油輪航行風險研究發(fā)展趨勢

劉明明 葉穎怡 楊明慧

(廣東交通職業(yè)技術學院，廣東廣州 510800)

海難事故，尤其油輪失事經常造成人命損傷及重大財產和環(huán)境損害，因此一直以來都是國際海事組織甚至整個海事界關注的重點。據統(tǒng)計，從1980年至地2017年約有63991起海事事故，平均每年1777起，每年約2000名海員喪失生命[1]。海上交通運輸循環(huán)需要各港口來銜接完成，而油輪是船舶類型中相對危險的危險源，其歷史事故數據也較多，因此有必要對油輪進出港安全問題給予足夠的重視。

目前的研究得益于海上航行經驗、事故數據可獲得性、事故分析預防研究方法的發(fā)展和事故致因理論等研究[2]。了解目前對于油輪進出港風險的總體性研究將有助于將來研究的方向定位。

1 油輪航行風險研究綜述

涉及油輪溢油風險主要是事故發(fā)生時的溢油擴散[3]。油輪碰撞風險方向：包括碰撞模型仿真[4]、定量油輪碰撞風險評估[5]問題等的研究。另外還有油輪擱淺事故風險、船舶操作、水上過駁、船上安全操作及人因失誤分析[6]等研究。研究內容涵蓋油輪事故預防管理系統(tǒng)、船舶結構穩(wěn)定性技術分析、油輪事故污染、國家/國際組織出臺的安全規(guī)程。就研究對象而言，涉及有油輪、化學品船、LNG和浮式生產存儲平臺(FPSO)[7]。油輪事故的歷史數據庫對于研究事故模式和主要事故致因因素至關重要，另外適當的海事政策有助于將來事故的預防。由于最近20年海上事故的增長、船舶和貨物后果的嚴重性及對海上環(huán)境造成的巨大損傷，研究文獻不斷增多，另一部分原因在于提高的各類事故數據易得性和互聯網的強大。

從收集的研究文獻來看，可得出兩個基本的研究趨勢，第一，事故研究涉及更寬的研究領域，包括人、機、環(huán)、管各個方面；第二，Marine Structures, Ocean Engineering, Marine Technology , Ships and Offshore Structures 等期刊的研究文獻發(fā)表的較多，有增長趨勢。

1.1 油輪進出港溢油、碰撞、擱淺風險

盡管水上交通事故發(fā)生概率并不高，可風險依舊存在；風險作為不確定性概率和后果的組合，由兩部分共同決定。由于港口的特殊地形和在海上運輸當中所起的獨特作用，使得船舶在港口的航行具有一定特性，如交通流量大、富裕水深隨潮汐變化、事故后果更加嚴重、存在高風險區(qū)域等。通過歷史事故數據和文獻閱讀可知，油輪事故模式主要有溢油、碰撞、擱淺、火災/爆炸等[8]，發(fā)生概率和風險大小依次降低,其中油輪溢油風險占據事故風險的獨立地位。

通過研究從1973年至2017年萬噸級油輪溢油事故數據，發(fā)現海上交通溢油事故有一定的規(guī)律。研究發(fā)現事故發(fā)生具有10年的循環(huán)周期，溢油體積總體有所降低，其中原油占99%，其余為成品油。約65%油輪破損，35%油輪因火災、爆炸損毀。航行失誤導致42.5%的溢油事故，暴風雨造成約31.8%的事故，機器故障因素占18.2%，引擎失效因素占4.5%，其他因素占3%。單次事故最大人命損傷43人[9]。

油輪溢油涉及很多復雜因素和原因，碰撞、擱淺、裝/貨操作失誤等都可能造成溢油事故。溢油的影響也與一系列因素有關，像溢油條件、溢油區(qū)域特征、溢油響應以及修復的類型和效率等，這也是油輪溢油風險受到如此重視的原因。油輪溢油風險的研究涉及各個方面，包括溢油前的預防、評估、油輪溢油風險降低措施及其風險接受標準、港口油輪操作的溢油風險評估[10]、航行溢油風險研究及應用、溢油事故時溢油的傳播特性和溢油事故后的風險分析,如事故案例風險分析等[11]。

溢油風險評估主要考慮溢油發(fā)生次數和溢油量/體積，這兩個因素決定了溢油事故的分級。油輪溢油的分析可以限定在四個主要方面，具體為(1)目前事故性溢油的次數和溢油量；(2)溢油量/體積分布，如更大泄露量對總體泄露體積的貢獻，或反之；(3)溢油事故空間分布及重點溢油風險區(qū)域識別；(4)關鍵因素對溢油的影響，如船旗國、船體類型、船齡、事故原因和事故地點的敏感性等[12]。

油輪碰撞和擱淺事故通常與船舶操作人因失誤有關，而碰撞和擱淺往往造成火災和爆炸事故[13]。對于擱淺發(fā)生，首要考慮的問題是考慮如何脫淺以防止造成進一步的損害和油污污染[14],具體措施有將擱淺位置貨艙貨物向擱淺位置遠端的壓載艙轉移。碰撞/擱淺發(fā)生概率與船舶航行區(qū)域地理條件(海床地形條件)和船舶操縱有關，造成的損傷位置和尺寸與航速和航向有關。

油輪碰撞/擱淺事故風險分析可遵循一般化的風險分析框架，如Floris Goerlandt[15]提出貝葉斯網絡用于油輪碰撞情況溢油的不確定性推理。貝葉斯網絡包括聯系事故發(fā)生與損害程度的模型，并利用模型進行限制性信息條件下的油輪布局評估。仿真涉及流體力學理論[16]，使用了ALE規(guī)則和有效的細泡沫冰塊模型。

碰撞/擱淺事故的發(fā)生具有區(qū)域特性，取決于航行區(qū)域的交通流情況、周圍環(huán)境和海床地形等因素。馬六甲海峽是國際航運的高風險區(qū)域，船舶在這發(fā)生碰撞事故概率很高?；贏IS系統(tǒng)可知，油輪運輸已達到交通運輸量密度的最大值，每天約50%都是油輪。使用AIS數據可對油輪進行風險分析。Muhammad Badrus Zaman[17]從AIS獲得的CPA和TCPA值用于產生風險值。知道了油輪風險值，我們就可以制定相應的預防對策。

目前海上工業(yè)執(zhí)行碰撞/擱淺安全標準需服從描述性的、歷史驅動的規(guī)則和章程，且經過船級社和PSC核實[18]。因此，關于碰撞/擱淺安全規(guī)則的發(fā)展是靠歷史事故驅動的。然而，基于風險分析流程的合理風險標準已在海上結構物和跨國際航道的大型橋梁成功應用。因此，對于國際航運界，應該標準化風險接受標準決策，建立一般化的風險標準形式，然后建立合理的方法工具，具體為：(1)碰撞/擱淺概率評估；(2)計算碰撞/擱淺損害的模型；(3)損傷船舶的條件分析；(4)事故費用評估。有了這些工具才能有效認識碰撞/擱淺風險，以充分地保障安全。

1.2 油輪船舶結構失效風險

方法可靠性能作為結構設計的工具，用于不同結構成分安全配置的定量分析。可靠性分析基于失效的計算概率，需要考慮很多問題，像結構失效的邊界問題、結構失效可能的模式、結構失效的極限條件、計算方法的準確性問題等?；谶@些問題的思考，很多重要的研究得以產生。

船舶結構的初始應用始于20世紀70年代，旨在證明簡單設計問題的適用性。隨之，很多結構可靠性理論計算和電腦仿真方法得以發(fā)展[19]，并被應用于船舶結構可靠性研究當中。結構可靠性最開始用于量化時間獨立性問題。然而，在一定時間范圍的結構服務壽命問題上，發(fā)生了很多非靜止的階段?？煽啃缘挠嬎阕裱O計原則里的給定方法，因此，極限狀態(tài)方程形式與船級社規(guī)范要求的形式相似。主要的不同是現在把基本變量設為隨機數，而船級社規(guī)范指定標稱值作為船舶參數的函數。

一般的極限狀態(tài)聯結負載造成總垂直彎矩和阻力矩，阻力矩在交叉部分(甲板或船底)造成初始屈服。這種方法相當保守，因為結構材料在產生初始屈服之后會有一個強度抵抗應力。目前基本船舶結構的可靠性評估能更準確地描述極限衰竭彎矩基礎上的真實衰竭。此時彎矩函數，介于彈性彎矩與塑性彎矩之間，是所有因素貢獻的集合。然而，水平彎矩一般很小，尤其對油輪而言，因此基于實用性目的，油輪結構可靠性只考慮垂直彎矩函數。所以，相應的可靠性分析失效方程可表示為：

其中，Mu是船舶極限垂直彎矩強度，Ms和Mw分別是靜水和波浪當中的隨機垂直彎矩。Ψ是靜水和波浪彎矩的綜合因素；Χu、χw、χn1分別是極限容量、波浪負載計算值和非線性影響[20]。

2 風險分析方法

早期海上事故研究通常采用較簡單的定量數據和定性綜述、案例研究和概率計算，而目前研究事故風險的方法主要有多學科方法、綜合風險分析和系統(tǒng)性的觀點。從1995年起，很多研究開始用經濟學方法來研究事故因子。經濟學分析有兩大局限：(1)事故數據統(tǒng)計不完全，存在漏報情況；(2)難以將人因失誤和一些定性信息(如安全文化)考慮在內。在過去十幾年里，很多研究方法用于闡述這一問題，例如人因分析與分類系統(tǒng)用于識別潛在人因失誤。其他出現在海上事故分析領域的新方法有認知可靠性和失誤分析法(CREAM)、基于仿真的概率風險評估和其他模型技術方法。

最近頻繁使用的風險分析和安全評估方法有貝葉斯網絡模型。貝葉斯網絡是建立重復性模式的強大工具，可替代故障樹(FTA)，并有效考慮多事件的影響。如利用貝葉斯網絡對人的疲勞程度進行量化處理。

另外一個研究趨勢是使用多種方法和耦合分析。如使用風險矩陣結合模糊ER；使用置信數據庫(BRB)結合定量定性數據；同時使用定量定性方法分析集裝箱船的安全和安保風險。有些研究者在分析調查和問卷數據時，不僅使用因素分析、簇分析、方差分析(ANOVA)、探索因素分析(EFA)等，還使用一些經濟學模型，如層次回歸和邏輯回歸模型。而模糊集分析一般搭配事件樹分析(ETA)和層次分析(AHP)。

各種模型的出現讓模型的拓展成為可能，如通過在模糊環(huán)境中吸收貝葉斯推理拓展CREAM模型方法；結合人因因素分析與分級系統(tǒng)(HFACS)和認知圖譜(CM)方法以研究海上事故當中的人因失誤問題?？紤]人因可靠性分析問題也可以使用貝葉斯理論網絡的分析方法，并將此方法應用于碰撞風險下的油輪操作研究?；诖四Ｐ停_定最大可能性的危險事件序列，進而隔離船舶操作的關鍵活動來研究內部因素Internal Factors (IFs),工作人員技能以及管理和組織因素，其中管理和組織因素在風險預防當中起主要作用。

3 結 論

由于海上事故對船員、船舶、貨物、環(huán)境的巨大威脅，海事界付出了巨大的努力來預防和緩解海上事故的發(fā)生，這些努力通過大量涌現的優(yōu)秀論文文獻可以看出來，將來的研究勢必更加深入。深刻理解海上事故的研究現狀可以幫助研究者指明研究方向，填補研究領域的空白部分，推進研究進程，從而更好的保護人命和財產安全。

通過分析油輪航行風險研究發(fā)展趨勢：一方面因為海上交通在國際貿易地位中的提升，另一方面因為對海上事故巨大危害和潛在風險的認知。就區(qū)域而言，北美、歐洲、日本對海上事故研究最為活躍，亞洲正在變得活躍，非洲、南美等地有望成為未來研究興起的地方。

海上事故的研究從一個航海專家的專屬領域變成了一個多學科學者的研究舞臺。這在一定程度上反映了研究重心從船舶結構問題到復雜的環(huán)境條件，包括人因失誤和船舶市場條件的轉移。這一轉移伴隨著來自不同資源的數據信息、先進的模型和計算仿真技術。

海上事故研究的熱門是風險/安全評估和事故數據分析，文獻[21]研究了油輪溢油/碰撞風險評估，研究也可以通過分析詳細事故數據，再利用理論模型研究地區(qū)的船舶碰撞風險[22]。事故風險/安全分析評估通過研究落腳在預防措施，而事故數據分析是要通過歷史數據找出規(guī)律，在事故當中學習。分析事故數據允許事故原因的知識庫擴充，這有助于政策和有效預防措施的發(fā)展，從而提高海上安全。