中國極地考察船南北極考察作業安全風險分析

袁東方，秦宏楠，崔麗娜

（1.上海科技大學終極能源中心，上海 201210；2.中國安全生產科學研究院技術開發部，北京 100012；3.同濟大學海洋與地球科學學院，上海 201804）

0 引言

截至2023 年4 月，我國已經開展了39 次南極科學考察和12 次北極科學考察，獲取了大量珍貴的科考數據，在此過程中，作為南極科學考察的大國，我國尚未發生過由于科考作業而造成的人員死亡事故，這是我國極地考察中作引以為傲的方面，但是應該看到，科考船南北極科學考察活動仍然是充滿著安全風險以及未知和不確定性，安全風險依然嚴峻，可能造成的傷害類型依舊眾多。

在極地活動過程中，破冰船發生事故的情況時有發生，例如2013 年俄羅斯“紹卡利斯基院士”號被困南極浮冰區，“雪龍”號營救過程中同時被困；2014 年，日本極地破冰船“白瀨”號在南極觸礁；2019 年“雪龍”號撞擊冰山；2019 年德國極地考察船“極星”號執行國際北極漂流冰站計劃（MOSAiC）期間，部分隊員在極夜環境中心理異常；2020 年，美國極地考察船“希利”號發生火災，被迫取消北極行動等。每一次事故都會造成重大損失，影響正常的科考作業。

因此，對于在極地考察作業期間發生的各類突發事件，分析可能發生的事故，明確造成的傷害，有針對性地做好相應的安全風險管控和管理，能有效預防各類事故的發生、減輕事故發生造成的損失。

1 我國極地科考船基本情況

1.1 “雪龍”號極地考察船

“雪龍”號極地考察船是中國第三代極地破冰船和科學考察船，由烏克蘭赫爾松船廠完成建造（見圖1），是中國于1993 年從烏克蘭進口后進行了多次升級改造而成。“雪龍”號是中國最大的極地考察船，破冰能力為PC6 級，能以2.778 km／h航速連續破1.2 m厚的冰層（含0.2 m雪）［1］。1994 年10 月首次執行南極科考和物資補給運輸任務，至2023 年4 月“雪龍”號已先后24 次赴南極、9 次赴北極執行科學考察與補給運輸任務，足跡遍布四大洋，創下了中國航海史上多項新紀錄。

圖1 “雪龍”號極地考察船

1.2 “雪龍2”號極地考察船

“雪龍2”號極地考察船是中國第一艘自主建造的極地科考破冰船（見圖2），“雪龍2”號船長122.5 m，型寬22.32 m，型深11.8 m，設計吃水7.85 m，滿載吃水8.3 m，設計排水量13 996 t，航速22.96 km／h（經濟航速）、29.45 km／h（機動航速）、33.35 km／h（最大航速），載員90 人，續航力33 336 km，自持力60 天，破冰能力PC3 級，能以（3.70～4.85）km／h 的速度連續破1.5 m（含0.2 m 雪），可前后破冰［2］。“雪龍2”號于2018 年9 月10 日下水，10 月15 日開始執行我國第36次南極科學考察任務，“雪龍2”號的加入可以大大擴展南北極作業時間，可以更早進入南北極開始科學考察，也可以更晚從南北極撤離，和“雪龍”號相互配合，能夠大幅度提高在南北極科學考察的能力。

圖2 “雪龍2”號極地考察船

1.3 其他極地考察船

中國已經進行了39 次南極科學考察和12 次北極科學考察，目前服役的破冰船“雪龍”號和“雪龍2”號都隸屬于自然資源部中國極地研究中心（中國極地研究所），2 艘破冰船共同構成了我國極地科學考察任務的中堅力量，可以深入到南北極開展科考作業活動。隨著南北極科考的進行，新的破冰船也會逐漸加入南北極考察的隊列，2023 年初“中山大學極地號”完成了改造以及試航工作［3］，可以執行南北極考察任務。同時部分大洋調查船也參與了南北極考察，“海洋六號”參加了中國第33 次南極科學考察［4］；“向陽紅01”船參加了中國第34 次南極考察以及中國第10 次北極科學考察任務；“永盛”輪曾穿越東北航道以及為南極考察站運送和卸運物資［5-6］。目前國內部分大洋調查船沒有破冰型船艏，只對船體進行了冰區加強，屬于B3級抗冰船，無法深入南北極浮冰區以及核心區域，但是可以在南北極敞水區域正常作業。

2 極地考察船作業風險分析

“雪龍”號和“雪龍2”號作為我國極地考察主要的科考破冰船，常年往返于南北極。中國南極考察一般在每年10～11 月份從國內出發，次年4～5 月份返回國內，途經東海、南海、菲律賓海、印度洋或太平洋進入南極區域，主要活動區域為普里茲灣、宇航員海、羅斯海、阿蒙森海以及南極半島區域。南極氣象條件惡劣，冰山林立，浮冰區域廣泛，氣旋頻繁生成，南極科考作業面臨的作業環境惡劣。

中國北極考察一般在7～9 月份進行，從國內出發，經東海、日本海、西天平洋、鄂霍次克海、白令海到達北冰洋。與南極不同，北極高緯地區為海洋，周邊被多個國家的陸地環繞，自然氣候惡劣，天氣陰沉多霧，且有北極熊等食肉動物，冰面作業危險性極大［7-9］。

“雪龍”號和“雪龍2”號常年在南北兩極進行科考作業，南北極多雨、雪、濃霧、低溫，以及大風大浪天氣，很多科考作業都是在這種情況下進行，尤其是在北極、南大洋、阿蒙森海、宇航員海等海域，科考作業面臨許多風險。

2.1 平臺作業風險

在我國南北極科學考察中，大部分科考項目依托破冰船平臺開展科考作業，破冰船作業甲板面積狹小，船舶受海況影響大，在極地惡劣的環境下，船基作業存在很多風險［10］。

火災是極地考察船最可能發生的事故類型。目前，我國的極地考察船船艙內禁止吸煙，且廚房等場所采用電能烹飪，一般不會引發火災事故，但科考船實驗室由于涉及加熱、密封、消毒等可能涉及明火作業，是可能發生火災的重點部位。科考船實驗室是隨船實驗分析、科研工作的重要場所，涉及酒精等易燃、易爆物品，航行期間遇到大風大浪，船體晃動加劇，一旦使用不當，可能引發火災，此外，由于科考船空間有限，科考物資存放密集，船內通道狹窄，一旦發生火災，火勢迅速蔓延，容易造成群死群傷。因此，火災事故是科考破冰船需要重點防范的事故類型。

由于極地科考作業往往涉及各類大型采樣儀器及設備的吊運及收放，起重傷害及機械傷害是比較容易發生的傷害類型。科考船極地作業期間，艉部及舯部工作區涉及CTD作業、箱式采樣、柱狀沉積物采樣、表層采樣等起重作業（見圖3）。與常規起重作業相比較，科考船上的起重作業，一方面要面臨常態的海風，船航行時的晃動；另一方面也要面臨夜間作業或極夜期間的惡劣環境。科考船特殊的作業條件，一般不會發生起重設施失穩傾翻，但重物墜落、擠壓、高處跌落，以及與起重設備零件接觸引起的絞、碾、戳等傷害是比較容易發生的傷害類型。

圖3 極地現場作業時吊運設備

與陸地及低緯度海域作業不同，人員落水淹溺死亡是發生可能性大、最容易造成人員死亡的事故類型。科考船航行期間，以及舶、艇作業期間，遭遇大風、大浪等惡劣天氣及海況往往是常態的外部作業環境，尤其是穿越“魔鬼西風帶”時，船體晃動劇烈，海水飛濺到甲板造成地面濕滑，很容易發生人員落水。而高緯度海水溫度很低，即使是夏季，進入極地圈以內的海水在－2 ℃～2 ℃，一旦人員落水，人體的生理極限最多堅持30 min，而在如此短的時間內，發現落水和救上落水人員的可能性很低，很容易造成人員淹溺或失溫死亡。此外，航行期間，特別是夜間和極夜期間，人員落水后往往很難第一時間發現，落水人員被發現和救起的可能性極低，因此航行和作業期間要嚴防人員落水。

除人員落水之外，高處墜落也是容易發生的事故類型。科考船駕駛室、實驗室、生活艙等多位于船體前部，分為多層，各層為不同的功能區，各層與船體一層甲板有高差，各層甲板周圍均有防護欄桿，但在遭遇惡劣天氣及海況時，船體晃動劇烈，甲板地面濕滑，特別是考察隊員沒有穿專用防滑鞋時，有可能發生高處墜落事故，且由于船體為鋼結構，一旦發生高處墜落，很容易給科考隊員造成嚴重的身體傷害。

此外，考察船上的實驗室還涉及多種壓力容器。在進行海洋生物分子生物學實驗時使用的高壓蒸汽滅菌器，以及地球物理作業時使用的高壓空壓機等涉及高壓空氣及其儲氣罐等（見圖4），使用不當或設備損壞等可能引起壓力容器破裂，造成物理或化學爆炸，容器碎塊以高速向四周飛濺，容易造成人身傷亡和更大范圍設備的損壞。

圖4 多道數字地震系統高壓氣瓶

由于極地考察期間，往往需要直升機進行冰情觀察、物資吊運，除此以外還有補給考察站的各類能源燃料，考察船往往隨船裝運大量的用于直升機作業的航空煤油罐、考察站生產生活使用的燃料（見圖5）。這類燃料及可燃氣體，以及可燃固體或自燃物品間接形成的可燃氣體或蒸汽，與空氣混合，遇到火源發生的爆炸，這類事故往往會進一步引發火災事故的發生。

圖5 船載航空油罐

科考船內部空間相對密閉且狹小，通道窄長，實驗室、輪機艙等部位一旦出現有毒有害氣體，由于空氣流動性差，氧氣缺乏等原因，在這些有限空間內的人員會產生頭暈、頭痛、眼花、四肢無力、惡心嘔吐、心慌氣短、呼吸急促等現象，容易造成人員暈倒和窒息甚至死亡，這類事故也是容易造成群死群傷的事故類型。

除了有毒有害氣體之外，科考船進行物理、化學、生物實驗也涉及的各類強酸、強堿類、劇毒試劑，這些試劑儲存在專用的危化品箱內。在實際使用這些試劑開展試驗時，由于惡劣的海況，在晃動的船體上，配制實驗用的試劑可能發生的傾倒、濺撒等情況，人體接觸到可引起身體的燒傷、燙傷和化學灼傷等傷害，可能涉及的高溫試驗儀器設備的火焰、高溫氣體、液體等噴出或流出，也可能導致人員面部、手部等身體部位的傷害。

此外，科考破冰船科考作業特殊的作業環境，也可能出現一些其他傷害類型。例如，大風大浪作業時由于船體晃動較大造成的人員扭傷和跌傷；科考船全金屬和潮濕有限空間內的用電作業等可能造成的人員觸電；以及由于低溫環境下作業造成的人員眼部、耳部、手部的凍傷［11］。

2.2 冰面作業風險

隨船科考作業過程中，海冰快速變化研究，涉及化學、生物等有關的冰下生態過程動態變化研究，以及南極科考站補給物資冰上運輸，往往涉及冰面科考作業，也存在著許多可能造成人員傷亡的安全風險。

冰裂隙是冰面作業面臨的最大的風險。冰裂隙是冰川表面普遍存在的現象，當冰川在流動過程中出現流速差異時，冰體就會發生破裂，形成裂隙，而海冰的冰裂隙是由于海水的運動導致海冰發生破裂形成裂隙（見圖6）。在南北極冰面作業時，有些冰裂隙被冰雪覆蓋，難以被發現，很容易造成人員掉入冰裂隙中。在我國第25 次南極考察過程中，發生一起雪地車掉入冰裂隙的突發事件，所幸沒有人員傷亡［12］。

圖6 冰裂隙

在極地浮冰區內，一些觀測和采樣作業項目需要小艇配合進行作業，此外，考察站補給及建設所需的機械設備也需要小艇和舶子由淺水區域進行登陸運達（見圖7）。由于極地惡劣天氣、海況、海冰和冰山，小艇作業存在著巨大風險，暴雪等天氣能見度低導致小艇迷失風險，海冰堆積以及不可預測的海冰運動，可能導致小艇被困，此外，因惡劣海況小艇搖擺嚴重導致人員摔倒或落水。

圖7 南極小艇運輸作業

特殊的地理環境也使得極地冰面作業導致一些比較特殊的傷害，如在北極科考冰上作業時，可能遭遇北極熊攻擊；極地氣候寒冷對流不顯著，平流層比地球其他地區更接近地面，南極的紫外輻射特別強烈，又因為南極地區沒有任何遮擋，地面覆蓋冰雪造成反光率非常高，雙重作用下，若保護不當，很容易造成紫外線傷害，同時造成免疫力下降等［13］，這些傷害往往也是極地冰面作業所特有的一些類型。

2.3 科考船極地作業活動的特點

除了與常規作業具有共性的安全風險之外，科考船極地作業有其自身的特點。

（1）自然條件惡劣。南（北）極圈自然條件惡劣，極地考察活動受自然條件影響大，大風、大浪、低溫、降雪等幾乎貫穿考察活動的全過程，涉及隨船科考、冰上科考、直升機吊運、固定翼飛機調查等活動受風況、海況、冰況、雪況等自然條件影響大，作業環境惡劣，不可控因素多。

（2）專業組成多樣。極地考察參與單位多，涉及專業多。受考察船運載能力和考察站容納能力限制，考察隊員人員數量有限，各專業考察隊員，除各自負責的考察任務外，往往還需配合開展裝卸貨、直升機吊運摘掛鉤、輸油管路鋪設等工作，作業安全風險高。

（3）考察時間長，時區變換快。我國南極考察時間階段上分度夏和越冬，度夏考察時間約170 天，越冬考察時間約540 天，北極考察時間約90 天。考察船在高緯度地區沿著緯向航行時，由于高緯度時區間隔距離變短，造成短時間內跨越多個時區，頻繁的時區更換造成生物鐘紊亂等癥狀［14］。長時間受極地相對隔絕的地理環境影響，人體的生理、心理會逐漸產生變化，引起身體和心理產生健康問題［15-18］。

（4）人員更替頻繁。由于南北極考察項目多，且考察時間長，考察隊員中連續參加極地考察的人數較少，出現人員更替頻繁、新隊員多、作業經驗不豐富、作業環境不熟悉等情況，容易發生安全事故。

（5）國際影響大。目前，世界上有30 多個國家在南極建立了150 多個科學考察站，北極有挪威、法國、德國、英國、意大利、日本、韓國和中國等多國的野外觀測和考察站。各國極地考察活動是世界關注的焦點，考察活動一旦發生安全事故，國際影響大。

3 極地科考安全風險評估

LEC方法又稱作業條件危險性評估法，是一種對評估對象中存在的基本危險因素進行綜合分析，從而確定評估對象安全風險等級的一種評估方法。其中：L表示事故發生可能性對應分值、E表示暴露于危險環境的頻繁程度對應分值、C表示事故可能造成的后果對應分值。根據危險因素的符合性判別結果，依次對L、E、C進行賦值，再以三者的乘積D（D＝L×E×C）作為綜合危險因素分值來判定評估對象的安全風險等級。

根據極地實際情況，選取極地考察時容易發生事故的對象作為評價對象，極地風險評價見表1。

表1 極地風險評價表

根據計算結果，對照危險性等級劃分標準，可以認為，火災、高處墜落及淹溺是是極地科考最容易發生的事故類型，船艙、實驗室、輪機艙等是最可能發生火災的部位，冰面作業中掉入冰裂隙造成的摔傷以及淹溺是最可能造成的傷害類型，起重傷害、實驗室中毒窒息、高處墜落等也是比較容易發生事故且造成傷害的類型，此外，舶艇運輸可能發生的淹溺、凍傷，紫外線曬傷和北極熊攻擊也是在極地科考作業中容易出現的傷害類型。

4 風險應對措施

（1）通過LEC 評價法分析可知，船舶火災、高處墜落、淹溺是極地考察船最容易發生的事故類型，發生可能性大、作業活動頻率高、造成傷亡重，是極地科考船需要重點防范的事故類型。

針對此類風險，考察船應按照SOLAS（國際海上人命安全公約International Convention for Safety of Life at Sea 簡稱SOLAS）公約要求進行火災、救生、人員落水的演習，通過演習提高船員和科考隊員的反應速度，在出現危險時可以有序地開展各種救援行動。

考察船實驗室要制定船舶實驗室安全管理規定，規范科考人員在實驗室內的實驗活動、室外作業以及重大設備操作流程。安排安全員參照安全管理規定對作業流程進行監督和檢查，尤其是在高層甲板、舷邊作業的安全防護，可以有效避免高處墜落以及淹溺事故的發生。

根據南北極環境對作業環境進行改造，例如在戶外作業甲板鋪設木地板，室外樓梯加裝電伴熱、主要通道涂裝防滑油漆等，通過技術手段降低室外結冰風險導致人員摔傷、墜落的風險。

（2）起重傷害、容器爆炸、中毒窒息等是容易造成人員傷亡那個的重要事故類型。起重傷害主要發生在科考作業、設備布放等作業過程中，由于操作失誤以及安全意識不足導致人員傷害或設備損壞。針對此類事故的風險防范要加強操作人員的技能培訓，操作吊車、絞車等設備要經過一定時間的培訓，考核合格后方可操作相關設備。科考隊員是現場作業輔助人員，對于科考隊員也要加強作業流程以及安全作業方面的培訓，提高隊員的安全防范意識。

針對容器爆炸風險可以將高壓容器例如滅菌鍋、高壓空壓機等設備安裝在特定區域內，設備每年進行安全檢查，保證安全防護功能正常；在使用過程中限制人員出入，高壓管線附近做好警示和隔離措施，全船廣播作業區域，提醒在船人員危險區域位置。在高壓氣瓶吊裝過程中小心輕紡，避免磕碰和物理傷害，氣瓶要儲存在特定箱子內；航煤罐附近為防火區域，避免人員聚集，在航行至赤道附近是可以噴水降溫，降低罐體溫度，減少航煤蒸發。

針對中毒窒息風險，實驗室要制定相關危化品使用和管理規定，危化品庫要雙人雙鎖，做好試劑取用記錄，尤其是劇毒、放射性試劑要加強使用管理，定期對試劑進行盤點；對于高壓氣瓶例如氦氣、氬氣、二氧化碳等科考常用氣體，存放區域溫度適宜，避免高溫，具有良好的通風條件，避免氣體泄露導致在部分區域沉積，造成人員窒息；配備便攜式氧氣濃度探測器，進入狹小、密閉空間時可以實時檢測氧氣濃度，當氧氣濃度降低時設備發出報警，避免窒息事故發生。

（3）小艇作業由于船舷低且無遮擋保溫措施可能發生淹溺和凍傷，以及冰面作業紫外線曬傷、北極熊攻擊造成的咬傷等是容易造成人員傷害且具有鮮明極地科考特點的事故類型，必須要有針對性地防范這類事故的發生。

小艇作業過程中，提前研判天氣，避免小艇離開大船后由于天氣突變造成無法及時回收；隨艇人員穿戴好救生衣，也可配備可自由活動的連體保溫救生衣，可以大大提高保溫效果；要穿戴足夠的保溫衣物，攜帶高能量食品，避免由于長時間作業造成凍傷和失溫。

北極熊是北極科考冰面作業過程中最大的危險源，要制定科學有效的防熊應急預案，加強演習演練，做到撤離迅速有序，避免出現混亂的場面；嚴格限制冰面作業人員數量，對于冰面作業人員進行防熊撤離培訓；配備雪地摩托、小艇以及輕質玻璃鋼防護屋，在緊急情況下隊員可以快速撤離或躲在防護屋內；駕駛臺加強瞭望，作業外圍配備防熊隊員，直升機待命處于隨時可用狀態，當北極熊出現時可以及時起飛驅趕。

針對紫外線曬傷可以在裸露部位涂抹防曬霜，佩戴帽子和面罩等，加強防曬傷的宣傳，提高紫外線防護意識。

5 提升我國極地考察船極地作業安全的建議

（1）加強科考人員培訓。極地考察船作業活動不可控因素眾多，而人的不安全因素是事故發生與否的關鍵，開展安全教育培訓是提高考察隊員安全意識的有效手段。針對極地考察作業可能發生的機械傷害、起重傷害、高處墜落、淹溺、火災、化學性爆炸等事故類型，制定考察人員安全教育培訓大綱，編制考察人員安全培訓教材，開展實際案例的學習和講解，可以有效降低可能發生各類事故的風險。

（2）推進安全管理制度化建設。圍繞極地考察船極地考察作業的安全管理目標，結合各項考察工作的作業流程、作業內容、作業行為等相關內容，進一步推進安全管理制度化建設善科考作業等相關安全管理制度，使我國極地考察安全管理更加規范化、科學化、制度化，提升極地考察安全管理水平，防止和減少安全事故發生，切實保障考察隊員和設備、設施的安全［19］。

（3）提高科考船的醫療保障水平。由于極地科考船作業區域的特殊性，對于醫療保障能力提出了較高的要求。通過和三甲綜合醫院合作選擇專業能力強的醫生隨船，同時配備先進的遠程醫療系統、提高藥品的種類和庫存量，做好極地現場人員受傷預案，保障科考隊員現場作業的安全［20-22］。

（4）加強極地考察的應急預案體系建設。針對極地考察可能發生的各類突發事件，根據考察活動的主要安全風險、安全保障措施、應急資源等情況，開展極地考察突發事件總體應急預案、極地考察站及其附近區域考察突發事件應急預案、極地考察船突發事件應急預案、南極內陸考察突發事件應急預案等在內的應急預案體系建設，從而在發生各類極地突發事件時，能有效地控制事態擴展，最大限度地減少損失和降低國際負面影響，保障考察工作順利進行，保證我國極地考察活動健康、可持續開展。