，之后，再将它们一一安装焊接到位，共需花费65天。第一阶段和第二阶段是同时进行的。

整个建造过程中，可允许的最大误差值为5mm。这样可确保船舶的结构完整性，以及所有管道、电缆、泵、发动机、通道等均能准确对接。

第三和最后一个阶段是耗时最长也最重要的部分，即坞内机器试验以及海上试验，为期214天。

3E设计亮点

3E级集装箱船的设计工作早在2010年就已经开始，当时马士基的想法是建造一艘适用于亚欧航线的集装箱船，每航程可以搭载更多货物，油耗尽可能少，同时尽可能环保。该船最初的设计目标为船长与“Emma Maersk”号相近，但需要多装载2500个集装箱，在较低的航速下进行优化。

U形船体。为了在不过多增加船长的基础上，尽可能多地搭载集装箱，该船的船体采用U形设计，上一代的“Emma Maersk”号为V型，U型的好处是舱内可装载更多集装箱，因此3E级仅比E级长4米，宽3米，却可多装载2500个集装箱，装箱量增加了16%。3E级可装载23排集装箱，能更好地利用目前港口吊的延伸范围，“Emma Maersk”号为22排。

推进系统。该船最高航速为23节，比“Emma Maersk”号低2节。降低航速使得船舶对动力的需求也降低了，该船动力需求仅为65000～70000KW，而“Emma Maersk”号的动力需求为80000KW。该船采用双机双桨双尾鳍推进系统，其推进系统消耗的动力约比“Emma Maersk”号单机单桨推进系统少4%。船上配置2台MAN柴油机，每台可产生32065KW的动力，分别驱动1个直径为9.8米的4叶螺旋桨，燃料消耗量为168g/kW·h。“Emma Maersk”号采用的是1个直径为9.6米的6叶桨。3E级船的螺旋桨布置可提供更大的推进动力，桨叶数的减少降低了阻力。一般来说，采用单台发动机效率更高，但是该船使用2个螺旋桨使压力能更好地分配，增加的螺旋桨效率超过了2台发动机的效率损失。

3E级船上还安装了废热回收系统，可利用发动机废热，共可节省10%的主发动机动力。进一步减少了燃料消耗。

图2 3E级船采用的U形船体

图3 3E级船采用的双机双桨双尾鳍推进系统

布置特点。“Emma Maersk”号的甲板室和烟囱布置在船中部，封闭式驾驶桥楼位于甲板室顶部。3E级船的甲板室相对来说更靠前，驾驶桥楼位于甲板室顶部，机舱则位于船后部，烟囱位于机舱的上方。这样的布置可允许驾驶桥楼前方的集装箱堆叠得更高，同时仍保持足够的可视性，能满足SOLAS V/22规则对大型集装箱船桥楼可视性的要求，另一方面生活区的噪声水平和振动水平也较低，还可以增加船体强度。不过这种布置特点并非3E级的首创，三星重工14000TEU、16000 TEU集装箱船以及STX公司的13000TEU集装箱船都采用了这样的设计。

图4 3E级船布置图

图5 马士基四型集装箱船桥楼布置对比图

从图5马士基公司不同年代从大到小四型集装箱船的布置中可以看出，随着装箱量的越来越大，集装箱船的驾驶桥楼在不断地往前移，直到3E级船时，采用了上述驾驶室与机舱分离的“双岛式”布置。

船型优化。为了达到最佳的效率，3E级船的设计团队对船型进行了优化，首先使用CFD软件对船体形状进行优化，比如船首部分，优化前的设计方案如图6（上），优化后的如图6（下）。图中红色和蓝色的部分显示了球鼻首产生的波浪，通过优化，将此处产生的波浪减至最少，从而减少能量损失。

正是在CFD优化过程中，设计团队意识到该船较低的航速允许超长冲程发动机以较低的转速运转，这样可以通过使用两台发动机来减少油耗，比使用单台发动机（高航速）更节省能源。

其次使用长10米，1：38的比例模型进行船模试验，以检验3E船在正常海况和极端海况下的状态。最后在海试阶段还会对所有船上系统、油耗、报警器、振动、噪声、动力管理等进行验证。

绿色回收系统

每艘3E船需要用掉6万吨钢材，一个系列20艘船共需用掉120万吨钢材。钢材回收很普遍，但在回收过程中，钢材经常会和其他金属材料混在一起，这会降低回收钢材的质量。马士基思考的问题是设计一种船舶，确保在回收后仍能保持造船用钢的质量。

图6 3E级船船型优化

图7 3E级船舶的回收

之前没有一家航运公司从事过这项工作，马士基计划为该船所用的材料制作详细目录“摇篮到摇篮”护照，护照将记录该船所有建造材料，这表示当船舶退役时，该档案将确保所有材料能以最安全、最有效的方法被重新利用、回收或处置。该护照使用在线数据库，该数据库有船上所有主要部件的详细信息。数据库最初是由Hewlett-Packard为汽车工业所开发，现在也有了其他行业，包括船舶行业适用的版本。部件供应商将各自提供产品的详情录入数据库中。马士基公司还计划建立该船的3D模型，与数据库中的信息一起使用可以更大范围更高质量地定位并回收部件。

根据欧盟的规定，数年前汽车工业编制材料目录已成为一个标准。此次建造3E级船舶过程中，共有约75个供应商。马士基预计数据库将涵盖95%左右的船舶重量。不过首艘下水时该“摇篮到摇篮”护照还无法准备好，但一定会早于IMO强制要求前准备好。

亚欧航线迎“3E”

由于尺度的限制，3E级船将仅能用于亚欧航线，能停靠的港口也很少。就目前而言，美国港口无法容纳这么大尺寸的船舶，现阶段可以容纳该船的港口有亚洲的上海港、宁波港、厦门港、烟台港、香港、马来西亚丹戎帕拉帕斯港和新加坡港，以及欧洲的鹿特丹港、瑞典哥德堡港、德国不来梅港、英国费利克斯托港和波兰格但斯克港。另外，该船也无法通行于新巴拿马运河。因此该船的主要航线应是通过苏伊士运河航行于亚欧航线（3E级船的吃水为14.5米，苏伊士运河的最大吃水限制为16米）。

许多港口已开始为3E级船的靠港作准备，要想容纳这样一艘宠然大物不是一件容易的事。由于还未有实船面世，该船的尺度几乎是难以想象，它只能停泊在最大的港口。并且即使在这样的大型港口，仍然需要做很多准备工作以确保完全发挥出该船大尺度的优势。3E级的集装箱堆叠很高，港口设备需要进行大的改动，港口基础设施也需要进行大的投资。

历史上，由于船舶尺度增加需要港口进行相应基础设施升级的例子并不鲜见。1970年，港口起重机通常能处理堆叠至35米高的集装箱，1995年增加到52米，2002年增加到58米，随着3E级船的面世，起重机需要处理69米高的集装箱堆叠。

为了迎接3E级船靠港，马来西亚丹戎帕拉帕斯港安装了8个新型高吊，修建了2个新泊位，每个长350米，深19.5米。这两个泊位相邻设置，总长可达700米，这样一来就可轻松容纳400米长的3E级船舶。进行这些准备工作的时间也相当紧张，改造工作自2012年11月开始，2013年4月完工，7月起重机安装到位，正好赶上首艘3E级到访。好在丹戎帕拉帕斯港的水道足够深，不需要进行其他挖掘工程。西班牙的Algeciras港也在进行类似的准备工作。港口将安装4台新的高吊，还需挖掘近1km的水道以确保拥有足够的深度可容纳该船。

3E级船最初将航行于AE10航线，到访全球14个港口，随着其他同级船的交付还将用于其他航线。有分析认为，这些船舶交付后，可能穿梭航行于两个主要港口，再使用其他小型船舶将货物运送到支线。这样的运营模式将会极大地改变目前的集装箱航运市场。实际上在干散货航运市场也在开发类似的运营模式。

记者观点

目前，集装箱船的发展趋势是船型越来越大。2004年马士基向旗下的欧登赛船厂订购了世界上第一艘超大型集装箱船15550TEU的“Emma Maersk”号，掀起业界订购万箱以上集装箱船的风潮，至2013年4月1日，据Alphaliner的统计数据，全球共有万箱以上集装箱船170艘，总运力超过217万TEU，占集装箱船船队总运力的13%，且未来还会进一步增加。

时隔7年，马士基再次推出世界最大的集装箱船，带给了业界巨大的冲击，很可能会再一次引起集装箱船船队的升级。目前18000TEU集装箱船还未有实船交付，但已有航运公司决定紧随马士基的步伐，例如中海集运宣布订造5艘18400TEU集装箱船。也有航运公司对这么大型的船只持观望态度，如阳明海运虽然也决定对船队进行升级，但只将目光锁定14000～16000TUE的超大型集装箱船，预计会订造5艘。原因是目前船级社、造船界对18000TEU集装箱船的剪力和弯矩还有一些疑虑，相比之下14000TEU和16000TEU集装箱船技术已经成熟。无论如何，市场竞争的压力催生了造船新技术的发展，引导了行业的更新换代。