技術改變世界。多年來，挪威船級社（DNV）的研究和創(chuàng)新部門根據自身在相關領域的專長和能力，提出了對于未來十年的技術展望。DNV新近出版的《2020年技術展望》，探討并總結了對全球新技術發(fā)展和應用具有重大影響的七大趨勢。

人口：全球人口總量到2020年將超過75億。西方、中國和日本的人口正在走向老齡化，中東人口卻走向年輕化，很多發(fā)達國家的工作年齡人口的比例在減小。自然資源的壓力、城市化、自然災難和地區(qū)沖突都是造成國內和國際人口遷移的刺激因素。

經濟：工業(yè)革命將世界經濟中心從亞洲轉至西方，現在情況正在逆轉。全球不同地區(qū)間的人口轉移意味著越來越多的經濟產出將發(fā)生在目前的發(fā)達經濟體之外，這可能會造成更大規(guī)模的社會轉變，形成新的商業(yè)機會，但同時會對環(huán)境造成進一步壓力。到2020年，全球中產階級的規(guī)?？赡軙黾右槐?，其中亞洲將會占到50%。

治理：當前的政府治理架構主要是在二次世界大戰(zhàn)后的環(huán)境中形成的，歐盟、金磚四國、維基解密和臉譜等現象那時還未出現，而這些現象對當前世界產生著深遠的影響。解決全球化的利弊是很嚴峻的挑戰(zhàn)，還沒有形成適合集體行動的治理架構，缺少對全球問題比如金融穩(wěn)定性、貿易、氣候變化、水和安全等的有效而統(tǒng)一的治理，將是未來十年的風險來源。

信息技術：信息技術對個人生活、工商業(yè)甚至整個社會產生了巨大影響。信息很容易產生而且可以共享，數據呈指數級增長，進而造成數據檢索和安全方面的挑戰(zhàn)。隨著廉價、小型、功能更強大的計算機的推廣使用以及無線連通能力的增強，不僅促進了自動化和泛在計算，同時也產生了與集成軟件密集型系統(tǒng)相關的安全和（網絡）保安問題。

能源：以環(huán)保、可持續(xù)的方式以及可支付得起的價格提供能源是人類所面臨的重大挑戰(zhàn)之一，加之對能源供應安全性問題的考量，這一挑戰(zhàn)變得越來越復雜。全球能源消耗到2020年將增長19%，雖然全球能源構成仍然主要是油、氣和煤，但未來十年會發(fā)生變化，將向低碳能源邁出第一步。

自然資源：資源過度開采是人類所面臨的最嚴峻的挑戰(zhàn)之一。水資源將面臨短缺，稀土資源稀缺可能會阻礙替代性技術的發(fā)展，城市人口的增加會帶來新的挑戰(zhàn)，但是也帶來了廢物循環(huán)利用的機會。解決這些資源問題雖然任務繁重，但也不是不可逾越的。

氣候變化：氣候學家認為在未來的三十到五十年內會不可避免地發(fā)生重要的不利影響。有些變化已經可以明顯察覺到了，如果人們還一如既往，那么全球溫室氣體排放到2020預計增長20%。未來十年是非常關鍵的十年，要考慮如何以合理的成本來長久實現減排，同時防止達到不可逆轉的傾覆點。

全球趨勢將會直接或間接地影響未來技術的發(fā)展和應用。DNV分析了四大領域的未來技術：海事航運、石化能源、可再生能源及核能，以及動力系統(tǒng)。

全世界人口在2020年會達到75億，成熟經濟體和新興經濟體在人口構成和發(fā)展程度方面的差異越來越顯著。隨著生活方式越來越資源密集以及人口的不斷增加，海運量注定也將增加。全球船舶數量將不斷增加，但不同地區(qū)對不同船型的需求大相徑庭。

航運業(yè)面臨著開發(fā)可持續(xù)的運輸解決方案的壓力，會要求新建船舶具有更高環(huán)保、安全和保安的性能。這就要求更多地開發(fā)和實施創(chuàng)新性技術和操作解決方案，特別是提高環(huán)保性能和能效。

與材料科學、阻力降低和推進系統(tǒng)相關的哪些技術發(fā)展會為面向2020年低能耗概念船的研發(fā)做出貢獻？

低能耗船舶——解決能源損失

燃料成本的高漲、市場的變化、整個行業(yè)對環(huán)境的關注，以及越來越嚴格的與污染排放和壓載水相關的法規(guī)要求，這一切都將導致船舶設計建造的重大調整。材料科學、降低阻力、推進系統(tǒng)和能效方面的技術發(fā)展將為新概念船舶奠定基礎。

氣泡潤滑

通過完善船舶設計可最大程度減低船舶的興波阻力，但摩擦阻力對大型慢速航行商船的影響更為重要。

氣泡潤滑系統(tǒng)采用在船體下方噴入氣體的方式，通過船舶底部的幾個小孔向水流噴射微型氣泡，干擾漩渦的產生，從而延遲高度耗散型紊流的產生（一般在船體周圍會產生高度耗散型紊流）。與渦流相比，層流的摩擦阻力小，可以降低摩擦阻力。

在2020年前需要解決相關機械裝置的不確定性、設備尺寸和技術的可行性，特別是必須消除擴散的氣泡與推進器之間可能產生的不利交互作用。

氣腔系統(tǒng)

在氣腔系統(tǒng)中，在船體底部開幾個凹槽，泵入壓縮空氣，填滿空間，形成連續(xù)氣腔，鋼鐵與海水的接觸面就變?yōu)楦饣?SPAN copyright="drcnet">的空氣與海水接觸面，有效地減少船舶的潮濕表面，減少摩擦力，通過這種方式有可能減少10%的油耗。氣腔中的空氣會不可避免地散失，需要持續(xù)注入氣體。

氣腔系統(tǒng)的不良副作用是在船體下方產生不穩(wěn)定的自由表面，在自由表面產生重力波以及氣泡擴散到螺旋槳進流區(qū)都會造成能量損失。

混合材料

通過降低船體重量可以降低污染排放，節(jié)約燃料。小型船舶和二級結構采用輕質材料，例如玻璃鋼、鋁和鈦。

可以采用多層金屬板和高分子復合材料層壓板制造復合材料，纖維-金屬層壓板具有金屬性能（高抗沖擊性、耐用性、生產靈活）以及復合材料的性能（強、硬度/重量比例高、抗疲勞和腐蝕性能高），金屬層可以是鋁或鋼板，而高分子夾心層可采用碳纖維或玻璃纖維強化。這些材料在航空業(yè)和特種船中的應用為航運界做了示范，但是到2020年前大規(guī)模采用還不太可能，主要障礙包括成本高、制造和再回收的挑戰(zhàn)以及消防問題。

組合推進系統(tǒng)

螺旋槳的效率受到單一設計速度、大槳葉、二沖程柴油發(fā)動機和直驅推進的限制。

組合推進系統(tǒng)概念綜合采用了螺旋槳、吊艙和增效設備（如前渦旋翅和后渦旋翅）。通過流體動力優(yōu)化，可以把反轉吊艙螺旋槳布置在螺距可調整的主螺旋槳后面，在飛羽化中心線螺旋槳旁設置可轉向吊艙，提高能效。

這些系統(tǒng)利用了各部分的流體動力優(yōu)點，通過優(yōu)化發(fā)動機負荷擴大了有效操作范圍。

盡管混合推進器的設計和制造費用很高，但這項技術針對不同的利用率和船型（如集裝箱船和多用途船）可以節(jié)約最高10%的燃料。

無壓載水船舶

采用梯形船體和橫向傾斜船底可以保證空載時的穩(wěn)定性和吃水，不需要壓載水。為了達到標準設計的排水量，需要增加寬度和長度。

船首和船尾對調節(jié)任何裝載狀態(tài)下的縱傾非常重要。這種船舶因為增加了尺寸，同時要在部分裝載條件下保證足夠的強度，所以使用了更多的鋼鐵。目前看來采用兩個小壓載水艙來調整縱傾的混合型船舶更可行。

即使在2020年后，不采用壓載水船舶的建造費用仍然會很高，并且面臨著各種施工困難。其他競爭性的解決方案包括在船上處理壓載水，在碼頭上設置接收設施。

隨著環(huán)保法規(guī)的實施和燃油價格的上漲，天然氣和混合生物燃料會成為可行的解決方案。但風能和核能能否為航運提供航運動力呢

綠色燃料船舶——傳統(tǒng)燃料將終結

隨著海運面臨越來越嚴格的環(huán)境法規(guī)要求以及燃油價格的攀升，天然氣和可再生能源越來越被認為是可行的替代性能源。液化天然氣、混合生物燃料或更激進的能源（如風能或核能）都有開發(fā)潛力。

天然氣

使用天然氣為燃料會徹底消除氧化硫和顆粒物質的排放，以天然氣為燃料的四沖程稀燃發(fā)動機可以減少90%的硫化物。這類發(fā)動機適用于游輪、小型貨船和工作船，也適合用作輔助動力，但大型商船一般采用慢速二沖程發(fā)動機，氮化物的減排效果要小一些。

使用天然氣為燃料，根據發(fā)動機類型的不同，二氧化碳當量的減排能力最高可達到20%，也可能出現凈增加。不過天然氣與燃油相比，盡管二氧化碳減排量可達到25%，但存在釋放未燃甲烷的問題，甲烷的溫室氣體效應比二氧化碳大21倍。

采用天然氣為燃料的發(fā)動機廣泛用于陸地發(fā)電和運輸。航運所面臨的挑戰(zhàn)之一是，液化天然氣儲罐占用空間一般是柴油儲罐的2～3倍，天然氣必須以液態(tài)或壓縮狀態(tài)儲存，儲罐成本也更高。根據經驗，以液化天然氣為燃料的船舶新建成本比同等的以柴油為燃料的船舶高10%～20%。

盡管目前液化天然氣補給設施還非常有限，預計到2020年燃料補給碼頭的數量會大幅增加，特別是在污染排放控制區(qū)內。嚴格的控制氮氧化物和硫氧化物的法規(guī)，加上天然氣價格越來越具有競爭力，將促進采用天然氣作為船用燃料。預計在未來的十年中，很大一部分新船將采用天然氣作為燃料，特別是近海航運。

風箏

風箏是小型裝置，利用風能直接提供推進動力。這個系統(tǒng)由風箏、帶控制節(jié)點的控制線以及與艏樓連接的纜繩、絞盤和橋樓控制系統(tǒng)組成。

商用風箏目前的尺寸范圍在160～300平方米，根據風況和船舶速度可以替代最高2000kW的推進動力。在風速為3～8蒲福風級時，風箏飛行高度為100～420米，自動控制系統(tǒng)主動地操縱并穩(wěn)定風箏，優(yōu)化性能。風箏風力推進系統(tǒng)安裝比較容易，有可能在未來十年中為有些船舶所采用。風箏操作增加了船員的工作量，可能會出現與貨物裝卸設備的沖突。

生物燃料

生物燃料是一種可再生能源，可極大地降低生命周期的二氧化碳排放量，在操作過程中可以減少硫氧化物和顆粒物質的排放。但是氮氧化物的排放量會稍有增加，原則上現有的柴油發(fā)動機都可以使用混合生物燃料。最有前途的船用生物燃料是生物柴油和粗植物油，生物柴油最適合替代船用餾分柴油，而植物油適合替代殘渣燃油。但有很多問題需要解決，包括燃料不穩(wěn)定性、腐蝕、容易生長微生物、對管路和儀表有負面影響、低溫流動性不良等問題。盡管在2020年之前可以解決這些技術問題，但在航運中廣泛采用生物燃料還取決于價格、刺激政策和供給能力。

核能

核電站在操作過程中沒有溫室氣體排放，特別適合于動力需求變化慢的船舶。盡管目前有幾百艘以核能提供動力的海軍艦船，但是很少有商船采用核能。商用核能動力船需要使用低濃縮鈾，開發(fā)的陸地原型是一個小反應堆（與大型船用柴油發(fā)動機相比），功率輸出可達到25MW，生命周期以十年左右計算，能源價格為200萬美元/MW。

這項技術要求進行廣泛測試和嚴格的質量認證，政府參與可能會加速這項技術的應用過程。

航運業(yè)采用核能動力的主要障礙是難以控制核燃料的擴散、放射性廢物的儲存、高昂的投資成本和社會接受程度。

綜合了多種可再生能源的混合型電動船概念將在特種船上實現，岸電供應計劃、船用燃料電池和高溫超導體也會得到發(fā)展嗎

電動船——海上“普銳斯”

到2020年混合型電動船可以采用柴油-電動配置、船用燃料電池、電池組、太陽板或可縮回的風力發(fā)電機和緊湊型的超導電動機。引入電動船概念會提高船舶整體效率，綜合采用各種可再生能源。

混合動力船舶

到2020年混合電動船可能采用各種傳統(tǒng)和超導電動機和發(fā)電機、燃料電池和其他電池?；旌蟿恿Ω拍畎迅鞣N可再生能源的動力組合到一起，例如太陽能板或伸縮式風力發(fā)電機。其中，性能監(jiān)控、動力管理和冗余是關鍵因素。在未來十年，混合動力概念將應用于工作船、客船和小型貨船，對于大型貨船，只能用作輔助動力。

混合系統(tǒng)的高度復雜性要求制定良好的維護戰(zhàn)略，控制電網穩(wěn)定性，提高空間利用率，最大程度降低重量。

船用燃料電池

為了提高動力生產效率，可以考慮燃料之外的其他措施。

燃料電池通過一系列的電化學反應把化學能直接轉換為電能，理論效率可以達到80%（氫），它可采用天然氣、生物燃氣、甲烷、乙烷、柴油或氫氣作為燃料。液化天然氣燃料電池與柴油發(fā)動機相比，每千瓦可實現最高50%的二氧化碳減排。隨著污染排放控制區(qū)的建立，人們會傾向于采用液化天然氣燃料電池，目前的船用燃料電池原型可提供0.3MW的動力。燃料電池最初會提供輔助動力，如客房載荷，最終將在混合電動船中提供輔助推進動力。應用這項技術的主要障礙是成本、重量、尺寸、生命周期以及對負荷變化的響應速度。在未來的十年中會出現完全商用型船用燃料電池。

電池

負荷頻繁變化的船舶可采用多種動力形式，以使船舶達到最佳效率，而這都要求采用合適的動力儲存模式。

電池能解決網絡功率波動，實現整體平衡，保證船舶平穩(wěn)運行不受到干擾。電池可儲存多余的電能，在用電高峰時供電。例如，在燃料電池不能滿足負荷的快速變化時，通過電池進行補償。通過電池儲存電能可以讓雙燃料發(fā)電機以接近最佳載荷的工況運行，避免負荷的快速變化以及船舶污染排放的增加。到2020年，供電能力為0.4MWh、高峰負荷為4MW的電池組的重量可下降到2～4噸，占用大約1立方米的空間。稀土金屬例如鋰的資源有限，電池性能下降和充電時間長是阻礙電池廣泛應用的主要因素。

預計納米技術將在實現電池儲存能力的突破方面發(fā)揮重要作用。

高溫超導體

電阻會造成發(fā)電機、電動機、變壓器和傳輸電纜的能量損失。

高溫超導體的電阻（在－160℃時）為零，超導體電纜與相同尺寸的銅電纜相比可允許150倍的電流通過，大大縮小電動機和發(fā)電機的尺寸。超導體線圈還可以用于儲存電能。

但是，這些材料需要通過液態(tài)氮和特殊熱屏蔽等進行低溫冷卻。主要風險是低溫冷卻發(fā)生故障，導致喪失超導性能。冗余是采用高溫超導技術進行船舶設計所面臨的主要問題。

岸電計劃

全球船舶每年有5%的燃油是在港口消耗的。港口一般都位于人口密集的地區(qū)，船舶污染排放會造成本地環(huán)境和健康問題。

岸電計劃是通過岸電替代船發(fā)電，可以減少因排放硫氧化物，氮氧化物和顆粒物質而對健康和環(huán)境造成不良影響。另外，通過利用岸上清潔發(fā)電站，可以減少二氧化碳的排放量。在2020年之前會實現現有船舶與新建船舶在船舶和岸電網絡之間的標準連接，可以把岸電轉換為適合船用的電壓和頻率。

這項技術所面臨的主要挑戰(zhàn)是大型港口是否有足夠的電網供應能力，小型港口是否會缺乏電力基礎設施。

廣泛采用船舶E-導航解決方案可提高安全性能，優(yōu)化保安、經濟和環(huán)保性能，但哪些是關鍵技術呢

數字船舶——降低航行難度

船舶E-導航系統(tǒng)是指訪問、集成、處理以及呈現本地和遠程采集的航海信息，把傳感器關鍵信息傳輸到岸上或其他船舶的能力。其中的關鍵技術與導航（如電子海圖、雷達和聲波定位）、狀況監(jiān)控（如船舶應力傳感器）、船舶跟蹤（如AIS，LRIT）、衛(wèi)星圖像和通信及計算機軟件等相關。這些構成元素為船長提供了決策支持。

目前航運業(yè)的領袖企業(yè)采用了E-導航技術，到2020年很多船舶都將效仿。E-導航匯集了船舶操作的所有方面，從安全導航（包括避免極端的氣候事件）到最大程度減少燃料消耗和污染排放、降低維護費用，保證有效的船舶－港口通信，優(yōu)化靠泊和貨物裝卸。

在2020年之前，基于AIS、LRIT系統(tǒng)和其他衛(wèi)星服務開發(fā)的系統(tǒng)將實現全球監(jiān)控和跟蹤，提供一系列的支持應用。充分利用這些系統(tǒng)可能要求較高的數據傳輸速度，可能會限制偏僻區(qū)域的使用。

ECDIS

船舶觸礁事故會造成嚴重的財產損失、人員傷亡和石油污染事故。

電子海圖展示和信息系統(tǒng)（ECDIS）采用電子導航圖，把觸礁可能性減低了30%。IMO新規(guī)則要求大部分船舶在2020之前采用ECDIS。

ECIDS是其他支持系統(tǒng)（如高級氣候導航、海盜偵查、海冰識別和浮動物體報警等）的平臺。ECDIS同時也是一項關鍵的E-導航技術，通過與非導航系統(tǒng)結合，它的優(yōu)勢將不僅局限于保證安全導航，還會延伸到港口排期和清關系統(tǒng)。對這項新技術的熟練掌握非常重要，但用戶必須清醒地認識到ECDIS存在信息過載和報警盲區(qū)的風險。

先進的氣候導航系統(tǒng)

傳統(tǒng)意義的氣候導航主要關注于安全導航，避免惡劣的氣候。事實上，氣候導航也可以優(yōu)化燃料消耗（可節(jié)省10%左右）和到達時間，提高船員和乘客舒適度，降低船舶疲勞度。通過風險評估措施選擇最佳路徑，取決于所選目標的優(yōu)化，船舶特征和風浪及海流的變化，需要制定極端氣候事件的報警標準，還要考慮氣候變化的影響。

預計在2020年之前通過遠程和船上傳感器的數據收集，將會提高海洋實時信息和預報數據的空間-時間分辨率。針對具體船舶和路線調整適航和海浪阻力的響應模型。可以通過采用實時和歷史數據和自我學習算法來實現上述目標。

海盜偵測與震懾

保險費率提高反映了以船員和船舶為目標的武裝搶劫、海盜和恐怖主義的猖獗。在未來十年這些威脅不會減弱。

成功減低威脅要求及早偵測，并采取有效的遠程控制的震懾措施（如水、聲音和電擊）。商船高性能雷達的偵測范圍是標準導航雷達的4倍，可以偵測到4海里以外的小物體，到2020年可以提高到10海里。將來的船上報警系統(tǒng)會處理雷達、聲納、攝像頭以及遠程衛(wèi)星采集的實時數據。在未來十年，預計反海盜服務商會通過衛(wèi)星提供海盜預警服務，這個系統(tǒng)可以集成到船上系統(tǒng)中。

船舶-港口同步技術

航運合同一般要求船舶在港口之間按最高速度航行，而不管目的港是否有泊位。當高速行駛的船舶到達目的地后，卻往往要在錨地停泊數天，這就導致了不必要的高燃油消耗量和污染排放，造成港口擁擠。

到2020年可以采用衛(wèi)星跟蹤和氣候導航，把泊位規(guī)劃算法集成到船舶港口通信系統(tǒng)中，實現同步化，生成靠泊時間表，以最小的成本實現碼頭通過量的最大化，同時最大程度減少船舶的駐留時間和燃料消耗量。

因為船舶在靠岸等待期間更容易受到損壞，減少港口停留時間也提高了船舶安全。

未來北極地區(qū)夏季可能出現積冰消融，海運量或增加。除了新型船舶之外，北極航運還需哪些新系統(tǒng)和新軟件

極地級船舶——探索北極新機遇

未來十年夏季海冰規(guī)模會減少，隨著碳氫化合物燃料價格不斷升高，各國將勘探開發(fā)新資源，北極航運量也會增加，與北極相關的技術會迅猛發(fā)展，例如冰區(qū)路線優(yōu)化軟件、船體負荷監(jiān)控系統(tǒng)以及新的破冰概念。

新型破冰船

被護衛(wèi)船舶的船首兩側區(qū)域比破冰船寬，會遇到未破碎的冰塊，導致冰塊阻力增加。

采用為側向破冰而特殊設計的斜型船體的破冰船可以拓寬一些航道，通過采用多個可360度旋轉的Z推進器可實現側向操作。這種破冰船在護衛(wèi)小型船舶時首先采用船首部分破冰，在護衛(wèi)較寬的船舶時會采用側向破冰。采用這種設計允許寬度為20米的破冰船開出40米寬的航道。這樣未來一艘破冰船就可以護衛(wèi)較寬的船舶，而到目前為止還是需要兩艘傳統(tǒng)的破冰船。通過測試表明在采用傾斜操作模式時，速度是正常速度的一半。在未來十年，這種新型破冰概念將廣泛地應用于北極航運操作。

冰負荷監(jiān)控

在冰層覆蓋的水域中航行時，船長必須能夠判斷冰層負荷是否超出了船體局部強度承受能力。

在遭受極端負荷時，橋樓中的冰負荷監(jiān)控系統(tǒng)會提示。冰負荷監(jiān)控系統(tǒng)通過固定在船首某些選定肋骨上的幾百個應變儀來連續(xù)測量冰負荷情況，然后把測量的信號值與已知的肋骨安全限值相對比，安全限值是根據每條船舶的有限元模型計算出來的。這個系統(tǒng)的運作依賴于正確的傳感器位置、及時校準和故障傳感器的偵測以及有效的和安全限值對比。

預計在未來十年，很多北極船舶都將采用上述系統(tǒng)，為船舶的減速時間或選擇其他航線以避免船舶損壞提供參考意見。

北極救生船

傳統(tǒng)的救生船或救生筏不是針對在北極冰層條件下安全撤離而設計的。

北極救生艇針對冰區(qū)航行進行了強化，并采用防凍措施。救生艇需要穿越冰區(qū)（如冰脊），還要穿越開闊水面。到2020年，這類船舶將采用阿基米德的螺旋式運動概念。在船舶兩側會設計兩個大型螺旋式浮筒。設計難關包括浮筒材料及其連接，必須承受極端溫度條件下的碰撞負荷。

北極船舶的常規(guī)防凍措施應該考慮救生艇的防凍，例如防止結冰，預熱發(fā)動機。

冰區(qū)導航軟件

沒有破冰船護衛(wèi)的船舶需要自己找尋通過冰層的路線，以最大程度減少燃料消耗和航行時間。

到2020年，冰區(qū)導航軟件將根據衛(wèi)星圖像、氣候觀察、冰區(qū)海圖和氣候、冰區(qū)模型的預測等綜合考慮冰區(qū)基本狀況。

航線選擇時首先會推測模擬所經區(qū)域的冰層狀況，例如平坦海冰、碎冰航道、浮冰區(qū)域和冰脊區(qū)域等。然后冰區(qū)模型計算冰阻力、速度和通過時間，并考慮船舶具體情況。導航器將設置最佳路徑的優(yōu)選標準，例如速度、通過時間、燃料節(jié)約能力或污染排放。

冰區(qū)航行培訓模擬裝置

在北極地區(qū)航行的船舶數量不斷增加，但會有一些船員只有很少或完全沒有冰區(qū)航行經驗。這就需要采取有效的培訓，讓船員掌握冰區(qū)航行技術。

培訓模擬裝置提供了船舶培訓環(huán)境，讓船員掌握在各種模擬的海冰、黑暗、冰雪、大霧和結冰條件下如何操作。根據船舶－冰塊交互作用和推進模型，并考慮選定的氣候條件的影響，模擬器會進行實時計算，船（模擬）會對船員操作實時響應。

船員將學習識別不同的海冰類型，學習如何避免厚冰層，例如冰脊和多年冰?？梢酝ㄟ^模擬器培訓特定的船舶操作，例如冰區(qū)的位置保持或冰況管理。

從生命周期角度評估船舶技術和經濟性能先進模型技術，能更好地管理設計的復雜性和不確定性。那么如何實現呢

虛擬船舶——新設計思路

船舶設計人員總是試圖綜合考慮各種目標，但總會受到規(guī)則和法規(guī)的制約。隨著未來更多新規(guī)范的出臺，越來越多的領域會受到監(jiān)管，新設計也面臨著很多挑戰(zhàn)。為了應對這些新設計所面臨的挑戰(zhàn)，為了管理創(chuàng)新性解決方案的復雜性和內在風險，業(yè)界會采用先進的模型化技術來評估各種概念和技術在整個生命周期的技術和經濟性能。

整合船舶設計工具

鑒于未來設計和風險的復雜性，人們會加速采用先進的建模方法和工具，實現新船體設計、推進器和船機系統(tǒng)的開發(fā)和評估。這種設計方法依據的是各種軟件環(huán)境，包括多目標優(yōu)化算法。

由設計人員完全控制個案所采用的數學方法、目標、限制條件和分析軟件。在計算過程中，將針對船舶每個子系統(tǒng)采用模塊化工具，例如機械設備或船體外形。不同的模塊通過集成設計平臺連接到一起，為了保證及時評估，軟件會設計多尺寸、多物理和多分辨率的物理模型。

性能的定義是多維的。集成設計工具發(fā)展到2020年將充分利用多處理器架構和互聯網基礎設施，支持分布式、平行式和協調執(zhí)行的各種設計任務。在更復雜的專業(yè)化和投資更高的船舶設計和優(yōu)化中會更多地采用這項技術，例如客船和工作船。

未來十年采用集成設計工具所面臨的主要風險是極其復雜性和專業(yè)用戶的特殊需要，還會存在與軟件集成、數據管理和通信等方面相關的風險。

這項技術的關鍵因素是如何獲得與設計、性能以及各種可選技術的成本相關的可靠數據。大部分數據都可以通過終端用戶的應用程序、模塊化措施和大規(guī)模測試來收集。

模型化船機設計

隨著燃料電池、其他電池和可再生輔助動力等動力系統(tǒng)的出現，系統(tǒng)配置也越來越復雜。而傳統(tǒng)的設計關注于通過優(yōu)化每個組件來提高效率。

隨著當今設備技術的成熟，需要從集成系統(tǒng)角度來考慮船機和能源系統(tǒng)，提出創(chuàng)新的開發(fā)模式。

到2020年將可以采用模塊化計算機工具對現實工作狀況下的船機系統(tǒng)進行建模、模擬和優(yōu)化。從設備模塊庫中選擇模塊來建立系統(tǒng)，采用同樣的工具執(zhí)行優(yōu)化設計、狀態(tài)監(jiān)控和性能優(yōu)化以及安全和可靠性分析。專家匱乏和數據可靠性問題是這些工具在2020年前將面臨的主要風險。

模塊化船體設計

傳統(tǒng)的船體設計優(yōu)化通常局限在靜水情況、設計載貨能力和設計速度條件。采用這種方法建造的船舶在偏離設計條件時性能不良。

到2020年，船體設計工具將實現計算機輔助工程設計組件，例如CAD、CFD和FEM與多目標優(yōu)化的無縫整合。性能定義將泛指阻力、效率、耐波、操縱性和強度等。通過采用降低阻力措施或推進能效增強設備，進一步提升對具有更高預測能力的計算工具的需要。在2020年將根據實際運作模式來設計船舶，保證穩(wěn)健的船體結構，充分地應對各種外部條件。

采用這些工具所面臨的主要挑戰(zhàn)是靈活性和計算效率。

大型示范項目

為了應對航運業(yè)在2020年的復雜狀況和各種風險，需要快速安全地完成從構思到新產品投入使用的開發(fā)過程。第一步是使用先進的建模工具。為增強對新產品的信心，實現創(chuàng)新技術的商業(yè)化，必須進行實驗室測試和大型項目的示范。

示范項目應該能夠驗證理論模型，找出并解決安全挑戰(zhàn)，完成技術認證，消除認識偏差。通過制定更準確的測試和擴展規(guī)范，可以實現建模工具和實驗項目的相互促進。大型示范項目必須由研發(fā)組織和終端航運企業(yè)聯合實施。

在主要利害關系人之間分擔投資和風險將加速創(chuàng)新和技術的應用。

來源：航運交易公報