浮動堆海上碰撞風險研究

符壯志 鄭亞雄 齊江輝

（1、東營海事局，山東 東營257066 2、武漢第二船舶設計研究所，湖北 武漢430064）

船舶碰撞是船舶海上事故的重要因素，根據國際海上保險聯合會2001-2015 年統計數據，碰撞因素約占總事故因素的8%。除航行船舶之間碰撞外，船舶與海洋平臺碰撞也是海損事故的重要因素。在英國HSE 機構對海洋平臺的損傷調查中[1]，船舶碰撞占11.2%。根據挪威船級社統計[2]，北海海域從2001 年至2011 年，共發生船舶與海洋平臺碰撞事故26 起，其中6 起造成嚴重事故。

1 碰撞類型

與海上浮動堆發生碰撞主要涉及兩種不同類型船舶[1]，過路船和來訪船，根據海洋工程經驗，絕大多數來訪船和運行中的海上設施之間的碰撞，都是當來訪船在海上設施附近移動時發生的，其原因通常是人為錯誤，并且通常是低能量沖擊。

根據碰撞速度，船舶碰撞情景可以分為以下三種：（1）動力碰撞。船舶在靠近海上設施時沒能減小靠近速度。（2）停靠碰撞。船舶在靠近海上設施時沒能合理地減小靠近速度，導致以停靠速度碰撞。（3）漂移碰撞。這是絕大多數碰撞的情況，是船舶在海上設施附近進行操作時漂流撞上。對于動力碰撞，穿梭油輪的碰撞速度大約是10 節（5m/s），這種碰撞的發生位置一般是艏部。停靠碰撞速度通常會在0～6 節的范圍內，發生位置一般是來訪船的艏部或者艉部。其他來訪船碰撞類型就是漂移碰撞，波浪引起的船舶速度可用下式估計：

2 碰撞概率估算方法

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

2.1 過路碰撞

過路碰撞一般指周圍航行船只可能發生的碰撞，一般10nm以外的船舶不納入考慮。碰撞概率的計算表達式：

過路船舶偏離航線的概率服從正態分布，因此

式中：D- 碰撞直徑；δ - 船舶偏航標準差；x- 浮動堆距航線距離。

2.2 隨機碰撞

對于在浮動堆周圍隨機分布，隨機航向的船舶，碰撞概率計算的表達式：

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- 船舶失控后無法警告或避險的概率。

2.3 值守碰撞

對于在浮動堆周圍長期值守的船舶，碰撞概率計算的表達式：

式中：

N- 每年值守船數量；P1- 幾何碰撞概率；D- 相當寬度；R-值守半徑；P2- 每小時機器故障概率；T- 平臺周圍每年值守時長；P3- 機器故障后無法修復的概率。

3 事故發生頻率估算

3.1 基礎氣象資料

在海上航行中，影響船舶偏航或失控的主要誘因是大風天氣。在海上事故調查統計中，撞擊船大多受風力作用，順風偏航撞擊他船。在本文中浮動堆載體以軟鋼臂系泊FPSO 型式為例，平臺由于風向標效應影響，始終處于迎風狀態。平臺來訪和補給船舶采用旁靠形式，因此在作業海域風向下，考慮母港方位，來訪補給船舶的碰撞概率如表1 所示。

表1 補給來訪船舶碰撞方位概率

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

3.2 船舶與航線資料

根據目前油田工作船的尺寸及海事資料，調研碰撞所需的航線數據。根據離航線不同距離不同風向下的概率分布，計算由航線過路船舶引起的碰撞概率。根據不同風向的碰撞概率，得到不同距離下的碰撞期望值如表2 所示。

表2 距航線不同距離碰撞概率期望值

3.3 隨機碰撞概率估算

隨機碰撞的能量主要是漂移速度，一般漂移速度為風速的3～5%。根據DNV 規范，一般船舶在平臺周圍的最大風速不超過32.6m/s，即臺風風速。因此，漂移速度一般約為0.978～1.63m/s。本文在分析浮動堆時，保守取值漂移速度為2m/s。

根據隨機碰撞計算公式，碰撞概率約為1.10E-03。

3.4 補給碰撞概率估算

一般船舶在浮動堆裝載或卸載貨物，也被計入補給船，其發生的碰撞風險也納入計算。值守補給船均有冗余機械，相比于單主機，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堆，一般保守假設受天氣影響自主移動，在各個方向上均有偏移概率。根據補給碰撞概率估算公式分析，概率約為3.39E-03。

3.5 分析

根據HAD101-04《核電廠廠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。

過路碰撞是可以通過距航線的距離來控制的，基本距離在100m 以上，碰撞概率低至10-7，可以篩選該源項。

隨機碰撞和值守碰撞由于海事作業和值守補給等原因，存在從概率水平上無法排除的風險。因此，在浮動堆碰撞設計中需要重點考慮。

4 設計基準研究

根據不同碰撞速度對應的不同后果，以及對碰撞的風險分級，構建風險矩陣如圖1 所示。矩陣中橫軸為發生的概率，豎軸為碰撞速度。豎軸的頂點為內殼析破對應速度2.72m/s，底點為外殼析破對應速度1.40m/s。區域3 表示安全保守區域，區域2為滿足ALARP 原則區域，區域1 為風險較高區域[5]。

圖1 基于碰撞速度速度的風險矩陣

為了確定較合理的碰撞設計基準，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 在風險較高區域，不適宜作為設計基準；情況2 和情況3 均在ALARP 區域，從提高船體設計要求的角度考慮，建議選擇情況2 作為設計基準。

5 降低風險措施

從前述對船舶碰撞事件的分析來看，浮動堆在運行期間，必須得到值守船和補給船的輔助。根據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生。

5.1 由于大噸位船舶一般都是出現在航路上，對浮動堆有過路碰撞風險。須對選址周圍的航線數據進行充分調研，計算確定選址距航線的最小距離，以保證從概率上可以篩除過路碰撞風險。

5.2 浮動堆有別于海洋石油平臺，在周圍應劃定不同層級的警戒驅離圈，降低周圍海事作業船舶的分布密度，限制分布船舶的噸位和移動速度，降低隨機碰撞風險。

5.3 浮動堆配套的值守船或補給船，應經常檢查設備運行情況，設計和演練避碰或靠泊應急等預案，提高對工作船碰撞的應對能力。

6 結論

本文對浮動堆海上碰撞風險的計算方法、風險評估方法、設計基準確定以及降低風險措施進行了分析，得到主要結論如下：

6.1 本文所采用的海洋工程領域常用的船舶碰撞分析方法，對浮動堆海上碰撞分析具有借鑒意義。

6.2 本文針對過路碰撞、隨機碰撞和值守碰撞，推薦了相應的計算方法，從原理上提出降低風險的措施。