厦门港东渡港区1#、2#泊位大型邮轮靠泊风险评估

戴官全，杨神化，王鹏鲲

(1.泉州师范学院 航海学院，福建 泉州 362000；2.集美大学 航海学院，福建 厦门 361021)

近年来，邮轮业已经成为现代旅游业中最为活跃、发展最为迅猛的产业之一[1]，带动了包括港口、航运、住宿餐饮、旅游等在内的一系列现代服务行业的繁荣[2]。但邮轮载客量大，且内部结构复杂、造价高，一旦发生事故将会造成大量人员伤亡和财产损失。因此，东渡港区邮轮泊位改建后的安全靠泊风险研究，意义重大。

目前，对船舶安全及风险评估领域的研究，主要有安全指数评价法、层次分析评价法、模糊数学理论评价法、灰色理论评价法、神经网络评价法等。然而，国内外学者都是以普通船型为代表[3-4]，借助仿真技术，从通航及水域方面来分析影响船舶安全的要素[5]，从而进行风险分析和评估。如日本学者主要的研究方法是使用模拟和仿真技术对海上的交通流和操船环境进行仿真模拟[6]；荷兰学者的研究方法主要是理论研究和操船模拟器相结合的方法。针对大型邮轮的安全靠泊研究，主要从两个方面进行，一是从引航方面进行实践研究[7]；二是从通航影响[8]的角度出发，结合仿真技术模拟实验进行通航安全评估。几乎没有针对大型邮轮的船型和泊位情况进行靠泊风险的综合评估。为此，本文针对大型邮轮和东渡港区1#、2#泊位的具体情况建立指标体系和评估模型，并提出靠泊建议。

1 大型邮轮的定义及操纵特性

1.1 大型邮轮的定义

船舶的大小，通常是用船舶尺度（长、宽、深、吃水）和船舶吨位来衡量的。但邮轮的大小是根据载客量来划分，现代学者普遍认为，载客量2 000人以上的邮轮称为大型邮轮。

从船舶操纵方面来讲，船舶尺度比载客量的大小更为重要。根据交通运输部发布的《大型船舶操纵特殊培训、考试和发证办法》，在80 000载重吨或总长250 m及以的船舶上任职的船长、大副必须进行大型船舶操纵的专门培训。在实践中大多数船舶以此为标准[9-10]。本文研究的大型邮轮靠泊是指总长250 m或载重吨80 000 t及以上的邮轮。

1.2 大型邮轮靠泊操纵特性

从靠泊操纵方面上来分析，大型邮轮主要有以下几个特点。

（1）上层建筑高大。高大的上层建筑使得邮轮受风面积大[11]，其风致压力和风致漂移都较大；大型邮轮水面以上高度大，过桥梁时要注意净空高度。

（2）驾驶台一般位于船艏。具有船舶前方盲区小、倒航时盲区大[12]的特点，对两侧特别是船尾方向的瞭望比较困难，对船尾的距离和离岸的横距判断较难；艏机型船舶前进时的转心往往在驾驶台位置后面，对船舶转艏角速度的判断与尾机型船舶差异很大；大型邮轮还具有转心偏前的特点，航行过弯道时，要及早转向。

（3）操控性能较好。大型邮轮多为双车双舵配置且主机功率较大，紧急制动的距离相对较短；大型邮轮普遍带有功率较大的艏侧推器，部分船舶还带有艉侧推器，具有转向性能好、旋回圈小的特点。

综上，大型邮轮的特点非常明显，上层建筑高大、艏机型、操纵设备先进，大型邮轮的靠泊操纵明显有别于其他船舶。

2 泊位及环境简介

2.1 厦门港东渡港区1#、2#邮轮泊位概述

厦门港东渡港区1#、2#邮轮泊位位于厦门海沧大桥的南侧，进港船舶需航经厦门港主航道，然后沿东渡航道-猴屿西航道-国际邮轮航道，经调头区后，右前方为码头平台。南侧为改建的东渡0#15万吨级邮轮泊位；在1#邮轮泊位西侧有一根架空的高压线（东钟6#～7#高压线，最低点净空高度59.82 m），只能满足水线上最大高度为54.82 m的船舶通航；在2#邮轮泊位北侧为改建的东渡3#2万吨级滚装泊位；在3#泊位北侧为海沧大桥，海沧大桥与东渡2#邮轮泊位北端距离为249.5 m，海沧大桥只能满足水线以上最大高度为53 m的船舶通航。

根据东渡港区0～4#泊位改建的总平面布置设计方案，改建后的东渡1#、2#泊位为10万吨级邮轮泊位，基本设计参数为：1#邮轮泊位长324 m，2#邮轮泊位长346.5 m；停泊水域宽度均为75 m，设计底高程均为-9.0 m；回旋水域布置在0#邮轮泊位（改建后为15万吨级）西南侧，与0#邮轮泊位共用（0#邮轮泊位的停泊水域宽度为100 m），沿水流方向的宽度（长轴）为800 m，垂直水流方向的宽度（短轴）为640 m，设计底高程为-10.5 m。

2.2 港区水文气象情况

2.2.1 风

厦门湾内春、夏两季以NE风向为主，每年4～7月常有较强的SW向风，湾内平均风力3～4级，最大5～7级，雷暴雨瞬时风力可达7～8级。秋、冬两季以NEE风向为主，每年8月至次年3月常有较强的偏东风，湾内平均风力4～5级，最大7级，寒流过境时风力可达7～8级。据统计，每年约有3～5个台风直接袭击厦门，在台风威胁或袭击厦门期间，禁止船舶进出港通航，船舶应提前做好防避台准备。

2.2.2 流

厦门湾海域潮汐的类型属正规半日潮。主航道口门附近最大流速为1.30 m/s（约2.6节），流向285°～105°。大潮时涨落潮垂线平均流速为0.65 m/s左右，小潮为0.35～0.40 m/s。主航道至嵩屿港区附近水域，大潮期间涨潮平均流速为0.67 m/s，流向100°，落潮平均流速为0.61 m/s，流向278°；大潮期间最大落潮流速为1.24 m/s，流向97°，最大涨潮流速0.96 m/s，流向278°。猴屿西航道至东渡0#邮轮泊位回旋水域，大潮期间涨潮平均流速为0.76 m/s，流向010°，落潮平均流速为0.68 m/s，流向205°；大潮期间最大落潮流速为1.25 m/s，流向015°，最大涨潮流速1.25 m/s，流向 278°。东渡港区1#、2#泊位附近流向为落潮流流向008°，涨潮流流向188°。

2.2.3 浪

厦门湾主航道附近常浪向SE，次常浪向ESE。较大周期的波浪大部分出现在SE向，台风经过时测得最大的浪高H1%=1.9 m，波向偏南，对应波浪周期4.9 s。东渡支航道内和东渡港区常浪向SW，年频率66.4%，台风经过时测得最大的浪高H1%=1.2 m，波向西南。因东渡支航道和东渡1#、2#邮轮泊位隐蔽性良好，外海ESE和SE向波浪传到嵩屿二期码头后折回，支航道至东渡作业区波浪要素为小风区形成的风浪。应码头海区而言，风浪方向以偏顺浪为主，常年浪高都在1.0 m以下。

3 建立大型邮轮靠泊风险评价模型

模糊综合评价法是一种基于模糊数学的评价方法，应用模糊变换原理对考虑的事物做出的综合性评价[13]。该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。它具有结果清晰，系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决。模糊综合评价方法可分成以下几个步骤进行，建立因素集；建立评价集（判断集）；单因素模糊评判；建立权重集；进行模糊综合评判。

3.1 模糊综合评价指标集的确立

在安全评价的首要任务就是指标体系的确定。在分析船舶靠泊事故[14]相关的危险因素方面，从“人、机、环境、管理”[15-16]，四个相互独立的方面出发，结合厦门港东渡港区1#、2#邮轮靠泊的具体情况，采用综合安全评价（formal safety assessment，简记FSA）和头脑风暴法初步确定指标。为了更加科学、合理的选取指标，本文遵循以下原则(1)所选指标因素的完整性和代表性(2)所选指标因素的可操作性和可测量性(3)参与调查专家的权威性和全面性。综合专家的意见最终提出5个风险因素的一级指标、16个二级指标和10个三级指标，如图1所示。

3.2 确立模糊综合评价总集和评价指标隶属度

评价集是由评判对象可能做出的评判结果所组成的集合，模糊综合评判的主要目的就是通过对评判对象的综合评价，从而能从评价集里得出一个最佳的评价结果[17]。指标因素集合为U，现拟将邮轮靠泊东渡港区1#、2#泊位的评价集V分为5个等级，即V=[低度风险、较低风险、中等危险、较高危险、极度危险]，给出相应的抉择评语集，即M=[10,30,50,70,90]T。根据模糊数值的定义，其评价值并不是单一的评价级别，而是各个评价指标相对应的评价隶属程度。为使结果更加客观、科学，本文采用反模糊处理，把绝对的隶属关系扩展为连续的不同程度隶属关系，评语集和指标隶属度对照表如表1。

图1 风险评估指标体系

表1 模糊评语集和指标隶属度对照表

3.3 确立模糊综合评价子集

3.3.1 人员因素评价集

人员因素的随机性比较大，不容易评价，一般从硬性指标入手。国内外专家学者普遍认为实践经验丰富（海龄长）的海员，其综合素质比会较高；等级证书越高的人员，其技术水平也越高。大型邮轮的船长多为外国籍船员，但均在同一个公约标准下发证（海员培训、发证和值班标准国际公约，简称STCW公约）。根据中华人民共和国《引航员管理办法》和《海船船员适任考试和发证规则》要求，大型邮轮的引航员必须是海港一级引航员，船长及大副需要进行大型船舶操纵培训，值班船员均需取得交通部海事局颁发的符合STCW公约的适任证书。我国交通运输部每年还会评审高级船长、高级引航员等高级专业技术职务证书。因此，本文采用本岗位上的工作时间和技术等级来评估人员业务水平，结合国内外具体情况，得到对应于五个等级的评价指标，如表2所示。

表2 人员因素评价表

3.3.2 风的影响评价子集

研究风的影响时，需要从两个维度出发，一个是方向，一个是速度。风向通常用船舶的风舷角来表示，当风力一定时，风向不同对船舶造成的影响也不同。风向最好是船首60°与船尾60°左右来风，危险系数最大的莫过于横风。东渡1#、2#邮轮泊位的码头轴线为008°，可近似为N。即，首尾风向为N和S，横风风向为E和W。据统计，当风力达到6级以上海上交通事故发生频率明显增加，因此以6级风的风力大小作为量化标准，结合厦门港东渡港区实际情况（7级以上大风禁止邮轮靠泊），得出邮轮靠泊受风影响的评价集，见表3。

表3 船舶受风评价集

在进行模糊评价时，确定各个指标评判等级的隶属度是关键。本文借鉴国内外相关研究成果及行业规范，并结合东渡港区1#、2#泊位的实际情况，建立了东渡港区1#、2#泊位邮轮靠泊风险模糊数学评价集。

3.4 评价指标权重的确立

在综合安全评价中，不同因素彼此之间也存在相对重要性，一般用权系数或权重作为其度量值。本文利用层次分析法（analytic hierarchy process，简记AHP）和变异系数法综合确定各评价指标的权重。

3.4.1 AHP权重的确立

确立AHP权重的步骤如下。

（1）根据指标体系构造判断矩阵。AHP构造判断矩阵时，一般只作两两判断，也就是把所有元素都单独两两比较一次，得出n×n的判断矩阵A。

（3）计算一致性指标 CI=（λmax-n）/n-1。

（4）根据平均随机一致性指标表查出n阶矩阵平均随机一致性指标RI，并进行一致性检验。一致性比例CR=CI/RI，当CR＜0.10时，判断矩阵通过一致性检验。

本研究调查访谈了“厦门引航站引航人员、进出东渡港区船舶的船长、厦门海事VTS中心人员、海上通航评估专家、航海类大学教授”等专家学者，发出调查问卷共30份，共回收27份，有效问卷数26份，专家积极系数为86.7%，所选专家对此次调查非常配合，专家在调查问卷中给出的信息可信度较高。将调查数据进行算术平均处理，得出一级指标数据计算如表4所示。

表4 一级指标权重表

根据问卷调查结果，借助MATLAB软件可快速计算出其它指标的权重数值。

一级指标（人员因素U1、船舶因素U2、自然环境因素U3、港口泊位因素U4、船舶操纵管理因素U5）=（0.426 5,0.223 3,0.103 1,0.089 4,0.157 8）。

二级指标（引航员业务能力U11、船长业务能力U12、船员业务能力U13）=（0.416 0,0.457 7,0.126 3）；（船舶尺度 U21、船舶操纵性能 U22）=（0.333 3,0.666 7）；（风 U31、流 U32、能见度 U33）=（0.327 8,0.261 1,0.411 1）；（码头因素 U41、水深因素 U42、航道因素U43、通航密度U44、港口支持系统U45）=（0.0624,0.401 5,0.204 2,0.231 7,0.100 2）；（余速控制 U51、靠拢角 U52、航迹带宽度 U53）=（0.539 0、0.297 3,0.163 8）。

三级指标（船舶长度 U211、船舶宽度 U212、船舶吃水 U213）=（0.623 2,0.137 3,0.239 5）；（主机状态U221、侧推器 U222）=（0.666 7,0.333 3）；（风力 U311、风向 U312）=（0.600 0,0.400 0）；（航道宽度因素 U431、航道复杂情况 U432、危险物的距离 U433）=（0.311 9,0.197 6,0.490 5）。

3.4.2 实验权重的确立

变异系数法是一种客观赋权法，它是在所有统计数据中，统计观测数据的变异程度来确定指标权重的。如果观测数据的变异程度大，则赋予的权重也较大；反之，赋予的权重就较小[18]。本文收集了项目中东渡1#、2#邮轮泊位的模拟操纵试验数据。如，采用电子海图显示与信息系统（ECDIS）的尾迹功能来测量航迹带宽度值，测量方法如图2所示。

通过收集统计5级风2.5节流的工况下，10万吨级邮轮靠离东渡 1#、2#邮轮泊位的余速控制、靠拢角、航迹带宽度的三个指标数据，分别计算其变异系数为0.301 8,0.4,0.234 2。将变异系数归一化处理得出余速控制、靠拢角、航迹带宽度三个指标的实验权重为0.322 4,0.427 4,0.250 2。

图2 航迹带宽度测量方法

表5 指标的最终权重计算表

整理计算得出东渡港区1#、2#泊位邮轮靠泊风险评估各指标因素的最终权重如表6。

表6 东渡港区1#、2#泊位大型邮轮靠泊风险评估总表

3.5 邮轮靠泊风险评估模型的建立及计算步骤

综上，根据指标体系和权重可得东渡港区1#、2#泊位邮轮靠泊风险评估总表，如表6。可通过该表对邮轮靠泊东渡港区1#、2#泊位邮轮靠泊进行风险评价，只需输入各评价指标，即可得出评价结果，模型如图3所示。具体步骤如下。

（1）采集各指标的实际数值，将数值对风险照评估模型中 （表6）的评价方法和评价集，通过模糊处理确定各指标的风险等级。

（2）根据指标的风险等级，反模糊处理查询指标隶属度对照表（表1），列出各指标的评价矩阵R。

（3）根据各个二级指标的权重系数组成权重系数集ω；

（4）根据下式即可计算靠泊风险评价值

图3 风险评估模型示意图

式中，Y为权向量，“·”表示矩阵乘法，M为抉择评语集[10,30,50,70,90]。

（5）最后，根据综合评价结果U值的大小对照模糊评语集（表1），得出相应的综合评价评语结果。

4 安全靠泊的建议

根据东渡港区1#、2#泊位邮轮靠泊风险评估模型及其权重系数，对比发现，一级指标中人员因素的权重占据了总权重的将近一半，船舶因素的权重仅次于人员因素。在二级指标权重中，最高的是船长业务能力，其次是引航员业务能力，两者权重都很高，说明船长和引航员是大型邮轮靠泊的关键因素，且船长比引航员更为重要；除了人为因素外，船舶操纵性能占据了船舶因素的主要权重，排在了第四位，然后是余速控制因素。为此，结合东渡港区及邮轮泊位附近水域特点提出以下建议：

（1）人为因素依然是关键，船长是大型邮轮靠泊中的关键之关键。船公司在管理中应特别注重人为因素，聘请经验丰富、业务能力强的船长，引航站也应指派业务熟练的一级引水领航。大型邮轮优良的操控性能也使得其操作略微复杂，应该更加注意人为操纵。

（2）保持良好的船舶状态。建议公司应该监督船上严格执行安全管理体系（safety management system，简记SMS）的规定，加强对船舶航行和操纵设备的监督管理，做好设备的日常维护保养及到港前的安全检查，确保进港靠泊时，设备处于良好的工作状态。

（3）靠泊前控制好余速。由于船舶进港时，驶离东渡航道（猴屿西航道）转向后，距离泊位只有1.3 km，无论是直接靠泊还是调头靠泊都应该控制好速度，切不可追逐效益而求快。