铝土矿海上运输安全风险研究综述*

吴建军，金永兴，胡甚平，郭云龙,2

(1.上海海事大学 商船学院，上海 201306；2.南通航运职业技术学院 航海系，江苏 南通 226010)

0 引言

全球铝土矿资源非常丰富，但分布极不均衡。我国正处于大规模城市建设和航空业大发展的重要时期，对工业铝材需求量极大，进口铝土矿成为重要的战略物质。据中国海关统计，2016年我国共进口铝土矿5 178万吨。散装货船在大宗铝土矿进口贸易中扮演着极其重要的角色。2015年1月2日，巴哈马籍某苏伊士型散货船装载46 400吨铝土矿，在越南沿海遭遇大风和中涌，船舶大角度右倾最终极速倾覆，导致18名船员丧生。铝土矿在运输过程中液化已成为过去船舶事故的重要原因之一，这一原因已在过去几年里造成超过80名海员的伤亡[1]。鉴于铝土矿属于特殊货物，普通散货船载运散装固体铝土矿的运输安全除关注传统散货船安全营运问题，还需要聚焦其易流态特性在海上远距离运输过程中诱发的新问题。面对国民经济建设的战略需求物质的新业态，海洋航行环境的新挑战，需要梳理铝土矿海上安全运输的技术和学术研究状态，摸清流态化作用机理，突破关键技术，保障运输的全过程安全。

本文基于40 a的国内外文献，回顾和总结了载运铝土矿的普通散货船营运安全研究成果，评述易流态化货物的船运技术和理论研究进展，分析具有易流态化特性的铝土矿货物运输现状和面临的问题，聚焦当前铝土矿运输安全风险的研究动态，提出亟待攻克的关键技术及其可行性解决方案。

1 常见易流态化固体散装货物海运风险的研究现状

1.1 主要研究对象

2011年11月9日交通运输部发布的《水路运输易流态化固体散装货物安全管理规定》明确了易流态化固体散装货物的定义，即本身含有部分细颗粒和一定量水分、当其含水率超过适运水分限时可能形成自由液面或固液两相流动层的固体散装货物，并制定了共计55种“水路运输易流态化固体散装货物”的目录，主要涉及到铜矿类、黄铁矿类、锌矿类、镍矿类、精铁矿类、原矿、矿渣、陶土、银铅矿类、氟石和其他具有类似物理性质的货物等，其中大部分是国际海事组织2008年通过的《国际海运固体散装货物规则》(以下简称IMSBC规则)中标记为A类的易流态化固体散货。就目前国内外研究文献而言，多以研究精铁矿、镍矿和高岭土的易流态性为主，还有部分研究铜精矿、湿煤的海上运输风险，还有个别研究机构将碎玻璃、瓷砖等可移位的固体散装货物视为A类易流态化货物。

1.2 主要研究方法

1.2.1 船舶与海洋工程方法

易流态货物运输安全是一个系统工程问题。从船舶与海洋工程的角度，针对货物特性进行船舶运输安全工程研究，一直是主要的研究方向。侧重于从船体结构力学入手研究，对易流态货物运输安全进行大量的实验和数值模拟，也就是充分考虑物理属性，采用缩尺或实尺度模型试验、有限元分析等方法，研究事故中船舶结构力学问题，力图揭示货物流态化机理和致灾机理。

2013—2015年交通运输部开展了“易流态化固体散货分类参数及分类方法研究”，结合船舶运输的特点和多类固体散货的属性，建立了易流态货物分类的新实验方法研究了流态化货物分类的实验载荷标准及流态化机理。吴宛青等通过研究易流态化货物海运主要航线状况，核定船舶以大角度横摇为主，根据实船型的加速度和频率分布，利用体积波能理论进行振动台试验，对红土镍矿的振动进行了仿真模拟[2]。结合IMSBC规则深入解释“流态化”的和阐述土体液化的机理，进行插入度实验和动三轴数值模拟，确定了影响红土镍矿流态化的内因参数和影响规律[3]。还有，对液化镍矿石在货舱中的晃动进行数值模拟，基于计算流体动力学求解器和非牛顿本构方程，求得8个无量纲控制参数，并对晃动所致力矩的激发频率/激励振幅和深度宽度比进行了参数研究[4]。

1.2.2 安全系统工程方法

在多年来的船舶运输安全系统研究中，安全工程学和安全管理学的引入、发展和创新一直是航运界的主流方向。1998年陈伟炯提出“人-机-环-管”MMEC模型[5]，是航海界实践和科研必备的方法论和思维模式，该理念充分考虑人在船-货运输系统中的作用和地位，重视“管理”对系统安全的影响和作用。将船舶运输安全系统进行全局系统性或者要素系统性研究，“人-机-管理”置于环境中研究散货船安全问题成为航海科研的主流。以大风浪环境为研究对象，郑中义等[6]研究干散货船在大风浪这一特定环境要素系统的航行安全。随着船舶建造技术和安全监管理念的进一步发展，研究视角逐渐由研究“硬件”(船舶)和“软件”(管理)延展到船载“货物”上，形成了“人-机-环-管-货”等层次化要素划分，打开了系统研究船舶全过程安全的新局面。马晓雪等[7]对船载易流态化精矿粉的运输风险进行了研究，通过辨识“人-机-环境-管理-货物”等风险因子，揭示载运精矿粉事故的规律。船载货物从“船舶”中剥离出来，成为船舶营运系统的细分子系统，该子系统与其他子系统存在复杂相关性，通过耦合作用最终表现为船舶营运行为的多种性态。

1.3 主要研究内容

1.3.1 货物的含水量对船舶运输安全的工程性影响研究

散货船载运易流态化货物产生事故的共因是货物的流态化已成为国际航运界物的广泛共识，其根本原因即是“高含水率”。2017年1月1日最新生效的《IMSBC规则》修正案》特别规定：

TML=λ*FMP

(1)

式中：TML为适运水分限(Transportable Moisture Limit)是指货物安全运输所允许的最大含水量，%；FMP为流动水分点(Flow Moisture Points)是指在规定的试验条件下货样能够达到流态的含水量百分比，%；λ为适运度，取值在80%～90%，因货种不同有别。

严格要求船运含水量超过TML的易流态货物必须采用特别建造的船舶或采用防止货物移动措施。基于对镍矿海运的研究，Shen Jiang等[8]货物实际含水量必须低于TML才能防止货物流态化。因货物种类和细目不同甚至同种货物产地不同，其TML都各有差异，因此必须设法科学合理确定TML的准确值。对于IMO推荐的测定货物TML的葡式/樊氏试验方法，王欢[9]利用航次模拟方法获取代表船型的加速度，间接求取货物的TML。澳大利亚的Munro, Michael C等人[10]也对葡氏/樊氏试验法特别好感，提出进行适当的改进，经精铁矿(Iron Ore Fines，IOF)适运水分限的实际应用，获得2015版《IMSBC规则》接受并于2017年生效[11]。但在航海实践中，船方往往不具备验证货物TML的实验室条件，常用简易摔罐实验法进行辅助决策。张婷婷[12]对这种方法表示质疑，提出完善测试实验方法以提高判断易流态化货物适运性的准确度。

货物实际含水量，有2种情况：初始状态为饱和或非饱和的确定状态；装船后和船舶营运中为时变状态。

第一种情况下，若货物含水量小于其适运水分限得以装船运输，且其初始饱和度在理想不变的情况下，仍有可能导致货物在途液化。Wang, Hailong 等[13]特别对精铁矿和砂土做了饱和度对比实验，认为可以用可观测的饱和度和货物压实度作为衡量货物易流态化程度的关键指标，饱和度与货物的抗液化率(liquefaction resistance ratio，LRR)具有负相关性，即非饱和货物比饱和货物的抗液化能力强，换言之含水量越高/越靠近饱和，就越容易液化。

第二种情况下，初始的饱和或非饱和状态受营运过程的内外界因素干扰，货物的含水量出现时变波动性。若初始为非饱和状态，而且货物实际含水量小于TML获得装船许可，在船舶营运中受天气温度和湿度的时变影响，货物的实际含水量可能会超过安全值，船舶安全状况就会变坏。Munro, Michael C.等人[14]在研究多起事故后，认为在船舶航行、货物装载和储存过程中需避免货物含水量变大。

换一个角度考虑，如果降低了货物的初始含水量，拉开与TML的级差，也即是提高了货物营运中的抗液化能力。因此在货物生产环节可以采用先进工艺(物理方法)减少货物的水分含量。为了兼顾货物在堆场和装船后的含水量过程控制，波兰的Popek, M.[15-16]提出通过在精矿中加入可生物降解的热塑性聚合物材料，从精铁矿中的颗粒孔隙中吸收水分，防止精铁矿在储存和运输过程中的滑动和转移。土耳其的Altun, O.等[17]基于同样的考虑，提出在精矿生产的过滤环节采用适用的化学助滤剂，能使不同矿物产品有效降低10～15%的水分且达到低于TML值的适运性。

1.3.2 货物本质的物理属性对船舶运输安全的工程性影响研究

对于非“高含水率”的货物也可能存在因货物流态化致使船舶发生海难的情况，有学者认为学界除了继续关注对货物含水量的研究外，还应关注货物本身的易流态属性。该属性是本身固有的和因水产生的复杂易流态化特性。

荷兰的Van Paassen等[18]在使用IMSBC规则推荐的葡氏/樊氏测试、渗透法和流盘法测定了多种铁矿样品的TML时，发现此类方法并不能适用于所有矿石类型以及船上遇到的实际情况。不能仅仅基于这些试验结果对流态化的风险进行定量化，还需要进一步研究货物的渗透性、压实性、保水性和货物颗粒尺度分布。Munro, Michael C.[10]也提出不能仅靠控制TML来避免精铁矿(IOF)的液化，还需进一步研究其物理属性及船舶所处环境的复杂多变性。Munro, Michael C.[11]研究了精铁矿孔隙比、干密度、饱和度和休止角的指标，发现在循环载荷影响下随着含水量变化，货物物理属性也发生显著变化。

周健等近5 a来针对精铁矿，借助室内振动台研究振动工况下矿粉流态化机理。分析了含水率、加速度、密实度等因素对流态化特性的影响[19]；研究了流态化过程中精铁矿位移场、水分迁移以及颗粒运动规律[20]；研究了流态化演化过程中颗粒间及颗粒与水分间的相互作用，揭示了颗粒长轴方向、平均接触数、平面孔隙率等演化规律[21]；利用室内振动台模拟试验从细观的角度研究精铁矿流态化的演化规律及内在机理[22]，并采用离散元程序对散装精铁矿在动力荷载作用下发生流态化的室内振动台模拟试验进行数值模拟[23]。这些工程性研究基于货物的岩土属性，还有待于充分考虑海上复杂的外界干扰以及船舶操纵影响。船舶航行于世界不同水域，环境的温差和湿差都会对货物属性产生一定的影响，机器和风浪对船体产生的振动和摇摆会传递波动能量作用于舱内货物，船舶在不同的营运情景中采用的航速航向和转舵幅度对舱内货物产生的二维倾压力，需要进一步在真实的航海环境进行实验研究。

1.3.3 易流态货物的适装性和船舶稳性对船舶运输安全的工程性影响研究

目前运输这种易流态化固体散装货物的船舶分2大类：普通散货船和矿石船。

1)普通散货船通常认为是小于12万载重吨T-max的散装货船该类船舶货舱横剖面成棱形，能够防止货物移动进而确保稳性安全。在装载密度较大的矿石货物时，往往只能达到满载但不满舱，每个货船都会出现严重的亏舱现象，并导致船舶整体重心很低，初稳性高度较大，摇摆加剧，进而容易产生舱内货物表面变形，货物移位，严重时导致船舶倾覆。

2)矿石船是超过12万载重吨的专门用来装载积载因数较小的大宗矿石货物的散装货船。该类船舶货舱由两道纵舱壁将整个装货区域分隔成中间舱和两侧边舱，在中间舱下部设置双层底，中间舱装载矿货，两侧边舱作压载舱；具有特别高的双层底。该类船舶载货后具有较好的稳性，摇摆度较小，舱内货物即使在较大横摇作用下依然会受阻于两道纵舱壁不会产生较大横向移位，进而提高了运输安全度。尽管如此，40万载重吨的超大型矿砂船在设计时仍要对货船局部结构加强以应对矿砂液化对结构安全的不良影响[24]。

由于普通散货船和矿石船的特点鲜明，根据易流态化货物产地和需求地不同采取差异化配载不同吨位的船舶承运。镍矿、精铁矿、铝土矿等易流态化固体散货海运实践中，多采用大灵便型以下的普通散货船运输。因该类船舶不具有矿砂船专门针对重货的结构设计，以至于货物的易流态化特性为该类承载运输带了很大的航行风险。针对镍矿运输船多发事故的迫切需求，日本船级社在2009年开始进行自主研发镍矿石的物理特性，于2011年研发出世界上第一个镍矿石运输船所需的船体结构和稳性要求，并在2012年3月公布作为海运业镍矿石安全运输准则的一部分，并被巴拿马和日本政府批准，赢得了INTERCARGO以及航运业更广泛的认可[25]。

对于普通散货船用以载运易流态化货物，需要进行相应的改造才能削弱其风险等级。学术机构、船级社和船厂近年来也将优化船舶特性作为研究热点。如王祎博[26]剖析了矿石船与普通散货船的区别，对不同含水量及流态程度的镍矿分类，研究其对船舶稳性的影响，但未能完整地对流态化应急处理进行理论计算和深入的分析；叶安章[27]探讨了普通散货船装载易流态化矿石的可行性，至少需满足船舶稳性、承载力和货物属性的相关要求。针对货物可能流态化对船舶稳性安全产生威胁；陈倩等[28]通过实验手段研究了散货船液舱对船舶安全的影响，提醒业界重点关注有效晃荡长度、有效晃荡宽度和构件尺寸；黄浩等[29]进一步研究了流态化货物舱室的改善方案，提出运用活动舱壁作为载运镍矿的制荡舱壁能够有效提升运输安全；蔡文山等[30]则通过研究均舱装载和隔舱装载2种工况，仔细验算液化镍矿砂的晃荡移动引起的偏载和横倾累积效应，提出添加纵舱壁或隔舱装载计划来减小横摇幅度。对于这种改造船舶安装纵舱壁的方法，吸纳了矿石船的优点，但也暴露2个不足：增加的舱壁材料重量会损失较大的船舶载重能力；改造费用较高(RINA在2011年已研究成功并用于实船改造[31])，难以推广。

货物液化后对船舶稳性的影响也是研究热点，张杰[32]选取货物特性、液化原因、大风浪船舶稳性、液化后的自由液面和货物移动等重要因素研究灵便型散货船载运镍矿稳性；保加利亚的Andrei, Cristian[33]通过研究散装货物液化对船舶完整稳性的影响，提出了度量货物液化所致船舶倾侧力矩和液化所致货物移位概率的方法；JU, Lei[34]对不同振幅/频率和货物的初始饱和度进行时域特征分析，预测货物的液化及其对船舶稳性的影响；罗马尼亚的Lamba, D.[35]提出采用单向液态结构作用方法(One Way Fluid-Structure Interaction)对液体与结构间的相互作用建立模型，进而获取货物液化引起的船舶弯曲力矩以及货物断层可能性，模拟装货的不同阶段来计算船舶的稳性；Wang, Honggui[36]则详细分析货物液化后船舶稳性下降的原因，分析不同的应急响应措施对提高船舶稳性的贡献度，强调船长和海运操作相关人员以及相关规则规范的作用。

1.3.4 船舶作业所处的自然环境对船舶运输安全的工程性影响研究

经过对很多其载运易流态化货物的船舶事故分析研究，除了大多含水量较高外，大多在事故前都遭遇了恶劣的天气和海况。其实很多载运易流态化货物的船舶很多航次的货物含水量低于TML被许可开航，但最终在环境作用下还是沉没全损。经过多重比对研究，发现船舶所处的自然环境(尤其是天气和海况)对船舶安全的影响非常明显，学者们针对环境对船舶的载荷进行了缜密的实验研究。

周健等[22]利用空心圆柱扭剪仪产生竖向—环向耦合循环荷载，通过模拟波浪荷载的垂向作用，对动应变、动强度和孔隙水压力变化曲线进行分析，揭示含水率、动应力和振动周数等内外因对精铁矿动力特性的影响。该研究表明，在航线环境已定的情况下，船载货物的含水量是影响其动力特性的关键因素，实际含水量一旦超过其临界含水率，即使只遭受较小的振动或波动、但在足够长的振动时间内，货物会形态产生极大破坏，反应在实船上，则货物由固态变为显著流态，进而导致船舶失事；荷兰的Meijers, Piet等[37]研究了横向的载荷效应，对砂土施加循环载荷产生超孔隙水压力，压力大小受到耗散率和加载累积作用时间的影响。表征在船舶受横向波浪的持续摇摆挤压，颗粒间的空隙压力持续波变，最后大量水分析出形成横移的水层导致船舶大角度横倾甚至倾覆；金允龙等近5 a来基于船舶摇摆工况做了深入的研究；王惠等[38]通过建立载有液化矿砂的三维货舱数值模型研究货舱晃荡时矿砂液面、壁面载荷以及货舱横摇力矩的变化规律等，利用横摇实验验证液化矿砂晃动机理及其危害；管陈等[39]通过装载镍矿砂货舱模型的六自由度运动平台试验，通过测量液化镍矿砂产生的动态倾侧力矩，探究镍矿砂偏载的致因，揭示了镍矿砂液化的演变机理；蔡文山等[30]对均载和差载工况下镍矿砂液化晃荡与船体横摇运动的耦合问题进行了模型试验和数值计算研究[40]；Ding, Jun-Hong等[41]采用ALE有限元方法模拟船舱既定装载率和运动状态下的液化矿粉晃动及其对舱壁的冲击现象。

1.4 主要研究结论

在易流态货物船舶运输安全理论研究方面，多数研究以探索货物流态化的机理为主，这些研究主要呈现出以下几类液化机理。

第一类是货物自身黏性特性与船舶安全的耦合模式。邹友家提出：黏性流体在舱内的运动与船舶的摇摆运动不一致，形成单舷侧堆积导致镍矿运输船倾覆[42]；黏性液体移位引起剪切应力丧失或倾侧力矩剧增致使船舶倾覆或沉没[43]；黏性流体的横向惯性力长时间远大于流体的剪切阻力时，船舶的横稳性迅速消失导致船舶倾覆[44]。王惠等提出：货舱内黏性矿砂的流动滞后于货舱的横摇运动，货舱横摇力矩的变化与货舱运动相位滞后，货舱处于最大晃动角度后返回到平衡位置的过程中滞后特别明显；倾侧的液化矿砂在货舱回摇过程中不能及时回流，在一侧堆积，进而增加船舶倾侧力矩，若船舶的复原力矩不足以抵御倾侧力矩的持续增大，最终会导致船舶倾覆[38]。

第二类是货物自身含水特性与船舶安全的耦合模式。周健等提出：含水率是影响精铁矿流态化发生的关键因素且存在含水率临界值；而加速度对含水率低于8%的精铁矿基本无影响；密实度的增加能够减缓精铁矿流态化演化历程，但不能阻止流态化的发生[19]；货物流态化演变过程表现为水分迁移，宏观表现为水液面上升[21]；在动力荷载作用下，精铁矿细颗粒沿着粗颗粒孔隙向下迁移和颗粒表面水下落汇集形成水膜后向上流动[20,23]。

第三类是货物易流态效应与船舶安全的耦合模式。欧义芳等提出货物表面的自由液面叠加货物内部的泥石流效应导致船舶快速倾覆[45]；赵月林等提出初始很小的移动导致船舶横倾，叠加船舶受风流浪外界干扰，横倾加剧进一步加重了船舶流动，多种效应的叠加最终使船舶倾覆[46]。

2 铝土矿海上运输安全风险研究现状

镍矿、精铁矿等易流态化固体散货海运是现实中主要的实践。铝土矿在复杂条件下也具有相似的流态化属性。铝土矿一般由较大颗粒(直径为2.5～500 mm，占比70%～90%)和细小粉末(直径小于2.5 mm，占比10%～30%)组成，具有较强的亲水性，是不可溶性次生矿物。铝土矿常规水含量不大于10%，常态为固态，使用普通散货船装载时，因铝土矿自身属性和航行海洋环境的复杂影响，容易发生货物液化，进而形成流态化的铝土矿，从而在船舶复杂摇摆下，出现“流动液体”的现象，对船舶航行安全极为不利，严重时导致船舶倾覆。

早在1978年就有关于散装铝土矿的远洋运输安全问题的研究[47]，初步探讨了高效的铝土矿装卸设备和运输船舶型号的发展变化。日本的Miyazawa, Masaru等人[48]在1986年就根据澳大利亚东北沿海浅水区的特点，通过阻力、自推进、尾流测量和空化试验等模型试验，设计开发基于浅水水动力效应的铝土矿专用运输船；2011年巴西的Portella, Ricardo B.等人[49]将“single-pour, single pass”排水装货同步的创新理念应用在8万载重吨的铝土矿运输船上，减少在单舱装货期间对船体结构产生的不可接受的应力叠加，确保船舶营运中的结构安全。

多个国家和国际组织也对铝土矿问题进行深入研究取得了一定的进展。我国一向履行国际标准化组织建立的铝土矿标准(如ISO 8685:1992铝土矿取样程序和ISO 9033:1989铝土矿散装料水分含量的测定等一系列标准)，并将其标准国内化。2015年9月，国际标准化组织任命中国担任ISO/TC79/SC12(铝土矿石)国际标准化分技术委员会秘书国，制定铝土矿的相关国际标准，为我国铝土矿国际贸易和国际航运安全产生了相当话语权。澳大利亚、巴西、中国、马来西亚、马绍尔群岛和波罗的海国际航运公会(BIMCO)于2015年10月联合向国际海事组织货物与集装箱运输分委会提交CCC2/5/21和CCC2/5/22 2个提案，呼吁对海运固体散装铝土矿可能流态化的属性进行仔细评估，以促进海运安全。2015年国家自然科学基金青年科学基金资助了“基于抗剪强度理论的船运铝矾土流态化机理及适运性判断新方法研究”，针对铝矾土的物理属性，从土力学的抗剪强度入手研究铝矾土的流态化机理。

3 铝土矿海上运输风险的研究展望

当前研究易流态化货物海运安全的工程性手段多采用动三轴剪切仪、空心圆柱扭剪仪(HCA)、室内振动台、六自由度运动平台等进行物理实验，或借助水动力软件等软件进行数值模拟。航海界基于船舶营运的长期实践对散货船安全进行不断的绩效总结和事故反思。如李开荣[50]、雷海等[51-52]对航海实践中遇到货物流态化危险提出了技术控制措施和商务规避手段，总结了析出的水分对船舶稳性的影响规律；欧义芳[45]从技术操作层面对易流态化货物进行了分析；葛圣彦[53]结合多起事故找出了共因，提出了易流态化货物海运的安全操作措施。但很少基于一线实船数据进行真实试验。

矿石产品海上长距离运输是实践性非常强的行业，对易流态化货物导致船舶发生海难的机理研究，可深入航海一线、获取第一手资料，通过工程化手段进行深度研究，才能为减少航海事故、提升海运品质提供基础理论保障。

3.1 进一步健全铝土矿海上运输监管机制

3.1.1 廓清铝土矿含水量的控制标准

IMSBC规则根据其物理化学特性将海运矿石产品分列为A，B，C 3类，其中A类为易流态化货物。铝土矿在IMSBC规则中列为C类。在实践中，未被列入A类货物的铝土矿在海运实践中仍具有较高的含水量，船舶运输安全影响明显。若不按A类货物进行监管则具有较大的海运安全风险。但若按照IMSBC规则的要求，将该货物参照C类普通散货进行装船运输，风险增加。林映珊[54]研究了通过分析国际规则和国内法规关于货物品名的不同规定，厘清了货物的易流态化特性及其适用性，以此来剖析载运高含水量货物船舶的倾覆事故的法律问题。

当前对铝土矿的海运安全监督，往往还是采用2种模式：其一是按照常规货物归属(C类)监装监运；其二是从严控制，采用A类易流态化货物的控制标准严格监装监运。对第一种模式，就现在易流态化事故多发的形势而言，的确不符合货物安全运输的海事监管要求。国际海事组织曾建议船长根据经验和相关证书文件判断若承运该易流态化货物不能确保本航次的绝对安全时，可以拒载；若已承运可以采取任何确保本船安全的措施以规避危险。对托运人和承运人而言，较为公平公正的客观依据是实际含水量与适运水分限的大小。

业界有一种观点认为：通常情况下含水量在8%以下是安全的，18%以上则极度危险，居间含水量的货物须采取纵向隔舱措施或用特殊设计的专门船舶运输。在“Bulk Jupiter ”轮发生事故后，有些船公司甚至主管机关对铝土矿“谈虎色变”，武断地要求将含水量超过 10% 的铝土矿按照 A 组货物进行管理。1997年，MRN提出一种新的物理方法进行工艺创新改良生产铝土矿，改变了常用的加温干燥法降低水分，通过降低昂贵干燥剂的使用比例，既降低了成本，又确保铝土矿满足不高于12%含水量的硬指标。以上3个含水量标准都是海运实践中的真实做法，但都缺少科学和法规依据。都不太适用于当前的铝土矿的运输，8%含水量当然符合安全标准，但超过8%不一定不符合标准，这一标准势必会导致船货双方的利益冲突，不利于此类贸易的顺利进行。若以12%为控制标准，显然控制标准太过宽松，不利于海上运输的安全。烟台海事局从做过连续3个月的铝土矿运输船舶的跟踪调查，平均含水量约为13%，来自印度的铝土矿含水量在 10% 左右，东南亚(如印度尼西亚、马来西亚等)一般在14%～15%，个别甚至超过18%[55]。如此来看，这些含水量超过控制标准的铝土矿依然安全运输到港。即使铝土矿按照A类易流态化货物进行监管，规定了其适运水分限，并非每条船舶承运实际含水量高于适运水分限的货物都导致船舶倾覆或沉没；也并非船舶承运实际含水量低于适运水分限的货物都安全到达目的港。

因此，仅仅将实际含水量与适运水分限的关系作为船舶承运铝土矿的参考标准需要进一步推敲。科学的确定不同状态下铝土矿的流动水分点或者适运水分限量就显得很重要。有必要引入风险决策解决安全运输问题，明确处在临界水分甚至超出适运水分限的货物装船的初始风险水平，并对营运中风险水平进行预报。

3.1.2 创新铝土矿含水量检测方法

目前，一般使用流盘法和插入度法检测货物流动水分点。但流盘法适用于颗粒最大直径为1 mm 的精矿或类似其他颗粒物质；插入度法适用于颗粒最大直径不超过 25 mm 的物质，铝土矿系原矿，由大小不等的块石和黏土状颗粒组成，目前使用的检测方法难以准确地检测铝土矿流动水分点，也就无法保障铝土矿的运输安全。应根据铝土矿的特点，基于实验室测定含水量的技术方法，开发适用于海上运输实际的便携式快速现场检测仪。

3.1.3 明确铝土矿的组别

虽然在《IMSBC规则》中铝土矿被划为C组不易流态化的货物，但是《IMSBC规则》描述的铝土矿含水量一般不超过10%。而实际运输中，因供求关系等因素影响，交付运输的铝土矿出现了含水量超过10%的现象。应准确理解《IMSBC规则》对“易流态化”和“不易流态化”的定义，清晰描述铝土矿运输中产生的流态现象，避免只因产生自由液面就错误套用易流态化货物的监管体系，肆意扩大易流态货物的范围，增加管理成本，加重船员心理负担。另外，对铝土矿的组别再建，需要遵守《IMSBC规则》严格的分组管理程序，需要起运国、卸货港和船旗国主管当局共同商定临时适运条件。通过大量的实验室试验和海上实践，构建铝土矿的含水量与流态化特征的数值关系图谱，科学界定铝土矿的组别，形成多层次的基于含水量的铝土矿分组体系，进而采用不同的运输安全控制措施。

3.2 强化铝土矿与散货船的耦合机理研究

当前采用工程化手段研究易流态化货物海运安全问题的主要思路是将易流态化货物置于船舶所处的航海环境中，考虑了海浪对船体的横摇作用，进而研究货物在这种横向载荷下的性态。但都忽视了船舱中的货物还时刻受到波浪对船体的纵向和垂向激励，还有即使风平浪静时仍然一直存在的船体的振动干扰。

因此应加强对船载货物在复杂摇摆和振动条件下的性态时变监控，通过刻画波浪载荷下船载铝土矿的摇摆功率谱，阐述铝土矿二维空间水平运动特性；通过振动激励下船内铝土矿垂向运动特性的定量表达，阐明铝土矿与散货船的耦合作用机理。为货物承运、营运过程以及卸船作业提供坚实的理论支撑。通过对铝土矿海运的大量实船数据，监测其理化属性，建立不同黏性状况下，货物整体流动规律建模。从细观/中观角度，对铝土矿粒配特性与其流动堆积效应进行刻画。采集铝土矿样品，采用含水量多变模式，多重实验船舶摇摆规律，揭露水分和矿石的差异运动规律。从货物运输学角度，对大量货物侧移进行数学建模，构建船舶复杂海况下的自平衡方程式，通过解构诠释失衡机理。

3.3 开展铝土矿船舶运输的过程风险研究

全过程风险的理念贯穿于船舶营运过程的始终。对铝土矿海运的全过程多环节多阶段的风险开展全面风险管理。

从揽货、验货、监装、开航、航行照看、卸货等环节加强风险辨识。例如，对货物装船前的风险预控环节，需要严格管理铝土矿的取样工作，对分船运输、分批次集港集中装运以及水上转驳货物的取样工作分别进行规范，严格按照要求取样，切实保证样品的代表性和检测结果的准确性。通过风险评估衡量各环节的风险度，参考建立的风险衡准进行风险决策，对过程中的风险达到实时风险预报，一旦出现风险事件立即开展应急响应和处置，对风险后果加强风险沟通并做出风险改进。例如航运公司通过建立安全管理体系确立“散矿运输的特点及注意事项”等管理程序，列入“船运装运精粉矿须知”等，定期发布“安全通告”，关于易流态货物运输过程中可能出现的险情，提出有效的风险控制措施。承运船舶则积极开展装运易流态化固体货物的专项演练，在装该类散货前进行抽水试验、污水管系气密试验，提高船舶在营运中对易流态化货物风险的预控能力，保障船舶航行安全。只有通过全面风险管理才能为全面质量管理奠定基础，实现安全、保安、清洁、高效的航运服务。

3.4 建立铝土矿海运安全风险的信息化管理平台

在当下国际海事组织力推的“e-航海”和“智能船舶”战略浪潮中，铝土矿等易流态化货物运输应顺应国际航运发展新趋势，加强铝土矿货物的海运物流链的信息化建设是当前对该类货物监管的新思路新探索。通过对远程铝土矿选矿信息，场内运输/驳船运输，堆场晾晒，样品检测和装船操作等船舶开航前的基础信息采集，船舶在航中的环境和货物信息的传感器数据实时传输，以及船舶操纵数据的不管更新，基于船上信息化管理平台和岸基远程监管平台对铝土矿海上运输安全风险进行实时显示，并结合近期天气和海况预报以及航线特点进行短期风险预报。实现单船铝土矿运输风险的信息管理智能化。

4 结论

1)散货船承载易流态化固体散装货物的海运风险研究一直是航运界关注的热点。主要研究方法主要可分为2类：船舶与海洋工程方法和系统安全工程方法。针对货物含水量及其本质物理属性、船舶的适装性和稳性、船舶所处自然环境、船舶营运实践等4个方面，目前研究比较深入，取得重要成果。但真正能用于航海实践中去的理论指导还很缺乏。在易流态化货物以及铝土矿的运输中，一部国际海事组织《IMSBC规则》和交通运输部《水路运输易流态化固体散装货物安全管理规定》的约束往往达不到对安全运输行为的全面指导和规范，还需要更具体、更深入、更详细的探讨，以找出更安全的解决方案。

2)现有的文献研究和实践表明，铝土矿未被官方正式列为“易流态化货物”，正是基于铝土矿的物理特性复杂，流态化机理不清，检测方法不准，由此带来的运输风险明显较高，风险管控措施和应急响应不强。因此需要在理论和应用基础层面深入研究，尤其迫切的是在以下3个方面健全铝土矿海上运输监管机制：廓清铝土矿含水量的控制标准、创新铝土矿含水量检测方法、明确铝土矿的组别，并从学理上强化铝土矿特性与散货船安全效应的耦合作用研究，开展铝土矿船舶营运的过程风险研究，进一步实现铝土矿海运安全风险管理的智能化。

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