鋁土礦海上運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)研究綜述*

吳建軍，金永興，胡甚平，郭云龍,2

(1.上海海事大學(xué) 商船學(xué)院，上海 201306；2.南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 航海系，江蘇 南通 226010)

0 引言

全球鋁土礦資源非常豐富，但分布極不均衡。我國正處于大規(guī)模城市建設(shè)和航空業(yè)大發(fā)展的重要時(shí)期，對(duì)工業(yè)鋁材需求量極大，進(jìn)口鋁土礦成為重要的戰(zhàn)略物質(zhì)。據(jù)中國海關(guān)統(tǒng)計(jì)，2016年我國共進(jìn)口鋁土礦5 178萬噸。散裝貨船在大宗鋁土礦進(jìn)口貿(mào)易中扮演著極其重要的角色。2015年1月2日，巴哈馬籍某蘇伊士型散貨船裝載46 400噸鋁土礦，在越南沿海遭遇大風(fēng)和中涌，船舶大角度右傾最終極速傾覆，導(dǎo)致18名船員喪生。鋁土礦在運(yùn)輸過程中液化已成為過去船舶事故的重要原因之一，這一原因已在過去幾年里造成超過80名海員的傷亡[1]。鑒于鋁土礦屬于特殊貨物，普通散貨船載運(yùn)散裝固體鋁土礦的運(yùn)輸安全除關(guān)注傳統(tǒng)散貨船安全營運(yùn)問題，還需要聚焦其易流態(tài)特性在海上遠(yuǎn)距離運(yùn)輸過程中誘發(fā)的新問題。面對(duì)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的戰(zhàn)略需求物質(zhì)的新業(yè)態(tài)，海洋航行環(huán)境的新挑戰(zhàn)，需要梳理鋁土礦海上安全運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)和學(xué)術(shù)研究狀態(tài)，摸清流態(tài)化作用機(jī)理，突破關(guān)鍵技術(shù)，保障運(yùn)輸?shù)娜^程安全。

本文基于40 a的國內(nèi)外文獻(xiàn)，回顧和總結(jié)了載運(yùn)鋁土礦的普通散貨船營運(yùn)安全研究成果，評(píng)述易流態(tài)化貨物的船運(yùn)技術(shù)和理論研究進(jìn)展，分析具有易流態(tài)化特性的鋁土礦貨物運(yùn)輸現(xiàn)狀和面臨的問題，聚焦當(dāng)前鋁土礦運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)的研究動(dòng)態(tài)，提出亟待攻克的關(guān)鍵技術(shù)及其可行性解決方案。

1 常見易流態(tài)化固體散裝貨物海運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)的研究現(xiàn)狀

1.1 主要研究對(duì)象

2011年11月9日交通運(yùn)輸部發(fā)布的《水路運(yùn)輸易流態(tài)化固體散裝貨物安全管理規(guī)定》明確了易流態(tài)化固體散裝貨物的定義，即本身含有部分細(xì)顆粒和一定量水分、當(dāng)其含水率超過適運(yùn)水分限時(shí)可能形成自由液面或固液兩相流動(dòng)層的固體散裝貨物，并制定了共計(jì)55種“水路運(yùn)輸易流態(tài)化固體散裝貨物”的目錄，主要涉及到銅礦類、黃鐵礦類、鋅礦類、鎳礦類、精鐵礦類、原礦、礦渣、陶土、銀鉛礦類、氟石和其他具有類似物理性質(zhì)的貨物等，其中大部分是國際海事組織2008年通過的《國際海運(yùn)固體散裝貨物規(guī)則》(以下簡(jiǎn)稱IMSBC規(guī)則)中標(biāo)記為A類的易流態(tài)化固體散貨。就目前國內(nèi)外研究文獻(xiàn)而言，多以研究精鐵礦、鎳礦和高嶺土的易流態(tài)性為主，還有部分研究銅精礦、濕煤的海上運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)，還有個(gè)別研究機(jī)構(gòu)將碎玻璃、瓷磚等可移位的固體散裝貨物視為A類易流態(tài)化貨物。

1.2 主要研究方法

1.2.1 船舶與海洋工程方法

易流態(tài)貨物運(yùn)輸安全是一個(gè)系統(tǒng)工程問題。從船舶與海洋工程的角度，針對(duì)貨物特性進(jìn)行船舶運(yùn)輸安全工程研究，一直是主要的研究方向。側(cè)重于從船體結(jié)構(gòu)力學(xué)入手研究，對(duì)易流態(tài)貨物運(yùn)輸安全進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬，也就是充分考慮物理屬性，采用縮尺或?qū)嵆叨饶Ｐ驮囼?yàn)、有限元分析等方法，研究事故中船舶結(jié)構(gòu)力學(xué)問題，力圖揭示貨物流態(tài)化機(jī)理和致災(zāi)機(jī)理。

2013—2015年交通運(yùn)輸部開展了“易流態(tài)化固體散貨分類參數(shù)及分類方法研究”，結(jié)合船舶運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)和多類固體散貨的屬性，建立了易流態(tài)貨物分類的新實(shí)驗(yàn)方法研究了流態(tài)化貨物分類的實(shí)驗(yàn)載荷標(biāo)準(zhǔn)及流態(tài)化機(jī)理。吳宛青等通過研究易流態(tài)化貨物海運(yùn)主要航線狀況，核定船舶以大角度橫搖為主，根據(jù)實(shí)船型的加速度和頻率分布，利用體積波能理論進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，對(duì)紅土鎳礦的振動(dòng)進(jìn)行了仿真模擬[2]。結(jié)合IMSBC規(guī)則深入解釋“流態(tài)化”的和闡述土體液化的機(jī)理，進(jìn)行插入度實(shí)驗(yàn)和動(dòng)三軸數(shù)值模擬，確定了影響紅土鎳礦流態(tài)化的內(nèi)因參數(shù)和影響規(guī)律[3]。還有，對(duì)液化鎳礦石在貨艙中的晃動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)求解器和非牛頓本構(gòu)方程，求得8個(gè)無量綱控制參數(shù)，并對(duì)晃動(dòng)所致力矩的激發(fā)頻率/激勵(lì)振幅和深度寬度比進(jìn)行了參數(shù)研究[4]。

1.2.2 安全系統(tǒng)工程方法

在多年來的船舶運(yùn)輸安全系統(tǒng)研究中，安全工程學(xué)和安全管理學(xué)的引入、發(fā)展和創(chuàng)新一直是航運(yùn)界的主流方向。1998年陳偉炯提出“人-機(jī)-環(huán)-管”MMEC模型[5]，是航海界實(shí)踐和科研必備的方法論和思維模式，該理念充分考慮人在船-貨運(yùn)輸系統(tǒng)中的作用和地位，重視“管理”對(duì)系統(tǒng)安全的影響和作用。將船舶運(yùn)輸安全系統(tǒng)進(jìn)行全局系統(tǒng)性或者要素系統(tǒng)性研究，“人-機(jī)-管理”置于環(huán)境中研究散貨船安全問題成為航?？蒲械闹髁鳌Ｒ源箫L(fēng)浪環(huán)境為研究對(duì)象，鄭中義等[6]研究干散貨船在大風(fēng)浪這一特定環(huán)境要素系統(tǒng)的航行安全。隨著船舶建造技術(shù)和安全監(jiān)管理念的進(jìn)一步發(fā)展，研究視角逐漸由研究“硬件”(船舶)和“軟件”(管理)延展到船載“貨物”上，形成了“人-機(jī)-環(huán)-管-貨”等層次化要素劃分，打開了系統(tǒng)研究船舶全過程安全的新局面。馬曉雪等[7]對(duì)船載易流態(tài)化精礦粉的運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究，通過辨識(shí)“人-機(jī)-環(huán)境-管理-貨物”等風(fēng)險(xiǎn)因子，揭示載運(yùn)精礦粉事故的規(guī)律。船載貨物從“船舶”中剝離出來，成為船舶營運(yùn)系統(tǒng)的細(xì)分子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)存在復(fù)雜相關(guān)性，通過耦合作用最終表現(xiàn)為船舶營運(yùn)行為的多種性態(tài)。

1.3 主要研究?jī)?nèi)容

1.3.1 貨物的含水量對(duì)船舶運(yùn)輸安全的工程性影響研究

散貨船載運(yùn)易流態(tài)化貨物產(chǎn)生事故的共因是貨物的流態(tài)化已成為國際航運(yùn)界物的廣泛共識(shí)，其根本原因即是“高含水率”。2017年1月1日最新生效的《IMSBC規(guī)則》修正案》特別規(guī)定：

TML=λ*FMP

(1)

式中：TML為適運(yùn)水分限(Transportable Moisture Limit)是指貨物安全運(yùn)輸所允許的最大含水量，%；FMP為流動(dòng)水分點(diǎn)(Flow Moisture Points)是指在規(guī)定的試驗(yàn)條件下貨樣能夠達(dá)到流態(tài)的含水量百分比，%；λ為適運(yùn)度，取值在80%～90%，因貨種不同有別。

嚴(yán)格要求船運(yùn)含水量超過TML的易流態(tài)貨物必須采用特別建造的船舶或采用防止貨物移動(dòng)措施?；趯?duì)鎳礦海運(yùn)的研究，Shen Jiang等[8]貨物實(shí)際含水量必須低于TML才能防止貨物流態(tài)化。因貨物種類和細(xì)目不同甚至同種貨物產(chǎn)地不同，其TML都各有差異，因此必須設(shè)法科學(xué)合理確定TML的準(zhǔn)確值。對(duì)于IMO推薦的測(cè)定貨物TML的葡式/樊氏試驗(yàn)方法，王歡[9]利用航次模擬方法獲取代表船型的加速度，間接求取貨物的TML。澳大利亞的Munro, Michael C等人[10]也對(duì)葡氏/樊氏試驗(yàn)法特別好感，提出進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，經(jīng)精鐵礦(Iron Ore Fines，IOF)適運(yùn)水分限的實(shí)際應(yīng)用，獲得2015版《IMSBC規(guī)則》接受并于2017年生效[11]。但在航海實(shí)踐中，船方往往不具備驗(yàn)證貨物TML的實(shí)驗(yàn)室條件，常用簡(jiǎn)易摔罐實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行輔助決策。張婷婷[12]對(duì)這種方法表示質(zhì)疑，提出完善測(cè)試實(shí)驗(yàn)方法以提高判斷易流態(tài)化貨物適運(yùn)性的準(zhǔn)確度。

貨物實(shí)際含水量，有2種情況：初始狀態(tài)為飽和或非飽和的確定狀態(tài)；裝船后和船舶營運(yùn)中為時(shí)變狀態(tài)。

第一種情況下，若貨物含水量小于其適運(yùn)水分限得以裝船運(yùn)輸，且其初始飽和度在理想不變的情況下，仍有可能導(dǎo)致貨物在途液化。Wang, Hailong 等[13]特別對(duì)精鐵礦和砂土做了飽和度對(duì)比實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為可以用可觀測(cè)的飽和度和貨物壓實(shí)度作為衡量貨物易流態(tài)化程度的關(guān)鍵指標(biāo)，飽和度與貨物的抗液化率(liquefaction resistance ratio，LRR)具有負(fù)相關(guān)性，即非飽和貨物比飽和貨物的抗液化能力強(qiáng)，換言之含水量越高/越靠近飽和，就越容易液化。

第二種情況下，初始的飽和或非飽和狀態(tài)受營運(yùn)過程的內(nèi)外界因素干擾，貨物的含水量出現(xiàn)時(shí)變波動(dòng)性。若初始為非飽和狀態(tài)，而且貨物實(shí)際含水量小于TML獲得裝船許可，在船舶營運(yùn)中受天氣溫度和濕度的時(shí)變影響，貨物的實(shí)際含水量可能會(huì)超過安全值，船舶安全狀況就會(huì)變壞。Munro, Michael C.等人[14]在研究多起事故后，認(rèn)為在船舶航行、貨物裝載和儲(chǔ)存過程中需避免貨物含水量變大。

換一個(gè)角度考慮，如果降低了貨物的初始含水量，拉開與TML的級(jí)差，也即是提高了貨物營運(yùn)中的抗液化能力。因此在貨物生產(chǎn)環(huán)節(jié)可以采用先進(jìn)工藝(物理方法)減少貨物的水分含量。為了兼顧貨物在堆場(chǎng)和裝船后的含水量過程控制，波蘭的Popek, M.[15-16]提出通過在精礦中加入可生物降解的熱塑性聚合物材料，從精鐵礦中的顆?？紫吨形账郑乐咕F礦在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中的滑動(dòng)和轉(zhuǎn)移。土耳其的Altun, O.等[17]基于同樣的考慮，提出在精礦生產(chǎn)的過濾環(huán)節(jié)采用適用的化學(xué)助濾劑，能使不同礦物產(chǎn)品有效降低10～15%的水分且達(dá)到低于TML值的適運(yùn)性。

1.3.2 貨物本質(zhì)的物理屬性對(duì)船舶運(yùn)輸安全的工程性影響研究

對(duì)于非“高含水率”的貨物也可能存在因貨物流態(tài)化致使船舶發(fā)生海難的情況，有學(xué)者認(rèn)為學(xué)界除了繼續(xù)關(guān)注對(duì)貨物含水量的研究外，還應(yīng)關(guān)注貨物本身的易流態(tài)屬性。該屬性是本身固有的和因水產(chǎn)生的復(fù)雜易流態(tài)化特性。

荷蘭的Van Paassen等[18]在使用IMSBC規(guī)則推薦的葡氏/樊氏測(cè)試、滲透法和流盤法測(cè)定了多種鐵礦樣品的TML時(shí)，發(fā)現(xiàn)此類方法并不能適用于所有礦石類型以及船上遇到的實(shí)際情況。不能僅僅基于這些試驗(yàn)結(jié)果對(duì)流態(tài)化的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量化，還需要進(jìn)一步研究貨物的滲透性、壓實(shí)性、保水性和貨物顆粒尺度分布。Munro, Michael C.[10]也提出不能僅靠控制TML來避免精鐵礦(IOF)的液化，還需進(jìn)一步研究其物理屬性及船舶所處環(huán)境的復(fù)雜多變性。Munro, Michael C.[11]研究了精鐵礦孔隙比、干密度、飽和度和休止角的指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)在循環(huán)載荷影響下隨著含水量變化，貨物物理屬性也發(fā)生顯著變化。

周健等近5 a來針對(duì)精鐵礦，借助室內(nèi)振動(dòng)臺(tái)研究振動(dòng)工況下礦粉流態(tài)化機(jī)理。分析了含水率、加速度、密實(shí)度等因素對(duì)流態(tài)化特性的影響[19]；研究了流態(tài)化過程中精鐵礦位移場(chǎng)、水分遷移以及顆粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律[20]；研究了流態(tài)化演化過程中顆粒間及顆粒與水分間的相互作用，揭示了顆粒長(zhǎng)軸方向、平均接觸數(shù)、平面孔隙率等演化規(guī)律[21]；利用室內(nèi)振動(dòng)臺(tái)模擬試驗(yàn)從細(xì)觀的角度研究精鐵礦流態(tài)化的演化規(guī)律及內(nèi)在機(jī)理[22]，并采用離散元程序?qū)ι⒀b精鐵礦在動(dòng)力荷載作用下發(fā)生流態(tài)化的室內(nèi)振動(dòng)臺(tái)模擬試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬[23]。這些工程性研究基于貨物的巖土屬性，還有待于充分考慮海上復(fù)雜的外界干擾以及船舶操縱影響。船舶航行于世界不同水域，環(huán)境的溫差和濕差都會(huì)對(duì)貨物屬性產(chǎn)生一定的影響，機(jī)器和風(fēng)浪對(duì)船體產(chǎn)生的振動(dòng)和搖擺會(huì)傳遞波動(dòng)能量作用于艙內(nèi)貨物，船舶在不同的營運(yùn)情景中采用的航速航向和轉(zhuǎn)舵幅度對(duì)艙內(nèi)貨物產(chǎn)生的二維傾壓力，需要進(jìn)一步在真實(shí)的航海環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

1.3.3 易流態(tài)貨物的適裝性和船舶穩(wěn)性對(duì)船舶運(yùn)輸安全的工程性影響研究

目前運(yùn)輸這種易流態(tài)化固體散裝貨物的船舶分2大類：普通散貨船和礦石船。

1)普通散貨船通常認(rèn)為是小于12萬載重噸T-max的散裝貨船該類船舶貨艙橫剖面成棱形，能夠防止貨物移動(dòng)進(jìn)而確保穩(wěn)性安全。在裝載密度較大的礦石貨物時(shí)，往往只能達(dá)到滿載但不滿艙，每個(gè)貨船都會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的虧艙現(xiàn)象，并導(dǎo)致船舶整體重心很低，初穩(wěn)性高度較大，搖擺加劇，進(jìn)而容易產(chǎn)生艙內(nèi)貨物表面變形，貨物移位，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致船舶傾覆。

2)礦石船是超過12萬載重噸的專門用來裝載積載因數(shù)較小的大宗礦石貨物的散裝貨船。該類船舶貨艙由兩道縱艙壁將整個(gè)裝貨區(qū)域分隔成中間艙和兩側(cè)邊艙，在中間艙下部設(shè)置雙層底，中間艙裝載礦貨，兩側(cè)邊艙作壓載艙；具有特別高的雙層底。該類船舶載貨后具有較好的穩(wěn)性，搖擺度較小，艙內(nèi)貨物即使在較大橫搖作用下依然會(huì)受阻于兩道縱艙壁不會(huì)產(chǎn)生較大橫向移位，進(jìn)而提高了運(yùn)輸安全度。盡管如此，40萬載重噸的超大型礦砂船在設(shè)計(jì)時(shí)仍要對(duì)貨船局部結(jié)構(gòu)加強(qiáng)以應(yīng)對(duì)礦砂液化對(duì)結(jié)構(gòu)安全的不良影響[24]。

由于普通散貨船和礦石船的特點(diǎn)鮮明，根據(jù)易流態(tài)化貨物產(chǎn)地和需求地不同采取差異化配載不同噸位的船舶承運(yùn)。鎳礦、精鐵礦、鋁土礦等易流態(tài)化固體散貨海運(yùn)實(shí)踐中，多采用大靈便型以下的普通散貨船運(yùn)輸。因該類船舶不具有礦砂船專門針對(duì)重貨的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以至于貨物的易流態(tài)化特性為該類承載運(yùn)輸帶了很大的航行風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)鎳礦運(yùn)輸船多發(fā)事故的迫切需求，日本船級(jí)社在2009年開始進(jìn)行自主研發(fā)鎳礦石的物理特性，于2011年研發(fā)出世界上第一個(gè)鎳礦石運(yùn)輸船所需的船體結(jié)構(gòu)和穩(wěn)性要求，并在2012年3月公布作為海運(yùn)業(yè)鎳礦石安全運(yùn)輸準(zhǔn)則的一部分，并被巴拿馬和日本政府批準(zhǔn)，贏得了INTERCARGO以及航運(yùn)業(yè)更廣泛的認(rèn)可[25]。

對(duì)于普通散貨船用以載運(yùn)易流態(tài)化貨物，需要進(jìn)行相應(yīng)的改造才能削弱其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、船級(jí)社和船廠近年來也將優(yōu)化船舶特性作為研究熱點(diǎn)。如王祎博[26]剖析了礦石船與普通散貨船的區(qū)別，對(duì)不同含水量及流態(tài)程度的鎳礦分類，研究其對(duì)船舶穩(wěn)性的影響，但未能完整地對(duì)流態(tài)化應(yīng)急處理進(jìn)行理論計(jì)算和深入的分析；葉安章[27]探討了普通散貨船裝載易流態(tài)化礦石的可行性，至少需滿足船舶穩(wěn)性、承載力和貨物屬性的相關(guān)要求。針對(duì)貨物可能流態(tài)化對(duì)船舶穩(wěn)性安全產(chǎn)生威脅；陳倩等[28]通過實(shí)驗(yàn)手段研究了散貨船液艙對(duì)船舶安全的影響，提醒業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注有效晃蕩長(zhǎng)度、有效晃蕩寬度和構(gòu)件尺寸；黃浩等[29]進(jìn)一步研究了流態(tài)化貨物艙室的改善方案，提出運(yùn)用活動(dòng)艙壁作為載運(yùn)鎳礦的制蕩艙壁能夠有效提升運(yùn)輸安全；蔡文山等[30]則通過研究均艙裝載和隔艙裝載2種工況，仔細(xì)驗(yàn)算液化鎳礦砂的晃蕩移動(dòng)引起的偏載和橫傾累積效應(yīng)，提出添加縱艙壁或隔艙裝載計(jì)劃來減小橫搖幅度。對(duì)于這種改造船舶安裝縱艙壁的方法，吸納了礦石船的優(yōu)點(diǎn)，但也暴露2個(gè)不足：增加的艙壁材料重量會(huì)損失較大的船舶載重能力；改造費(fèi)用較高(RINA在2011年已研究成功并用于實(shí)船改造[31])，難以推廣。

貨物液化后對(duì)船舶穩(wěn)性的影響也是研究熱點(diǎn)，張杰[32]選取貨物特性、液化原因、大風(fēng)浪船舶穩(wěn)性、液化后的自由液面和貨物移動(dòng)等重要因素研究靈便型散貨船載運(yùn)鎳礦穩(wěn)性；保加利亞的Andrei, Cristian[33]通過研究散裝貨物液化對(duì)船舶完整穩(wěn)性的影響，提出了度量貨物液化所致船舶傾側(cè)力矩和液化所致貨物移位概率的方法；JU, Lei[34]對(duì)不同振幅/頻率和貨物的初始飽和度進(jìn)行時(shí)域特征分析，預(yù)測(cè)貨物的液化及其對(duì)船舶穩(wěn)性的影響；羅馬尼亞的Lamba, D.[35]提出采用單向液態(tài)結(jié)構(gòu)作用方法(One Way Fluid-Structure Interaction)對(duì)液體與結(jié)構(gòu)間的相互作用建立模型，進(jìn)而獲取貨物液化引起的船舶彎曲力矩以及貨物斷層可能性，模擬裝貨的不同階段來計(jì)算船舶的穩(wěn)性；Wang, Honggui[36]則詳細(xì)分析貨物液化后船舶穩(wěn)性下降的原因，分析不同的應(yīng)急響應(yīng)措施對(duì)提高船舶穩(wěn)性的貢獻(xiàn)度，強(qiáng)調(diào)船長(zhǎng)和海運(yùn)操作相關(guān)人員以及相關(guān)規(guī)則規(guī)范的作用。

1.3.4 船舶作業(yè)所處的自然環(huán)境對(duì)船舶運(yùn)輸安全的工程性影響研究

經(jīng)過對(duì)很多其載運(yùn)易流態(tài)化貨物的船舶事故分析研究，除了大多含水量較高外，大多在事故前都遭遇了惡劣的天氣和海況。其實(shí)很多載運(yùn)易流態(tài)化貨物的船舶很多航次的貨物含水量低于TML被許可開航，但最終在環(huán)境作用下還是沉沒全損。經(jīng)過多重比對(duì)研究，發(fā)現(xiàn)船舶所處的自然環(huán)境(尤其是天氣和海況)對(duì)船舶安全的影響非常明顯，學(xué)者們針對(duì)環(huán)境對(duì)船舶的載荷進(jìn)行了縝密的實(shí)驗(yàn)研究。

周健等[22]利用空心圓柱扭剪儀產(chǎn)生豎向—環(huán)向耦合循環(huán)荷載，通過模擬波浪荷載的垂向作用，對(duì)動(dòng)應(yīng)變、動(dòng)強(qiáng)度和孔隙水壓力變化曲線進(jìn)行分析，揭示含水率、動(dòng)應(yīng)力和振動(dòng)周數(shù)等內(nèi)外因?qū)F礦動(dòng)力特性的影響。該研究表明，在航線環(huán)境已定的情況下，船載貨物的含水量是影響其動(dòng)力特性的關(guān)鍵因素，實(shí)際含水量一旦超過其臨界含水率，即使只遭受較小的振動(dòng)或波動(dòng)、但在足夠長(zhǎng)的振動(dòng)時(shí)間內(nèi)，貨物會(huì)形態(tài)產(chǎn)生極大破壞，反應(yīng)在實(shí)船上，則貨物由固態(tài)變?yōu)轱@著流態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致船舶失事；荷蘭的Meijers, Piet等[37]研究了橫向的載荷效應(yīng)，對(duì)砂土施加循環(huán)載荷產(chǎn)生超孔隙水壓力，壓力大小受到耗散率和加載累積作用時(shí)間的影響。表征在船舶受橫向波浪的持續(xù)搖擺擠壓，顆粒間的空隙壓力持續(xù)波變，最后大量水分析出形成橫移的水層導(dǎo)致船舶大角度橫傾甚至傾覆；金允龍等近5 a來基于船舶搖擺工況做了深入的研究；王惠等[38]通過建立載有液化礦砂的三維貨艙數(shù)值模型研究貨艙晃蕩時(shí)礦砂液面、壁面載荷以及貨艙橫搖力矩的變化規(guī)律等，利用橫搖實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證液化礦砂晃動(dòng)機(jī)理及其危害；管陳等[39]通過裝載鎳礦砂貨艙模型的六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)試驗(yàn)，通過測(cè)量液化鎳礦砂產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)傾側(cè)力矩，探究鎳礦砂偏載的致因，揭示了鎳礦砂液化的演變機(jī)理；蔡文山等[30]對(duì)均載和差載工況下鎳礦砂液化晃蕩與船體橫搖運(yùn)動(dòng)的耦合問題進(jìn)行了模型試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算研究[40]；Ding, Jun-Hong等[41]采用ALE有限元方法模擬船艙既定裝載率和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的液化礦粉晃動(dòng)及其對(duì)艙壁的沖擊現(xiàn)象。

1.4 主要研究結(jié)論

在易流態(tài)貨物船舶運(yùn)輸安全理論研究方面，多數(shù)研究以探索貨物流態(tài)化的機(jī)理為主，這些研究主要呈現(xiàn)出以下幾類液化機(jī)理。

第一類是貨物自身黏性特性與船舶安全的耦合模式。鄒友家提出：黏性流體在艙內(nèi)的運(yùn)動(dòng)與船舶的搖擺運(yùn)動(dòng)不一致，形成單舷側(cè)堆積導(dǎo)致鎳礦運(yùn)輸船傾覆[42]；黏性液體移位引起剪切應(yīng)力喪失或傾側(cè)力矩劇增致使船舶傾覆或沉沒[43]；黏性流體的橫向慣性力長(zhǎng)時(shí)間遠(yuǎn)大于流體的剪切阻力時(shí)，船舶的橫穩(wěn)性迅速消失導(dǎo)致船舶傾覆[44]。王惠等提出：貨艙內(nèi)黏性礦砂的流動(dòng)滯后于貨艙的橫搖運(yùn)動(dòng)，貨艙橫搖力矩的變化與貨艙運(yùn)動(dòng)相位滯后，貨艙處于最大晃動(dòng)角度后返回到平衡位置的過程中滯后特別明顯；傾側(cè)的液化礦砂在貨艙回?fù)u過程中不能及時(shí)回流，在一側(cè)堆積，進(jìn)而增加船舶傾側(cè)力矩，若船舶的復(fù)原力矩不足以抵御傾側(cè)力矩的持續(xù)增大，最終會(huì)導(dǎo)致船舶傾覆[38]。

第二類是貨物自身含水特性與船舶安全的耦合模式。周健等提出：含水率是影響精鐵礦流態(tài)化發(fā)生的關(guān)鍵因素且存在含水率臨界值；而加速度對(duì)含水率低于8%的精鐵礦基本無影響；密實(shí)度的增加能夠減緩精鐵礦流態(tài)化演化歷程，但不能阻止流態(tài)化的發(fā)生[19]；貨物流態(tài)化演變過程表現(xiàn)為水分遷移，宏觀表現(xiàn)為水液面上升[21]；在動(dòng)力荷載作用下，精鐵礦細(xì)顆粒沿著粗顆?？紫断蛳逻w移和顆粒表面水下落匯集形成水膜后向上流動(dòng)[20,23]。

第三類是貨物易流態(tài)效應(yīng)與船舶安全的耦合模式。歐義芳等提出貨物表面的自由液面疊加貨物內(nèi)部的泥石流效應(yīng)導(dǎo)致船舶快速傾覆[45]；趙月林等提出初始很小的移動(dòng)導(dǎo)致船舶橫傾，疊加船舶受風(fēng)流浪外界干擾，橫傾加劇進(jìn)一步加重了船舶流動(dòng)，多種效應(yīng)的疊加最終使船舶傾覆[46]。

2 鋁土礦海上運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)研究現(xiàn)狀

鎳礦、精鐵礦等易流態(tài)化固體散貨海運(yùn)是現(xiàn)實(shí)中主要的實(shí)踐。鋁土礦在復(fù)雜條件下也具有相似的流態(tài)化屬性。鋁土礦一般由較大顆粒(直徑為2.5～500 mm，占比70%～90%)和細(xì)小粉末(直徑小于2.5 mm，占比10%～30%)組成，具有較強(qiáng)的親水性，是不可溶性次生礦物。鋁土礦常規(guī)水含量不大于10%，常態(tài)為固態(tài)，使用普通散貨船裝載時(shí)，因鋁土礦自身屬性和航行海洋環(huán)境的復(fù)雜影響，容易發(fā)生貨物液化，進(jìn)而形成流態(tài)化的鋁土礦，從而在船舶復(fù)雜搖擺下，出現(xiàn)“流動(dòng)液體”的現(xiàn)象，對(duì)船舶航行安全極為不利，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致船舶傾覆。

早在1978年就有關(guān)于散裝鋁土礦的遠(yuǎn)洋運(yùn)輸安全問題的研究[47]，初步探討了高效的鋁土礦裝卸設(shè)備和運(yùn)輸船舶型號(hào)的發(fā)展變化。日本的Miyazawa, Masaru等人[48]在1986年就根據(jù)澳大利亞東北沿海淺水區(qū)的特點(diǎn)，通過阻力、自推進(jìn)、尾流測(cè)量和空化試驗(yàn)等模型試驗(yàn)，設(shè)計(jì)開發(fā)基于淺水水動(dòng)力效應(yīng)的鋁土礦專用運(yùn)輸船；2011年巴西的Portella, Ricardo B.等人[49]將“single-pour, single pass”排水裝貨同步的創(chuàng)新理念應(yīng)用在8萬載重噸的鋁土礦運(yùn)輸船上，減少在單艙裝貨期間對(duì)船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不可接受的應(yīng)力疊加，確保船舶營運(yùn)中的結(jié)構(gòu)安全。

多個(gè)國家和國際組織也對(duì)鋁土礦問題進(jìn)行深入研究取得了一定的進(jìn)展。我國一向履行國際標(biāo)準(zhǔn)化組織建立的鋁土礦標(biāo)準(zhǔn)(如ISO 8685:1992鋁土礦取樣程序和ISO 9033:1989鋁土礦散裝料水分含量的測(cè)定等一系列標(biāo)準(zhǔn))，并將其標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)化。2015年9月，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織任命中國擔(dān)任ISO/TC79/SC12(鋁土礦石)國際標(biāo)準(zhǔn)化分技術(shù)委員會(huì)秘書國，制定鋁土礦的相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)，為我國鋁土礦國際貿(mào)易和國際航運(yùn)安全產(chǎn)生了相當(dāng)話語權(quán)。澳大利亞、巴西、中國、馬來西亞、馬紹爾群島和波羅的海國際航運(yùn)公會(huì)(BIMCO)于2015年10月聯(lián)合向國際海事組織貨物與集裝箱運(yùn)輸分委會(huì)提交CCC2/5/21和CCC2/5/22 2個(gè)提案，呼吁對(duì)海運(yùn)固體散裝鋁土礦可能流態(tài)化的屬性進(jìn)行仔細(xì)評(píng)估，以促進(jìn)海運(yùn)安全。2015年國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金資助了“基于抗剪強(qiáng)度理論的船運(yùn)鋁礬土流態(tài)化機(jī)理及適運(yùn)性判斷新方法研究”，針對(duì)鋁礬土的物理屬性，從土力學(xué)的抗剪強(qiáng)度入手研究鋁礬土的流態(tài)化機(jī)理。

3 鋁土礦海上運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)的研究展望

當(dāng)前研究易流態(tài)化貨物海運(yùn)安全的工程性手段多采用動(dòng)三軸剪切儀、空心圓柱扭剪儀(HCA)、室內(nèi)振動(dòng)臺(tái)、六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)等進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，或借助水動(dòng)力軟件等軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。航海界基于船舶營運(yùn)的長(zhǎng)期實(shí)踐對(duì)散貨船安全進(jìn)行不斷的績(jī)效總結(jié)和事故反思。如李開榮[50]、雷海等[51-52]對(duì)航海實(shí)踐中遇到貨物流態(tài)化危險(xiǎn)提出了技術(shù)控制措施和商務(wù)規(guī)避手段，總結(jié)了析出的水分對(duì)船舶穩(wěn)性的影響規(guī)律；歐義芳[45]從技術(shù)操作層面對(duì)易流態(tài)化貨物進(jìn)行了分析；葛圣彥[53]結(jié)合多起事故找出了共因，提出了易流態(tài)化貨物海運(yùn)的安全操作措施。但很少基于一線實(shí)船數(shù)據(jù)進(jìn)行真實(shí)試驗(yàn)。

礦石產(chǎn)品海上長(zhǎng)距離運(yùn)輸是實(shí)踐性非常強(qiáng)的行業(yè)，對(duì)易流態(tài)化貨物導(dǎo)致船舶發(fā)生海難的機(jī)理研究，可深入航海一線、獲取第一手資料，通過工程化手段進(jìn)行深度研究，才能為減少航海事故、提升海運(yùn)品質(zhì)提供基礎(chǔ)理論保障。

3.1 進(jìn)一步健全鋁土礦海上運(yùn)輸監(jiān)管機(jī)制

3.1.1 廓清鋁土礦含水量的控制標(biāo)準(zhǔn)

IMSBC規(guī)則根據(jù)其物理化學(xué)特性將海運(yùn)礦石產(chǎn)品分列為A，B，C 3類，其中A類為易流態(tài)化貨物。鋁土礦在IMSBC規(guī)則中列為C類。在實(shí)踐中，未被列入A類貨物的鋁土礦在海運(yùn)實(shí)踐中仍具有較高的含水量，船舶運(yùn)輸安全影響明顯。若不按A類貨物進(jìn)行監(jiān)管則具有較大的海運(yùn)安全風(fēng)險(xiǎn)。但若按照IMSBC規(guī)則的要求，將該貨物參照C類普通散貨進(jìn)行裝船運(yùn)輸，風(fēng)險(xiǎn)增加。林映珊[54]研究了通過分析國際規(guī)則和國內(nèi)法規(guī)關(guān)于貨物品名的不同規(guī)定，厘清了貨物的易流態(tài)化特性及其適用性，以此來剖析載運(yùn)高含水量貨物船舶的傾覆事故的法律問題。

當(dāng)前對(duì)鋁土礦的海運(yùn)安全監(jiān)督，往往還是采用2種模式：其一是按照常規(guī)貨物歸屬(C類)監(jiān)裝監(jiān)運(yùn)；其二是從嚴(yán)控制，采用A類易流態(tài)化貨物的控制標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格監(jiān)裝監(jiān)運(yùn)。對(duì)第一種模式，就現(xiàn)在易流態(tài)化事故多發(fā)的形勢(shì)而言，的確不符合貨物安全運(yùn)輸?shù)暮Ｊ卤O(jiān)管要求。國際海事組織曾建議船長(zhǎng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)證書文件判斷若承運(yùn)該易流態(tài)化貨物不能確保本航次的絕對(duì)安全時(shí)，可以拒載；若已承運(yùn)可以采取任何確保本船安全的措施以規(guī)避危險(xiǎn)。對(duì)托運(yùn)人和承運(yùn)人而言，較為公平公正的客觀依據(jù)是實(shí)際含水量與適運(yùn)水分限的大小。

業(yè)界有一種觀點(diǎn)認(rèn)為：通常情況下含水量在8%以下是安全的，18%以上則極度危險(xiǎn)，居間含水量的貨物須采取縱向隔艙措施或用特殊設(shè)計(jì)的專門船舶運(yùn)輸。在“Bulk Jupiter ”輪發(fā)生事故后，有些船公司甚至主管機(jī)關(guān)對(duì)鋁土礦“談虎色變”，武斷地要求將含水量超過 10% 的鋁土礦按照 A 組貨物進(jìn)行管理。1997年，MRN提出一種新的物理方法進(jìn)行工藝創(chuàng)新改良生產(chǎn)鋁土礦，改變了常用的加溫干燥法降低水分，通過降低昂貴干燥劑的使用比例，既降低了成本，又確保鋁土礦滿足不高于12%含水量的硬指標(biāo)。以上3個(gè)含水量標(biāo)準(zhǔn)都是海運(yùn)實(shí)踐中的真實(shí)做法，但都缺少科學(xué)和法規(guī)依據(jù)。都不太適用于當(dāng)前的鋁土礦的運(yùn)輸，8%含水量當(dāng)然符合安全標(biāo)準(zhǔn)，但超過8%不一定不符合標(biāo)準(zhǔn)，這一標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致船貨雙方的利益沖突，不利于此類貿(mào)易的順利進(jìn)行。若以12%為控制標(biāo)準(zhǔn)，顯然控制標(biāo)準(zhǔn)太過寬松，不利于海上運(yùn)輸?shù)陌踩?。煙臺(tái)海事局從做過連續(xù)3個(gè)月的鋁土礦運(yùn)輸船舶的跟蹤調(diào)查，平均含水量約為13%，來自印度的鋁土礦含水量在 10% 左右，東南亞(如印度尼西亞、馬來西亞等)一般在14%～15%，個(gè)別甚至超過18%[55]。如此來看，這些含水量超過控制標(biāo)準(zhǔn)的鋁土礦依然安全運(yùn)輸?shù)礁?。即使鋁土礦按照A類易流態(tài)化貨物進(jìn)行監(jiān)管，規(guī)定了其適運(yùn)水分限，并非每條船舶承運(yùn)實(shí)際含水量高于適運(yùn)水分限的貨物都導(dǎo)致船舶傾覆或沉沒；也并非船舶承運(yùn)實(shí)際含水量低于適運(yùn)水分限的貨物都安全到達(dá)目的港。

因此，僅僅將實(shí)際含水量與適運(yùn)水分限的關(guān)系作為船舶承運(yùn)鋁土礦的參考標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)一步推敲。科學(xué)的確定不同狀態(tài)下鋁土礦的流動(dòng)水分點(diǎn)或者適運(yùn)水分限量就顯得很重要。有必要引入風(fēng)險(xiǎn)決策解決安全運(yùn)輸問題，明確處在臨界水分甚至超出適運(yùn)水分限的貨物裝船的初始風(fēng)險(xiǎn)水平，并對(duì)營運(yùn)中風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行預(yù)報(bào)。

3.1.2 創(chuàng)新鋁土礦含水量檢測(cè)方法

目前，一般使用流盤法和插入度法檢測(cè)貨物流動(dòng)水分點(diǎn)。但流盤法適用于顆粒最大直徑為1 mm 的精礦或類似其他顆粒物質(zhì)；插入度法適用于顆粒最大直徑不超過 25 mm 的物質(zhì)，鋁土礦系原礦，由大小不等的塊石和黏土狀顆粒組成，目前使用的檢測(cè)方法難以準(zhǔn)確地檢測(cè)鋁土礦流動(dòng)水分點(diǎn)，也就無法保障鋁土礦的運(yùn)輸安全。應(yīng)根據(jù)鋁土礦的特點(diǎn)，基于實(shí)驗(yàn)室測(cè)定含水量的技術(shù)方法，開發(fā)適用于海上運(yùn)輸實(shí)際的便攜式快速現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀。

3.1.3 明確鋁土礦的組別

雖然在《IMSBC規(guī)則》中鋁土礦被劃為C組不易流態(tài)化的貨物，但是《IMSBC規(guī)則》描述的鋁土礦含水量一般不超過10%。而實(shí)際運(yùn)輸中，因供求關(guān)系等因素影響，交付運(yùn)輸?shù)匿X土礦出現(xiàn)了含水量超過10%的現(xiàn)象。應(yīng)準(zhǔn)確理解《IMSBC規(guī)則》對(duì)“易流態(tài)化”和“不易流態(tài)化”的定義，清晰描述鋁土礦運(yùn)輸中產(chǎn)生的流態(tài)現(xiàn)象，避免只因產(chǎn)生自由液面就錯(cuò)誤套用易流態(tài)化貨物的監(jiān)管體系，肆意擴(kuò)大易流態(tài)貨物的范圍，增加管理成本，加重船員心理負(fù)擔(dān)。另外，對(duì)鋁土礦的組別再建，需要遵守《IMSBC規(guī)則》嚴(yán)格的分組管理程序，需要起運(yùn)國、卸貨港和船旗國主管當(dāng)局共同商定臨時(shí)適運(yùn)條件。通過大量的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和海上實(shí)踐，構(gòu)建鋁土礦的含水量與流態(tài)化特征的數(shù)值關(guān)系圖譜，科學(xué)界定鋁土礦的組別，形成多層次的基于含水量的鋁土礦分組體系，進(jìn)而采用不同的運(yùn)輸安全控制措施。

3.2 強(qiáng)化鋁土礦與散貨船的耦合機(jī)理研究

當(dāng)前采用工程化手段研究易流態(tài)化貨物海運(yùn)安全問題的主要思路是將易流態(tài)化貨物置于船舶所處的航海環(huán)境中，考慮了海浪對(duì)船體的橫搖作用，進(jìn)而研究貨物在這種橫向載荷下的性態(tài)。但都忽視了船艙中的貨物還時(shí)刻受到波浪對(duì)船體的縱向和垂向激勵(lì)，還有即使風(fēng)平浪靜時(shí)仍然一直存在的船體的振動(dòng)干擾。

因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)船載貨物在復(fù)雜搖擺和振動(dòng)條件下的性態(tài)時(shí)變監(jiān)控，通過刻畫波浪載荷下船載鋁土礦的搖擺功率譜，闡述鋁土礦二維空間水平運(yùn)動(dòng)特性；通過振動(dòng)激勵(lì)下船內(nèi)鋁土礦垂向運(yùn)動(dòng)特性的定量表達(dá)，闡明鋁土礦與散貨船的耦合作用機(jī)理。為貨物承運(yùn)、營運(yùn)過程以及卸船作業(yè)提供堅(jiān)實(shí)的理論支撐。通過對(duì)鋁土礦海運(yùn)的大量實(shí)船數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)其理化屬性，建立不同黏性狀況下，貨物整體流動(dòng)規(guī)律建模。從細(xì)觀/中觀角度，對(duì)鋁土礦粒配特性與其流動(dòng)堆積效應(yīng)進(jìn)行刻畫。采集鋁土礦樣品，采用含水量多變模式，多重實(shí)驗(yàn)船舶搖擺規(guī)律，揭露水分和礦石的差異運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從貨物運(yùn)輸學(xué)角度，對(duì)大量貨物側(cè)移進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，構(gòu)建船舶復(fù)雜海況下的自平衡方程式，通過解構(gòu)詮釋失衡機(jī)理。

3.3 開展鋁土礦船舶運(yùn)輸?shù)倪^程風(fēng)險(xiǎn)研究

全過程風(fēng)險(xiǎn)的理念貫穿于船舶營運(yùn)過程的始終。對(duì)鋁土礦海運(yùn)的全過程多環(huán)節(jié)多階段的風(fēng)險(xiǎn)開展全面風(fēng)險(xiǎn)管理。

從攬貨、驗(yàn)貨、監(jiān)裝、開航、航行照看、卸貨等環(huán)節(jié)加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)。例如，對(duì)貨物裝船前的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控環(huán)節(jié)，需要嚴(yán)格管理鋁土礦的取樣工作，對(duì)分船運(yùn)輸、分批次集港集中裝運(yùn)以及水上轉(zhuǎn)駁貨物的取樣工作分別進(jìn)行規(guī)范，嚴(yán)格按照要求取樣，切實(shí)保證樣品的代表性和檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估衡量各環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)度，參考建立的風(fēng)險(xiǎn)衡準(zhǔn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)決策，對(duì)過程中的風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)，一旦出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)事件立即開展應(yīng)急響應(yīng)和處置，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)后果加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)溝通并做出風(fēng)險(xiǎn)改進(jìn)。例如航運(yùn)公司通過建立安全管理體系確立“散礦運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)及注意事項(xiàng)”等管理程序，列入“船運(yùn)裝運(yùn)精粉礦須知”等，定期發(fā)布“安全通告”，關(guān)于易流態(tài)貨物運(yùn)輸過程中可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情，提出有效的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。承運(yùn)船舶則積極開展裝運(yùn)易流態(tài)化固體貨物的專項(xiàng)演練，在裝該類散貨前進(jìn)行抽水試驗(yàn)、污水管系氣密試驗(yàn)，提高船舶在營運(yùn)中對(duì)易流態(tài)化貨物風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)控能力，保障船舶航行安全。只有通過全面風(fēng)險(xiǎn)管理才能為全面質(zhì)量管理奠定基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)安全、保安、清潔、高效的航運(yùn)服務(wù)。

3.4 建立鋁土礦海運(yùn)安全風(fēng)險(xiǎn)的信息化管理平臺(tái)

在當(dāng)下國際海事組織力推的“e-航?！焙汀爸悄艽啊睉?zhàn)略浪潮中，鋁土礦等易流態(tài)化貨物運(yùn)輸應(yīng)順應(yīng)國際航運(yùn)發(fā)展新趨勢(shì)，加強(qiáng)鋁土礦貨物的海運(yùn)物流鏈的信息化建設(shè)是當(dāng)前對(duì)該類貨物監(jiān)管的新思路新探索。通過對(duì)遠(yuǎn)程鋁土礦選礦信息，場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸/駁船運(yùn)輸，堆場(chǎng)晾曬，樣品檢測(cè)和裝船操作等船舶開航前的基礎(chǔ)信息采集，船舶在航中的環(huán)境和貨物信息的傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，以及船舶操縱數(shù)據(jù)的不管更新，基于船上信息化管理平臺(tái)和岸基遠(yuǎn)程監(jiān)管平臺(tái)對(duì)鋁土礦海上運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并結(jié)合近期天氣和海況預(yù)報(bào)以及航線特點(diǎn)進(jìn)行短期風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)。實(shí)現(xiàn)單船鋁土礦運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)的信息管理智能化。

4 結(jié)論

1)散貨船承載易流態(tài)化固體散裝貨物的海運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)研究一直是航運(yùn)界關(guān)注的熱點(diǎn)。主要研究方法主要可分為2類：船舶與海洋工程方法和系統(tǒng)安全工程方法。針對(duì)貨物含水量及其本質(zhì)物理屬性、船舶的適裝性和穩(wěn)性、船舶所處自然環(huán)境、船舶營運(yùn)實(shí)踐等4個(gè)方面，目前研究比較深入，取得重要成果。但真正能用于航海實(shí)踐中去的理論指導(dǎo)還很缺乏。在易流態(tài)化貨物以及鋁土礦的運(yùn)輸中，一部國際海事組織《IMSBC規(guī)則》和交通運(yùn)輸部《水路運(yùn)輸易流態(tài)化固體散裝貨物安全管理規(guī)定》的約束往往達(dá)不到對(duì)安全運(yùn)輸行為的全面指導(dǎo)和規(guī)范，還需要更具體、更深入、更詳細(xì)的探討，以找出更安全的解決方案。

2)現(xiàn)有的文獻(xiàn)研究和實(shí)踐表明，鋁土礦未被官方正式列為“易流態(tài)化貨物”，正是基于鋁土礦的物理特性復(fù)雜，流態(tài)化機(jī)理不清，檢測(cè)方法不準(zhǔn)，由此帶來的運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)明顯較高，風(fēng)險(xiǎn)管控措施和應(yīng)急響應(yīng)不強(qiáng)。因此需要在理論和應(yīng)用基礎(chǔ)層面深入研究，尤其迫切的是在以下3個(gè)方面健全鋁土礦海上運(yùn)輸監(jiān)管機(jī)制：廓清鋁土礦含水量的控制標(biāo)準(zhǔn)、創(chuàng)新鋁土礦含水量檢測(cè)方法、明確鋁土礦的組別，并從學(xué)理上強(qiáng)化鋁土礦特性與散貨船安全效應(yīng)的耦合作用研究，開展鋁土礦船舶營運(yùn)的過程風(fēng)險(xiǎn)研究，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鋁土礦海運(yùn)安全風(fēng)險(xiǎn)管理的智能化。

[1] 國際船舶網(wǎng).保險(xiǎn)公司呼吁船東重視鋁土礦運(yùn)輸[EB/OL].http://www.eworldship.com/html/2015/ship_finance_0109/97262.html,2015-01-09 08:48:35.

[2] 張辰馳. IMSBC規(guī)則中A組貨物分類的試驗(yàn)載荷標(biāo)準(zhǔn)研究[D].大連：大連海事大學(xué),2015.

[3] 賈康. 紅土鎳礦流態(tài)化機(jī)理及內(nèi)因參數(shù)研究[D]. 大連：大連海事大學(xué),2016.

[4] Zhang, Jianwei; Wu, Wanqing; Hu, Junquan. Parametric studies on nickel ore slurry sloshing in a cargo hold by numerical simulations. Ships and Offshore Structures, 2017，12(2)：209-218.

[5] CHEN Weijiong. Discussion on the theory of maritime control in twenty-first Century——the basic elements of ship operation safety[A].China-Japan Maritime Academic communication[C], 1998:32-36.

[6] 鄭中義,李紅喜,趙京軍.干散貨船在大風(fēng)浪中的安全評(píng)價(jià)[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2010, 36(2):55-57.

ZHENG Zhongyi, LI Hongxi, ZHAO Jingjun. Safety evaluation of dry bulk carriers in large waves[J].Journal of Dalian Maritime University: Natural Science Edition, 2010, 36(2):55-57.

[7] 馬曉雪,李文華,張俊等.船舶載運(yùn)易流態(tài)化精礦粉事故規(guī)律分析及對(duì)策[J].中國航海,2014(2):43-47.

MA Xiaoxue, LI Wenhua, ZHANG Jun. Accident occurrence regularity analysis of shipping ore concentrate powder which may liquify and countermeasures[J]. Navigation of China,2014(2):43-47.

[8] Shen Jiang. Nickel Ore and its safe shipment[J].International conference on chemical, material and metallurgical engineering (ICCMME 2011). Advanced Materials Research, 2012： 2183-2187.

[9] 王歡.船舶運(yùn)動(dòng)對(duì)易流態(tài)化貨物適運(yùn)水分極限確定的影響[D].大連：大連海事大學(xué).2015.

[10] Munro, Michael C.; Mohajerani, Abbas. Moisture content limits of Iron Ore Fines to prevent liquefaction during transport: Review and experimental study[J].International Journal of Mineral Processing, 2016(5)：137-146.

[11] Munro, Michael C.; Mohajerani, Abbas. A review of the newly developed method used to prevent Liquefaction of iron ore fines on bulk carriers[J]. Australian Geomechanics Journal, 2016，51(1)： 43-52.

[12] 張婷婷.摔罐試驗(yàn)與易流態(tài)化貨物適運(yùn)性關(guān)系研究[J].中國海事,2014(9):53-54.

ZHANG Tingting.Research on the relationship between Tank falling test and fluidized cargo transportability[J].China Maritime Safety,2014(9):53-54.

[13] Wang, Hailong ; Koseki, Junichi; Sato, Takeshi; Chiaro, Gabriele; Tan Tian, Jaylord. Effect of saturation on liquefaction resistance of iron ore fines and two sandy soils[J]. Soils and Foundations, 2016， 56(4)： 732-744.

[14] Munro, Michael C.; Mohajerani, Abbas. Liquefaction incidents of mineral cargoes on board bulk carriers[J]. Advances in Materials Science and Engineering, 2016.

[15] Popek, M.Investigation of influence of organic polymer on TML value of the mineral concentrates[J]. Advances in Safety and Reliability - Proceedings of the European Safety and Reliability Conference, ESREL 2005(2)：1593-1596, .

[16] Popek, M.The influence of organic polymer on parameters determining ability to liquefaction of mineral concentrates[J]. Marine Navigation and Safety of Sea Transportation, 2009： 645-649.

[17] Altun, O.; G?ller, Z. The effect of filter aid reagent on CBI copper concentrate moisture[A]. 23rd International Mining Congress and Exhibition of Turkey[C], IMCET 2013, 2：893-899.

[18] Van Paassen, Leon A.; Vardon, Philip J.; Mulder, Arno; Van De Weg, Geert; Jeffrey, Paul. Investigating the susceptibility of iron ore to liquefaction[A]. Poromechanics V-Proceedings of the 5th Biot Conference on Poromechanics[C], 2013：1478-1487, .

[19] 周健,簡(jiǎn)琦薇,吳曉紅,等. 散裝精鐵礦流態(tài)化特性的模型試驗(yàn)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2013,(12):2536-2543.

ZHOU Jian, JIAN Qiwei, WU Xiaohong, et al. Model experimental study of fluidization of ironconcentrate ore in bulk[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2013,(12):2536-2543.

[20] 周健,白彪天,李寧,等. 散裝精鐵礦流態(tài)化宏細(xì)觀機(jī)理[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015,(4):542-548.

ZHOU Jian, BAI Biaotian, LI Ning, et al. The fluidized macro-meso mechanism of iron concentrate ore in bulk[J]. Journal of Tongji University(Natural Science) ,2015,(4):542-548.

[21] 簡(jiǎn)琦薇,李寧,周健,等. 基于模型試驗(yàn)的散裝精鐵礦流態(tài)化細(xì)觀規(guī)律[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2015(7):1019-1024.

JIAN Qiwei, LI Ning, ZHOU Jian, et al. Mesoscopic mechanism of fluidization for bulk iron ore concentrates based on model test[J]. Journal of TongjiUniversity(Natural Science) ,2015(7):1019-1024.

[22] 周健,簡(jiǎn)琦薇,張姣,等.循環(huán)荷載下精鐵礦動(dòng)力特性試驗(yàn)研究[J]. 巖石工程學(xué)報(bào),2013(12):2346-2352.

ZHOU Jian, JIAN Qi-wei, ZHANG Jiao, et al.Dynamic behaviors of iron ore concentrate under cyclic loading byhollow cylinder apparatus[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2013(12):2346-2352.

[23] 周健,杜強(qiáng),簡(jiǎn)琦薇,等. 船運(yùn)精鐵礦流態(tài)化模型試驗(yàn)的離散元數(shù)值模擬[J]. 河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,(3):219-225.

ZHOU Jian,DUQiang,JIANQiwei,et al.Discrete element numerical simulation of model experiments ofiron concentrate ore fluidization during shipping[J]. Journal of Hohai University(Natural Sciences) ,2016,(3):219-225.

[24] 莫中華,鄭金偉,楊源. 礦砂液化對(duì)ULOC設(shè)計(jì)的影響[J]. 江蘇科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016(2):120-124.

MO Zhonghua，ZHENG Jinwei，YANG Yuan. The influence of sand liquefaction of ULOC design[J]. Journal of Jiangsu University of Science and Technology (Natural Science Edition),2016(2):120-124.

[25] 劉蕭.鎳礦石運(yùn)輸迷途[J].中國船檢,2013(4):67-69.

LIU Xiao. Mystery of nickel ore transport[J]. China Ship Survey,2013(4):67-69.

[26] 王祎博.船載鎳礦的安全運(yùn)輸技術(shù)研究[D].大連：大連海事大學(xué),2012.

[27] 葉安章.散貨船裝載礦砂可行性研究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2011,30(15):90-91.

YE Anzhang.Study on the feasibility of ore loading on bulk carrier[J].Enterprise Technology Development,2011,30(15):90-91.

[28] 陳倩,孫建坤,吳嘉蒙,等.晃蕩要求對(duì)散貨船壓載艙結(jié)構(gòu)的影響探討[J].船舶, 2015(B9):41-49.

CHEN Qian, SUN Jiankun,WUJiameng,et al. Impact of sloshing requirements on ballast tanks in bulk carrier based on harmonised common structural rules[J].Ship & Boat, 2015(B9):41-49.

[29] 黃浩,王丙杰,趙勇.載運(yùn)鎳礦散貨船結(jié)構(gòu)特殊設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)輔助工程,2013,22(S1):384-386.

HUANG Hao, WANG Bingjie,ZHAO Yong.Special structure design of bulk carrier for carrying nickel ore[J].Computer Aided Engineering,2013,22(S1):384-386.

[30] 蔡文山,高家鏞,張甫杰,等.液化鎳礦砂晃蕩與船舶運(yùn)動(dòng)的耦合影響[J].中國航海,2014,37(3):54-58.

CAI Wenshan,GAO Jiayong,ZHANG Fujie,et al.Coupling effects between sloshing of liquefied nickel ore and ship motion[J]. Navigation of China,2014,37(3):54-58.

[31] 張向輝(編譯). RINA攻克鎳礦石運(yùn)輸安全難題[J].中國船檢,2011(9).

ZHANGXianghui(compilation). RINA conquered the problem of nickel ore transportation safety[J].China Ship Survey,2011(9).

[32] 張杰. 靈便型散貨船載運(yùn)鎳礦穩(wěn)性研究[D]. 大連：大連海事大學(xué),2016.

[33] Andrei, Cristian; Pazara, Radu Hanzu. The impact of bulk cargoes liquefaction on ship's intact stability[J]. UPB Scientific Bulletin, Series D: Mechanical Engineering,2013，75(4)： 47-58.

[34] Ju, Lei; Vassalos, Dracos; Boulougouris, Evangelos. Numerical assessment of cargo liquefaction potential[A]. 1st International Meeting on Propeller Noise and Vibration[C]. OCEAN ENGINEERING, JUL 1 2016：383-388.

[35] Lamba, D.; Barsan, E.; Varsami, C.; Arsenie, A.Simulations performed on a bulk carrier in order to analyze the ship’s stability[A]. Towards Green Marine Technology and Transport - Proceedings of the 16th International Congress of the International Maritime Association of the Mediterranean[C], IMAM 2015：717-724.

[36] Wang, Honggui; Shen, Jiang; Xing, Baoxiang. Available measures after cargo liquefaction[A]. ICTE 2013- Proceedings of the 4th International Conference on Transportation Engineering[C], 2013：1826-1832.

[37] Meijers, Piet; Raaijmakers, Tim; Luger, Dirk. The effect of a random wave field on wave induced pore pressure generation[A]. Proceedings of the International Offshore and Polar Engineering Conference[C], 2014： 668-675.

[38] 王惠,管陳,丁峻宏,等.貨艙內(nèi)液化礦砂晃蕩機(jī)理及數(shù)值計(jì)算研究[J].上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào),2014(2):1-6.

WANG Hui, GUAN Chen, DING Junhong, et al. Sloshing mechanism study and numerical calculation of liquefied ore in cargo hold[J].Journal of Shanghai Ship and Shipping Research Institute,2014(2):1-6.

[39] 管陳,董國祥,高家鏞,等. 鎳礦砂液化演變過程的搖擺臺(tái)試驗(yàn)研究[J]. 水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展A輯,2014，29(6):700-705.

GUAN Chen, DONG Guoxiang, GAO Jiayong, et al. Plateform experiment and research of nickel ore liquefaction process[J].Chinese Journal of Hydrodynamics, 2014,29(6):700-705.

[40] 蔡文山. 波浪中液化鎳礦砂晃蕩與船體運(yùn)動(dòng)響應(yīng)耦合的試驗(yàn)及數(shù)值研究比較[A].第十三屆全國水動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議暨第二十六屆全國水動(dòng)力學(xué)研討會(huì)論文集[C].2014(7)：10-11.

CAI Wenshan.Experimental and numerical studies on ship motion responses inwaves Coupled with liquefied nickel ore’s sloshing[A].The 13th National Symposium on Hydrodynamics and the Twenty-sixth National Symposium on Hydrodynamics[C].2014(7)：10-11.

[41] Ding, JunHong; Jin, YunLong; Wang, Hui. ALE-based parallel numerical simulation for sloshing problem of liquefied ore fines cargo[J].Chuan Bo Li Xue/Journal of Ship Mechanics, 2015， 19(8)： 927-933.

[42] 鄒友家.沈淳.奚祥英.紅土鎳礦運(yùn)輸船傾覆的機(jī)理研究[J].航海技術(shù),2012(2):32-35.

ZOU Youjia, SHEN Chun, XI Xiangying.An Investigation into the capsizing of ships for the carriage of clay lateritic nickel ore[J]. Marine Technology,2012(2):32-35.

[43] Zou Youjia; Shen Chun; Xi Xiangying.Numerical simulations on the capsizing of bulk carriers with nickel ores[J].Journal of Navigation, 2013： 919-930.

[44] 鄒友家,沈淳,奚祥英.鎳礦運(yùn)輸船沉沒機(jī)理的數(shù)值模擬分析[J].船舶力學(xué),2015(8):912-918.

Zou, Youjia, Shen, Chun, Xi, Xiangying.Numerical simulations on the mechanisms of the capsizing of bulk nickel ore carrier[J]. Journal of Ship Mechanics,2015(8):912-918.

[45] 歐義芳.海運(yùn)易流態(tài)化貨物安全技術(shù)初探[J].世界海運(yùn),2012(2):15-18.

OU Yifang. Initial investigation on safety technology for shipping liquefiable cargoes[J].World Ocean Shipping,2012(2):15-18.

[46] 趙月林,孟淑嫻.易流態(tài)化貨物安全運(yùn)輸研究[J].大連海事大學(xué)學(xué)報(bào),2012,38(4):15-18.

ZHAO Yuelin, MENG Shuxian. Safety transportation of easily fluidized cargoes[J]. Journal of Dalian Maritime University,2012,38(4):15-18.

[47] Anon. Bauxite/alumina-bulks in transition[J]. Cargo SystInt, 1978，5(5)： 71-75.

[48] Miyazawa, Masaru; Nagamatsu, Tetsuo; Hoshino, Tetsuji. Hydrodynamic design of a full ship for shallow water operation[J]. Technical Review - Mitsubishi Heavy Industries, 1986，23(3)：280-286.

[49] Portella, Ricardo B., Andrade, Luiza F., Neto, Tomazo Garzia, Coelho, Nelson. Single-pour/single pass loading an innovative concept for a new generation of ore carriers[A]. Proceedings of the International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering-OMAE[C], 2011(6)： 469-475.

[50] 李開榮,王青春.散貨船海事發(fā)生原因及對(duì)策[J]. 天津航海, 1999(2):1-4.

LI Kairong, WANG Qingchun. Causes and countermeasures of bulk carrier accidents[J].Tianjin navigation, 1999(2):1-4.

[51] 雷海.紅土鎳礦粉的安全運(yùn)輸[J].航海技術(shù),2011(1):27-28．

LEI Hai.Safe transportation of laterite nickel ore powder [J].Navigation Technology,2011(1):27-28.

[52] 雷海.紅土鎳礦海運(yùn)之安全[J].航海,2011(1):72-75.

LEI Hai.Safety of laterite nickel ore shipping[J].Navigation,2011(1):72-75.

[53] 葛圣彥.由幾起海運(yùn)事故談易流態(tài)化貨物的安全運(yùn)輸[J].中國水運(yùn),2013,13(11):34-35．

GE Shengyan. Discussion on the safe transportation of cargoeswith potentialliquefaction from several maritime accidents [J]. China Water Transport,2013,13(11):34-35.

[54] 林映珊. 船載鎳礦運(yùn)輸法律問題研究[D].大連：大連海事大學(xué),2014.

[55] 陳作武.海運(yùn)鋁土礦安全適運(yùn)性思考[J].航海技術(shù),2015(5):39-41.

CHEN Zuotu.Study on the safety adaptability of bauxite transport at sea[J]. Navigation Technology,2015(5):39-41.