浮動(dòng)堆海上碰撞風(fēng)險(xiǎn)研究

符壯志 鄭亞雄 齊江輝

（1、東營(yíng)海事局，山東 東營(yíng)257066 2、武漢第二船舶設(shè)計(jì)研究所，湖北 武漢430064）

船舶碰撞是船舶海上事故的重要因素，根據(jù)國(guó)際海上保險(xiǎn)聯(lián)合會(huì)2001-2015 年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，碰撞因素約占總事故因素的8%。除航行船舶之間碰撞外，船舶與海洋平臺(tái)碰撞也是海損事故的重要因素。在英國(guó)HSE 機(jī)構(gòu)對(duì)海洋平臺(tái)的損傷調(diào)查中[1]，船舶碰撞占11.2%。根據(jù)挪威船級(jí)社統(tǒng)計(jì)[2]，北海海域從2001 年至2011 年，共發(fā)生船舶與海洋平臺(tái)碰撞事故26 起，其中6 起造成嚴(yán)重事故。

1 碰撞類(lèi)型

與海上浮動(dòng)堆發(fā)生碰撞主要涉及兩種不同類(lèi)型船舶[1]，過(guò)路船和來(lái)訪(fǎng)船，根據(jù)海洋工程經(jīng)驗(yàn)，絕大多數(shù)來(lái)訪(fǎng)船和運(yùn)行中的海上設(shè)施之間的碰撞，都是當(dāng)來(lái)訪(fǎng)船在海上設(shè)施附近移動(dòng)時(shí)發(fā)生的，其原因通常是人為錯(cuò)誤，并且通常是低能量沖擊。

根據(jù)碰撞速度，船舶碰撞情景可以分為以下三種：（1）動(dòng)力碰撞。船舶在靠近海上設(shè)施時(shí)沒(méi)能減小靠近速度。（2）?？颗鲎?。船舶在靠近海上設(shè)施時(shí)沒(méi)能合理地減小靠近速度，導(dǎo)致以?？克俣扰鲎?。（3）漂移碰撞。這是絕大多數(shù)碰撞的情況，是船舶在海上設(shè)施附近進(jìn)行操作時(shí)漂流撞上。對(duì)于動(dòng)力碰撞，穿梭油輪的碰撞速度大約是10 節(jié)（5m/s），這種碰撞的發(fā)生位置一般是艏部。?？颗鲎菜俣韧ǔ?huì)在0～6 節(jié)的范圍內(nèi)，發(fā)生位置一般是來(lái)訪(fǎng)船的艏部或者艉部。其他來(lái)訪(fǎng)船碰撞類(lèi)型就是漂移碰撞，波浪引起的船舶速度可用下式估計(jì)：

2 碰撞概率估算方法

參考海洋工程碰撞概率計(jì)算方法[3]，浮動(dòng)堆與不同船舶的碰撞計(jì)算方法不同，具體如下。

2.1 過(guò)路碰撞

過(guò)路碰撞一般指周?chē)叫写豢赡馨l(fā)生的碰撞，一般10nm以外的船舶不納入考慮。碰撞概率的計(jì)算表達(dá)式：

過(guò)路船舶偏離航線(xiàn)的概率服從正態(tài)分布，因此

式中：D- 碰撞直徑；δ - 船舶偏航標(biāo)準(zhǔn)差；x- 浮動(dòng)堆距航線(xiàn)距離。

2.2 隨機(jī)碰撞

對(duì)于在浮動(dòng)堆周?chē)S機(jī)分布，隨機(jī)航向的船舶，碰撞概率計(jì)算的表達(dá)式：

式中：V- 船舶速度；D- 碰撞直徑；ρ - 船舶密度；P2- 船舶失控概率；P3- 船舶失控后無(wú)法警告或避險(xiǎn)的概率。

2.3 值守碰撞

對(duì)于在浮動(dòng)堆周?chē)L(zhǎng)期值守的船舶，碰撞概率計(jì)算的表達(dá)式：

式中：

N- 每年值守船數(shù)量；P1- 幾何碰撞概率；D- 相當(dāng)寬度；R-值守半徑；P2- 每小時(shí)機(jī)器故障概率；T- 平臺(tái)周?chē)磕曛凳貢r(shí)長(zhǎng)；P3- 機(jī)器故障后無(wú)法修復(fù)的概率。

3 事故發(fā)生頻率估算

3.1 基礎(chǔ)氣象資料

在海上航行中，影響船舶偏航或失控的主要誘因是大風(fēng)天氣。在海上事故調(diào)查統(tǒng)計(jì)中，撞擊船大多受風(fēng)力作用，順風(fēng)偏航撞擊他船。在本文中浮動(dòng)堆載體以軟鋼臂系泊FPSO 型式為例，平臺(tái)由于風(fēng)向標(biāo)效應(yīng)影響，始終處于迎風(fēng)狀態(tài)。平臺(tái)來(lái)訪(fǎng)和補(bǔ)給船舶采用旁靠形式，因此在作業(yè)海域風(fēng)向下，考慮母港方位，來(lái)訪(fǎng)補(bǔ)給船舶的碰撞概率如表1 所示。

表1 補(bǔ)給來(lái)訪(fǎng)船舶碰撞方位概率

其中左右舷均包括0.3%的不定向性，該數(shù)值是由于風(fēng)向分布中存在風(fēng)向不定的概率。

3.2 船舶與航線(xiàn)資料

根據(jù)目前油田工作船的尺寸及海事資料，調(diào)研碰撞所需的航線(xiàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)離航線(xiàn)不同距離不同風(fēng)向下的概率分布，計(jì)算由航線(xiàn)過(guò)路船舶引起的碰撞概率。根據(jù)不同風(fēng)向的碰撞概率，得到不同距離下的碰撞期望值如表2 所示。

表2 距航線(xiàn)不同距離碰撞概率期望值

3.3 隨機(jī)碰撞概率估算

隨機(jī)碰撞的能量主要是漂移速度，一般漂移速度為風(fēng)速的3～5%。根據(jù)DNV 規(guī)范，一般船舶在平臺(tái)周?chē)淖畲箫L(fēng)速不超過(guò)32.6m/s，即臺(tái)風(fēng)風(fēng)速。因此，漂移速度一般約為0.978～1.63m/s。本文在分析浮動(dòng)堆時(shí)，保守取值漂移速度為2m/s。

根據(jù)隨機(jī)碰撞計(jì)算公式，碰撞概率約為1.10E-03。

3.4 補(bǔ)給碰撞概率估算

一般船舶在浮動(dòng)堆裝載或卸載貨物，也被計(jì)入補(bǔ)給船，其發(fā)生的碰撞風(fēng)險(xiǎn)也納入計(jì)算。值守補(bǔ)給船均有冗余機(jī)械，相比于單主機(jī)，其故障失效的概率要小很多，典型的故障失效概率約為1.4E-05/hr。

值守船一般都靠近浮動(dòng)堆，一般保守假設(shè)受天氣影響自主移動(dòng)，在各個(gè)方向上均有偏移概率。根據(jù)補(bǔ)給碰撞概率估算公式分析，概率約為3.39E-03。

3.5 分析

根據(jù)HAD101-04《核電廠(chǎng)廠(chǎng)址選擇的外部人為事件》[4]，一般采用每堆年10-7作為具有嚴(yán)重放射性后果的影響事件概率值的可接受的限值，該值可作為篩選概率水平的保守值。

過(guò)路碰撞是可以通過(guò)距航線(xiàn)的距離來(lái)控制的，基本距離在100m 以上，碰撞概率低至10-7，可以篩選該源項(xiàng)。

隨機(jī)碰撞和值守碰撞由于海事作業(yè)和值守補(bǔ)給等原因，存在從概率水平上無(wú)法排除的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在浮動(dòng)堆碰撞設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮。

4 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)研究

根據(jù)不同碰撞速度對(duì)應(yīng)的不同后果，以及對(duì)碰撞的風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)矩陣如圖1 所示。矩陣中橫軸為發(fā)生的概率，豎軸為碰撞速度。豎軸的頂點(diǎn)為內(nèi)殼析破對(duì)應(yīng)速度2.72m/s，底點(diǎn)為外殼析破對(duì)應(yīng)速度1.40m/s。區(qū)域3 表示安全保守區(qū)域，區(qū)域2為滿(mǎn)足ALARP 原則區(qū)域，區(qū)域1 為風(fēng)險(xiǎn)較高區(qū)域[5]。

圖1 基于碰撞速度速度的風(fēng)險(xiǎn)矩陣

為了確定較合理的碰撞設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，假定情況1 為速度2.4m/s 的碰撞，情況2 為2.0m/s 的碰撞，情況3 為1.6m/s 的碰撞。可以從圖1 中看出，情況1 在風(fēng)險(xiǎn)較高區(qū)域，不適宜作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)；情況2 和情況3 均在ALARP 區(qū)域，從提高船體設(shè)計(jì)要求的角度考慮，建議選擇情況2 作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。

5 降低風(fēng)險(xiǎn)措施

從前述對(duì)船舶碰撞事件的分析來(lái)看，浮動(dòng)堆在運(yùn)行期間，必須得到值守船和補(bǔ)給船的輔助。根據(jù)碰撞概率分析的理論，在船舶碰撞事件中可以采取如下措施避免惡性碰撞事件發(fā)生。

5.1 由于大噸位船舶一般都是出現(xiàn)在航路上，對(duì)浮動(dòng)堆有過(guò)路碰撞風(fēng)險(xiǎn)。須對(duì)選址周?chē)暮骄€(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行充分調(diào)研，計(jì)算確定選址距航線(xiàn)的最小距離，以保證從概率上可以篩除過(guò)路碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

5.2 浮動(dòng)堆有別于海洋石油平臺(tái)，在周?chē)鷳?yīng)劃定不同層級(jí)的警戒驅(qū)離圈，降低周?chē)Ｊ伦鳂I(yè)船舶的分布密度，限制分布船舶的噸位和移動(dòng)速度，降低隨機(jī)碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

5.3 浮動(dòng)堆配套的值守船或補(bǔ)給船，應(yīng)經(jīng)常檢查設(shè)備運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)和演練避碰或靠泊應(yīng)急等預(yù)案，提高對(duì)工作船碰撞的應(yīng)對(duì)能力。

6 結(jié)論

本文對(duì)浮動(dòng)堆海上碰撞風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算方法、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)確定以及降低風(fēng)險(xiǎn)措施進(jìn)行了分析，得到主要結(jié)論如下：

6.1 本文所采用的海洋工程領(lǐng)域常用的船舶碰撞分析方法，對(duì)浮動(dòng)堆海上碰撞分析具有借鑒意義。

6.2 本文針對(duì)過(guò)路碰撞、隨機(jī)碰撞和值守碰撞，推薦了相應(yīng)的計(jì)算方法，從原理上提出降低風(fēng)險(xiǎn)的措施。