浮动堆海上碰撞风险研究

符壮志 郑亚雄 齐江辉

（1、东营海事局，山东 东营257066 2、武汉第二船舶设计研究所，湖北 武汉430064）

船舶碰撞是船舶海上事故的重要因素，根据国际海上保险联合会2001-2015 年统计数据，碰撞因素约占总事故因素的8%。除航行船舶之间碰撞外，船舶与海洋平台碰撞也是海损事故的重要因素。在英国HSE 机构对海洋平台的损伤调查中[1]，船舶碰撞占11.2%。根据挪威船级社统计[2]，北海海域从2001 年至2011 年，共发生船舶与海洋平台碰撞事故26 起，其中6 起造成严重事故。

1 碰撞类型

与海上浮动堆发生碰撞主要涉及两种不同类型船舶[1]，过路船和来访船，根据海洋工程经验，绝大多数来访船和运行中的海上设施之间的碰撞，都是当来访船在海上设施附近移动时发生的，其原因通常是人为错误，并且通常是低能量冲击。

根据碰撞速度，船舶碰撞情景可以分为以下三种：（1）动力碰撞。船舶在靠近海上设施时没能减小靠近速度。（2）停靠碰撞。船舶在靠近海上设施时没能合理地减小靠近速度，导致以停靠速度碰撞。（3）漂移碰撞。这是绝大多数碰撞的情况，是船舶在海上设施附近进行操作时漂流撞上。对于动力碰撞，穿梭油轮的碰撞速度大约是10 节（5m/s），这种碰撞的发生位置一般是艏部。停靠碰撞速度通常会在0～6 节的范围内，发生位置一般是来访船的艏部或者艉部。其他来访船碰撞类型就是漂移碰撞，波浪引起的船舶速度可用下式估计：

2 碰撞概率估算方法

参考海洋工程碰撞概率计算方法[3]，浮动堆与不同船舶的碰撞计算方法不同，具体如下。

2.1 过路碰撞

过路碰撞一般指周围航行船只可能发生的碰撞，一般10nm以外的船舶不纳入考虑。碰撞概率的计算表达式：

过路船舶偏离航线的概率服从正态分布，因此

式中：D- 碰撞直径；δ - 船舶偏航标准差；x- 浮动堆距航线距离。

2.2 随机碰撞

对于在浮动堆周围随机分布，随机航向的船舶，碰撞概率计算的表达式：

式中：V- 船舶速度；D- 碰撞直径；ρ - 船舶密度；P2- 船舶失控概率；P3- 船舶失控后无法警告或避险的概率。

2.3 值守碰撞

对于在浮动堆周围长期值守的船舶，碰撞概率计算的表达式：

式中：

N- 每年值守船数量；P1- 几何碰撞概率；D- 相当宽度；R-值守半径；P2- 每小时机器故障概率；T- 平台周围每年值守时长；P3- 机器故障后无法修复的概率。

3 事故发生频率估算

3.1 基础气象资料

在海上航行中，影响船舶偏航或失控的主要诱因是大风天气。在海上事故调查统计中，撞击船大多受风力作用，顺风偏航撞击他船。在本文中浮动堆载体以软钢臂系泊FPSO 型式为例，平台由于风向标效应影响，始终处于迎风状态。平台来访和补给船舶采用旁靠形式，因此在作业海域风向下，考虑母港方位，来访补给船舶的碰撞概率如表1 所示。

表1 补给来访船舶碰撞方位概率

其中左右舷均包括0.3%的不定向性，该数值是由于风向分布中存在风向不定的概率。

3.2 船舶与航线资料

根据目前油田工作船的尺寸及海事资料，调研碰撞所需的航线数据。根据离航线不同距离不同风向下的概率分布，计算由航线过路船舶引起的碰撞概率。根据不同风向的碰撞概率，得到不同距离下的碰撞期望值如表2 所示。

表2 距航线不同距离碰撞概率期望值

3.3 随机碰撞概率估算

随机碰撞的能量主要是漂移速度，一般漂移速度为风速的3～5%。根据DNV 规范，一般船舶在平台周围的最大风速不超过32.6m/s，即台风风速。因此，漂移速度一般约为0.978～1.63m/s。本文在分析浮动堆时，保守取值漂移速度为2m/s。

根据随机碰撞计算公式，碰撞概率约为1.10E-03。

3.4 补给碰撞概率估算

一般船舶在浮动堆装载或卸载货物，也被计入补给船，其发生的碰撞风险也纳入计算。值守补给船均有冗余机械，相比于单主机，其故障失效的概率要小很多，典型的故障失效概率约为1.4E-05/hr。

值守船一般都靠近浮动堆，一般保守假设受天气影响自主移动，在各个方向上均有偏移概率。根据补给碰撞概率估算公式分析，概率约为3.39E-03。

3.5 分析

根据HAD101-04《核电厂厂址选择的外部人为事件》[4]，一般采用每堆年10-7作为具有严重放射性后果的影响事件概率值的可接受的限值，该值可作为筛选概率水平的保守值。

过路碰撞是可以通过距航线的距离来控制的，基本距离在100m 以上，碰撞概率低至10-7，可以筛选该源项。

随机碰撞和值守碰撞由于海事作业和值守补给等原因，存在从概率水平上无法排除的风险。因此，在浮动堆碰撞设计中需要重点考虑。

4 设计基准研究

根据不同碰撞速度对应的不同后果，以及对碰撞的风险分级，构建风险矩阵如图1 所示。矩阵中横轴为发生的概率，竖轴为碰撞速度。竖轴的顶点为内壳析破对应速度2.72m/s，底点为外壳析破对应速度1.40m/s。区域3 表示安全保守区域，区域2为满足ALARP 原则区域，区域1 为风险较高区域[5]。

图1 基于碰撞速度速度的风险矩阵

为了确定较合理的碰撞设计基准，假定情况1 为速度2.4m/s 的碰撞，情况2 为2.0m/s 的碰撞，情况3 为1.6m/s 的碰撞。可以从图1 中看出，情况1 在风险较高区域，不适宜作为设计基准；情况2 和情况3 均在ALARP 区域，从提高船体设计要求的角度考虑，建议选择情况2 作为设计基准。

5 降低风险措施

从前述对船舶碰撞事件的分析来看，浮动堆在运行期间，必须得到值守船和补给船的辅助。根据碰撞概率分析的理论，在船舶碰撞事件中可以采取如下措施避免恶性碰撞事件发生。

5.1 由于大吨位船舶一般都是出现在航路上，对浮动堆有过路碰撞风险。须对选址周围的航线数据进行充分调研，计算确定选址距航线的最小距离，以保证从概率上可以筛除过路碰撞风险。

5.2 浮动堆有别于海洋石油平台，在周围应划定不同层级的警戒驱离圈，降低周围海事作业船舶的分布密度，限制分布船舶的吨位和移动速度，降低随机碰撞风险。

5.3 浮动堆配套的值守船或补给船，应经常检查设备运行情况，设计和演练避碰或靠泊应急等预案，提高对工作船碰撞的应对能力。

6 结论

本文对浮动堆海上碰撞风险的计算方法、风险评估方法、设计基准确定以及降低风险措施进行了分析，得到主要结论如下：

6.1 本文所采用的海洋工程领域常用的船舶碰撞分析方法，对浮动堆海上碰撞分析具有借鉴意义。

6.2 本文针对过路碰撞、随机碰撞和值守碰撞，推荐了相应的计算方法，从原理上提出降低风险的措施。