張九磊

摘 ?要：由于近幾年來紅土鎳礦船事故頻發(fā)，為了降低事故發(fā)生率，本文對(duì)事故原因進(jìn)行了分析，并結(jié)合模糊綜合評(píng)定數(shù)學(xué)模型，提出了一種對(duì)大風(fēng)浪中航行船舶的危險(xiǎn)度進(jìn)行定量估算的模型。通過專家問卷調(diào)查后，得出了紅土鎳礦船在大風(fēng)和大浪的作用下，可能發(fā)生不同的等級(jí)事故。并對(duì)某種危險(xiǎn)情況，結(jié)合實(shí)際風(fēng)浪進(jìn)行了評(píng)估。船舶駕駛員只要根據(jù)本船的實(shí)際，并通過氣象預(yù)報(bào)，就能對(duì)本船的危險(xiǎn)狀況進(jìn)行定量的預(yù)測(cè)，有利于作出決策，從而降低風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)學(xué)模型 ?定量估算 ?風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

近年來運(yùn)輸紅土鎳礦粉的船舶事故頻發(fā)，如：2004年，G輪從菲律賓裝紅土鎳礦途經(jīng)汕頭外海時(shí)發(fā)生橫傾，在拖輪拖帶途中傾覆沉沒;2006年，D輪從菲律賓裝精鎳礦粉去日本，途經(jīng)中國(guó)沿海發(fā)生傾斜，即彎泊樂清灣，在岸基指導(dǎo)下，將船扶正后續(xù)航，安全抵達(dá)日本港口。特別要指出的是：從2010年10月28日到12月3日，在短短36天內(nèi)接連發(fā)生了海事和船舶傾覆事故;10月28日，一艘巴拿馬籍散貨船A輪裝有4700紅土鎳礦，在琉球群島南沉沒;11月9日，散貨船N輪裝有紅土鎳礦也在臺(tái)灣東部海面沉沒;11月10日，M輪在印尼載運(yùn)紅土鎳礦回張家港卸貨，途經(jīng)沖繩島南340 n mile處，傾覆沉沒;11月11日，Y輪裝運(yùn)紅土鎳礦在臺(tái)灣東遇風(fēng)船舶傾斜7～8°時(shí)，彎靠花蓮港，經(jīng)艙內(nèi)鋪木屑和調(diào)整油水和壓艙水將船扶正后續(xù)航，安全抵達(dá)目的港;11月22日，HX輪裝礦砂在連云港以東海域遇北風(fēng)-西北風(fēng)7～8級(jí)，傾覆沉沒;12月3日，HW輪從印尼裝40 000 t紅土鎳礦開往嵐山港，在巴士海峽沉沒，被救起14人，失蹤10人;2011年12月25日，一艘巴拿馬籍貨船“VQ”輪，滿載55400t紅土鎳礦，從印尼Morowali港駛往中國(guó)寧德途中，在菲律賓東北海域的呂宋島附近發(fā)生傾覆;2013年8月14日，一艘運(yùn)載紅土鎳礦3.3萬噸香港注冊(cè)貨輪“Trans Summer”號(hào)（夏長(zhǎng)輪），原定由印尼前往廣東陽(yáng)江，但途經(jīng)珠海港西南80公里近萬山群島海域時(shí)，被15米高巨浪及時(shí)速90公里以上烈風(fēng)撲襲，船身向左傾側(cè)20度，最后沉沒。

上述一系列船舶傾覆事故的發(fā)生，令人觸目驚心，現(xiàn)在看來，很有必要對(duì)海運(yùn)紅土鎳礦的安全進(jìn)行必要的總結(jié)和討論。經(jīng)分析發(fā)生事故的根本原因（內(nèi)因）有兩條：一是貨艙內(nèi)含水礦粉超過流動(dòng)水分點(diǎn)，析出大量水分，造成自由液面使該輪穩(wěn)性變?yōu)樨?fù)值所致;二是由于積載不當(dāng)，礦粉重量大大超過貨艙底面局部強(qiáng)度造成船體斷裂，或承運(yùn)礦石船舶是超老齡船，船舶維修不到位、裝載不當(dāng)造成船體斷裂沉沒。而大風(fēng)浪中高速航行，遭受風(fēng)浪對(duì)船體沖擊，致使船體橫搖、縱搖加劇，是加速含水礦粉形成自由液面的外因。

研究現(xiàn)狀

1、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

實(shí)際上，對(duì)于在印尼或菲律賓裝載紅土鎳礦可能導(dǎo)致嚴(yán)重海事事故的問題在幾年前就引起了航運(yùn)界的注意，各大船東互保協(xié)會(huì)均發(fā)出了防損公告，比如：UK P&I， NE P&I，SKULD P&I，STEAMSHIP P&I等等。國(guó)際干散貨船東協(xié)會(huì)也及時(shí)發(fā)布了兩次會(huì)員警告，其中一個(gè)標(biāo)題就為“Hazardous cargoes - three ships sunk; 44 deaths in 39 days，The Unanswered Questions and why seafarers should not be considered expendable.”。

國(guó)內(nèi)也有不少專家學(xué)者就紅土鎳礦的事故進(jìn)行了分析，但大家只是著重從紅土鎳礦的含水量著手，當(dāng)然含水量過高確實(shí)是紅土鎳礦發(fā)生事故的根本原因，卻忽視了風(fēng)浪這條外因，如果沒有風(fēng)浪下的搖擺及船舶震動(dòng)，水分不析出，根本行不成自由液面。所以研究風(fēng)浪這條外因?qū)Υ暗挠绊懸彩欠浅Ｓ斜匾?，?dāng)貨物含水量不太高時(shí)，大風(fēng)浪下船舶劇烈搖擺導(dǎo)致水分析出，可能會(huì)成為船舶事故的根本原因。

2、紅土鎳礦的特性

紅土鎳礦作為鎳礦的一種，由于露天開采，露天堆積，常年炎熱、潮濕、多雨，相對(duì)于其它可液化的精選礦含有更多的水分。

當(dāng)紅土鎳礦粉含水量小于32%時(shí)，礦體外形看起來很結(jié)實(shí)，用手指輕輕一捏，就會(huì)粉碎;但當(dāng)含水量超過35.7%的礦體，遇到搖擺和振動(dòng)都會(huì)發(fā)生水分析出礦體表面的現(xiàn)象，稱作礦粉的“液化流動(dòng)”。初始產(chǎn)生礦粉液化現(xiàn)象的含水量，被稱作流動(dòng)水分點(diǎn)，它的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

表1 ?紅土鎳礦粉的流動(dòng)性

據(jù)資料介紹，近10年來，紅土鎳礦粉因含水量超過32%發(fā)生海難事故的船舶不少于30艘。菲律賓和印尼當(dāng)局按國(guó)際慣例：出運(yùn)紅土鎳礦的適運(yùn)水分限制（AML）為32%，流動(dòng)水分點(diǎn)為35.7%。

3、運(yùn)輸船舶特性

運(yùn)輸紅土鎳礦的船舶一般船齡偏老，而且偏中小型船。

小結(jié)：綜合以上考慮，本文著重分析裝載貨物含水量在適運(yùn)水分限（含水量32%）以下的情況，即只著重考慮風(fēng)浪的情況。

首先要控制好貨物的含水量，要了解該種貨物含水量與自由液面析出或貨物流動(dòng)的相互關(guān)系，這是安全運(yùn)輸?shù)那疤?。我們不能運(yùn)輸含水量超標(biāo)的貨物。其次選擇好航線，盡可能地避開風(fēng)浪較大的航行區(qū)域，同時(shí)要采取一系列防止貨物流動(dòng)或減少自由液面影響的措施（ 如平艙、壓艙、安裝止流板、預(yù)埋積水桶等），這是安全運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)。再者，加強(qiáng)船員的安全意識(shí)，這是安全運(yùn)輸?shù)谋ＷC。

船舶風(fēng)險(xiǎn)估算模型

1、危險(xiǎn)等級(jí)的選取

為了實(shí)施性方便，這里我們沒有采取交通部的等級(jí)劃分，而是把風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為三個(gè)，具體參照下表：

表2 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分endprint

2、致災(zāi)因子的選取

此類船舶的致災(zāi)因子主要有三個(gè)：①水分含量過高;②貨物積載不當(dāng)，超出船舶強(qiáng)度，導(dǎo)致斷裂;③船齡偏老，導(dǎo)致強(qiáng)度不夠;④自然因素（大風(fēng)浪）。我們排除了前兩個(gè)因素的影響，因此只考慮船齡和自然因素。本文在自然因素中只考慮了2個(gè)致災(zāi)因子，即大風(fēng)和大浪各自的作用時(shí)間，同時(shí)對(duì)航向與大風(fēng)浪方向的夾角也給予了考慮。綜合起來就是總共3個(gè)致災(zāi)因子。

3、風(fēng)險(xiǎn)估算模型建立

對(duì)大風(fēng)浪中航行船舶預(yù)先進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)估算，是要得出對(duì)于特定船舶在將遇到的大風(fēng)浪條件下，發(fā)生不同等級(jí)危險(xiǎn)的可能性大小。根據(jù)專家評(píng)定的方法，可以給出特定船舶在不同的大風(fēng)浪狀態(tài)下，發(fā)生不同等級(jí)危險(xiǎn)的分布情況。但是，氣象臺(tái)發(fā)布的大風(fēng)浪預(yù)報(bào)，其準(zhǔn)確率不可能達(dá)到100%，而同一類型的船舶，甚至同一艘船，在不同的航次中，也會(huì)因?yàn)楹絽^(qū)、裝載等條件的不同，使其在大風(fēng)浪中的危險(xiǎn)狀況發(fā)生改變，因此，必須對(duì)大風(fēng)浪的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率、船舶自身的各種特點(diǎn)加以綜合考慮。設(shè)大風(fēng)和大浪的可能狀態(tài)分別為：

■（1）

■（2）

式中：a1i和a2i分別為不同等級(jí)的大風(fēng)和大浪出現(xiàn)的概率。

使用專家經(jīng)驗(yàn)評(píng)定的方法，可以得到對(duì)于不同船舶不同載態(tài)下，在上述不同條件下航行時(shí)，發(fā)生Ⅰ～Ⅲ級(jí)事故的概率，由此，可分別得到大風(fēng)浪中航行船舶危險(xiǎn)等級(jí)與風(fēng)、浪致災(zāi)因子之間的模糊關(guān)系。其中風(fēng)、浪的影響可分別表示為若干個(gè)m×3和n×3維模糊矩陣。若共分成T種不同的航行條件，則對(duì)于每一種航行狀態(tài)，風(fēng)的影響矩陣與浪的影響矩陣分別為：

（3）

（4）

式中：■為在某一種航行狀態(tài)t（t=1，2，…，T）條件下，出現(xiàn)大風(fēng)狀態(tài)a1i時(shí)，發(fā)生j等級(jí)事故的概率;■為在某一種航行狀態(tài)t（t=1，2，…，T）條件下，出現(xiàn)大浪狀態(tài)a2i時(shí)，發(fā)生j等級(jí)事故的概率。

當(dāng)收到了航行海區(qū)的風(fēng)浪預(yù)報(bào)，確定了某一航行方案后（對(duì)應(yīng)于狀態(tài)t1，t2，…，tk），則該船此方案的危險(xiǎn)度即可按下列方式求出。在大風(fēng)浪作用下，此航行方案危險(xiǎn)等級(jí)分別為：

（5）

（6）

式中：xi（i=1，2，3）為在大風(fēng)的作用下，發(fā)生Ⅰ～Ⅲ等級(jí)事故的風(fēng)險(xiǎn)度;yi（i=1，2，3）為在大浪的作用下，發(fā)生Ⅰ～Ⅲ等級(jí)事故的風(fēng)險(xiǎn)度。在大風(fēng)浪中，船舶危險(xiǎn)度等級(jí)模糊評(píng)定結(jié)果為：

B=（z1，z2，z3）（7）

zi=xi+yi-xiyi

式中：zi（i=1，2，3）為在大風(fēng)浪的共同作用下，發(fā)生Ⅰ～Ⅲ等級(jí)事故的風(fēng)險(xiǎn)度。

紅土鎳礦船發(fā)生事故的可能性

1、紅土鎳礦船描述

我國(guó)的紅土鎳礦船多船齡偏老（一般在15年以上），噸位不是很大。大部分是從印尼或菲律賓進(jìn)口，運(yùn)到日照、連云港。所以營(yíng)運(yùn)區(qū)域?yàn)橛∧幔ɑ蚍坡少e）—日照、連云港，航線為“印尼——中國(guó)南?！_(tái)灣海峽——東海——黃?！照?、連云港”。

2、致災(zāi)因子選定

根據(jù)紅土鎳礦船本身以及所裝貨物的特性，我們對(duì)紅土鎳礦船的致災(zāi)因子大風(fēng)風(fēng)力選取了≤5、6、7、≥8級(jí);對(duì)于致災(zāi)因子大浪高度，其可能的狀態(tài)可分為：≤2、2—3、3—4、4—5及≥5m。對(duì)于以上致災(zāi)因子的影響，再做以下劃分：大風(fēng)和大浪作用時(shí)間為：≤4、4—8、8—12和≥12h;航向與風(fēng)浪夾角分別為135°和45°;船齡為15—19、20—24、≥25年。這樣，對(duì)于每一種不同的大風(fēng)浪作用時(shí)間，有2種不同的航向與風(fēng)浪夾角，有3種不同的船齡階段，由此得到24種受大風(fēng)浪影響的不同航行狀態(tài)。

大風(fēng)浪對(duì)本船影響的調(diào)查結(jié)果

本文研究的船舶屬于中小型船舶，中小型船舶在波長(zhǎng)超過船長(zhǎng)的波浪中順浪航行或斜順浪航行，均存在穩(wěn)性降低、尾淹和打橫、橫諧搖等危險(xiǎn)，并且斜順浪航行較順浪航行更為危險(xiǎn)。船舶穩(wěn)性差或者貨物容易移動(dòng)以及船尾干舷低、保向性差的中小型船舶不宜采用順浪或斜順浪航行，降低船速是最有效的措施[7]。因此，船舶與風(fēng)浪夾角為135°的情況比45°的情況更為危險(xiǎn)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，船齡與船舶滅失率的關(guān)系如表：

表3 散貨船船齡與滅失率的關(guān)系

所以船齡在25年以上的船舶更危險(xiǎn)。風(fēng)浪作用時(shí)間越長(zhǎng)，船舶搖擺的時(shí)間就越長(zhǎng)，貨物析出的水分就越多，這樣形成自由液面的危險(xiǎn)性就越多。因此由于篇幅有限，這里我們這里只列出船舶與風(fēng)浪夾角135°、作用時(shí)間在12h以上且船齡在25年以上的最危險(xiǎn)情況，不妨設(shè)這種情況為t=24。

對(duì)發(fā)生各級(jí)事故可能性的隸屬度進(jìn)行了規(guī)定，見表：

表4 各級(jí)事故隸屬度

假設(shè)2011年12月19日，氣象臺(tái)預(yù)報(bào)船舶將要經(jīng)過的某區(qū)，風(fēng)力7級(jí)，浪高4-5m。假設(shè)我船船齡在25年以上，下面我們分析一下t=24情況下，本船的危險(xiǎn)等級(jí)。這里我們認(rèn)為氣象臺(tái)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率為100%，則有：

A1=（0，0，1，0）

A2=（0，0，0，1，0）

B1=（0.1，0.6，0.4）

B2=（0.1，0.6，0.3）

■

■

■

所以有：■

由此可見，在t=24情況下，遇到7級(jí)風(fēng)和4—5m浪時(shí)，發(fā)生事故Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)事故的可能性分別為：非常小、非常大和較大。說明這種情況是危險(xiǎn)的。

結(jié)論

當(dāng)船舶將要穿越某海區(qū)時(shí)，可根據(jù)氣象臺(tái)預(yù)報(bào)的風(fēng)浪情況，結(jié)合本船的實(shí)際，對(duì)本船進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，分析是否適航，是否考慮改變航線并重新進(jìn)行評(píng)估，了解危險(xiǎn)程度，為航線的選擇提供了重要的依據(jù)。由于船舶與船舶不同，所以不同的船舶要根據(jù)自己本船的實(shí)際，通過經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出符合本船實(shí)際的船舶發(fā)生不同等級(jí)事故的風(fēng)險(xiǎn)矩陣，這樣的話船舶駕駛員就可以提前預(yù)知本船航行即將面臨的風(fēng)險(xiǎn)，并采取相應(yīng)的措施，對(duì)提高船舶安全航行是非常有利的。

（作者單位：連云港引航站）endprint