船舶碰撞事故原因關聯性分析

李成海 王建濤

摘要：為避免或減少船舶碰撞事故，對船舶碰撞事故原因進行進一步分析。以船舶碰撞事故海事調查報告給出的原因作為研究對象，采用解釋結構模型（interpretative structural model， ISM）和層次分析法（analytic hierarchy progress， AHP）構建船舶碰撞影響因素多層次結構圖，探究同一層次及不同層次各因素之間的關系。用AHP確定各直接影響因素的相對重要性，結果表明：最低配員要求、船舶設備、能見度、航道或航區等因素對船舶碰撞事故的影響突出。

關鍵詞：

船舶碰撞; 事故原因; 解釋結構模型（ISM）; 層次分析法（AHP）

中圖分類號：? U698

文獻標志碼：? A

Correlation analysis on causes of ship collision accidents

LI Chenghai， WANG Jiantao

（Department of Navigation， Shandong Transport Vocational College， Weifang 261206， Shandong， China）

Abstract：

In order to avoid or reduce ship collision accidents， the causes of ship collision accidents are further analyzed. Taking the causes given in the maritime investigation reports on ship collision accidents as the research object， the multi-level structure diagram of ship collision influencing factors is constructed by the interpretative structural model （ISM） and the analytic hierarchy progress （AHP）， and the relationship among factors at the same level and different levels is explored. The relative importance of each direct influencing factor is determined by AHP. The results show that the factors such as the minimum staffing requirement， the ship equipment， the visibility， and channels or navigation area have a prominent impact on ship collision accidents.

Key words：

ship collision; cause of accident; interpretative structural model （ISM）; analytic hierarchy process （AHP）

收稿日期： 2020-06-12

修回日期： 2020-08-20

作者簡介：

李成海（1965—），男，山東青島人，高級船長，副教授，研究方向為船舶航行安全和航行風險，（E-mail）LICHENGHAI@163.com

0 引 言

船舶碰撞導致的人員傷亡、財產損失及海上環境污染令人觸目驚心，因此，研究海上船舶碰撞的原因對避免或減少船舶碰撞事故具有重要的理論意義和現實意義。

目前國內外對船舶交通事故的分析方法主要有：將定性分析數據化，采用多種方法的組合評價，有效解決單一方法的評價結果偏差[1];將定量分析模型化，運用模糊綜合評價方法建立能見度不良條件下的海上交通風險動態預評估模型，確立風險矩陣[2-3];在船舶碰撞危險主觀評價模型的基礎上，構建新的船舶危險計算模型，比較分析不同的船舶碰撞危險[4-6]。然而，已有文獻對于事故原因與事故后果之間關聯性的研究不夠深入。

在充分考慮可能引起船舶碰撞的各種因素的基礎上，本研究采用解釋結構模型（interpretative structural model， ISM）建立船舶碰撞影響因素多層次結構圖，分析同一層次及不同層次各因素之間的關系[7-9]，運用層次分析法（analytic hierarchy progress， AHP）確定各影響因素的相對重要程度，為海事監管部門制定科學的監管體系、航運企業更好監管海上船舶提供借鑒。

1 船舶碰撞影響因素分析及體系構建

根據國內外現有研究資料[10-11]，將可能導致海上船舶發生碰撞的因素分為28類。建立船舶碰撞影響因素ISM，見圖1。

由圖1可知，船舶碰撞影響因素ISM分為3個層次，是一個多層遞階超復雜結構系統：

（1）表層直接影響因素。這些因素涉及導致船舶碰撞的外部條件、航行過失、他船行為、信息交流等，表明解決船舶碰撞難題需要從多方面入手。①船舶駕駛人員業務水平。這是船舶航行安全最重要的影響因素，包括航行與操縱因素（航行與操縱條件，航路調查，航向選定與保持，船位確定，航路航法，船舶主機、輔機、舵機運行狀況等），設備使用（電羅經、磁羅經、舵機、GPS是否正確開啟，雷達量程使用是否正確），駕駛人員值班安排（值班人員是否疲勞駕駛，值班人員是否合理搭配，是否有醉酒人員、神志模糊人員、生病人員當值），駕駛人員對物標的識別（值班人員將航道內外燈標、航標誤認為固定物標，從而不會認真核對燈標、航標位置是否發生漂移），等。②航道條件。海上供船舶航行的水域范圍足夠大，以及陸上、海上助航設備正常工作，是避免船舶碰撞的必要條件。航道條件包括助航設備工作的外界條件（岸上的強眩光燈，大型船舶甲板的照明燈、標志燈，船舶密度高的水域眾多的信號燈），燈標、航標等是否發生故障（燈標、航標是否滅失、漂移，信號燈是否熄滅，燈光頻率、光色是否發生改變），航道的淺水效應（會導致船舶操縱性和機動性下降），航行水域范圍（港口、航道、航道彎頭、狹窄航道），等。③船舶間協調避讓以及他船行為，包括他船設備發生故障或失靈（船舶可能處于失控狀態），他船航行過失（他船追越時橫距太近或控速不當），他船不遵守國際海上避碰規則（極易形成緊迫危險局面），他船瞭望不充分（發現來船太晚，協調避讓困難），他船號燈、號型不正確（經常有小型船舶、漁船不按規定顯示號燈、號型，當它們與高速航行的大型船舶相遇時極易使雙方陷入危險局面）。重視上述因素，弱化表層因素影響，進而為船舶安全航行提供基本保障。

（2）中層間接影響因素。國家經濟的發展帶動航運市場快速發展，航運市場的發展又會帶動船公司、船員和港口發展。分析該層影響因素可知：通過地方海事部門對航運市場的監管，以及地方政府向航運公司提供資金和人才，施行退稅、補貼政策等，可以推進港航專門管理機構的發展，從而可以間接起到避免船舶碰撞事故的作用;船公司完善管理體制，落實各級責任，明確各級職責和分工，提高預警能力和應急能力，加強與國內外其他船公司間的人才共享、信息共享，也可以間接起到避免船舶碰撞事故的作用;各國海軍聯合護航，打擊海盜，也可以間接避免船舶碰撞事故的發生。

（3）深層根本影響因素。船舶海上航行安全需要國際海事組織及各沿海國合作，單靠一國或一個航運公司之力難以保證船舶安全航行。因此，國際海事組織、港口國監督機構、船旗國監督部門和中國海事主管機關之間的協作程度關系到信息資源共享、海事法規完善、政策執行力度、國際海事長遠合作、航運市場發展等，是船舶碰撞事故發生的根本影響因素。各沿海國之間的貿易爭端、海洋島嶼爭端、武裝沖突等影響海上船舶安全航行。另外，各沿海國與我國航運合作平臺眾多，除海上貿易外，還有科技、教育、旅游、救助、履約等，因此，各沿海國之間的合作交流可以創造安全的海上通道，減少船舶碰撞事故的發生。

2 船舶碰撞影響因素分析方法

ISM法是1973年美國學者華費爾教授為分析復雜系統問題而開發的，能夠分析復雜系統各因素之間的相互作用、相互依存的關聯關系[12-13]。ISM法基于系統分解，將復雜系統簡化為多個子系統（因素），利用理論知識及前人實踐成果，在計算機軟件幫助下構建各因素的多級遞階結構模型。ISM法最大的優點是，能使復雜系統的多元素關系清晰，模糊觀點簡明扼要，層次間呈現清晰的邏輯結構。

2.1 構建影響因素鄰接矩陣

為優化船舶碰撞影響因素間的關系，構建描述系統的鄰接矩陣A。A的元素ahk的取值如下：

ahk=1， Fh對Fk有影響

0， Fh對Fk無影響

（1）

式中：h，k=1，2，…，28;當h=k時，ahk=0。

2.2 構建影響因素可達矩陣

構建可達矩陣M，利用有向圖反映可達矩陣各節點間的到達路徑。求解鄰接矩陣A與單元矩陣I的和，運用布爾矩陣規則進行冪計算，（A+I）U-1≠（A+I）U=（A+I）U+1，直到M=（A+I）U。

2.3 影響因素可達矩陣集合的分解

前因集B與可達集R組成綜合可達集，前因集B包括可達集R中的全部元素，可達集R是表達從始因素到達全因素過程的集合。

按照R∩B=R的計算規則，分解可達矩陣M的第一層級因素，對分解的第一層級因素對應的行和列依次重復計算，可分別求得因素集L1、L2、L3、L4，即

L1={F1，F2，F3，F4，F5，F6，F15，F16，F17，F21，F22，F23，F24，F25，F26}

L2={F8，F10，F11，F18，F19，F20，F28}

L3={F7，F14，F27}

L4={F9，F12，F13}

2.4 構建影響因素間的ISM

將表層直接影響因素作為避免海上船舶碰撞的重要影響因素，是避免海上船舶碰撞最簡捷和最行之有效的方法。為深入識別船舶碰撞事故深層次的最關鍵影響因素，利用AHP總結主觀判斷結果并給出具體的數量結果，使對復雜系統的分析簡化成對較多因素的簡單計算[14]，對表層直接影響因素的重要程度進行排序。

2.5 建立影響因素重要性判斷矩陣

建立表層影響因素間相對重要性判斷矩陣X，矩陣元素xhk的取值采用比較1～9尺度值確定。xhk表示影響因素Fh與影響因素Fk相比的重要程度，指標取值見表1。

2.6 權重計算

首先，對影響因素判斷矩陣運用幾何平均法求取各對應因素的特征值Wk，即

Wk=2828h=1xhk （h，k=1，2，…，28）

然后，對Wk進行歸一化處理，獲得28個影響因素的相應重要度，即權重。為確認權重的合理區間，對判斷矩陣的一致性進行驗證。最后，將28個影響因素的綜合權重進行排序。權重較大的15個影響因素見圖2。

3 船舶碰撞影響因素分析

3.1 指標體系的計算

通過問卷調查及咨詢知名海運（集團）公司資深船長，構建船舶碰撞影響因素鄰接矩陣A。

A=

000000

001000

110000

001011

100000

100000

該矩陣中的1表示因素間的關聯屬性成立，該結論與中國海事局船舶碰撞事故海事調查報告的結論一致，證實了研究資料中可達矩陣各級因素對船舶碰撞事故的影響。

M=

1000000

1100000

0011110

0001110

0000100

0001110

1100001

可達矩陣M達到簡潔展現各層級因素間關系的目的。在不考慮單元矩陣I的前提下，對各影響因素層級進行優化排列組合，依次構建船舶碰撞影響因素ISM。

3.2 指標體系的簡化

由于表層直接影響因素眾多，為簡化各因素間的關系，根據圖2確定表層直接影響因素指標體系，見圖3。

對船舶碰撞事故表層直接影響因素權重進行排列，結果如下：

（1）最低配員要求影響權重為25.3%。只有滿足最低配員要求才能保證最基本的船舶值班要求。現實中大多數船公司安排的在船人數大于最低配員要求，從而可以保證船員有足夠的休息時間，適應現代化大型船舶航行安全要求。

（2）船舶設備故障或失靈影響權重為10.4%。除船公司需要高度重視船舶設備維護保養外，船舶自身應重視自檢自修，船上應配備全套維修工具、配件及勝任的維修人員，按規定時間進行“設備故障”應急演練且有恰當應急措施。

（3）能見度不良影響權重為10.4%。從已有船舶碰撞事故可知，能見度不良會導致船舶碰撞事故高發。海事部門應及時發布海況預報，加強對轄區船舶的動態監管，增派巡邏艇在航道彎道、控制區及船舶流量大的區域指揮。船舶在能見度小于0.3 n mile的情況下應擇地拋錨，在能見度0.3～1 n mile的情況下應加強瞭望，船舶應備雙錨、備車航行、控制船速、2部雷達共同工作且遠近量程擋交替觀察，確保霧號、霧鐘、霧笛工作狀態良好且按規定釋放聲響信號并服從海事部門的指揮。

（4）燈標、航標等使人產生錯覺影響權重為9.2%。在現代化城市岸邊地標建筑燈光五彩斑斕且眩目，駕駛員應及早觀察瞭望，近岸航行時如有必要可喚請船長到駕駛臺指揮。

（5）航道的淺水效應影響權重為9.1%。船舶航線設計應避開淺水區，在進出港口航道時應合理調整壓載水和吃水差，開啟測深儀慢速航行，必要時申請拖船護航。

（6）航行水域范圍影響權重為8.3%。船舶在接近岸壁、港池，或在受限水域航行時，船舶的操縱能力受到限制，船舶除應按應急預案執行外，還要尋求引航、拖船和岸基支持，切不可為節省費用而抱僥幸心理航行。

（7）影響助航設備工作的外部條件（影響權重為4.2%），風浪作用（影響權重為4.5%），誤認固定航標（影響權重為5.2%），他船不遵守規章（影響權重為2.9%）等表層影響因素所導致的結果最直接。如果這類因素的影響能夠消除或降低，則船舶航行安全的效果會立刻顯現。同時，國際海事組織與我國政府的合作、有關沿海國與我國海事局的合作、海上島嶼爭端、武裝沖突、沿海國之間的貿易爭端、打擊海盜力度等因素，也對船舶航行安全有非常重大的影響。

4 結 論

海上船舶航行安全涉及區域廣泛、領域較多，受到國際組織、沿海國政府、港口、船舶、船公司等多方面因素的影響，針對因素多而且因素間關系復雜這一特點，從外部條件、技術設備故障（人-機控制）、有關航行的各因素配置不當、航行過失、違章違規、他船行為和外部信息交流等7個方面，運用解釋結構模型（ISM）對各因素間的關系進行分析，構建包含表層直接影響因素、中層間接影響因素和深層根本影響因素的船舶碰撞影響因素指標體系，從而獲取船舶碰撞影響因素的多層次關系結構。通過這些分析進一步識別了海上船舶碰撞的關鍵影響因素，在重點分析表層直接影響因素的基礎上提出了各自改進方法和應對措施，為海事管理部門和航運企業科學監管，以及海上船舶避碰提供了參考依據。

參考文獻：

[1]

劉曉佳， 張荀， 汪強， 等. 基于灰云聚類的港口水域通航環境危險度評價[J]. 中國航海， 2019， 42（3）： 1-74.

[2]張可， 劉曉佳， 王若琦. 基于加權秩和比法的港口水域通航安全綜合評價方法研究[J]. 蚌埠學院學報， 2017， 6（6）： 1-74.

[3]劉正江， 吳兆麟. 基于船舶碰撞事故調查報告的人為因素數據挖掘[J]. 中國航海， 2004， 27（2）： 1-6.

[4]閆化軍. 基于粗糙集的船舶碰撞受損的影響因素分析研究[D]. 大連： 大連海事大學， 2011.

[5]徐東華， 吳兆麟. 基于粗糙集數據約簡的海事事故致因研究[J]. 大連海事大學學報， 2009， 35（3）： 37-39.

[6]劉茹茹， 胡勤友. 一種主觀的船舶碰撞危險度評價模型[J]. 上海海事大學學報， 2012， 33（1）： 41-44.

[7]鄭濱， 金永興. 基于屬性約簡的海事人為失誤致因分析[J]. 上海海事大學學報， 2010， 31（1）： 91-94.

[8]劉洋. 基于VC的船舶航行安全自動評估系統研發[D]. 大連： 大連海事大學， 2017.

[9]李振福， 孫悅， 韋博文.? “冰上絲綢之路”： 北極航線船舶航行安全的跟馳模型[J]. 大連海事大學學報， 2018， 44（3）： 22-27.

[10]陳厚忠， 楊立波， 王世偉， 等. 中國沿海海事高風險水域辨識及評價[J]. 大連海事大學學報， 2010， 36（2）： 42-46.

[11]桑史良， 孫亮. 黃浦江水上客運安全評價[J]. 中國航海， 2010， 33（2）： 63-69.

[12]張笛， 姚厚杰， 萬程鵬， 等. 基于模糊證據推理的內河船舶航行安全狀態評價[J]. 安全與環境學報，? 2018， 18（4）： 1272-1277.

[13]朱經君. 船舶航行安全風險評估方法研究[D]. 廈門： 集美大學， 2016.

[14]孟澤寧. 基于模糊Petri網的能見度不良條件下船舶開航安全評價研究[D]. 大連： 大連海事大學， 2019.

（編輯 賈裙平）