江蘇省海洋漁船裝載限制評估模型研究與應(yīng)用

，，

(江蘇漁船檢驗局，江蘇 南通 226006)

海洋漁船生產(chǎn)作業(yè)分布面廣，流動性大，生產(chǎn)條件惡劣，屬于一個復(fù)雜的高風(fēng)險行業(yè)[1]。漁業(yè)船舶水上事故的大量發(fā)生對漁業(yè)船舶安全和漁民生命安全構(gòu)成了嚴重威脅[1]。漁船穩(wěn)性是確保漁船安全非常重要的航海性能之一，由于漁船經(jīng)常在遠離陸地、風(fēng)大浪高的海域作業(yè)，穩(wěn)性問題直接關(guān)系到漁船的航行和生產(chǎn)安全[2]。

2010年上半年，江蘇省陸續(xù)發(fā)生11起海洋漁船海損事故，沉船7艘，死亡51人。其中，一次性死亡10人以上3起，風(fēng)災(zāi)沉船5艘(4艘存在甲板裝載不當問題)，人員死亡達33人，遠遠超出正常風(fēng)災(zāi)事故的比例[3]，給漁民的生命和財產(chǎn)帶來重大損失。對漁船事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，除部分漁船超航區(qū)、超抗風(fēng)等級作業(yè)及船員船舶操縱不當?shù)仍蛲?，甲板裝載過量影響船舶穩(wěn)性是發(fā)生事故的重要原因之一，因此，限制甲板裝載尤為重要。

為確定無穩(wěn)性資料海洋漁船的甲板最大裝載量，對海洋漁船的作業(yè)方式、裝載情況等進行詳細調(diào)研，作者提出漁船裝載評估模型，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計原理[4]，以20多種不同地區(qū)、不同尺度有圖紙資料的船型作為樣本，對其進行滿足漁業(yè)船舶法定檢驗規(guī)則(下稱規(guī)則)[5]要求的穩(wěn)性核算最大允許甲板裝載量，將其歸納后推廣到無穩(wěn)性計算資料的海洋漁船。該研究成果通過專家評審后，江蘇省海洋與漁業(yè)局于2010年11月發(fā)布《關(guān)于規(guī)范海洋漁船管理工作有關(guān)問題的通知》[6]，在全省實施應(yīng)用。在各管理單位的嚴格執(zhí)行下，2011年因風(fēng)災(zāi)造成沉船致人失蹤或死亡人數(shù)7人[7]，較2010年大為減少。2012年江蘇標準化漁船3種主要船型根據(jù)這一評估模型進行設(shè)計，取得了較好效果。至2017年，江蘇省海洋漁船因風(fēng)災(zāi)導(dǎo)致的沉船事故及人員死亡數(shù)量明顯減少，表明所采用方法較為科學(xué)合理，所取得的經(jīng)驗可供管理機構(gòu)及專業(yè)人員處理類似問題時參考。本研究中將這一研究結(jié)果進行報道，旨在為海洋漁船設(shè)計及航行裝載限制提供參考。

1 超航區(qū)及風(fēng)浪等級作業(yè)對穩(wěn)性影響

1.1 風(fēng)速與風(fēng)壓

風(fēng)壓與風(fēng)速的平方成正比[8]，風(fēng)速可近似認為與風(fēng)級的3/2次方成正比[9]，因此，可近似認為風(fēng)壓與風(fēng)級的3次方成正比。其風(fēng)級與風(fēng)速的關(guān)系如圖1所示，突風(fēng)風(fēng)壓與風(fēng)級的關(guān)系如圖2所示。規(guī)則規(guī)定的風(fēng)壓中，沿海航區(qū)的風(fēng)壓相當于天氣預(yù)報中風(fēng)速為18.3 m/s，略高于天氣預(yù)報的7級風(fēng)[8]；近海航區(qū)的風(fēng)壓相當于天氣預(yù)報中風(fēng)速為25.8 m/s，略高于天氣預(yù)報的9級風(fēng)[8]。規(guī)則中規(guī)定，近海航區(qū)的單位面積風(fēng)壓是沿海航區(qū)單位面積風(fēng)壓的2倍。

圖1 風(fēng)速與風(fēng)級關(guān)系Fig.1 Relationship between wind speed and wind scale

圖2 突風(fēng)風(fēng)壓與風(fēng)級關(guān)系Fig.2 Relationship between sudden wind pressure and wind scale

1.2 風(fēng)浪的級別

風(fēng)浪的級別是波動力的指標，而波動力是由風(fēng)浪的大小決定的。風(fēng)浪越大，波動力越大，則風(fēng)浪級別越高[9]。習(xí)慣上采用按波高大小從0到9分為10個等級。浪級與普通波高(三一有義波高)的關(guān)系如圖3所示。

圖3 波高與浪級關(guān)系Fig.3 Relationship between wave height and wave scale

風(fēng)是產(chǎn)生風(fēng)浪的主要原因，但是必須具有充分的風(fēng)時和風(fēng)區(qū)長度才能形成與風(fēng)級相稱的風(fēng)浪級別。風(fēng)浪滯后于風(fēng)，風(fēng)向的改變時常引起風(fēng)向與浪向不一致，給船舶操縱帶來更大的困難。因此，規(guī)則中特別提示[5]：船舶穩(wěn)性計算雖已符合漁業(yè)船舶法定檢驗規(guī)則的相關(guān)要求，但船長仍應(yīng)注意船舶裝載及氣象、海況、航向等情況，謹慎駕駛和操作。

2 漁船沉船事故原因分析

2.1 惡劣天氣

2010年上半年，江蘇沿海氣候異常，7級以上大風(fēng)明顯增多。根據(jù)出事船舶事故報告，并查詢各船出事時江蘇省氣象局發(fā)布的《重要天氣報告》，發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生時的海上陣風(fēng)均在9級以上，大部分甚至為10級風(fēng)以上、浪高達4～5 m的惡劣天氣，海上實際風(fēng)壓已超出規(guī)則[5]規(guī)定的近海航區(qū)風(fēng)壓，難免發(fā)生海難事故。

2.2 甲板裝載不合理影響穩(wěn)性

20世紀90年代所設(shè)計的沿海航區(qū)漁船，由于近岸海域漁業(yè)資源的衰退，甚至枯竭[10]，漁民為了經(jīng)濟利益超航區(qū)作業(yè)。原先設(shè)計的近海航區(qū)漁船，也因資源的枯竭增加網(wǎng)具數(shù)量。出事漁船中，大部分甲板網(wǎng)具遠超過原先設(shè)計數(shù)量，有的在甲板上裝載兩種作業(yè)類型網(wǎng)具，且非生產(chǎn)作業(yè)時網(wǎng)具也不再放置在網(wǎng)具艙內(nèi)，網(wǎng)具未有效固定，導(dǎo)致漁船頭重腳輕，漁船穩(wěn)性變差，極易發(fā)生海難事故。

2.2.1 網(wǎng)具垂向移動對船舶穩(wěn)性的影響 以出事的蘇啟漁×××為例說明(圖4)，該船滿足排水量為82 t，網(wǎng)具質(zhì)量為8 t，在穩(wěn)性計算時按放入艙中計算，其初重穩(wěn)距為0.44 m，高于規(guī)則規(guī)定的0.35 m。

圖4 網(wǎng)具上移對船舶穩(wěn)性的影響Fig.4 Influence of the shifting up of the nets on the stability of a ship

按網(wǎng)具放置在甲板上，計算初重穩(wěn)距為0.34 m，達不到規(guī)則要求，大風(fēng)浪時容易導(dǎo)致翻船事故。穩(wěn)性計算中無甲板裝載這一計算項目的漁船，甲板上一般可允許裝載不超過2 t的網(wǎng)具。

2.2.2 網(wǎng)具橫移對船舶穩(wěn)性的影響 以出事的蘇贛漁×××為例說明(圖5)，該船在平板龍骨下設(shè)水泥壓載的箱型龍骨，全船總壓載達20 t，甲板實際裝載網(wǎng)具10 t，其各種狀態(tài)的初重穩(wěn)距超過0.60 m，根據(jù)規(guī)則計算的穩(wěn)性滿足近海航區(qū)的穩(wěn)性要求。

圖5 甲板網(wǎng)具橫移對船舶安全的影響Fig.5 Influence of the horizontal shifting of the nets on decks on stability of a ship

在無風(fēng)浪的條件下，1/2的網(wǎng)具(5 t)從船一側(cè)移動到另一側(cè)，將使船舶產(chǎn)生12°橫傾。計入甲板5 t網(wǎng)具發(fā)生橫移4 m，重新對該船進行近海航區(qū)穩(wěn)性核算，各計算狀態(tài)的穩(wěn)性均不合格。該船出事時風(fēng)浪短時陣風(fēng)達到10級，由于非職務(wù)船員在大風(fēng)浪中大舵角操舵，致使船舶產(chǎn)生傾斜，后大浪從船右后舷襲擊，錨、網(wǎng)具發(fā)生向左舷側(cè)滑，又產(chǎn)生一個附加橫傾力矩加速船舶傾斜，造成漁船翻沉[11]。因此，網(wǎng)具堆放在甲板上如不妥善固定，一旦發(fā)生橫移，將對船舶的穩(wěn)性產(chǎn)生不利影響。

2.3 漁船跨航區(qū)作業(yè)導(dǎo)致船舶穩(wěn)性不足

出事的漁業(yè)船舶中，多艘為船長20～23 m的沿海航區(qū)漁船，貿(mào)然到110 n mile附近的近海航區(qū)作業(yè)，如“1.1”節(jié)所述，在船舶穩(wěn)性核算時的沿海航區(qū)風(fēng)壓僅是近海航區(qū)風(fēng)壓的一半，因此，未核算其在近海航區(qū)的穩(wěn)性情況下非常危險。船舶所有人片面追求經(jīng)濟利益，超航區(qū)、超抗風(fēng)等級作業(yè)，忽視安全生產(chǎn)[12]的行為，其后果是一旦遇到惡劣天氣，發(fā)生惡性事故在所難免。

2.4 漁業(yè)生產(chǎn)者安全意識淡薄

由于船舶所有人及船長的安全生產(chǎn)意識淡薄，過度追求經(jīng)濟效益，認為多裝網(wǎng)可多捕魚，對船舶的穩(wěn)性和抗沉性認識不夠[13]。此外，由于魚類對大風(fēng)浪天氣反應(yīng)靈敏，活動頻繁，漁民得出經(jīng)驗：在惡劣天氣條件下捕撈產(chǎn)量高，可節(jié)約成本。在大風(fēng)浪來臨前，部分漁民存有僥幸心理，既不返港避風(fēng)[13]，也不尋找錨地拋錨抗風(fēng)浪，置漁船抗風(fēng)能力的實際情況于不顧，在經(jīng)濟利益的驅(qū)動下違規(guī)作業(yè)[12]，導(dǎo)致船沉人亡的事故發(fā)生。

2.5 船員技術(shù)技能不足

漁船在海上作業(yè)，當遇到惡劣天氣時應(yīng)采取合理的措施保障船舶安全。在風(fēng)浪到來之前，應(yīng)立即停止作業(yè)，固定好吊桿、網(wǎng)具等，壓載水艙應(yīng)壓滿或者空倉；如風(fēng)力達到或超過本船抗風(fēng)極限，應(yīng)將網(wǎng)具放入海中并做好標記，并立即返港，如來不及，則到錨地拋錨并檢查好機電設(shè)備動用主機準備頂風(fēng)頂浪。而部分船員作業(yè)圖省時省力現(xiàn)象嚴重，有章不循，違章操作，是導(dǎo)致嚴重海難事故的根本原因[14]，特別是在大風(fēng)浪天氣條件下，網(wǎng)具既不放在網(wǎng)具艙內(nèi)，也不留在海中，而是堆在甲板上且不有效固定，對穩(wěn)性極為不利。

3 漁船裝載限制評估模型

根據(jù)對事故原因分析，除了要求漁船船長按規(guī)定航行作業(yè)及避風(fēng)等外，應(yīng)按穩(wěn)性計算書中規(guī)定的狀態(tài)范圍內(nèi)進行裝載。對于無穩(wěn)性資料的漁船，其甲板最大裝載限制勢在必行。而分析所有船舶的穩(wěn)性是不現(xiàn)實的。根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計理論[4]，對現(xiàn)有具有代表性船型的評估模型進行抽樣分析，通過保證最低安全的穩(wěn)性條件下，計算得到具有代表性的最大甲板裝載數(shù)據(jù)，以此對無資料船舶甲板的最大裝載量進行限制。根據(jù)對現(xiàn)有船只調(diào)研數(shù)據(jù)分析，漁船裝載評估模型做如下選取。

3.1 航區(qū)及作業(yè)方式

江蘇省沿海作業(yè)漁船以60 kW以下為主，裝載情況尚可，較少發(fā)生惡性海難事故。穩(wěn)性問題主要集中在近海作業(yè)的海洋漁船，因此，確定近海航區(qū)作為計算航區(qū)。

在作業(yè)方式上選取張網(wǎng)漁船為計算作業(yè)方式，主要考慮到：張網(wǎng)作業(yè)甲板網(wǎng)具配載量較大，且有繼續(xù)增加的趨勢，在出事漁船中比例極高；拖網(wǎng)、流網(wǎng)等作業(yè)漁船裝載網(wǎng)具質(zhì)量，比張網(wǎng)漁船要輕，相對偏安全，甲板裝載可參照張網(wǎng)漁船配載限制要求執(zhí)行，不作為典型漁船計算。

3.2 漁船材質(zhì)及駕駛室層數(shù)

船寬是影響船舶穩(wěn)性的重要參數(shù)，根據(jù)對船型分析，船長、型深等對船舶穩(wěn)性的影響不及船寬突出，為簡化評估計算量，以船寬(B)作為船型區(qū)分的特征之一。

江蘇海洋鋼質(zhì)漁船船型基本類似，因船寬不同駕駛室層數(shù)不盡相同。連云港地區(qū)木質(zhì)漁船以山東船型為主，與南通、鹽城木質(zhì)漁船存在的主要差異是甲板室層數(shù)。

漁船材質(zhì)及駕駛室層數(shù)特征見表1。

表1 漁船材質(zhì)及駕駛室層數(shù)Tab.1 Materials and bridge layer of a fishing vessel

3.3 船舶裝載情況

3.3.1 甲板裝載及船舶受風(fēng)面積 甲板上網(wǎng)具裝載高度按漁船普遍裝載情況確定。船寬5.6 m及以上漁船，裝載高度不超過甲板線以上1.5 m；船寬小于5.6 m漁船，裝載高度不超過甲板線以上1.2 m，可確定網(wǎng)具的重心和受風(fēng)面積。

網(wǎng)具裝載位置以漁船實際普遍的裝載情況確定，船舶受風(fēng)面積按調(diào)研數(shù)據(jù)回歸確定。另外，漁船一般在甲板室頂上裝有網(wǎng)具和一只淡水桶共約1.5 t，在計算中給予考慮。

3.3.2 空船質(zhì)量 對有傾斜試驗報告的漁船，根據(jù)報告中的空船質(zhì)量及中心高度核算穩(wěn)性。對沒有傾斜試驗報告的漁船，根據(jù)設(shè)計單位的空船質(zhì)量及重心高度的回歸公式估算，得到的空船質(zhì)量及重心高度來核算穩(wěn)性。

3.3.3 漁獲物數(shù)量 魚貨、冰及魚箱質(zhì)量與網(wǎng)具數(shù)量對應(yīng)，鋼質(zhì)船基本是一扣網(wǎng)5 t冰，木船略有增加。鋼質(zhì)船魚箱按每扣網(wǎng)500只計算，木質(zhì)船每扣網(wǎng)350只漁箱，每只魚箱1.5 kg，裝滿魚貨每只的質(zhì)量為15 kg。

3.3.4 人員及消耗品 船員人數(shù)以船寬5.0～5.2 m定為6人，每增寬0.2 m增加2人，當船寬為6.4 m以上時，最多人數(shù)為18人。每人及行李按100 kg計算。

淡水、油、糧食等質(zhì)量均按船舶及相應(yīng)尺度漁船調(diào)研數(shù)據(jù)回歸確定，在回歸數(shù)據(jù)中，對甲板以下油、水、冰等質(zhì)量的確定盡量偏小取值，基于安全考慮的原則。

4 評估結(jié)果與實施效果

4.1 評估結(jié)果

對20多種船寬為5.0～7.3 m的不同尺度、不同材質(zhì)船型進行穩(wěn)性重新核算，計算結(jié)果推廣至沒有穩(wěn)性計算資料的傳統(tǒng)性海洋漁船，航區(qū)限制及估算最小干舷和甲板最大允許裝載等限制[6]如下。

4.1.1 航區(qū)限制 船寬5 m以下漁船，只能在沿海航區(qū)作業(yè)，嚴禁到近海航區(qū)作業(yè)。

4.1.2 漁船干舷限制 為防止超載，船舶最大裝載時的干舷應(yīng)不小于原船舶證書的最大吃水所對應(yīng)干舷。如船舶證書中無吃水限制，漁船干舷應(yīng)不小于基本干舷[5](300+0.1L2)mm的要求(L為船長)。

4.1.3 甲板配載高度限制 船寬為5.6 m及以上的漁船，配載高度不超過甲板線以上1.5 m; 船寬小于5.6 m的漁船，配載高度不超過甲板線以上1.2 m。

4.1.4 甲板最大裝載限制 根據(jù)船體材質(zhì)、船寬、駕駛室層數(shù)三個方面限制最大裝載量。根據(jù)文獻[6]， 甲板最大裝載限制歸納如下：

(1) 鋼質(zhì)漁船。一層半駕駛室的鋼質(zhì)漁船，船寬5.2 m，甲板裝載量不大于5 t；船寬至6 m，船寬每增加0.2 m，允許甲板裝載量增加5 t。船寬為5.6 m以下的漁船，甲板室頂部禁止裝網(wǎng)具和淡水；船寬為5.6～6.0 m的漁船，甲板室頂部裝網(wǎng)具和淡水總量不超過1.5 t。

二層駕駛室的鋼質(zhì)漁船，船寬5.6 m，甲板裝載量不大于8 t，船寬至7.3 m，船寬每增加0.2 m，可允許甲板裝載量增加5～6 t，甲板室頂部裝網(wǎng)具和淡水總量不超過1.5 t。

(2) 木質(zhì)漁船。南通、鹽城木質(zhì)船型的漁船，一層半駕駛室，船寬5.2 m，甲板裝載量不大于5 t；船寬至6 m，船寬每增加0.2 m，可允許甲板裝載量增加約4 t；船寬5.8 m以下漁船，甲板室頂部禁止裝網(wǎng)具和淡水；船寬5.8 m以上的漁船，甲板室頂部裝網(wǎng)具和淡水總量不超過1.5 t。

連云港木質(zhì)船型受甲板室既長又高、艏部受風(fēng)面積大及線型等因素影響，船型穩(wěn)性比南通、鹽城傳統(tǒng)木船船型要差。船寬5.8 m以下漁船不能進入近海航區(qū)作業(yè)，船寬5.9 m的漁船允許甲板裝載5 t，船寬6 m的漁船允許甲板裝載10 t。因甲板允許的裝載有限，難于滿足近海航區(qū)實際生產(chǎn)需要，建議增加船舶壓載，改善船舶穩(wěn)性，穩(wěn)性核算合格后，漁船可進入近海航區(qū)作業(yè)。

4.2 甲板裝載限制后的效果

《關(guān)于規(guī)范海洋漁船管理工作有關(guān)問題的通知》[6]實施以來，江蘇省2010—2016年漁船因風(fēng)災(zāi)造成沉船致人員失蹤或死亡人數(shù)整體呈逐年減少，具體數(shù)據(jù)為：2010年35人、2011年7人、2012年5人、2013年13人[7]、2014年4人、2015年0人、2016年5人，每年減少經(jīng)濟損失近千萬元。2012年江蘇3種標準化漁船也采用甲板裝載模型進行設(shè)計，建造漁船800余艘，鮮有因穩(wěn)性不足導(dǎo)致的沉船事故。

5 結(jié)語

本研究中提出的甲板裝載評估模型，經(jīng)實踐證明是有效的，可供相關(guān)人員設(shè)計漁船時參考。漁船只有嚴格按照要求裝載，特別是限制甲板裝載，對可移動物體進行綁扎，不超航區(qū)、超風(fēng)級作業(yè)，自覺遵守出海航行作業(yè)相關(guān)規(guī)定，才能避免或減少風(fēng)災(zāi)沉船事故的發(fā)生[14]。