長(zhǎng)江下游深水航道引航作業(yè)人-機(jī)-環(huán)境協(xié)同控制研究

徐光華

（長(zhǎng)江引航中心，江蘇 鎮(zhèn)江 212002）

長(zhǎng)江下游深水航道水域是全球通航條件最為復(fù)雜、船舶密度流量最為密集、船舶操控難度最高的水域之一，是大型船舶進(jìn)出長(zhǎng)江的唯一航道。航道條件的優(yōu)化伴隨著船舶的日益大型化與智能化，長(zhǎng)江下游段港口交通密度不斷增大，航運(yùn)船舶交通流迅猛增長(zhǎng)，相應(yīng)的船舶失控險(xiǎn)情導(dǎo)致的海事事故率逐年增長(zhǎng)，引航安全已成為長(zhǎng)江航運(yùn)界的重要議題。溯流追源，長(zhǎng)江下游航段引航事

故的發(fā)生固然有難以完全規(guī)避的外在因素，但人為導(dǎo)致的事故也偶見(jiàn)發(fā)生，給航運(yùn)界帶來(lái)不可估量與彌補(bǔ)的人身及財(cái)產(chǎn)損失。為了改善和提高長(zhǎng)江下游段船舶引航作業(yè)安全，研究在概述長(zhǎng)江下游段水域及港口船舶引航作業(yè)安全要素的基礎(chǔ)上，結(jié)合典型事故案例分析，探討人機(jī)船協(xié)同控制的必要性與可行性。

1 長(zhǎng)江下游深水航道水域引航作業(yè)環(huán)境分析

長(zhǎng)江下游水域通航環(huán)境復(fù)雜，隨著長(zhǎng)江航運(yùn)高質(zhì)量發(fā)展工作的推進(jìn)，船舶流量及密度持續(xù)遞增，?；反疤厥獯斑\(yùn)力運(yùn)量的增長(zhǎng)加劇了長(zhǎng)江下游海事事故的危害程度。進(jìn)江船舶類(lèi)型多樣，其適航性能與導(dǎo)助航設(shè)備的配置具有較大差異性。[1]長(zhǎng)江下游水域航運(yùn)生態(tài)環(huán)境的不確定性決定了引航作業(yè)環(huán)境的易變性、多樣性與復(fù)雜性，給引航作業(yè)帶來(lái)不小的安全隱患。

1.1 沿岸港口眾多、特點(diǎn)不一

長(zhǎng)江下游沿岸港口眾多，規(guī)模參差不齊，相隔距離不遠(yuǎn)，腹地重疊，相互之間形成競(jìng)爭(zhēng)與合作關(guān)系。[2]鑒于此，采用“套泊熱接”作業(yè)模式能夠大幅提升港口運(yùn)轉(zhuǎn)效率。引航員需要趕赴不同港口進(jìn)行靠離泊作業(yè)及航道引航作業(yè)，這對(duì)引航員熟悉各港口特點(diǎn)提出了嚴(yán)格要求。

圖1 長(zhǎng)江下游航道港口分布圖

1.2 彎曲狹窄航段及淺險(xiǎn)航段密布

長(zhǎng)江下游深水航道形態(tài)曲折，寬窄不一，分布有儀征水道、焦山水道、丹徒水道、口岸直水道、江陰水道、福中水道、福姜沙水道、南通水道，交通流復(fù)雜。焦山水道內(nèi)的六圩河口是長(zhǎng)江與京杭大運(yùn)河十字交匯之所，也是中國(guó)最大的內(nèi)河十字交匯節(jié)點(diǎn)，盡管其水域面積僅為1 平方公里，但由于此處多股船流疊加卻是長(zhǎng)江航運(yùn)最繁忙的水域之一，因而航道極其繁忙，且航道彎曲狹窄，水流復(fù)雜多變，故成為長(zhǎng)江下游地理位置最特殊、通航環(huán)境最復(fù)雜的區(qū)域之一。

圖2 六圩河口水域警戒區(qū)示意圖

長(zhǎng)江下游深水航道多彎曲航段，彎曲狹窄航段限制船舶過(guò)彎的尺度并增加船舶操作的難度，在實(shí)操中船舶必然頻繁變換航向，而在受限水域大幅轉(zhuǎn)向會(huì)給航行中的其他船舶帶來(lái)不必要的操縱及避讓困難。

1.3 航道水流水位情況復(fù)雜

長(zhǎng)江下游航道水流情況復(fù)雜多變，夏季洪水期臺(tái)風(fēng)頻發(fā)，高洪水位時(shí)尹公洲等航段水流湍急，流態(tài)紊亂；冬季枯水期航道狹窄，水位降低，水流舒緩，船舶富余水深變小，因而各地海事局開(kāi)展“三防一禁”安全活動(dòng)。航道水流水位的波動(dòng)變化加大了長(zhǎng)江下游深水航道水域通航環(huán)境的復(fù)雜性，是影響船舶航行的不穩(wěn)定因素，引航員需要熟悉不同時(shí)節(jié)的航道水流水位，掌握水深變化動(dòng)態(tài)，結(jié)合航行條件與船舶性能制定合理的引航方案。

2 長(zhǎng)江下游深水航道引航作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析

引航作業(yè)中，人（操作人員/決策人員）-機(jī)（人所控制的一切對(duì)象的總稱）-環(huán)境（人、機(jī)共處的特定工作條件）系統(tǒng)構(gòu)成相互影響、相互掣肘的統(tǒng)一整體，引航作業(yè)安全基于三要素的協(xié)同控制。

長(zhǎng)江下游航段引航作業(yè)面臨擱淺、碰撞、船吸、觸損、舵機(jī)失控、走錨等諸多事故風(fēng)險(xiǎn)隱患，多數(shù)事故由人-機(jī)-環(huán)境協(xié)同風(fēng)險(xiǎn)控制不力造成，下面以長(zhǎng)江下游航道發(fā)生的典型引航事故為例，分別對(duì)人-機(jī)、人-環(huán)、機(jī)-環(huán)協(xié)同風(fēng)險(xiǎn)逐一闡明。

2.1 “SL”輪擱淺事故：人-機(jī)協(xié)同風(fēng)險(xiǎn)控制

2004年4月16日09:55 時(shí)，由寶山開(kāi)往太倉(cāng)的圣文森特籍雜貨船“SL”輪在寶山北水道航道外側(cè)，B4紅浮方位218o距離0.339nm 處擱淺，該事故具有典型的人-機(jī)協(xié)同風(fēng)險(xiǎn)屬性。當(dāng)日09:20 時(shí)，引航員寶山交接區(qū)#35 浮下登輪上水，高潮漲水流3 節(jié)，09:28 時(shí)平#35 浮右舵轉(zhuǎn)向至航向325o，平寶北#1 浮轉(zhuǎn)向至航向330o上行，于09:55 時(shí)在寶山北#B4 紅浮航道外水域擱淺。

對(duì)這起擱淺事故進(jìn)行復(fù)盤(pán)分析后發(fā)現(xiàn)，“SL”輪屬于老舊運(yùn)輸船舶，4月是長(zhǎng)江枯水期的末期?？菟谒坏?，大潮汛漲水時(shí)時(shí)碼頭能受到漲水流影響，由于漲水流在1 節(jié)以內(nèi)，加之碼頭在尹公洲上口，該碼頭水文氣象情況復(fù)雜，靠泊條件受限，一般不進(jìn)行掉頭靠泊，在靠泊時(shí)應(yīng)該提前慢車(chē)控速，提前帶好拖輪。由于碼頭所處航道位置走向決定，碼頭上端一、二號(hào)泊位附近有推開(kāi)流影響；枯水期時(shí)，碼頭上端一、二號(hào)泊位推開(kāi)流緩。洪水期，水流急，特別是一、二號(hào)泊位，推開(kāi)流影響顯著，在碼頭外擋20—30 米時(shí)很難貼上碼頭，因此人-機(jī)協(xié)同操縱時(shí)應(yīng)該合理使用車(chē)舵和拖輪。

2.2 “JHT”輪險(xiǎn)情：人-環(huán)協(xié)同風(fēng)險(xiǎn)控制

2022年7月7日16:52 時(shí)，由張家港開(kāi)往南通的中國(guó)籍危化品船“JHT”輪在長(zhǎng)江#41 黑浮北側(cè)碰撞新世界碼頭上端兩根防護(hù)樁，造成其斷裂并在“JHT”輪船首留下擦痕。

當(dāng)日15:00 時(shí)，引航員在張家港長(zhǎng)江國(guó)際#1 泊位登上“JHT”輪，引領(lǐng)該輪開(kāi)往南通新世界碼頭。16:36時(shí)，平長(zhǎng)江#43 紅浮下行，報(bào)交管準(zhǔn)備在長(zhǎng)江#42 浮上游由南向北劃江?！爸懈弁?003”拖輪告知有微漲流，因此準(zhǔn)備靠漲水。16:37 時(shí)，開(kāi)始慢車(chē)，逐步減至微速進(jìn)。16:40 時(shí)，停車(chē)，航速7 節(jié)。當(dāng)船首抵達(dá)上水推薦航路時(shí)，船首快速向左轉(zhuǎn)動(dòng)，令微速進(jìn)右滿舵，調(diào)整船身，但舵效不顯著。當(dāng)時(shí)航速5 節(jié)，于是令停車(chē)倒車(chē)快倒車(chē)。距離防護(hù)樁50 米時(shí)拋下雙錨，由于距離太近未能控制住船速而撞上防護(hù)樁。

深度調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，幾種因素的疊加導(dǎo)致了這次險(xiǎn)情。首先，引航員對(duì)長(zhǎng)江高洪水位期的水流狀態(tài)認(rèn)識(shí)不足，在未充分掌握新世界碼頭附近水域的潮汐狀況及水流特點(diǎn)的情況下進(jìn)行常態(tài)化靠泊作業(yè)；其次，未制定詳細(xì)安全的靠泊方案與應(yīng)急預(yù)案。另外，未遵守《長(zhǎng)江引航安全操作規(guī)程》相關(guān)規(guī)定使用安全航速[3]，造成臨近泊位時(shí)航速過(guò)快，最后，未及時(shí)帶妥拖輪。

這起典型的人-環(huán)協(xié)同風(fēng)險(xiǎn)控制失敗案例提供了深刻的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)?？坎催^(guò)程引航員，船長(zhǎng)，船首、船尾帶纜操作人員工作技能，以及拖輪協(xié)作人員工作水平等也都是影響船舶安全靠泊的人-環(huán)協(xié)同風(fēng)險(xiǎn)因素，在緊迫情勢(shì)下會(huì)不同程度地給船舶靠泊帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 “OMN”輪險(xiǎn)情：機(jī)-環(huán)協(xié)同風(fēng)險(xiǎn)控制

2021年9月21日16:00 時(shí)，由寶山開(kāi)往常熟港興華碼頭的馬恩島籍雜貨船“OMN”輪在常熟港興華碼頭外檔發(fā)生主機(jī)失控險(xiǎn)情。當(dāng)日12:00 時(shí)，引航員在寶山登輪進(jìn)江，15:30 時(shí)駛過(guò)蘇通大橋，16:00 時(shí)，“OMN”輪到達(dá)常熟興華碼頭7 號(hào)泊位對(duì)開(kāi)50 米處準(zhǔn)備靠泊。引航員下達(dá)“微速后退”指令，等候近1 分鐘主機(jī)卻毫無(wú)反應(yīng)，引航員迅疾令已帶妥協(xié)助靠泊的前后拖輪全速后退，將“OMN”輪外拉，以防在落水流作用下壓向下游8 號(hào)泊位的靠泊海輪。

因常熟港專(zhuān)用航道處于南岸徐六涇上游，船舶進(jìn)出與主航道形成交匯，此處亦是永鋼專(zhuān)用航道與主航道交匯處，通常還有汽渡在此頻繁穿越航道，同時(shí)也是營(yíng)船港專(zhuān)用航道與主航道交匯處，再加上航道彎曲，水流紊亂，航行條件復(fù)雜，因此引航員過(guò)橋后通常會(huì)及早控制速度，以安全航速找準(zhǔn)機(jī)會(huì)穿越主航道過(guò)江，在眾多干擾因素作用下必然頻繁用車(chē)調(diào)整船況。險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)，裝載近3 萬(wàn)噸紙漿的“OMN”輪，航向270，進(jìn)速0.5 節(jié)，法向靠泊速度0.5 節(jié)，主機(jī)停車(chē)狀態(tài)，雙錨已備好，前后拖輪已帶妥協(xié)助靠泊，天氣晴朗，微風(fēng)，能見(jiàn)度良好，落水流2 節(jié)，水文氣象情況良好，靠泊作業(yè)具有有利條件。但由于引航員靠泊前未落實(shí)應(yīng)急預(yù)案，對(duì)機(jī)-環(huán)協(xié)同風(fēng)險(xiǎn)（受不利環(huán)境影響而頻繁用車(chē)導(dǎo)致主機(jī)不來(lái)）控制不力，最終形成亟待搶險(xiǎn)的緊迫局面。

此次機(jī)-環(huán)協(xié)同風(fēng)險(xiǎn)控制的失誤，主要是由于尹公洲下行，碼頭所處水域交通流復(fù)雜，船舶通航密度大，不得不頻繁用車(chē)導(dǎo)致空氣壓力不夠，主機(jī)失控。經(jīng)過(guò)復(fù)雜航段，進(jìn)出錨地、靠離碼頭作業(yè)時(shí)，由于頻繁用車(chē)，主機(jī)不來(lái)的情況比較常見(jiàn)，因而必須在引航作業(yè)前做好充分的應(yīng)急預(yù)案，靠泊過(guò)程中一旦發(fā)生異常的危險(xiǎn)情況，應(yīng)立即終止靠泊行為，確保安全。

3 引航作業(yè)中的風(fēng)險(xiǎn)因素

人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程（MMESE）是運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)理論與系統(tǒng)工程方法，以人一機(jī)一環(huán)境系統(tǒng)為研究對(duì)象，運(yùn)用安全、高效、經(jīng)濟(jì)、舒適等綜合效能準(zhǔn)則，正確處理人、機(jī)、環(huán)境三大要素之間的關(guān)系，使人與機(jī)器、環(huán)境進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，以達(dá)到最佳匹配狀態(tài)，發(fā)揮其最大效能的一門(mén)科學(xué)。[4]這里的三大要素可簡(jiǎn)化為自然因素與人為因素兩類(lèi)。在“人-機(jī)-環(huán)境-管理”體系中，人的因素是第一位的。人為因素具有多重含義，具體到引航作業(yè)，既關(guān)涉作為主體的引航員的職業(yè)技能與業(yè)務(wù)素養(yǎng)，也涉及其對(duì)待工作的嚴(yán)謹(jǐn)程度，還與駕駛臺(tái)、機(jī)艙部之間的溝通、協(xié)調(diào)密切相關(guān)。要確保航行安全與水域安全，靠離泊及航行作業(yè)全過(guò)程中的人-機(jī)-環(huán)境的協(xié)同控制至關(guān)重要。

引航作業(yè)安全需要人、機(jī)、環(huán)境三大要素構(gòu)成一個(gè)相互作用、相互依存的系統(tǒng)進(jìn)行最優(yōu)化組合。

4 人-機(jī)-環(huán)境協(xié)同控制的引航方案制定

基于人、機(jī)、環(huán)境多因素協(xié)同控制系統(tǒng)的建設(shè)能夠?qū)ΜF(xiàn)有的各類(lèi)系統(tǒng)資源進(jìn)行優(yōu)化整合，幫助引航員制定引航方案，在確保安全的前提下高效引領(lǐng)船舶進(jìn)行航行、靠泊、離泊、移泊等作業(yè)。

4.1 引航駕駛臺(tái)團(tuán)隊(duì)管理

由于引航工作的特殊性，引航駕駛臺(tái)團(tuán)隊(duì)皆為臨時(shí)組建而成，引航員登輪后的首要任務(wù)就是融入引航駕駛臺(tái)團(tuán)隊(duì)，明確各方職責(zé)，進(jìn)行有效管理。首先進(jìn)行駕駛臺(tái)職責(zé)交接，引航員與船長(zhǎng)進(jìn)行關(guān)鍵信息交換，精準(zhǔn)核對(duì)船舶位置及動(dòng)態(tài)，快速交流引航特點(diǎn)、要求和操作要點(diǎn)及船舶相關(guān)數(shù)據(jù)、操縱性能，并就引航作業(yè)中的船舶安全問(wèn)題進(jìn)行充分的溝通協(xié)調(diào)。其次梳理團(tuán)隊(duì)關(guān)鍵工作、確定團(tuán)隊(duì)工作目標(biāo)，引航員擬定整體規(guī)劃并為團(tuán)隊(duì)各成員布置任務(wù)，進(jìn)行明確分工，引導(dǎo)團(tuán)隊(duì)成員精誠(chéng)團(tuán)結(jié)、緊密合作。最后營(yíng)造良好的工作氛圍，引航員充分尊重團(tuán)隊(duì)成員的意見(jiàn)，激勵(lì)其保持輕松高效的工作狀態(tài)。

4.2 人-機(jī)-環(huán)境協(xié)同控制系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

船舶引航在人、機(jī)器、環(huán)境三要素協(xié)調(diào)配合的前提下進(jìn)行，人-機(jī)-環(huán)境協(xié)同控制系統(tǒng)建設(shè)以確保引航作業(yè)安全為第一目標(biāo)。引航事故的發(fā)生主要因人、機(jī)器、環(huán)境三要素協(xié)調(diào)不良所致，而人-機(jī)、人-環(huán)、機(jī)-環(huán)三個(gè)子系統(tǒng)之間并非孤立無(wú)關(guān)，而是相互聯(lián)系并相互作用。子系統(tǒng)管理的任何偏差都是事故隱患，不同程度地影響引航作業(yè)的順利實(shí)施。進(jìn)入高密度擁堵航段及海事事故頻發(fā)航區(qū)時(shí)，引航駕駛臺(tái)團(tuán)隊(duì)需要維持系統(tǒng)的工作狀態(tài)，使人-機(jī)-環(huán)境協(xié)同控制系統(tǒng)具有最佳綜合效能。

4.3 關(guān)鍵復(fù)雜航段交通組織

關(guān)鍵復(fù)雜航段的引航需要嚴(yán)密的交通組織，其方案制定必須嚴(yán)格遵照交通運(yùn)輸部《船舶引航管理規(guī)定》，引航員在接到引航任務(wù)后，應(yīng)盡快了解目標(biāo)船舶的船舶情況及主要技術(shù)特征，確保主輔機(jī)、錨機(jī)、操舵系統(tǒng)等關(guān)鍵航行設(shè)施設(shè)備及導(dǎo)航雷達(dá)、船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)等助航儀器狀態(tài)正常，對(duì)船況及航道環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，制定人-機(jī)-環(huán)境協(xié)同控制的引航方案，并進(jìn)行可行性論證，最后進(jìn)入實(shí)操環(huán)節(jié)。

5 結(jié)語(yǔ)

引航作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)多尺度辨識(shí)與人-機(jī)-環(huán)境協(xié)同控制構(gòu)成安全引航的一體兩翼，長(zhǎng)江下游深水航道復(fù)雜通航水域引航作業(yè)必須做到“識(shí)別”與“控制”并舉，在引航作業(yè)的準(zhǔn)備及實(shí)施階段對(duì)氣象水文、航道條件、駕駛臺(tái)（車(chē)舵）、主機(jī)（壓力、轉(zhuǎn)速）、AIS 等信息進(jìn)行船岸協(xié)同與動(dòng)態(tài)管理，以保障長(zhǎng)江下游復(fù)雜航道引航工作中的國(guó)際船舶航行及靠離泊作業(yè)安全。