国内航行海船风浪中稳性事故统计及第二代完整稳性衡准研究展望
船舶稳性是保证船舶航行安全的根本技术指标之一。我国现行的国内航行海船法规提供的完整稳性衡准解决处于瘫船状态时的船舶稳性安全问题,是基于事故经验和高度简化力学模型的技术要求。但海事事故统计分析表明,船舶实际遭遇恶劣风浪条件后还可能出现包括参数横摇、纯稳性丧失和过度加速度(谐摇)等模式在内的波浪中动稳性失效风险。根据成员国提交国际海事组织(IMO)的若干典型客船和集装箱船事故报告,上述几种事故导致了船舶倾覆、人员致死和集装箱堆垛倒塌/落水等严重后果。
IMO据此制定了第二代完整稳性衡准规则,以便提高船舶稳性安全水平。目前我国国内航行海船的技术法规在该领域存在空白,现有法规仅覆盖了传统的瘫船失效模式,对于其他波浪中动稳性失效没有提供先进的水动力学评估方法和相应的技术要求。因此海事机构、航运业和金融保险业不仅无法评估发生这类事故的风险水平,而且缺乏必要技术手段对船舶提供适当安全保障。
本文结合IMO第二代完整稳性衡准制定的技术背景,通过统计分析国内航行海船在恶劣风浪中所发生的事故,结合调研获得的船长在恶劣风浪中的航行经验,探讨国内航行海船面临的波浪中稳性安全问题及制定国内航行海船第二代完整稳性衡准的必要性。
交通运输部海事局针对国内海域发生的海损事故开展了详细的事故调查分析,全面覆盖了我国国内航行海船以及驶入我国海域的国际航行船舶,相关报告会在官方网站予以公开。根据这些权威资料,本文分析了2015年以来23艘货船的事故案例。表1给出了部分典型案例。其中,国内航行海船事故案例的船舶航区包括远海、近海和沿海航区,船长为45.8m至195.4m,船舶类型包括干货船、多用途船、集装箱船、散货船、工程船等。
根据事故报告的统计分析,船舶遭遇恶劣风浪条件后,由于谐摇运动导致的大幅运动响应引发了18艘船舶的事故。其中,15艘货船在大风浪作用下发生谐摇运动后产生了大幅横摇(10度至43度),除对船员人身安全造成直接威胁外,还进一步诱发了诸如货物移位、舱口盖移位、船体密性破坏和上浪浸水等次生危害。部分事故中,由于次生危害较为严重且船员应对不及时或者船况较差,甚至进一步导致了倾覆沉没事故的发生。3艘货船在事故过程中,由于大风浪作用出现了谐摇运动引起的过大加速度,导致装载的集装箱掉落入海(横摇达25度至30度)。4艘货船可能出现了包括参数横摇和/或纯稳性丧失在内的动稳性失效模式。1艘货船可能出现了包括谐摇运动或参数横摇和/或纯稳性丧失在内的动稳性失效模式。
针对遭遇恶劣风浪后国内航行海船存在的动稳性安全风险,中国船级社上海规范所对国内7家海船航运公司的船长进行了调研。调研表明:船长们对恶劣风浪条件中,非瘫船状态下船舶出现的大幅运动都非常担心。10年以上航海经验的船长普遍有过遭遇上述船舶动稳性现象的经历,包括但不限于船舶在波浪中大幅运动和尾随浪中船舶稳性降低。通过分析力学机理并借助丰富的航海经验,船长们在操船中提前预防,及时规避船舶出现动稳性风险。此风险可归纳为:
前三种现象主要是波浪中的稳性问题。第四种现象是横浪中的大幅谐摇运动,主要表现为大幅横摇(如图1所示),在特定航线(如台湾海峡)或进出港遭遇横浪时通常很难避免。顺浪和顶浪中的参数横摇主要表现为在这种浪向下(如图2所示),偶尔会发生的大幅横摇顺浪中的纯稳性丧失主要表现为周期性失稳(如图3所示)导致的横摇幅值突然放大。打横现象是波浪中操纵性和稳性相耦合的问题(操纵性为主因)。
航运企业船长的调研结果表明,船长们在长期的海上航行中积累了丰富的实践经验,对于危险的波浪中动稳性失效风险建立了朴素、深刻的感性认识。船长们对于动稳性风险的判断也与事故报告统计分析结果相符合。
基于参与IMO规则制定和开展的理论研究,可以认为谐摇运动、参数横摇和纯稳性丧失等波浪中动稳性安全问题是威胁船舶稳性安全的“亚健康”事故模式。结合国内外事故案例和实船营运经验调研结果,可以认为如不引起充分重视,则上述波浪中动稳性失效模式的直接危害或引起的次生危害在特定情况下可能进一步导致船舶出现严重安全事故,导致包括但不限于船舶倾覆、沉没和人员伤亡在内的重大损失。这种安全隐患在无舱盖/舱口盖风雨密不佳的船上更为突出。
理论研究也表明,这些危险的船舶运动模式一般跟船舶自身的型线设计、航速、装载情况,遭遇的波浪周期、浪高、浪向和操作方式等均有直接关系,可通过理论分析和数值模拟评估来降低、规避风险,并提醒船长进行合适的装载操作。为了减小波浪中动稳性失效模式对我国国内航行海船的潜在威胁,有必要结合我国在参加IMO第二代完整稳性研究中获得的成果,基于我国海域环境条件和船型特点,针对性研究制定我国国内航行海船的适用技术规则。通过引入基于水动力学的评估方法,可以针对船舶波浪中动稳性失效模式开展精细化评估,全面覆盖船舶稳性的事故模式。通过解决船舶稳性的“亚健康”问题,预防次生危害可能导致的严重事故,进一步提高航运安全质量,保障海上人命安全。中国船级社目前正在开展国内航行海船第二代完整稳性衡准的研究,有望于2023年6月完成相关工作。



