CN109552553B - 两万箱级绿色环保集装箱船及其智能管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两万箱级绿色环保集装箱船及其智能管理方法，该船舶采用宽浅化设计，采用机舱与居住区分离的双岛布局结构，采用大开口的箱型货舱，配备有具有外绑功能的绑扎系统，配备高效节能的动力系统；同时采用智能化一人桥楼以及智能航行系统，以及采取了一系列的环保措施。本发明结构设计新颖，能够较大限度地提升装箱量，并且适合装载多种规格的集装箱，绿色环保水平高，智能化程度高，能实现远程实时监控管理，是一款运用智能管理的大型绿色环保集装箱船。

Description

两万箱级绿色环保集装箱船及其智能管理方法

技术领域

本发明属于船舶设计技术和管理领域，具体涉及一种两万箱级绿色环保集装箱船及其智能管理方法。

背景技术

随着航运成本的增加和运价的降低，降低单箱成本成了大势所趋，以便保持盈利能力。需设计合适尺度、布置合理的大型集装箱船；在传统型单岛布局中，集装箱船的机舱和居住区位于船体后部，可充分利用尾部瘦削的空间，缩短轴系长度，但随着超万箱级集装箱船的装载数进一步增加，传统单岛布局已无法满足公约和规范对驾驶视野的要求，必须削减前面阻碍视线的集装箱层数，载箱数将会受到较大的减少，船舶营运经济性降低。随着国际上对环保的呼声越来越高，目前的非环保船面临淘汰，必须提高船舶的环保指标。随着信息化时代的到来，信息孤岛型船不利于市场竞争，有必要引入互联网技术，推进智能化水平。随着人们对舒适环境的追求，有必要改善船员的驾驶体验。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种设计新颖，能够较大限度地提升装箱量，并且适合装载多种规格的集装箱，绿色环保水平高，智能化程度高，能实现远程实时监控管理的两万箱级绿色环保集装箱船及其智能管理方法。

技术方案：本发明所述的一种两万箱级绿色环保集装箱船，包括：

船舶结构：该船舶整体结构采用宽浅化设计，采用机舱与居住区分离的双岛布局结构，采用大开口的箱型货舱，配备有绑扎系统，配备高效节能的动力系统，船体梁的载荷采用水弹性力学计算分析；

智能化一人桥楼：包括航行和操纵工作站、监测工作站、操舵工作站、靠泊工作站、航行规划工作站、安全工作站、通信工作站和指挥工作站；

智能航行系统：包括航路优化系统、能效监控系统、纵倾优化系统、航速优化系统；

所述的航路优化系统接收船上和在线两部分的船舶参数数据，通过仿真、建模及预测完成航路的优化；

所述的能效监控系统基于网络系统在线监测跟踪船舶性能，定期查看船舶的能效状况信息，提供年度、季度、月或日的性能报告并进行分析和评估船舶的能效；

所述的纵倾优化系统应用流体力学CFD工具的仿真数值或水池试验数值，计算船舶在不同装载工况和不同航速下的阻力，在全面考虑航行视线、稳性、强度安全的基础上，给出船舶航行最佳纵倾浮态，为船舶实际营运中最佳纵倾操作提供建议；

所述的航速优化系统根据航次计划、燃料消耗、效益成本分析，提供航速优化方案。

进一步，所述宽浅化设计是指在满足港口吃水限制条件下，船舶宽度达到港口吊机延伸到的最大工作范围。

进一步，所述水弹性力学计算分析是将船舶定义为一种弹性粱而不是简单的刚体，通过软件对船舶的船体型线、船体质量沿全船的分布、沿船长各个剖面的特性进行分析，并将分析结果的热点疲劳寿命与把船体作为刚体的传统热点疲劳寿命进行对比，通过比值对结构热点的疲劳度寿命计算评估。

进一步，所述的航行和操纵工作站是对船舶进行操纵和控制，观察船舶运行状态，分析运行情形，设定航行轨迹，决定避碰操纵，同时与其他工作站保持通信；包括雷达、电子海图、视频监控系统、主机操控装置、手动/自动操舵装置、综合航行信息显示及报警管理系统，且设置了自动电话、甚高频无线电话、汽笛按钮通信设备，驾驶室中央前壁装有舵角指示器、主轴转速显示器、回转速率显示器、倾角显示器、风速风向显示器、航速显示器及电子钟。

进一步，所述的航路优化系统中船上数据包括来自驾驶室、机舱及船体信息：风速、风向、水深、舵角、航速、船位、艏向、航线信息、主机功率、转速、扭矩、船体吃水；在线参数数据包括气象及洋流预测数据：风速及风向、浪的方向及周期、涌的方向及周期、浪和涌的组合高度、洋流的表面速度及方向。

进一步，所述的能效监控系统包括导航模块、推进模块、电力站模块和纵倾优化模块，每个模块包括数据获取和记录、显示、决策支持三个配置阶段。

进一步，还包括压载水处理单元、污水处理系统、污油焚烧炉、岸电系统环保设备，减少水污染和气体污染，船舶推进动力来自于具有低氮氧化物排放的低速主机，进一步降低气体污染。

进一步，该船舶的推进机器使用油类燃料或LNG燃料，船体的甲板上设置多层绑扎桥和与绑扎桥配合连接的自动扭锁装置、冷藏箱插座，货舱上方设置舱盖和通风系统。

进一步，所述绑扎系统中的绑扎桥采用单边剪力墙形式，绑扎桥的高度为三层半绑扎桥，即内侧为三层高，内侧集装箱为外绑方式；外侧为三层半高，对外侧受风集装箱用长杆绑扎，与绑扎桥配合连接处设有自动扭锁装置。

进一步，该船舶通过对LNG燃料舱、LNG管路、燃气供气系统设置的布置和空间预留，达到主辅机在今后能使用LNG作为燃料的目的。

本发明还公开了上述一种两万箱级绿色环保集装箱船的智能管理方法，包括：

航路优化管理方法：智能航行系统接收船上和在线两部分的船舶参数数据，通过仿真、建模及预测完成航路的优化；其中船上数据中的风速、风向、水深、舵角、航速、船位、艏向、航线信息，这些数据通过一人桥楼中的相关设备给到综合报警管理系统，由综合报警管理系统以串口信号形式给到智能航行系统，其他数据如主机功率、转速、扭矩、船体吃水均通过机舱的报警监测系统（AMS）给到智能航行系统，这些信号通过机舱AMS 收集起来，再由AMS 以串口信号形式给到智能航行系统；在线数据是智能航行系统统通过VSAT 与其岸基支持中心通信，结合准确的气象及洋流预测数据来进行航线优化，同时结合油价、船舶订单服务信息、泊位航道收费信息、船舶租赁信息、可停靠泊位信息、当前海域的风浪信息、船员及货物安全信息等生成最优路线；

能效监控管理方法：通过对主要耗能设备、轴功率监测设备、主要耗能设备的燃料计量装置、风速风向仪、全球卫星定位系统、计程仪、测深仪、船舶吃水计系统等的有关数据进行实时采集，监测主要耗能设备的功率、压力、温度参数，主要耗能设备燃料消耗参数，主机轴功率参数，风向、风力参数，船位、航向、航速参数，对水速度参数，船舶吃水值，船员实时了解当前船舶状态和油耗情况，通过计算机分析实时采集的数据，指导船员调整船舶和机器设备的参数、优化航行路线，从而实现整个航程的节能；

纵倾优化管理方法：通过CFD 模拟计算或水池试验结果，将船舶在航行中各吃水对应的不同纵倾下的阻力进行计算，得出了各吃水和纵倾下的主机马力与航速关系，将计算数据内置在配载仪电脑内，指导船员如何对船舶浮态做合理规划，找到阻力最小的浮态，从而实现节能；

航速优化管理方法：依据船舶航行数据，结合航次计划、航线特点、船舶效率、燃料消耗评估及航行成本核算分析结果，形成航速优化方案；输入预定的航行线路，船舶的首尾吃水、燃油价格、出港到港的预定时间，接收风、浪涌和潮流等气象及海况预报信息，将预定的航线分成许多段，在每一航段上计算出最佳航速，指导船员操作。

进一步的，纵倾优化管理方法中还综合考虑排水量、航速，船体污底及其变化，参考过往较长时间的实际航行数据，实时改变速度功率曲线。

有益效果：本发明的船舶采用宽浅化设计，在实现超大载箱量与载重量的前提下，通过宽浅化设计、提高方型系数，尽可能地适应更多港口的水深限制，并提高满载后的船舶稳性；采用双岛式布局，在改善驾驶视野的同时，提高了船舶装箱量；甲板上设置绑扎桥，能绑扎多种规格的集装箱，并配备电源插座能装载冷藏箱，箱型货舱设置通风和消防、探测装置，以便装载多个种类的危险品集装箱；舵、浆采用半悬挂舵和高效率大侧斜螺旋桨，主机采用低氮氧化物（NOx）排放的低速主机起到环保和降低油耗的作用，满足IMO能效设计指数第三阶段的要求，通过安装能耗管理系统，能够实时的采集船舶的浮态，主机、辅机的运行状态及油耗等各种数据，并且能够根据天气预报，电子海图信息规划最佳航行路线，可以通过控制主机转速来获得最佳能耗效率，该系统同时可装所有采集到的数据发到岸基，进行岸基分析，并且得到岸基的支持，同时能够根据设备的运行状况诊断故障，给出最佳设备维护方案；配备一人桥楼系统，船舶的操控高度自动化，改善了船员的驾驶体验，实现少人化。

附图说明

图1本发明一个实施例的总布置结构示意图；

图2为本发明一个实施例的船体中横剖视图；

图3为本发明一个实施例的一人桥楼工作站布局图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示的一种两万箱级绿色环保集装箱船，包括船体1，船体1上设有多个大开口的箱型货舱，船体1前端设有球鼻艏4，船体1尾端设有高效节能的动力系统，动力系统最优选取半悬挂舵和高效率大侧斜螺旋桨，但不仅仅限于上述动力系统，也可以采用其他的高效节能的动力系统。机舱与居住区分离布置，船体1的中前部上方设有居住区2和驾驶室3，对设置在驾驶室3上方桅杆上的天线等设施，如超过目标桥梁允许通行高度，设计为升降式或倾倒式。船体1的中后部下方和上方分别设有机舱室7和机舱棚及烟囱5，机舱室7内设有推进机器和控制设备，货舱两侧、机舱室7两侧设有甲板下通道10，甲板下通道10与引水员登乘处相连，甲板下通道10下方的纵壁内侧设有燃油舱9，船体1中部两侧双壳内设有平衡舱11和引水登员乘处，所述机舱室7前壁设有LNG燃料舱8，所述船体1的甲板上设置多层半绑扎桥6和与绑扎桥配合连接的自动扭锁装置、冷藏箱电源插座，货舱上方设置舱盖和通风系统，有冷藏箱电源插座的地方能装载冷藏箱，有通风、探测和消防系统的货舱能装载危险品货物。

本发明中，船体1的舭部12采用台阶结构，充分利用底部型线收缩的空间，较大程度地提高装载箱量。

本发明中，船首设有广谱低阻力的球鼻艏，利用水池试验，考察不同航速下的兴波阻力，研究合适的减阻球鼻艏形状，选择较广的航速优化范围，优化出具有较广航速范围的减阻球鼻艏形状，以便将来实际营运中，无论船舶处于高速航行或中速航行均能达到较佳的减阻效果。

本发明中，根据超大型船舶特点，在波浪中船体梁的载荷确定方法上，采用水弹性力学计算。传统的水动力计算中是把船体作为一个刚体来处理的，对于小型船舶这种处理是合适的，但是对于超大型的船舶，船舶的整体刚性下降。在船体与水的交互作用中，船体表现出一种弹性梁的特性，不能再把船体简单的处理为一个刚体，这种情况下水弹性效应对于疲劳寿命的影响不能忽略，为了表现这种船体与水的交互作用，并量化其对结构疲劳强度的影响，需要进行水弹性计算，水弹性计算是通过成熟的船级社软件进行，对于水弹性计算来说以下参数是特别重要的：

1）船体型线；

2）船体质量沿全船的分布（重量，重心）；

3）沿着船长各个剖面的船体剖面特性。

通过水弹性计算得到传统的疲劳谱分析计算中（把船体作为刚体）热点的疲劳寿命与考虑水弹性效应的热点疲劳寿命的比值，通过该比值进行结构热点的疲劳寿命计算评估。在舱口角隅、集装箱台阶等局部结构形式方面，采用疲劳谱分析方式确定，根据应力水平，对厚板选用EH47、EH40等级别的高强度止裂钢，提高抗裂性。

本发明中，在绑扎桥的形式方面，采用单边剪力墙形式。绑扎桥的高度为三层半绑扎桥，即内侧为三层高，内侧集装箱为外绑方式；外侧为三层半高，对外侧受风集装箱用长杆绑扎，与绑扎桥配合连接处设有自动扭锁装置。

本发明的船体上还安装有压载水处理单元、污水处理系统、污油焚烧炉、岸电系统（AMP）等环保设备，减少水污染和气体污染。另外，燃油舱布置在居住区下方纵壁内侧，防止燃油泄漏对海洋环境污染，其中部分舱为低硫燃油舱，低硫燃油经过主机燃烧后排出废气的硫含量较低，减少对大气的污染；在排放限制区域使用LNG燃料，减少硫氧化物和固体颗粒物排放；安装的压载水处理单元，对压载水进行处理，减少海洋微生物，防止压载水在不同港口排放时造成水生物污染；安装的污水处理系统、污油焚烧炉分别处理船上的污水和污油，保护海洋。安装的岸电系统，当船舶在靠港期间，可完全关闭船上的发电机，利用岸电满足船舶的用电需求，减少了发电机产生的废气排放。

另外，本船舶还引入了LNG-Ready概念，通过对LNG燃料舱、LNG管路、燃气供气系统设置的布置和空间预留，达到主辅机在今后能使用LNG作为燃料的目的。

考虑到深海船舶在排放控制区(ECA)的航行需更换轻质柴油或其他清洁能源，使用相对低廉的LNG燃料不仅可以满足该区域的排放标准，而且在一定条件下，LNG燃料与轻质柴油间的差价还可以节省巨额燃料费用, 因此LNG 燃料越来越受船东的追捧。但是由于目前全球LNG燃料港口加气终端发展严重滞后，尚不能达到完全使用LNG作为燃料的使用需求，因而本船推出了LNG-Ready概念，达到将来船舶改装成LNG燃料动力船的可能性。

集装箱船驾驶室采用全封闭式一人桥楼设计，其在船舶航行时驾驶室内仅需一人操纵，省去其他值班人员，从而降低成本，提高了该船的营运效率。除此之外，一人桥楼设计也大大提高了船舶的航行安全性。因为一人驾驶桥楼能够最大限度地排除影响航行安全的人为因素。它将驾驶室内的电子海图、通信导航等设备集中监视，通过计算机网络系统来控制通导，实行全球定位，使船舶能够按设定的航线自动操舵航行。

具体的如图2所示，该集装箱船一人驾驶桥楼的功能设计主要是满足合理的功能分区和配置，有效提高驾驶员的工作效率。其功能配置主要划分为八个工作站，即航行和操纵工作站、监测工作站、操舵工作站、靠泊工作站、航行规划工作站、安全工作站、通信工作站和指挥工作站。

航行和操纵工作站是主要的操作位置，驾驶员在一人驾驶时可在此位置完成日常操作。主要功能是对船舶进行操纵和控制，观察船舶运行状态，分析运行情形，设定航行轨迹，决定避碰操纵，同时与其他工作站保持通信。驾驶员在此能有效观察船舶环境，在突发事件发生时能迅速完成船舶操纵，保证船舶安全。集装箱船的该控制站上配有雷达、电子海图（ECDIS）、视频监控系统（CCTV）、主机操控装置、手动/自动操舵装置、综合航行信息显示及报警管理系统等。综合航行信息显示及报警管理系统上可以综合显示船舶的当前状态，如艏向信息、速度、侧推状态、主机运行状态及驾驶室内部报警等。驾驶员可根据综合航行信息显示及报警管理系统显示的信息判断船舶的航行状态。另外，该工作站配备了自动电话、甚高频无线电话、汽笛按钮等通信设备，用于船舶内部或与其他船舶间的信息交流及传递。在驾驶室中央的前壁装有舵角指示器、主机转速显示器、回转速率显示器、倾角显示器、风速风向显示器、航速显示器及电子钟，使驾驶员对船舶的必要航行参考信息一目了然。以上配备可确保驾驶员在该工作站对船舶进行独立、有效、安全的操纵。

当多个驾驶员在桥楼上工作时，监测工作站上的驾驶员可在该工作站对船舶状态进行检测，协助航行及操纵工作站上的驾驶员完成航行任务。集装箱船在此站配备了雷达、ECDIS、机舱报警监测、货舱风机、冷藏箱监测及照明监测等。驾驶员可通过观察雷达和ECDIS 对外部航线信息进行检测。同时，机舱报警检测集成机舱各辅机的运行状况，货舱风机及照明监测显示风机运行状态及照明系统的开启和关闭。驾驶员可以通过这些设备分别对机舱设备，货舱风机及船舶照明状态进行监测。另外，集装箱船在此站还设有侧推控制，可协助两翼完成侧推操作，协助靠港。

航行规划工作站即为海图区。该区域除了通常配置的纸质海图外，还在航行规划工作站配备了独立的ECDIS，船舶在启航前或航行中均可通过ECDIS 进行电子航线规划，并将规划的航线共享到航行和操纵工作站及监测工作站的ECDIS。除此之外，此工作站还配备了DGPS（差分全球定位系统）、气象传真机、电子钟、测深仪、气压计等，驾驶员可以通过这些设备来辅助规划航线。

集装箱船的通信工作站配置了2 套卫通C 站、MF／HF 电话、卫通FBB500、SSAS 报警系统、航行警告接收机等设备。通过海事宽带网络的连接，可以及时将远洋船舶的设备工况传输到岸上显示监控中心，达到数据同步。另外，集装箱船所配备的远程识别与跟踪系统（LRIT），可将船舶身份、船位和时间等数据，通过C 站以固定时间或收到轮询后向岸基发送，实现岸基对船舶的远程识别与跟踪。

除此之外，集装箱船所配备的VSAT 卫星通信系统，可以实现语音电话、视频传输、Internet 应用、远程监控等。构建船岸通信系统，与其它系统一起实现智能航行。

集装箱船配备的智能航行系统，包括了航路优化系统、能效监控系统、纵倾优化系统、航速优化系统，该智能航行系统可以接收Onboard（船上）及Online（在线）两部分数据，通过仿真、建模及预测完成航路的优化。

计算模型由两部分组成：

船上部分，其数据主要来自驾驶室、机舱及船体等。驾驶室数据主要包括风速、风向、水深、舵角、航速、船位、艏向、航线信息等。这些数据通过一人桥楼中的相关设备给到综合报警管理系统（BAM），由BAM 以串口信号型式给到智能航行系统。其他数据均通过机舱的AMS给到智能航行系统，主要包括主机功率、转速、扭矩、船体吃水等。这些信号通过机舱AMS收集起来，再由AMS 以串口信号型式给到智能航行系统。

在线部分，智能航行系统通过VSAT 与其自身提供的岸基支持中心通信，结合准确的气象及洋流预测数据来进行航线优化，这些预测数据包括：

1）风速及风向；

2）浪的方向及周期；

3）涌的方向及周期；

4）浪和涌的组合高度；

5）洋流的表面速度及方向。

风浪的预测数据主要来自美国国家海洋和大气局（NOAA）的Wave watch III模型。洋流的预测数据来自美国海军海洋测量局的海军全球运作海洋模型（NCOM）。预测周期为未来的5 天（120h），并且每天更新一次数据。预测精度为1.25°×1°。气象预测数据将被压缩成GRIP2 格式，约5M 大小传到船上。

除此之外，该智能航行系统也可以结合油价、船舶订单服务信息、泊位航道收费信息、船舶租赁信息、可停靠泊位信息、当前海域的风浪信息、船员及货物安全信息等生成最优路线。

随着节能环保要求的不断提高，国际海事组织IMO 出台了新船的能效设计指数（EEDI）和船舶能效管理计划（SEEMP），提出了三阶段减排计划，减少船舶设计和运营中对环境的危害。本发明的集装箱船设计具有较高的能效水平，包括采用广谱低阻力的球鼻艏，螺旋桨进行了优化设计，船体采用新型低摩擦节能防污漆。船上安装了一整套能效管理系统，可以对能效状况实时监控，提供最优的纵倾和航速建议，降低能源消耗。

能效监控系统基于网络系统在线监测跟踪船舶性能，定期查看船舶的能效状况等信息，并提供年度、季度、月或日的性能报告进行分析和评估船舶的能效。该系统可以对主要耗能设备（主机、发电机）、轴功率监测设备、主要耗能设备的燃料计量装置、风速风向仪、全球卫星定位系统、计程仪、测深仪、船舶吃水计系统等的有关数据进行实时采集，监测主要耗能设备的功率、压力、温度参数，主要耗能设备燃料消耗参数，主机功率参数，风向、风力参数，船位、航向、航速参数，对水速度参数，船舶吃水值等。船员可实时了解当前船舶状态和油耗情况。通过深入分析实时采集的数据，指导船员调整船舶和机器设备的参数、优化航行路线，从而实现整个航程的节能。

该能源监控系统中，可以分为导航、推进、电力站、纵倾优化模块。每个模块基本包括三个配置阶段，数据获取和记录、显示、根据模拟和优化提供决策支持。导航模块，连接船上的GPS 设备、报警系统、岸基气象站等，分析和显示GPS 船位、天气和海况信息。推进模块，连接在机舱监控报警系统和电源管理系统上，收集和记录数据。该模块实时监测影响推进器运作的参数，包括最佳航速，燃料特性和燃料燃烧的能源平衡计算；螺旋桨的滑脱参数。利用测量出的数据，船体阻力，主机模型和优化算法，从而提供对滑脱、舵效和热能效率的建议，并给出参数调整的建议和最佳值。电力站模块，连接在电源管理系统上，显示发电机和消耗装置的控制操作，同时提供主要发电机有效操作的重要建议。

纵倾优化即应用流体力学CFD 的仿真数值或水池试验数值，计算船舶在不同装载工况和不同航速下的阻力，引进系统优化思想，以最小阻力为目标，在全面考虑航行视线、稳性、强度安全的基础上，给出船舶航行最佳纵倾浮态，为船舶实际营运中最佳纵倾操作提供建议。

研究发现不同纵倾下的船舶阻力差异较大。不同吃水、航速条件下，船舶均存在一个最佳纵倾，在最佳纵倾下航行阻力最低，能够节省大量的燃料。通过CFD 模拟计算和水池试验结果，将船舶在航行中各吃水对应的不同纵倾下的阻力做了计算，得出了各吃水和纵倾下的主机马力。将计算数据内置在配载仪电脑内，指导船员如何对船舶浮态做合理规划，找到阻力最小的浮态，从而实现节能。

通常船舶停靠港口时，吃水和纵倾都能够准确地测量。然而静态纵倾(船舶静止时的测量值) 和动态纵倾(船舶移动时的测量数据)，总会有明显的差异。这种差异的大小取决于船舶的设计和装载情况，也和速度及其他许多变量如天气，水深等有关。纵倾数据收集和记录系统，与船上的测深系统、配载计算机和首尾安装的压力传感器相连。船上安装有高精度的吃水检测系统，收集并记录吃水和纵倾数据，并能精确地测量动态纵倾。在准确的动态纵倾数据基础上，可以将船舶调节到最佳动态纵倾范围。在最优动态纵倾下，船舶工作效率最高，从而使因纵倾不佳造成的尾流和阻力而损失的能量最少。

随着船舶运营时间加长，海洋生物附着到船体外表面，形成的污底会降低船的效率。监测船体和螺旋桨的性能，有助于决策清洁船体或螺旋桨的周期。由于清洁船体的费用很大，船舶后期维护的计划是重要事项。最佳纵倾取决于排水量、航速、船型、船体和桨的水动力性能参数，船体污底及其变化，改变速度功率曲线，因此纵倾对油耗和能效的影响也会变化。纵倾优化系统能够考虑这些因素，计算最佳纵倾，为船员提供更准确的纵倾建议。

航速优化系统根据航次计划、燃料消耗、效益成本分析等，提供航速优化方案。依据船舶航行数据，结合航次计划、航线特点、船舶效率、燃料消耗评估及航行成本核算分析等结果，形成航速优化方案。输入预定的航行线路，船舶的首尾吃水、燃油价格、出港到港的预定时间，还可以接收风、浪涌和潮流等气象及海况预报信息，将预定的航线分成许多段，在每一航段上计算出最佳航速，指导船员操作。

集装箱船安装的能源监控系统，具备在线监测船舶性能的功能，根据海况和气象信息优化预定航线，给出优化后航线上各设定点之间的最佳航速，系统与主机控制系统实现连接，自动设定主机转速达到最佳航速，达到能效控制智能化水平。此外，该系统可以集成在船岸数据通讯终端，具备和船岸数据通讯终端系统进行通讯的接口，由该终端实现船岸通讯或者系统本身实现船岸通讯功能，方便船舶管理公司对船舶进行实时监控和管理。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种两万箱级绿色环保集装箱船，其特征在于：包括船舶结构：该船舶整体结构采用宽浅化设计，采用机舱与居住区分离的双岛布局结构，采用大开口的箱型货舱，配备有绑扎系统，配备高效节能的动力系统，船体梁的载荷采用水弹性力学计算分析；

智能化一人桥楼：包括航行和操纵工作站、监测工作站、操舵工作站、靠泊工作站、航行规划工作站、安全工作站、通信工作站和指挥工作站；

智能航行系统：包括航路优化系统、能效监控系统、纵倾优化系统、航速优化系统；

所述的航路优化系统接收船上和在线两部分的船舶参数数据，通过仿真、建模及预测完成航路的优化；所述的能效监控系统包括导航模块、推进模块、电力站模块和纵倾优化模块，每个模块包括数据获取和记录、显示、决策支持三个配置阶段，该能效监控系统基于网络系统在线监测跟踪船舶性能，定期查看船舶的能效状况信息，提供年度、季度、月或日的性能报告并进行分析和评估船舶的能效，还能通过监测船体和螺旋桨的性能，给出清洁船体或螺旋桨的时间周期；所述的纵倾优化系统应用流体力学CFD工具的仿真数值或水池试验数值，计算船舶在不同装载工况和不同航速下的阻力，在全面考虑航行视线、稳性、强度安全的基础上，给出船舶航行最佳纵倾浮态，为船舶实际营运中最佳纵倾操作提供建议；所述的航速优化系统根据航次计划、燃料消耗、效益成本分析，提供航速优化方案；

所述船舶整体采用如下智能管理方法：

航路优化管理方法：智能航行系统接收船上和在线两部分的船舶参数数据，通过仿真、建模及预测完成航路的优化；其中船上数据中的风速、风向、水深、舵角、航速、船位、艏向、航线信息，这些数据通过一人桥楼中的相关设备给到综合报警管理系统，由综合报警管理系统以串口信号形式给到智能航行系统，其他数据如主机功率、转速、扭矩、船体吃水均通过机舱的报警监测系统AMS给到智能航行系统，这些信号通过机舱AMS收集起来，再由AMS以串口信号形式给到智能航行系统；在线数据是智能航行系统统通过VSAT与其岸基支持中心通信，结合准确的气象及洋流预测数据来进行航线优化，同时结合油价、船舶订单服务信息、泊位航道收费信息、船舶租赁信息、可停靠泊位信息、当前海域的风浪信息、船员及货物安全信息等生成最优路线；

能效监控管理方法：通过对主要耗能设备、轴功率监测设备、主要耗能设备的燃料计量装置、风速风向仪、全球卫星定位系统、计程仪、测深仪、船舶吃水计系统等的有关数据进行实时采集，监测主要耗能设备的功率、压力、温度参数，主要耗能设备燃料消耗参数，主机轴功率参数，风向、风力参数，船位、航向、航速参数，对水速度参数，船舶吃水值，船员实时了解当前船舶状态和油耗情况，通过计算机分析实时采集的数据，指导船员调整船舶和机器设备的参数、优化航行路线，从而实现整个航程的节能；

纵倾优化管理方法：通过CFD模拟计算或水池试验结果，将船舶在航行中各吃水对应的不同纵倾下的阻力进行计算，得出了各吃水和纵倾下的主机马力与航速关系，将计算数据内置在配载仪电脑内，指导船员如何对船舶浮态做合理规划，找到阻力最小的浮态，从而实现节能；

航速优化管理方法：依据船舶航行数据，结合航次计划、航线特点、船舶效率、燃料消耗评估及航行成本核算分析结果，形成航速优化方案；输入预定的航行线路，船舶的首尾吃水、燃油价格、出港到港的预定时间，接收风、浪涌和潮流等气象及海况预报信息，将预定的航线分成许多段，在每一航段上计算出最佳航速，指导船员操作。

2.根据权利要求1所述的一种两万箱级绿色环保集装箱船，其特征在于：所述宽浅化设计是指在满足港口吃水限制条件下，船舶宽度达到港口吊机延伸到的最大工作范围。

3.根据权利要求1所述的一种两万箱级绿色环保集装箱船，其特征在于：所述水弹性力学计算分析是将船舶定义为一种弹性梁而不是简单的刚体，通过软件对船舶的船体型线、船体质量沿全船的分布、沿船长各个剖面的特性进行分析，并将分析结果的热点疲劳寿命与把船体作为刚体的传统热点疲劳寿命进行对比，通过比值对结构热点的疲劳度寿命计算评估。

4.根据权利要求1所述的一种两万箱级绿色环保集装箱船，其特征在于：所述的航行和操纵工作站是对船舶进行操纵和控制，观察船舶运行状态，分析运行情形，设定航行轨迹，决定避碰操纵，同时与其他工作站保持通信；包括雷达、电子海图、视频监控系统、主机操控装置、手动/自动操舵装置、综合航行信息显示及报警管理系统，且设置了自动电话、甚高频无线电话、汽笛按钮通信设备，驾驶室中央前壁装有舵角指示器、主轴转速显示器、回转速率显示器、倾角显示器、风速风向显示器、航速显示器及电子钟。

5.根据权利要求1所述的一种两万箱级绿色环保集装箱船，其特征在于：所述的航路优化系统中船上数据包括来自驾驶室、机舱及船体信息：风速、风向、水深、舵角、航速、船位、艏向、航线信息、主机功率、转速、扭矩、船体吃水；在线参数数据包括气象及洋流预测数据：风速及风向、浪的方向及周期、涌的方向及周期、浪和涌的组合高度、洋流的表面速度及方向。

6.根据权利要求1所述的一种两万箱级绿色环保集装箱船，其特征在于：还包括压载水处理单元、污水处理系统、污油焚烧炉、岸电系统环保设备，减少水污染和气体污染，船舶推进动力来自于具有低氮氧化物排放的低速主机，进一步降低气体污染。

7.根据权利要求1所述的一种两万箱级绿色环保集装箱船，其特征在于：该船舶的推进机器使用油类燃料或LNG燃料，船体的甲板上设置多层绑扎桥和与绑扎桥配合连接的自动扭锁装置、冷藏箱插座，货舱上方设置舱盖和通风系统。

8.根据权利要求1所述的一种两万箱级绿色环保集装箱船，其特征在于：所述绑扎系统中的绑扎桥采用单边剪力墙形式，绑扎桥的高度为三层半绑扎桥，即内侧为三层高，内侧集装箱为外绑方式；外侧为三层半高，对外侧受风集装箱用长杆绑扎，与绑扎桥配合连接处设有自动扭锁装置。

9.根据权利要求1所述的一种两万箱级绿色环保集装箱船，其特征在于：该船舶通过对LNG燃料舱、LNG管路、燃气供气系统设置的布置和空间预留，达到主辅机在今后能使用LNG作为燃料的目的。

10.根据权利要求1所述的一种两万箱级绿色环保集装箱船的智能管理方法，其特征在于：纵倾优化管理方法中还综合考虑排水量、航速，船体污底及其变化，参考过往较长时间的实际航行数据，实时改变速度功率曲线。

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