王雪君，婁朝輝，袁成清

(1.武漢理工大學能源與動力工程學院可靠性工程研究所，湖北 武漢 430063;2.武漢理工大學船舶動力工程技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，湖北 武漢 430063)

船舶作為水運主要的交通工具，其安全保障也受到越來越多的關(guān)注。2013年6月至9月底，我國水上交通運輸系統(tǒng)在全國范圍內(nèi)開展安全生產(chǎn)大檢查。運輸船舶共發(fā)生水上交通事故158件、死亡失蹤148人、沉船87艘、直接經(jīng)濟損失2.5億元，水上交通安全工作任重道遠。

1 船舶運行環(huán)境特點

船舶運輸作為水上運輸業(yè)的主體，其營運環(huán)境與陸上運輸有著不同之處，形成了船舶事故發(fā)生的特殊背景。營運環(huán)境的特點主要表現(xiàn)在船員流動性及船舶航線變化等動態(tài)因素。船員的流動性影響了船舶正常保養(yǎng)和安全連續(xù)運行;船舶航線的不斷變化使船舶面臨不同的海洋環(huán)境，極大影響了船舶的安全營運。并且，船舶內(nèi)部的工作環(huán)境也比較惡劣，對船舶機械的正常運轉(zhuǎn)和船舶的安全航行具有重要影響。船舶處于溫度變化大、濕度變化大、含有鹽霧、油霧等腐蝕性氣體的環(huán)境中，加速了船舶機械的腐蝕。船舶機械設(shè)備在正常運轉(zhuǎn)時處于一種高溫、高壓及振動的運行工況中，容易產(chǎn)生不可避免的摩擦磨損而使性能降低，直至失效。

2 船舶事故特點

2.1 事故船舶種類

集裝箱船、油船、干散貨船以及LNG船是典型的船舶類型，并且各類船舶均有向大型化快速發(fā)展的趨勢，因此船舶的安全運輸變得尤為重要。各類船舶的用途不同，發(fā)生的船舶事故也具有不同特點:①集裝箱船在運輸危險貨物方面得到普遍應(yīng)用。然而對于運輸有爆炸、易燃、毒害、腐蝕、放射性及海洋污染等特性的危險貨物的集裝箱船，在載運途中對船舶、貨物、海洋環(huán)境和人員安全均構(gòu)成了潛在的威脅［1］。②油船事故的形式主要有火災(zāi)、爆炸、溢油和碰撞、擱淺和傾覆等，給人們的生命財產(chǎn)安全造成極大的危害，也污染了海洋環(huán)境。③干散貨船用途廣泛，主要用來運輸煤炭、礦石等散裝物資，其數(shù)量僅次于油船。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，干散貨船發(fā)生的事故主要有擱淺、碰撞、機械故障、結(jié)構(gòu)損壞。④隨著清潔能源LNG的廣泛使用，LNG的運輸安全也引起人們的重視。由于LNG具有易燃易爆性、快速相變性以及LNG船舶結(jié)構(gòu)的獨特性、航行安全性、特殊的低溫保存要求等，決定了LNG船舶運輸?shù)陌踩L險較大［2］。

2.2 船舶事故類型

船舶事故的類型大致可分為:碰撞、擱淺、觸損、火災(zāi)、風災(zāi)、沉船及其它事故。通過收集和整理一些國家和地區(qū)具有代表性的船舶事故，對船舶事故按其類型進行了分類統(tǒng)計，如圖1［3］。

圖1 1990年～2007年韓國主要船舶事故分類

從圖1中可以看出，機損事故是組成船舶事故的最主要部分，其次是碰撞事故。另外5種類型的船舶事故中，發(fā)生的比例由高到低分別為操作失誤、擱淺、火災(zāi)和爆炸、傾覆和沉沒。通過對事故類型的分析，發(fā)現(xiàn)機損事故發(fā)生的數(shù)量較大，并且由圖1中折線的趨勢可以看出，機損事故發(fā)生的數(shù)量變化也較大，深入研究機損事故對于減少船舶事故十分重要。據(jù)統(tǒng)計，自2008年1月～2010年6月，寧波轄區(qū)內(nèi)共計發(fā)生機械故障類事故95起，其中2008年19起，2009年45起，2010年上半年31起，發(fā)生的頻次呈現(xiàn)增長趨勢，足見機械故障類險情已成為威脅水上交通安全的重大隱患。以下依據(jù)中國遠洋運輸公司1993年～2003年發(fā)生的船舶機損事故案例從故障部位和故障模式方面分析船舶機損事故原因，為船舶安全管理提供重點。

2.2.1 船舶機械故障部位

隨著時間的推移，船舶機械設(shè)備在外部因素(如工作負荷、運行時間和環(huán)境等)和內(nèi)部因素(如設(shè)計、材料、制造和安裝工藝)等各種條件的作用下會逐漸喪失其規(guī)定功能而造成重大的船舶事故。對船舶機械故障發(fā)生的部位進行統(tǒng)計，結(jié)果如圖2所示。通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以得出，主機事故58起，占43.3%;副機36起，占26.9%;另外發(fā)電機7起，鍋爐7起，其它設(shè)備10起，潤滑油和火災(zāi)事故分別為3起和6起，這些總共占29.8%。這說明在船舶機艙系統(tǒng)中，主機系統(tǒng)仍然是事故發(fā)生率最高的部位，其次發(fā)電柴油機、發(fā)電機、鍋爐及起重機械事故也占有很高的比例。

圖2 船舶機損事故發(fā)生部位

2.2.2 船舶機械故障模式

船舶機械的故障模式有磨損、腐蝕、疲勞破壞等。了解各部位的故障模式和故障比例可以逐步分析故障發(fā)生的原因，為設(shè)備部件的正確合理制造、使用和維修提供了科學的指導依據(jù)。對各部件故障模式的統(tǒng)計分析中，由于主機是船舶機械故障發(fā)生率最高的部位，著重對主機各部件的故障模式和比例進行了統(tǒng)計分析，如表1所示［3］。

由表1可以看出，在船舶機艙設(shè)備中，主機系統(tǒng)是事故發(fā)生概率最高的部位，根據(jù)其它資料的統(tǒng)計，主機各部件的損傷占機損事故的35% ～45%?；钊?、活塞環(huán)、汽缸套、汽缸蓋以及氣閥這些燃燒室周圍的部件發(fā)生故障的概率較高。通過統(tǒng)計各種故障模式，發(fā)現(xiàn)這些部件的故障主要表現(xiàn)為磨損、裂紋、斷裂、燒蝕和變形。其中磨損故障32例，占40.5%;裂紋、斷裂25例，占31.6%;燒傷、粘著4例，占5.1%;變形移位6例，占7.6%。這說明磨損是導致船機零件損壞或船舶機械失效的主要故障模式，是影響船舶機械正常運轉(zhuǎn)和船舶安全航行的主要因素之一。另外松動或脫落、臟堵或臟污、銹蝕咬著及泄漏等故障也比較常見。

表1 主機部件故障模式

2.3 船舶事故原因

船舶事故原因由于船舶類型、事故類型的不同，具有不同的特點。

各類船舶由于在運輸貨物方面存在差異，事故發(fā)生的原因不同:①集裝箱船。由于運輸危險貨物的爆炸、易燃、毒害、腐蝕等特殊性質(zhì)，會有發(fā)生爆炸、火災(zāi)、人員傷亡及海洋污染的可能。②油船。由于油船承載的各種油都是低燃點，極容易爆炸，因此在油船的供油、運輸及洗艙過程中，若不嚴格遵守操作規(guī)程，加強監(jiān)督檢查，會造成安全隱患。③干散貨船。機械故障和結(jié)構(gòu)損壞在干散貨船海難事故中所占比例很高，并且多發(fā)生在船齡高的船舶中，這說明機械老化、機械動力不足、機械維護不足、結(jié)構(gòu)老化、結(jié)構(gòu)強度不足是引發(fā)事故的主要原因［4］。③LNG船。當LNG發(fā)生泄漏時，與空氣形成的混合物中甲烷濃度達到其爆炸極限就會引發(fā)爆炸，從而引發(fā)船舶火災(zāi);并且由于LNG具有低溫危害性和快速相變性，會造成船體材料的低溫脆性斷裂，破壞船體結(jié)構(gòu)的完整性;泄漏還會使空氣中甲烷濃度急劇升高，造成人員的窒息死亡［2］。

各種類型的事故也是由不同原因引起的。機損事故發(fā)生的頻率較高，根據(jù)相關(guān)資料對機損事故的原因統(tǒng)計，維修不善、部件異常損耗、操作失誤是引起故障的主要原因。碰撞和擱淺事故很大程度上是由于人為失誤造成的，包括船員應(yīng)變能力差、疏忽大意、導航員的失誤以及不遵守相關(guān)預(yù)測和回避規(guī)則等等。此外，推進系統(tǒng)的故障、舵機或其它機械設(shè)備的故障都有可能導致碰撞。另外，操作失誤也是導致事故的重要因素，包括決策錯誤、操作不當?shù)?。在各類常見事故中，火?zāi)和爆炸是油輪事故的主要形式。

3 船舶事故主要影響因素

通過以上對船舶事故發(fā)生的船舶種類、事故類型、以及事故原因特點的分析可以得出:人為因素和機械設(shè)備因素是引起事故的主要原因。根據(jù)系統(tǒng)安全工程學的理論，船舶事故發(fā)生的影響因素從宏觀上可分為人 (船員、船公司、管理者)、船 (船舶自身機械設(shè)備和油品)以及環(huán)境因素。

3.1 人為因素

相關(guān)船舶事故的統(tǒng)計分析表明，人為因素造成的船舶事故比例達到80%甚至以上。對于船員主要表現(xiàn)在工作責任心不強、維護保養(yǎng)不到位、業(yè)務(wù)水平低和操作失誤。對于船公司管理者，缺乏對船舶的日常監(jiān)督管理，造成了安全隱患。人是船舶運行中的關(guān)鍵因素，船舶船況的好壞直接與人聯(lián)系起來。如果能掌握充分的技術(shù)知識，通過對船舶良好的維修保養(yǎng)，選擇適航的環(huán)境條件，船員工作謹慎，使人、船和環(huán)境三者處于良好的狀態(tài)，就可以有效避免事故的發(fā)生。人為因素之所以成為船舶事故的主要原因，是因為人具有不穩(wěn)定性，包括知識、技能、責任、經(jīng)驗、生理、心理、健康狀況、行為特點等很多方面［5］?？刂茊渭兊娜藶橐蛩睾茈y完全預(yù)防控制船舶事故，而由于管理失誤、維護保養(yǎng)不良、操作失誤、設(shè)計不合理、加工不良、安裝不正確、材料性能差等可控制的人為因素引起的船舶事故占據(jù)了很大比例，因此，這些因素若通過規(guī)范人的行為來預(yù)防和消除，能很大程度上減少船舶事故的發(fā)生。

3.2 船舶機械設(shè)備因素

機損事故是構(gòu)成船舶事故的重要組成部分，這是由于船舶機械設(shè)備故障而引起的，船舶機械設(shè)備故障主要由以下幾個方面引起:①材料。各種零部件的材料質(zhì)量有缺陷或者各種油品含有雜質(zhì)，這樣在使用時會直接或間接地引起相關(guān)部件的失效而造成故障。因此要在源頭上保證各種部件材料和使用油品的質(zhì)量，這是預(yù)防事故發(fā)生的基礎(chǔ)。②設(shè)備工作異常。包括了燃燒不良、潤滑不良、泄漏、溫度過高、過載以及運行時間過長等。一般是由于材料缺陷或船機人員的不規(guī)范行為等因素而導致了設(shè)備工作的異常，引起故障的發(fā)生。③操作管理。包括加工不良、安裝不良、密封不良、燃油凈化不良、滑油凈化不良以及操作失誤和管理不當?shù)?。這種行為失誤會間接地導致故障的發(fā)生，但往往是導致機械故障發(fā)生的重要影響因素。很多因素表面上是機械設(shè)備方面的原因，但都與人為因素聯(lián)系在了一起。因此，加強船機人員的安全操作是保障船舶機械設(shè)備良好運行的一個基本保證［6］。

3.3 環(huán)境因素

環(huán)境因素直接關(guān)系到船舶運行的安全，所以要保證船舶處在良好的作業(yè)環(huán)境和航行條件下。自然環(huán)境包括了水文、氣象及地形等因素，對船舶事故的影響體現(xiàn)在:①視距的降低。由于氣象條件的影響，如霧、雨雪和夜間引起的視距降低，給船舶的操縱帶來了困難，導致船舶事故的概率加大。②氣象惡劣。風浪給船舶海上航行造成了不可抗拒的自然災(zāi)害。③海上礁石、淺灘及水中障礙物給船舶帶來影響明顯。航行環(huán)境包括交通條件和助航設(shè)施2方面。交通條件指水域內(nèi)船舶交通的密集程度和交通量的大小。在狹窄航道和交通密集水域情況下，船舶導航的難度增加。港口、海區(qū)、航道與海峽，沿海及交通密集水域是海事多發(fā)處。因此要加強這些區(qū)域的整治，創(chuàng)造良好的航行環(huán)境，保障船舶的安全營運。助航設(shè)施導致船舶發(fā)生事故主要表現(xiàn)在海上燈塔、航路標志的故障、海上航行資料的失效。然而根據(jù)大量事故案例表明，純粹由環(huán)境因素導致的船舶事故所占比例很小，因為不良的環(huán)境因素可以通過人為的分析和操作進行規(guī)避。

4 船舶事故研究展望

根據(jù)船舶事故的特點和原因分析，未來的研究需要在以下方面重點加強:①做好船舶事故數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析工作，為事故模型的建立與運用奠定基礎(chǔ)。積累船舶事故發(fā)生的數(shù)據(jù)，進行原因分析并總結(jié)經(jīng)驗，才能更好的建立船舶設(shè)備的可靠性評價模型，預(yù)防船舶事故的發(fā)生。②不斷將新的數(shù)學方法和理論用于船舶事故原因分析中。針對船舶事故發(fā)生的特點，彌補已有研究方法的缺陷，不斷優(yōu)化數(shù)學方法和理論在船舶事故原因方面的研究，使理論模型具有實用性和可操作性。③運用新的技術(shù)手段對人的身體疲勞狀態(tài)加以監(jiān)控和警示。針對面部特征尤其是眼睛狀態(tài)來識別駕駛員的疲勞已有廣泛的研究應(yīng)用。如何根據(jù)船舶操作者的行為特點，結(jié)合身體的疲勞狀態(tài)特點加以實時監(jiān)測，開發(fā)可實用的疲勞監(jiān)測系統(tǒng)以減少人為的失誤將是一個很好的研究方向。④融合船岸信息一體化技術(shù)，研制船舶動力系統(tǒng)監(jiān)測診斷與故障緩解的綜合保障技術(shù)。通過構(gòu)建船岸一體化的船舶安全監(jiān)督管理系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)，可以掌握船舶機械設(shè)備的工作狀態(tài)。特別是對于船舶動力系統(tǒng)，選擇重要部件的合適監(jiān)測參數(shù)，通過實時數(shù)據(jù)進行診斷并及時反饋，從而采取有效措施預(yù)防故障的發(fā)生。這種綜合保障技術(shù)有利于加強船舶管理者和操作者之間的信息融合，通過共同的管理和決策實現(xiàn)船舶安全運行。

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