2020年，在欧盟委员会资助下，来自挪威、丹麦、芬兰、德国4个国家的12家高校、公司和科研机构，共同研发了全新的物流系统来大力发展近海和内河航运，即AEGIS项目，意为“先进、高效、绿色的多式联运系统”

AEGIS计划开发一个全新的水路运输系统和物流系统，通过开发新技术，包括船舶和港口之间的数字信息交换、船舶和港口以及货物装卸作业的自动化技术、更多样化的自主船舶和更灵活的船队编组、标准化货物单元以及数字连接的新解决方案，使水路运输更加灵活地为用户服务，进一步减少碳排放对环境的影响，最终将水路运输延伸到物流链，为“最后一公里运输”提供新的解决方案，以重新获得传统水运在货运中的地位。本文主要论述在挪威（场景A）和比利时、荷兰（场景B）的应用场景与自主船设计方案。

三个应用场景与自主船设计方案

1、场景A：从欧洲大陆到挪威西海岸乡村

本应用场景，计划从欧洲大港荷兰鹿特丹（Rotterdam）出发，经过挪威特隆赫姆地区的桑斯塔德港（Sandstad）中转，最终到达目的地挪威西海岸偏远少人的乡村码头。本场景参与主体有5家，分别是挪威研究机构SINTEF、挪威北海集装箱航运公司(North Sea Container Line，NCL)、麦基嘉公司（MacGregor）、挪威软件公司GRIEG CONNECT、挪威特隆赫姆港（Trondheim Havn）。

图1 挪威西海岸沿海班轮航线与区域分销系统示意图

如图1所示，左图显示了沿海班轮航线，右图为区域分销系统。桑斯塔德为场景A的新设中转站，取代了传统物流系统的中转码头斯塔万格、卑尔根和奥勒松等（红色圆圈），新的物流系统预计可使班轮节省5-10小时。新系统的其余部分还包括小型国际城市港口克里斯蒂安松、莫尔德和海于格松（棕色小圈）、非国际乡村码头（蓝色圆圈）和一个建议的新码头（绿色圆圈），通过新码头可将货物进一步转运至铁路和航空。橙色圆圈为遮蔽水域航线的作业码头。

船舶设计方面，概念设计母船与子船两大类新船船型。从鹿特丹到桑斯塔德使用母船（配套支线船1艘），从桑斯塔德到乡村码头使用子船。母船服务于鹿特丹和特隆赫姆峡湾地区之间的国际贸易，母船的支线船负责在特隆赫姆峡湾地区进一步分配货物。子船负责“最后一公里”运输，通过最终使用小型、自主、电动班轮（即子船）将货物运输到各乡村码头，这种运输形式既节省了主线大船的时间，也充分利用了智能船舶的作业灵活性，提高了使用效率。

图2 母船与子船概念设计示意图

(1) 母船和支线船

① 母船

服务于鹿特丹和特隆赫姆峡湾地区之间的国际贸易，集装箱货物运输形式是LoLo（集装箱装载/卸载），规划总容量为1046TEU，船舶尺寸见图3。母船设计指标如下：

绿色推进系统：甲醇内燃机推进系统，预计平均航速15节。配置可控螺距螺旋桨，以实现在不同的载重吨和天气海况情况下螺旋桨效率的优化，从而降低燃料消耗。船艏推进器由电力驱动，因而具有较高的操纵能力。同时充分利用挪威西海岸的大风条件，引入风力辅助推进系统，设置翼帆或Flettner Rotors风力助推转子。

自主水平：母船被设计在1-2级的自主水平之间运行。船上将配有船员进行船舶操纵，因而设置了驾驶台和住宿区，但随着技术水平的发展和法规的修订，预计自主性会继续增加，因此母船甲板区域采用模块化设计，可以根据实际需要进行拆除。自动靠离泊和自动装卸货技术的发展将会进一步节省作业时间，并将允许船舶不再依赖于港口作业时间而运转。数字孪生技术的引入将赋能客户和船东随时监测船舶状态并准确预测到港时间。

货物装卸设备：母船配备两台起重机，由麦基嘉公司(Cargotec/MacGregor)研发。每台三折臂起重机的伸出长度为32米，安全工作载荷45吨。三折臂起重机的优点是内部稳定性高，防摇系统平稳，作业动作精确。起重机在防撞系统和自动抓取货物方面，被设计为高度自主操作。

图3 母船概念设计图与船舶尺寸

② 沿海支线船

作为母船的支线船，沿着挪威西海岸进行中短距离航行，负责在特隆赫姆峡湾地区的峡湾之间进一步分配货物，设计总容量为160TEU，船舶尺寸见图4。

图4 支线船概念设计图与船舶尺寸

绿色推进系统：支线船沿途有多个停靠点，有多次充电的机会，因此可以使用电池等推进系统。在装卸货作业期间对电池进行充电，所需的能量应该由绿色能源提供，如水力发电或风力发电。这种绿色能源被用来驱动船尾的两个方位推进器内的电动引擎。

自主水平：沿海支线船计划以2-3级的自主水平开发，同母船概念设计类似，驾驶台和船员住宿区模块化设计，可根据需要随时拆除。自动靠离泊、自动装卸货以及数字孪生技术也被考虑在设计中。

货物装卸设备：船上配备两台船载吊车。每台有35吨的安全负荷，一台18米宽，另一台25米宽。高度自主设计，位于船舶的左舷，以保证船载起重机在装卸过程中不干扰码头起重机的工作。

图5 支线船（160 TEU）概念设计图，船上附带货物装卸系统（两台起重机或一台移动式正面吊运起重机）

(2)子船

在特隆赫姆地区进行“最后一公里运输”的子船，有两种设计方案，一是通过自航式摆渡船运输，二是由拖船拖带驳船船队运营，驳船船队具有高度的灵活性，可以根据货物的种类（如散装货物和集装箱）进行灵活的组合。

① 自航式摆渡船

总容量为60TEU，运行速度为10节，船舶设计尺寸见图6。

图6 自航式摆渡船概念设计图和船舶尺寸

绿色推进系统：全电力推进系统，设计有两种方案：一种是采用电池驱动，另一种是由氢气燃料电池驱动，氢气储存在冷却和/或高压罐中的，在燃料电池中进行能量转换以产生电力，氢气作为燃料的最大风险和挑战是燃点低且可燃风险高。无论使用电池还是氢气燃料电池，都须由风能、太阳能或水力发电等可再生能源供应。

自主水平：自航式摆渡船被设计为高度自主，船上将不配船员，没有驾驶室和船员住宿区。船舶操纵由岸上的遥控中心操作（3级）或完全自主航行（4级）。此外，自动靠离泊和自动货物处理以及数字孪生技术的实施也被考虑在开发设计中。

货物装卸设备：船上配备一个全自动的、轻量级的龙门吊，并带有伸缩臂。该龙门吊可以在导轨上从船尾移动到船头，以确保每个集装箱都能得以装卸。此外，船上还配置有一个用于20-45英尺集装箱的伸缩式吊具，用来装载和卸载货物。

② 驳船船队

第二种子船概念方案，由小型、自主和自推进的驳船船队，被高度自主的拖船拖带所组成。驳船容量为36TEU或875立方米，主要的货物类型是集装箱货物和/或散装货物，纵向分三排、三层存放。主要尺寸见图14。

图7 驳船船队和电动拖船（燃料电池+电池）概念设计图，右上图为配备有短程推进系统的驳船

绿色推进系统：驳船可以设计为无动力装置，也可以配备短程的推进系统。推进装置是一个向心的可折叠舵推进器，当驳船作为拖船船队的组成部分时，该推进器可折叠到船体中。此外，驳船上携带电池集装箱，可为拖船提供电力补给。

自主水平：驳船被设计成完全自主（4级）。船上安装有定位、导航和通信设备，还支持自动靠离泊和自动连接编队组队。

货物装卸设备：驳船的货物装卸设备采用模块化设计，可根据货物类型而灵活组装。在混合货物的情况下，用同一台起重机处理不同的货物，因此船上需要配置可处理两种货物单位的设备，并且最好是可实现自主交换。所有的货物处理设备都将被装载在驳船上，便于安装的起重机使用。

③ 拖船

被设计为以8节的运行速度推动最多9艘驳船船队（如上所述），设计尺寸见图8。

图8 拖船概念设计图和船舶尺寸

绿色推进系统：拖船被设计为混合推进系统，包括电池组和由氢气驱动的燃料电池。船上配置两个方位推进器，用来确保船舶的高可操作性。在船的最末端，氢气（图15中红色部分）被储存在200-250巴（bar）的压力瓶中，压力瓶被组合成三个包，每个包的大小为20英尺集装箱。这种存储方案的设计是标准化的，因此易于替换，节省装载和补充燃料的时间。此外，船内永久安装的电池组确保了持续稳定的电力供应。

自主水平：这艘拖船的自主水平设计将从2级增长到4级，因此，项目初期将配置驾驶台和船员住宿区。用于定位、导航和通信的传感器以及支持软件和系统也已安装在船上。随着技术的发展，这艘船可以由更少的船员和支持系统来完成操作（第2级），之后船上没有船员也是可能的，通过岸上的远程控制中心进行操作（第3级），最后一步是完全自主操作（第4级），由控制中心进行监控。

货物装卸设备：尽管该船不承担货物承载任务，但仍配备一个小型、固定、自动化的起重机，用于在氢气燃料电池组空瓶替换满甁时进行装卸。

2、场景B：比利时和荷兰近海内河联运

多年以来，欧洲的内陆货运主要通过公路进行运输，内陆货运中水路运输仅占6%。近几年，日益严重的道路拥堵对货运的速度、成本效益以及可持续性都产生了很大的负面影响。因此，AEGIS场景B的目标是将比利时和荷兰的货物运输从公路转移到内陆水道，尤其是比利时和荷兰的腹地，那里具有天然良好的运河网络，并能够减少公路拥堵造成的时间、成本损失，因而具有巨大潜力。

本场景参与主体有，丹麦航运物流公司DFDS、麦基嘉公司（MacGregor）、德国结构轻量化建筑和能源效率研究所（ISE）等。

图9 比利时和荷兰的近海内河联运示意图

(1)滚装运输

不同于场景A的LoLo形式（集装箱装载/卸载），AEGIS为场景B规划的货物运输形式是RoRo（如图9所示），即将装有集装箱的卡车/挂车直接驶到滚装船上，以减少货物装卸环节。滚装船也可自带货运设备，即挂车（由汽车牵引而本身无动力驱动装置的车辆），它具有机动、迅速、灵活、安全等优势，方便实现区段运输。当空载的卡车来到码头时，只需要连接到滚装船的挂车上（与一辆或多辆挂车组合），就可以驶入内陆进行运输。

同时，为适应内陆水道的自然条件，场景B特别缩小了滚装驳船的规模以便到达更深入偏远的腹地并提供更灵活的水运服务，由此将公路货运系统转变为水道货运系统。

图10 LoLo货运形式示意图

图11 RoRo滚装货运形式示意图

(2)三种新船尺寸

为适应西欧的内陆河道船舶尺寸要求，新船设计必须符合欧洲交通部长大会（Conference of European Ministers of Transport，CEMT）定义的尺寸等级。

根据CEMT等级、港口和工业场地以及货物量，AEGIS为场景B开发了三种不同的船舶尺寸（如表1所示），这些新船作为滚装运输使用，船上都将不配船员，自主设计水平非常高：

表1 为内陆水道设计的新滚装船尺寸

CEMT：二级滚装船，适合CEMT二级航道，可容纳12辆挂车或10辆卡车，双排双层设计。

CEMT：四级滚装船，适合CEMT四级航道，船舶容量为21辆挂车。

CEMT：六级滚装船，适合CEMT六级航道，提供38辆卡车或挂车的更高容量。纵向装载时，船舶的宽度为9.5 m，对卡车/挂车的灵活装卸有一定限制。如果将卡车或挂车横向装载，宽度将分别增加到18.1 m或15.0 m。

图12 内陆水道滚装船设计，a）为CEMT 二级，b）为CEMT 四级，c）为CEMT 六级

(3)电力推进

这3种船型的推进系统都相同，具体根据船舶大小而采用。推进系统由电池提供全电力驱动，电池组位于船舶末端，由于防火和船上安全的需要，设计由横向舱壁包围。此外，船尾还配备了两个方位推进器，船头配备了一个可旋转推进器，以最大限度地提高滚装船的操作性和灵活性。

(4)船舶自主水平

船舶被设计为高度自主，无论卡车或挂车的装载方向是纵向还是横向。关于自主水平，要么是完全自主（第4级），要么由岸上的遥控中心远程控制，不设船员在船上（第3级）。此外，新船还设计使用自动靠离泊系统，并将在船舶操作时引入数字孪生技术。

(5)货物装卸设备

自动斜坡：对于货物的装载和卸载，船舶设计自带一个斜坡，位于船头位置，斜坡自动操作，并与自动系泊系统所相连。

升降系统：新船计划安排两层货物空间，这就要求为卡车或挂车配备升降系统，以便将货物分配到两层。

自动化稳定系统：当挂车被横向装载时，船上需要配备不同类型的货物处理系统。每对挂车都配备专用的升降机，并有一个可移动的侧坡道，以便在港口装卸货物。与此相适应，需要增设一个自动化的稳定系统来辅助进行货物装载和卸载，这个系统的设计原理是不断地将水抽入和抽出压载水箱以维持稳定状态。

AGV运输车：船上还将自带一辆AGV小车（自动导引运输车），用于在沿线的小港口装卸挂车。船舶航行时，AGV小车随船被存放在甲板上。

电力驱动：所有的装载系统都由船舶电源或绿色岸电（如果有的话）提供。

小帖士

名词释义

AEGIS ：Advanced, Efficient and Green Intermodal Systems，先进、高效、绿色的多式联运系统

RoRo：roll-on/roll-off，滚装运输，是指将装有集装箱或件货的汽车直接驶入/出货船予以运输的一种物流形式。由于将传统的垂直装卸改为水平装卸，滚装运输较大地提高了装卸效率，加速了船舶的周转，适合于短途运输、无装卸桥装卸和特大件的货物运输。

LoLo：load-on/load-off 从卡车上装载/卸载集装箱

CEMT：欧洲交通部长会议

CEMT 2级：欧洲交通部长会议确定的二级航道

CEMT 4级：欧洲交通部长会议确定的四级航道

CEMT 6级：欧洲交通部长会议确定的六级航道

AGV：Automated Guided Vehicle，自动导引运输车