法国作家儒勒·凡尔纳在其科幻代表作《海底两万里》中描述了一个充满神秘色彩的海底世界：尼摩船长驾驶着潜艇“鹦鹉螺”号进行海底狩猎、参观克雷斯波岛海底森林、探访海底亚特兰蒂斯废墟、打捞西班牙沉船的财宝……种种险象环生的情节展现了人类不懈的开拓精神，鼓励人们去探索深邃的海底世界。
著名未来学家雷·库兹韦尔在《奇点临近》一书中提出“加速回报定律”。据他计算，在2000年，只要花14年就能达成整个20世纪100年所取得的科技进步；而2014年开始只要花7年，就能达到又一个20世纪100年所取得的科技进步。以此计算，人类在21世纪的科技进步将会是20世纪的1000倍。
如今，航运技术的日新月异，使科幻变成现实，不仅在深邃的海底，更在广阔的海上，人类的视角和脚步不断向前。对于技术发展的走向，乐观者有之，悲观者亦有之。航运业是全球性的产业，遵循全球经济的趋势和力量，并始终与经济社会的大势同行。
本期《策划报道》将从DNVGL集团最近发布的《2025年技术展望》报告出发，选择其对大数据、互联网技术、可再生能源和3D打印等领域的未来技术发展的探讨，展望航运业在运营模式、战略发展和技术标准等方面可能进行的改革创新。
技术发展从来不是无本之木、无源之水，总是根植于现实的土壤中。依据现状对未来经济、贸易、法规等领域的判断，同样影响着航运技术的发展方向。
多元驱动航运技术发展
经济发展要求新的技术，而新的技术又会带来更大的经济发展，两者互相依存。技术能为经济带来两种变化——改造和颠覆。探讨航运技术未来的发展，不妨先看看与之紧密联系的经济及贸易的发展趋势。
经济持续增长
未来15年，全球经济将持续增长。2010—2030年，全球人均GDP将增长50%以上，其中大部分增长来自非经合组织国家，但全球经济增速预计在此期间将稳步下降。
从区域发展来看，经济实力加速向东转移。世界经济重心是基于700个地点的距离加权GDP得出的地理热点。1980年，世界经济重心在欧洲经济强国与美国间的中点位置；到2030年，世界经济重心将在中亚地区，确切地说位于印度与中国之间。
未来10年，印度经济将强劲增长，至2025年将与日本竞争世界第三大经济体。与此同时，中国可能挑战美国，成为世界第一大经济体。经济规模名列前10的其他国家可能为德国、法国、英国、俄罗斯、巴西等，而占据第10位的国家可能是意大利、韩国、印度尼西亚、墨西哥或土耳其。
英国经济与商业研究中心去年年底发布的《2016年全球经济排行榜（WELT）》对未来15年的全球经济格局变化进行了预测。报告认为中亚或将成为未来15年全球经济增长最快的地区，预计其占全球经济份额将由2000年的2.8%升至2030年的9.9%，增幅达3倍；西欧或将成为全球经济增长最慢的地区，预计2030年其占全球经济份额将在2000年水平的基础上下降42%。
贸易更加自由
在经济实力向东转移的趋势下，预计到2030年，亚洲占全球出口份额接近翻番，达到39%。至2025年，中国仍将是非洲最大的贸易伙伴，发展中国家将从基本商品贸易扩大到价值更高的新领域，这将推动更多的发达国家向专业化和多样化发展，以增强竞争力。
全球经济相互联系处于不断增强的态势，推动着更为自由的贸易，使未来10~20年6.5亿人摆脱贫困。全球价值链的增长以及中间商品与服务间日益增加的流动性，都对此起促进作用。
至2025年，新兴的区域性和跨区域性贸易协定将会重塑贸易和投资流，刺激全球价值链的增长，其中主要包括跨太平洋伙伴关系、跨大西洋贸易和投资伙伴关系以及东南亚、非洲和跨大西洋经济共同体。
能源结构生变
煤炭、天然气和石油在未来10年将继续占全球能源产量的80%以上。然而，为了应对气候变化和成本压力，石化燃料行业将更加重视降低成本、减少排放。到2025年，世界能源消耗量将较目前增加1/5；能源来源构成将发生变化，尤其是电力部门，这种转变的主要驱动力为石油和天然气行业的成本压力、减少人为二氧化碳排放量的规定、太阳能和风能发电成本的迅速下降及更加分散的、以消费者为中心的电力系统的出现。
目前的趋势表明，至2025年，可再生能源将超过煤炭成为最大的电力来源，并且每年还将承担逾一半的额外发电容量。天然气和可再生能源，及各种气源所增加的灵活性综合在一起，将共同对环境产生积极影响，还可带来全方位的成本节约。这一转变将帮助各国满足更高的用电需求，以可持续的方式迈向全面用电这一全球目标。
未来几十年，尽管能源结构中的天然气份额将占据更强的地位，但石化燃料仍将是能源构成的重要部分。面对油气行业长期的成本压力及油价波动，采取补贴和其他政策机制以保证国内能源供应安全的呼声或将更加强烈。如果低油价持续到2018年，将由于缺乏新的激励，使得北极地区、深水环境、页岩油和重油油田的吸引力依然不大。
至2025年，全球煤炭消耗量将稳步下降，低排放气体将成为主要的交通燃料，运输业、工业、建筑和家用电器将越来越强制实施能源措施，这些措施将与电力领域向可再生能源的转变一起，推动世界走上急需的、呈下降趋势的碳排放轨迹。
监管要求增强
航运是各类运输中能效最高的模式，但在能效及相关排放量方面仍然有很大改进空间，航运业存在的安全问题、人员伤亡率也远远高于那些可比的陆上产业。解决这些问题的动力，很大程度上来自于法规要求和竞争压力，但公众对于更大透明度和可持续发展的需求也成为主要因素。另有一种观点认为，航运业应该时刻准备接受其他行业已经推行的技术，以改善航运的环境足迹、性能和安全纪录。
因此，金融、监管和社会压力将会持续发挥作用，鼓励航运业降低对环境的影响，这将要求越来越多的船舶在设计时对能量存储的性能和操作进行优化，包括改进水动力性能、采用轻质材料和先进的混合发电系统等。未来还将出现可以减少对水和空气污染的更加有效的新方案。多样化的混合燃料也在预料之中，镏出燃料及洗涤器的份额也将越来越大，以符合即将到来的低硫要求。替代燃料具有发挥更重要作用的空间，大型远洋船舶开始使用液化天然气作为燃料，电网电力成为港口岸电供应计划的标准。
技术本身驱动
埃森哲在其《2016年技术展望报告》中指出，数字经济占据全球GDP的22%，并仍在快速增长，预计2020年将达到25%（2005年为15%）。数字技术已无处不在，带来空前的变革。信息流的数字化将激励现有流程和功能的自动化，并对安全和环境性能产生积极影响。船舶正成为复杂的传感器、集线器和数据生成器，卫星通信的发展将提高船舶连通性，使数据传输量大幅增加，而成本将达到前所未有的低点。
在岸上，新的云技术，如大数据平台和数字模型技术，对行业的管理信息，以及船舶和组件的设计、建造和测试等都将产生很大影响，所有这些，都将见证新的数字商业模式的崛起。先进的软件和模拟能力将带来由软件控制的更为复杂的系统，接近实时的可能性评估也将实现，其与船员建议的纠正措施一起，可对供应链的管理决策提供支持。可靠性高、可用性强、由软件控制的信息物流系统的自动化程度提高，会推动自动化和遥控操作的发展。
增材制造（3D打印），是航运业另一个潜在的改变者。3D打印不仅可以为更高效的机械组件提供新的设计，还可使备用部件在世界各个港口就地生产，这将缩短维修时间，使船舶营运更加高效。
显而易见，航运是一个全球性产业，遵循着全球经济的发展趋势和力量。可以说，经济和贸易模式的变化、环保法规的加强、可再生能源对传统化石能源的替代，以及由此导致的技术发展及新一代信息技术与航运业的深度融合将会逐渐导致规模经济效应减弱，满足客户需求的本地化生产趋势加强，致使部分产业门类将由全球分工变为区域分工，由全球生产变为本地生产。因此沿海运输替代部分远洋运输，海运运距由此缩短，以致后续影响深远的产业变革，并将产生新的生产方式、产业形态、商业模式和经济增长点。
论及航运业未来时，技术一定是最为核心、最为复杂、也是人们最为津津乐道的要素之一，因为它控制着航运业未来的走向。
技术构建航运未来
不可否认的是，未来20年里航运业将会发生巨大变化，经济、贸易、政策及监督法规等都是改变航运业发展的重要驱动力，在此过程中，技术起着控制走向和速度的作用。
技术如何影响航运业？在哪些方面影响航运业？影响航运业发展的程度有多大？不妨从众多机构和专家的报告中，提取其中最为关键的四大领域——数字化、自动化、燃料多样化、3D打印进行详细解读。
技术成为“变革者”
英国劳氏船级社（LR）去年发布题为《2030年全球海洋技术趋势》的报告。这份报告由LR、英国QinetiQ公司与南安普敦大学合作完成。报告仔细审查了18项技术对船舶设计、海军力量、海洋空间应用造成的变革性影响，指出世界海洋在保护地球方面有着前所未有的重要性。这18项技术包括机器人技术、传感器、大数据分析、推进和动力估计、高级材料、智能船舶、自主系统、先进制造技术、可持续能源生产、造船、碳捕获与封存、能源管理、网络和电子战、海洋生物技术、人机交互、深海采矿和人类机能增进及通信。
《2030年全球海洋技术趋势》将技术驱动力分为两组：一组为可以变革船舶设计和建造，带来造船、推进和动力估计技术的改进以及智能船舶技术的发展；另一组为能够提升船舶安全性、盈利性，包括高级材料、大数据分析、通信、传感器和机器人技术。LR认为机器人技术、传感器、大数据分析、推进和动力估计、高级材料、智能船舶、造船和通信技术8项技术能够给商船带来变革。
这些技术看起来过于冰冷，不妨从DNVGL海事部首席执行官Knut Ørbeck-Nilssen描述的场景来一番畅想：“在对航运业未来的展望中，我看到的是一个仍占据全球贸易核心的行业，它把人们聚拢一起，使世界经济保持活力，蓬勃发展。但该行业本身、船舶、基础设施及连接它们的系统，都可能发生重大变化。”
Knut Ørbeck-Nilssen认为最大的变化是船舶的动力提供方式，世界上现代化的船队将依靠更大范围的燃料和推进解决方案。在长距离贸易上，可以看到的趋势是双燃料发动机、燃气发动机，或其他气体（如乙烷）和新开发的可再生生物燃料正成为能源结构的一部分。同时，越来越多地使用电池来补给主机，以稳定动力传送，驱动辅助系统，使能效最大化。在一些船型上，如渡轮和沿海船舶，更是朝着船舶动力完全或主要由电力供应的方向发展。
Knut Ørbeck-Nilssen认为船岸之间的连通性将会大大改善，并将更加普遍。未来的船队将持续与其管理者保持联系，甚至也许与一个“交通管制”系统维持联系，该系统能够持续监控船舶的位置、操纵和速度。船队管理者能根据数据进行分析，就航行、天气模式、燃料消耗、抵港时间等向船长和船员提供建议，有助于减少人为失误导致的事故风险，提高成本效益，并有助于提高环境绩效，其中一些数据还将共享。港口将利用数据帮助规划和优化装卸，船级社将根据数据检查机械和船体的状态，使船东和营运人了解根据系统状况需要进行检验的时间，减少停机时间和避免不必要的维护。
数字化：既是驱动力也是技术
数字化是航运业发展的驱动力，也是一项技术。智能数字网络除了能促进科技的应用，在航运业，可以模拟所有船舶周期的现状。
上海国际航运研究中心在去年发布的《2030中国航运发展展望报告》中指出，船舶信息化发展方面，到2030年，将会出现可以实现远程驾驶和自动驾驶的船舶；船联网技术将成熟并广泛推广应用；中国将出现自主知识产权的船舶自动识别、船舶定位、自组织通信、能耗监控等关键技术；预计有80%以上的小型船东将会使用云端的船舶管理平台，100%大型航运企业将建成基于私有云的船舶管理平台，在中国超过80%的船舶将会实现联网。在口岸信息化发展方面，可能出现“虚拟口岸”，非口岸城市可以实现网上报关报检和口岸查验。在海事信息化发展方面，预计中国自主研发的VTS系统将达到国际领先水平；集交通和物流的多式监控平台将会出现，预计中国将率先研制出这类多式监控平台，并主导该领域的标准制定。中国将广泛采用与AIS兼容的基于北斗技术的船舶自动识别系统。
中国航运业信息化进展状况是国际航运数字化浪潮下的缩影。未来十年，航运业将使用各种新的通信技术：沿海地区的手机网络；VDES（VHF波段上的新数据服务）；港口内的WIFI，还有最重要的，提高覆盖面和带宽的卫星通信。目前，海事业推动了船上VSAT（甚小孔径终端）设备数量的增长。
据COMSYS公司信息，使用中的海事VSAT装置数量，从2008年的6001台上升至2014年的21922台，翻了近两番。预测到2018年，该数目将超过40000台，至2020年，大部分入级船舶将能够使用宽带。此外，由于引进新的高吞吐量卫星系统，吞吐量比传统卫星高2～10倍，因此VSAT在海事地区的网络总容量将从2011年的2.4Gbps上升到今年的12Gbps，相当于每年增长38%。依这种增速推算，2025年将达217Gbps，这意味着所连通船舶的数据传输速率将大幅增加，而每比特的成本却在下降。
海事连通性的改进也将为整个运输部门带来诸多益处。例如，供应链可以围绕可改变的操作，平衡货物、路线以及资产运营和状态的及时信息，更高效地进行组织。这将在很多方面提高效率，包括通过优化到达时间来减少前置时间和燃料消耗，更好地组织岸上货物装卸作业和劳动力，以及开展可能的维修或检验活动。除了加强安全和提高效率外，船舶连通性也能满足更多的透明操作需求，并基于对共享信息的收集和分析，在不同的行业利益相关者之间帮助建立信任和合作。船舶连通性也为海事当局提供一个独特的机会，去监控是否符合现有法规，以加强安全，实现环境目标，提高行业竞争力。
航运数字化发展使得海事信息物理系统逐渐成熟，系统能够通过智能传感器、高级软件和激振器进行监测、控制和优化。现代船舶已经高度自动化，越来越多地依赖于软件控制系统如动态定位，也扩展到与安全相关的重要功能和应急控制，如应急关闭和防喷器。船舶机械系统越来越多地由软件控制，装有低成本的智能传感器，可监测数据和性能参数。例如，船舶推进系统的控制系统，能够与电气部件和常规机械系统无缝集成，以在不损害安全的情况下优化效率。同样，海上导航系统将越来越依靠高级软件和传感器，提醒驾驶员前方可能的危险，并推荐合适的行动方案，维持安全路线。这些系统关联度很高，加大了整体上的复杂性。
此外，航运数字化进一步催生了数字模型的发展。数字模型是对实船系统的数字模拟，它把船舶的可用信息综合在数码世界中。一艘船舶的数字模型在其整个生命周期内有诸多用途。设计期间，数字模型可用作虚拟测试台，改进系统性能，改进用以支持工作流的信息管理系统，减少开发成本；用于第三方验证，对安全保证提供自动化和系统化的方法。在操作中，数字模型与设备的操作数据连接时，能够以几乎实时的方式，对性能和临界性提供多种评估，并提出纠正措施。未来十年，随着数字技术的进步，船舶系统和相关数字模型的设计，将受到云信息管理和多模型模拟平台的支持。然而，这个新时代还处于起步阶段，对大量信息的组织和利用，需要进一步的探索。至2025年，探索结果应能为航运业新数字时代的管理提供新标准和最佳的时间依据。
自动化：智能船舶引领潮流
随着传感器技术和连通性越来越稳健，远程操作船舶甚至无人驾驶船舶可能成为现实。在过去十年中，一些无人驾驶的自动化、远程操作工具，包括无人机、遥控潜水器等已在近海使用，为航运业提供服务。
对航运业来说，远程操作需要发动机和其他集成系统达到高度自动化和可靠性。此外，先决条件是具有先进的导航系统和精密算法，能够在规定的安全系数内，在不断变化的海况和天气状况下维持船舶航线，避免碰撞，高效操作船舶。这些系统依赖于卫星和岸基系统提供稳健而安全的通信，船载控制与决策管理系统可进行调整，允许不同级别的自动化。但是，随着技术的进一步发展，一艘完全自动化的船舶，可以做到在只需要人工介入或出现紧急情况时，才向岸基操作人员报告。
近海、航空、航天以及汽车行业的发展驱动着自动化和远程操作的进展，航运业因此而受益。航运业可能首先将这些技术应用到船用仪表机械，然后逐步推广到船舶航行，解决方案将越来越多地依靠传感器技术和计算机，以便远程管理船上系统。随着更多的船上系统自动化，船员数量将减少，岸基控制中心将制定更多的决策。
控制中心将负责在航道拥挤、靠近港口以及应急情况下的船舶操作。要管理这些工作，控制中心将配备系统模拟器，与岸基的供应链网络一起，选择最佳导航程序和界面。岸基控制中心将负责船舶的资产完整性管理，以及船撞设备故障可能引起的停机。如同许多新兴技术一样，系统管理人机互动的能力非常重要，系统应提供准确的风险表述，使人能在必要时从远程位置完全控制船舶。
第一艘完全自动化船舶的概念原型已经存在。在迈向2025年的过程中，许多具有远程/自动操作能力的船舶将交付使用，港口也将配备自动化的货物装卸系统。尽管完全自动化的船舶预计将到2025年进入市场，但监管障碍将阻碍自动化船舶在国际水域营运，因而在不远的将来，这类船舶只能在国内水域和近海营运。
多样化：燃料替代和能效提升
《2030中国航运发展展望报告》指出：中国船舶发展技术发展方面，到2030年，船舶能源结构将呈现多样化特征。液化天然气很有可能成为未来船舶燃料的首选，而生物燃料也会逐步被采用。与此同时，岸电技术会更加广泛的投入使用。
在环保法规的压力下，替代燃料是航运业的一个有前景的解决方案。替代燃料本质上不含硫，所以符合环保法规，也可以留下较小的碳足迹。今天或可预见的未来，可供选择的替代燃料有液化天然气（LNG）、液化石油气、甲醇、乙醇、生物柴油、二甲醚、沼气、合成燃料、电网电力、核动力和氢。新燃料往往需要船舶配载新系统和新机械，而且从一种燃料如重油、船用柴油，转换到另一种如LNG，需要花费时间，先驱者还可能有预料不到的技术问题。因此，不要求机械和储存设施作重大改装即可使用的燃料将会优先考虑使用，其具有简单低成本的特点。
航运业的任何替代燃料，能够得到广泛采用的决定性因素是燃料的可供性和定价。加油设施的发展是大型远洋船舶使用替代燃料的先决条件，其他因素如建造或改造双燃料船舶的高昂费用，燃料舱的尺寸，以及对安全的担心，都可能会限制这些燃料的使用。
LNG在上世纪60年代已在LNG运输船上作为燃料使用。第一艘LNG动力船建造于2000年，目前营运中的LNG动力船约75艘，另有80艘正在建造中，此外有40艘船设计为可改造使用LNG燃料。对于在北美水域营运的船舶来说，由于必须符合Tier Ⅲ氮氧化物排放要求，LNG是颇具吸引力的燃料选择。除现有排放控制区外，欧洲水域在2020年将采用0.5%的含硫量限制，这将促进LNG燃料船队的加速增长。一些其他不含硫燃料也可用作双燃料发动机的柴油替代品，其中生物柴油、液化石油气、甲醇特别引人关注，它们有助于大量减少氮氧化物和颗粒物质的排放。
除此，航运业还将越来越重视能效措施。船舶的大小和尺寸、船体结构、材料选择以及最终船舶在满载和压载工况下的性能特征等将影响燃料的使用及相应的二氧化碳排放。至2025年，更多船舶将使用减少压载水的设计，并且在非结构构件上，轻质材料也将越来越多地替代钢质材料。这样，通过减少水下船体面积进而减少阻力，以获得能效的大幅度提高。此外，更多的技术手段将得以利用，例如空气润滑技术，利用在船体与水之间引入薄薄一层空气润滑船体与水的接触区域来减少船体摩擦阻力。强化的低阻尼船体涂层也将广泛应用，以减少摩擦阻力和污底。船舶机械推进系统将引入高级控制系统用于改善能量流的管理，例如，电控的燃油喷射系统，能使燃油喷射反应更灵敏，优化柴油机在各种负荷下的性能。其他船舶电力系统日益自动化和优化包括发电机、变速泵、变压器和废热回收解决方案。总体目标是提供与需求和运营最佳匹配的能源管理办法，为此所考虑的因素包括航行路线规划、生活区电力需求、能源存储、辅助发电技术、辅助推进系统等。
船舶电气化的最近发展，对改进能量管理和燃油效率，带来了美好前景。以电池为动力的推进系统，已经用于小型船舶的设计，而发动机制造商现在主要关注的是大型船舶的混合动力解决方案。2020年后，船舶行业的混合动力船数量将显著增长，将主要应用在港作拖轮、海工支持船、渡轮。至2025年，新建造的商船中会有很大一部分将采取某种程度上的混合动力。电力系统从交流电网转到直流电网，使得发动机可以变速运行，从而在低负荷下更高效运行。混合动力船的其他好处包括冗余电力，减少噪音和振动，减少在港口和沿海居住区的排放量。能量密度是电池的一个限制因素，影响着电池的尺寸和电动船舶的巡航航程。新的化学电池技术的能量密度，可比当前水平高出一个数量级。随着这种能量密度水平的电池达到商业化使用，并且价格合理，预计混合系统和电力推进船舶的份额将快速上升，并逐渐与常规推进船舶并驾齐驱。然而，2025年这一现象预计不会发生。
3D打印：行业影响力迅速提高
增材制造（3D打印），是把材料以薄层形式层层叠加，直至物体最终成型的一种制造方法。过去十年3D打印技术获得重大进展，改变了产品设计、成形和制造的方式。它很少受到常规制造工艺那样的设计局限，能够显著缩短制造时间。
虽然石油、天然气和海运业在整个3D打印市场中，所占份额仅为5%，但预计3D打印技术在这些行业中的影响力将迅速增加。美国海军已经开始测试在船上使用3D打印技术，以评估制造所需备件和其他设备的可能性。然而，这需要有受过培训的人员上船，并且打印机能够承受有可能影响产品质量的船舶运动。一个更有前景的方法是在生产阶段使用该技术，制造使用传统技术不易制造的轻质部件或复杂部件，这可能会提高船舶的能效。另一项可能应用是在世界各地港口视情况就地生产所需备件，从而减少交付时间和降低成本。
尽管3D打印为未来制造技术的创新带来了许多可能性，但风险也需考虑。由于制定的规格存在多样性，鉴定和认证可能面临重大挑战。传统的鉴定方法是对一个集中式设施生产的终端产品反复测试，这一方法现在已不适用。3D打印的分布式特征意味着产品根据制造地具有可变性，由于软件和硬件差异，或者其他原因，某地生产的产品在另一地可能完全不同。在航运业，3D打印技术的额外或二阶效应不利的一面是，所制造产品的分布式生产可能会降低对货物运输的整体需求，这也是3D打印技术达到规模后，需要仔细分析的一个趋势。
显然，3D打印技术对于航运业的潜在影响还远不止这些。3D打印技术引起的规模经济效应减弱和满足客户需求的本地化生产趋势加强，致使部分产业门类将由全球分工变为区域分工，由全球生产变为本地生产，沿海运输替代部分远洋运输，海运运距大幅缩短。随着3D打印技术的兴起，许多产品的生产再也不需要那么多环节，也不需要在全球组织生产，对集装箱运输的需求将大大减弱。同时，随着3D打印技术对人们个性化需求的激发，与此相对应的是这部分产品的物流活动更需要快捷的运输方式，航空运输将替代不少以往的海运集装箱运输。3D打印技术使得传统的大机器生产逐步没落，部分装备制造业走向衰落，这直接影响对钢铁的需求，进而影响对铁矿石和煤炭的需求，并对海运的大宗散货运输产生重大影响。
来源：航运交易公报
