汽车运输船型主尺度发展趋势

潘越,郭歆,黄戈,蒋永旭

(招商局邮轮研究(上海)有限公司,上海 200120)

随着汽车海运贸易市场的不断发展及船舶设计建造技术的快速进步,在规模化运输带来的经济效应的刺激下,全球汽车运输船朝着大型化趋势飞速发展[1],6 000车位以上的大型汽车运输船在全球船队总运力中的占比从2000年的不到20%大幅提升至2022年的超70%,见图1。与此同时,汽车运输船的主尺度却始终保持相对稳定,船长200 m、船宽32 m的船型在很长一段时间内是汽车运输船的绝对主力船型甚至是“标准船型”,这与日本汽车滚装码头、航道,以及巴拿马运河船闸等要素的综合限制有关。

图1 全球在营汽车运输船型占比走势

1 汽车运输船型主尺度的限制因素

1.1 船长限制

得益于发达的汽车制造业以及由此带来的强劲汽车海运出口需求,日本在全球汽车运输船的发展历史中占据着举足轻重的地位。1985年,全球海运汽车总量约为700万辆,其中有600万辆来自于日本生产[2];时至今日,日本仍以近19%的份额牢牢占据全球最大汽车海运出口国的位置。因此,日本的航道、码头限制,以及通航规定对汽车运输船的主尺度设计有着深远的影响。

日本名古屋港是全球第一大汽车出口港,占该国份额约30%,是许多涉及日本航线的汽车运输船的必经之港。名古屋港从事汽车滚装运输业务的码头共有4个,其中作为该港枢纽的金城码头汽车滚装泊位数量最多、分布最广,汽车装卸货业务最为繁忙。而该码头共计17个汽车滚装泊位中,仅有2个泊位允许船长200 m以上船型停靠,其余15个泊位均将船长限制在200 m及以下,见表1。尽管港内还有弥富码头和新宝码头可以接待船长200 m以上船型,但二者泊位合计仅有5个,且前者的业务量仅为金城码头的1/8,而后者由于是丰田专用码头,存在较多的运营限制,因此对于绝大多数长期运营日本汽车进出口航线的船东而言,承接名古屋港业务就必须考虑金城码头的泊位尺寸限制,从而在下单建造汽车运输船时将船长控制在200 m及以下。

表1 金城码头汽车滚装泊位限制条件

同时,根据日本海上交通安全规定,船长在200 m以上的船舶被定义为“巨大船舶”,在进入日本港口时会受到许多额外的航行限制[3],见表2。以名古屋港所在的伊势湾为例,海上交通指挥中心在认为有必要的情况下,有权对200 m以上的“巨大船舶”采取以下指示或措施,包括变更预定进入航道的时间、控制航道内航速、要求保持富余水深、要求其配备辅助航行的船舶等,从而增加了汽车运输船的航期、班次准点率、汽车装载量、进出港费用等关键运营要素的不确定性。因此,船东通常选择尽可能地将汽车运输船的总长控制在200 m以内。

表2 名古屋港航道的限制条件

1.2 船宽限制

全球汽车海运贸易主要集中在美国、欧洲和远东之间,航线横跨太平洋和大西洋,因此作为连接两大洋要道的巴拿马运河对汽车海运而言至关重要。在巴拿马运河扩建以前,32.3 m的船闸宽度限制是汽车运输船的“标准船宽”,而随着2016年运河扩建完工,船闸宽度不再成为船型发展的桎梏,汽车运输船的船宽不断向上突破,此后日本滚装码头的尺寸限制又再次成为汽车运输船船宽的“天花板”。

仍以名古屋港为例,尽管其航道宽度对船宽并不存在明显限制(见表2),但该港三大码头的绝大多数汽车滚装泊位均将船宽限制在了38 m以下(见表3),而当地的严格监管使得船宽38 m的运营限制更加难以突破。

表3 名古屋港3大汽车滚装码头对船宽的限制条件

1.3 吃水限制

与船长及船宽的限制类似,日本主要航道及码头的水深限制对汽车运输船的吃水同样有较大影响,以名古屋港为例,北航路航道是汽车运输船通往金城码头及新宝码头的必经之路,该航道的最大吃水限制为12 m;而金城码头大多数汽车滚装泊位的前沿水深在10.5m左右(见表4),与之对应的,目前全球汽车运输船队中超过90%的船舶将设计吃水控制在10.5 m及以下,成为一个重要的分水岭。

表4 名古屋港3大汽车滚装码头对吃水的限制条件

2 汽车运输船型主尺度的发展演变

汽车海运贸易起源于20世纪60年代挪威船东华伦威尔森(Wallenius Wilhelmsen)经营的RoRo/Container船型,经过2代船型发展,在1975年诞生了全球首艘纯汽车运输船(pure car carrier,PCC),总长200 m、宽28.2 m,装载量为4 900车位[4]。在1977年诞生了首艘汽车及卡车专运船(pure car and truck carrier,PCTC),总长190 m、宽32.2 m,装载量为5 500车位。在日本码头、航道以及巴拿马运河的限制下,总长200 m、宽32 m的船型一度成为标配,直到部分船长为230 m的大型汽车运输船(large car and truck carrier,LCTC)的出现,不经停日本港口或只停靠日本的非限制性港口,而后随着巴拿马运河扩建完工,总长控制在200 m以内但船宽超过32.3 m的超巴拿马(Post-Panama)船型逐渐占据主流地位。

2.1 船长的发展演变

本世纪以来汽车运输船历年新签订单的船型总长分布及走势见图2。在2000-2010年期间,全球汽车运输船开始向6 000车位及以上的大型化船型迅速发展,总长199～200 m的船型已经占据了历年订单的过半份额,此时超200 m总长的船型,主要是总长在230 m左右的LCTC船型也是市场订单的重要组成部分。

图2 全球汽车运输船历年新签订单船型的总长分布及走势

自2010年至今,汽车运输船大型化趋势愈发显著,其中绝大多数订单都已转化成200 m船长的船型,装载量均在6 000车位以上,低于199 m船长的中小船型成为边缘角色;随着巴拿马运河的扩建,总长230 m的LCTC船型也被总长控制在200 m以内但船宽超过32.3 m的超巴拿马船型所取代,后者已成为绝对的主流船型,一方面体现了全球汽车运输船的大型化趋势已不可阻挡,另一方面也印证了日本滚装码头及航道对汽车运输船总长200 m的限制仍然难以逾越。

2.2 船宽的发展演变

本世纪以来汽车运输船历年新签订单船型的船宽分布及走势见图3。在2010年以前,巴拿马运河旧船闸的宽度限制将绝大多数的汽车运输船船宽限定在了32.3 m及以下,仅有极个别的订单选择超巴拿马船宽的船型。与船长的演变类似,大型化发展趋势使得32.0～32.3 m船宽、6 000车位以上的巴拿马船型成为了当时的主流选择。

图3 全球汽车运输船历年新签订单船型的船宽分布及走势

进入本世纪10年代,巴拿马运河的扩建为汽车运输船的大型化发展带来了里程碑式的重大机遇,LCTC的设计思路也从突破200 m船长的限制彻底转向到了突破32.3 m的船宽限制。由于扩建工程原定于2014年竣工,因此早在一个造船周期前的2012年,市场上的订单就捕捉到了这一机遇,船宽超32.3 m的超巴拿马船型开始崭露头角,市场份额不断扩大,直到近两年已经占据绝对的主导地位,受主要码头限制以及基于长宽比经济性的综合考虑,目前38.0 m船宽是最普遍的选择。

2.3 长宽比的发展演变

长宽比的发展演变则更加清晰地展现了汽车运输船型主尺度设计的思路转变。如图4所示,2000-2010年间,总长200 m、船宽32.0 m的主流设计使得平均长宽比长期稳定在6.2左右,而2010年以后,超巴拿马船型的崛起使得长宽比不断降低,直至稳定在目前总长200 m、船宽38.0 m船型平均长宽比5.26左右。

图4 全球汽车运输船历年新签订单船型平均长宽比走势

在大型化趋势下,6 000车位及以上大型汽车运输船的演变则更具借鉴意义。如图5所示,其长宽比发展可清晰划分为3个区域,即7.0+区域、6.0+区域及5.0+区域。

图5 全球6 000车位以上汽车运输船 历年新签订单船型的长宽比分布

1)7.0+区域代表了总长约230 m、船宽约为32.0 m的LCTC船型,在本世纪初成为大型化趋势下的设计思路之一,即在确保巴拿马运河通过性的前提下,牺牲日本航线的多样性,以大幅提升大型、重型汽车的装载量;而随着运河扩建完工,该船型再度被经济性更好、航线适应性更强的总长200 m、船宽38.0 m的超巴拿马船型取代,2010年以来全球仅有4艘订单沿用总长200 m、船宽38.0 m的LCTC船型设计。

2)6.0+区域代表了总长约200 m、船宽约为32.0 m的巴拿马船型,综合考虑 码头、航道以及运河的尺度限制,是巴拿马船闸扩建之前最主流的船型。

3)5.0+区域代表了总长约200 m、船宽约为35.0～38.0 m的超巴拿马船型,其中2016年新巴拿马船闸未正式通行之前,长宽比集中在5.5附近,反映了总长200 m不变、船宽设计在原先32.3 m的基础上探索性地提升至35.0 m左右;而随着2016年扩建完工以来超巴拿马船型实际运营中的不断地反馈优化,船宽设计已经逐渐提升并稳定在了38.0 m左右,长宽比因此降至5.26左右。

3 主尺度演变对船舶性能的影响

3.1 对稳性的影响

汽车运输船甲板层数多,空船重量大、重心高,装载汽车的重心也处于较高的位置,加之外板迎风面积很大,对稳性提出了极高的要求。在超巴拿马船型出现之前,总长200 m、宽32.3 m的巴拿马船型经历了30多年的不断优化和升级,在有限的尺度下实现了装车量的不断提升,但由此也带来了重心高度的提升[4](见表5),必须通过增加形状稳性以及增加压载水等措施来弥补稳性的不足。

表5 3代典型总长200 m、船宽32.3 m汽车运输船型相关参数比较

超巴拿马船型的出现在很大程度上缓解了大型化趋势下装车量不断提升引起的稳性不足的难题,由于解除运河船闸限制后的加大船宽增加了初稳性高度,稳性得以明显改善,减少了对压载水的需求,从而进一步提升了增加装车量的设计空间,装载能力从曾经的6 500车位左右迅速优化提升至当前的9 000车位左右。

但也注意到,在当前38.0 m船宽的限制下,装车量继续提升的空间已十分有限,从目前相同主尺度下的9 000车位和7 000车位PCTC船型的参数对比来看,前者空船重心高度和装载车辆重心高度均显著高于前者,从而引发后续一系列连锁的稳性补救措施。可见,在当前200 m总长、38.0 m船宽的尺度限制框架内,稳性考量仍然是船型开发的重中之重。

3.2 对快速性的影响

长宽比是体现船舶快速性的重要指标,从前面的分析来看,近10年来超巴拿马型船型的崛起和逐渐主流化使得长宽比指标明显下降,结合近10年来汽车运输船平均航速指标逐步下降的趋势来看(见图6),确实对汽车运输船整体的快速性产生了一定影响。

图6 2012年以来全球6 000车位以上 汽车运输船平均运营航速走势

尽管实际运营航速与许多因素有关,但从中至少可以看出,对汽车运输船船东而言,尽管是班轮性质的运输,但对装载量需求的优先度仍要明显高于快速性,意味着增加装车量带来的规模化运输效益对汽车运输船的运营经济性提升贡献显著,因此装载能力仍然是船型开发时应当优先考虑的首要指标。

4 结论

汽车运输船的大型化经历了从20世纪的约5 000车位到21世纪00年代的6 000～7 000车位,直至10年代以来的70 00～9 400车位这三大发展阶段。其中最重大的转折点是巴拿马船闸扩建后突破了船宽32.3 m的限制,汽车运输船设计装载能力得以大幅提升。装车量提升带来的重心高度提升对汽车运输船的稳性提出了更大的挑战,保证稳性仍然是船型开发时的首要考量;长宽比的下降对汽车运输船的快速性产生了一定影响,但从运营经济性角度而言提升装载能力的设计优先度仍要明显高于快速性。

迄今为止,日本汽车滚装码头的泊位尺寸及相关通航规定对船长200 m、船宽38.0 m的限制仍然影响深远;结合现有规划及监管趋势来看短期内也很难突破,预计总长200 m、宽38.0 m的超巴拿马船型仍将在未来较长时间内占据主导地位。然而另一方面,在全球新能源汽车蓬勃发展的浪潮之下,传统的汽车海运贸易格局正在发生深刻的变化[5],日本的汽车海运出口领先地位正在被逐步蚕食,以中国-欧洲新能源汽车进出口航线为代表的海运线路正在强势崛起。因此从中长期来看,日本航线的重要性将逐步下降,日本相关汽车滚装码头的限制影响力也将逐渐减弱,新的市场环境下船东的需求和意愿也会随之改变,未来汽车运输船型有望逐步突破船长200 m以及船宽38.0 m的限制,从而向万车位级及以上发展。