大型集装箱船舶在恶劣海况中航行的风险和对策

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1、大型集装箱船舶在恶劣海况中航行的风险和对策 打印本页作者: 葵花劫 时间: 2010-9-6 10:09 标题: 大型集装箱船舶在恶劣海况中航行的风险和对策内容提要：近期有多艘大型集装箱船舶在航行时遭遇恶劣天气和海况，酿成险情，造成事故，引起各方的高度重视。此文基于国际海事组织海上安全委员会先后发布的1228号通函对“不利气象和海况时避免危险局面的船长指南”的修正和2008年国际完整稳性规则，结合实际，分析和探讨了大型集装箱船舶遭遇恶劣天气和海况中航行的风险及应采取的应对措施，以确保大型集装箱船舶平安渡过恶劣天气和海况。关键词：大型集装箱船舶 恶劣天气和海况 船舶操纵 航行安全 风险和对策措施

2、0 引言大洋上的气象变化莫测，时而风和日丽，海面如镜；时而乌云遮日，恶浪似山。恶劣天气和海况，对大型集装箱船舶的航行安全带来了不可估量的影响。近期，已有多艘大型集装箱船舶在航行时遭遇大风浪袭击，致使大面积集装箱坍塌、坠海，船体严重受损，危及了船舶、船上人员的安全，危害了海上环境。为此国际海事组织海上安全委员会先后发布了1228号通函对“不利气象和海况时避免危险局面的船长指南”的修正和2008年国际完整稳性规则，旨在帮助船长在恶劣天气和海况中为避免危险而做出的决定提供必要的依据和强制性的要求。我国海事主管机关把超过80000载重吨或总长250m及以上的船舶定义为大型船舶。不同船舶，由于其吨位、船

3、型、水密、动力、舵效等情况的不同，建造时其抵抗风浪的能力是不一样的。而对于同一船舶，随着不同的装载和船龄增大，其抵抗风浪的能力也必定不一样。就此国际海事组织认定，在航行中因风、波浪、大涌或波浪的混合长度和高度达到一定强度，造成如发生螺旋桨出水、甲板上浪或严重碰击时，船舶遭遇了恶劣天气和海况，俗称大风浪。1 恶劣天气和海况对大型集装箱船舶航行的影响及主要风险大型集装箱船舶在通常情况下甲板上承载5层或以上的集装箱，一旦遇到恶劣天气和海况，由于受风面积大，加上参差不齐的积载，风的作用力矩发生变化，加上浪涌的冲击，致使主机负荷增加，船速降低。冬季大洋航行，遇到大浪或雨雪天气时，常因排水不畅和积雪不化，

4、使甲板及甲板上的集装箱大量结冰，增加了载负，降低了初稳性值。恶劣天气和海况时，船舶左右摇晃、前后、上下颠簸，船员发生晕船反应，再加上浪沫飞溅的海面和浑浊的天空，干扰了船员的视线，影响了视觉瞭望。这种海况下，雷达显示的波浪杂波大幅度增多，目标回波被淹没的可能性增大，严重时会出现雷达无法发现目标的情况。大型集装箱船舶的船艏及船艉部的线型设计有较大的改变。为了增大甲板面积，不但增大了船宽，艉部经常是突然收尾的型状，船艏则具有较大的船缘外漂；同时为使阻力最小，船舶水线下船体是流线型的。这些特点使得大型集装箱船舶在恶劣天气和海况中的稳定性发生变化，因而容易造成如下主要风险：(1)船舶操纵困难。大型集装箱

5、船船身长、船体宽、船速快，船舶所受的风浪冲击力远大于一般船舶。为避开顶风浪的冲击力，船舶时常处于斜航状态，然而其舵面积比值小、舵效差、反应迟钝，倘若斜航中要避让它船，其转舵幅度比一般船舶的要大，且用舵时间长；避让中再遇风浪的强加速度，船舶将受惯性影响而偏转过大或者转船困难，造成航行的风险。(2)船体强度受损。强烈的浪涌，连绵不断地冲击船体某个局部，致使此部位应力增大，轻则船壳板内陷，重则焊接处开裂，甚至结构断裂；同时，浪涌导致船舶产生升降运动，当波浪长度与船长接近时，升降运动达最大，升降过程中若船舶处于浪峰或浪谷，浮力分布不平衡，产生剪力，船舶的纵向强度将受到极大的考验。例1：2007年夏季，

6、笔者任职的大型集装箱船舶航行于新加坡港至那波里港途中，在印度洋SOCOTRA岛附近海域仅短短的16h，因受印度洋强季风的侵袭，船舶左右摇晃20，前后上下起伏5m，船速骤降。巨浪不时碰击船体，致使船体两处不同程度的损伤，一是第六货舱舱口围右后角一加强肘板焊接部位开裂15cm；二是240至250肋位处内走道一纵向肋骨及舷板明显内陷。(3)船舶稳性减小。横风浪航行，将产生巨大的风压倾侧力矩，如船舶横摇周期恰好与浪涌周期相一致时，会引起船舶大幅度横摇，甚至产生可怕的谐摇(Synchronous Rolling)现象。在顺浪和偏顺浪中航行，因遇波周期比顶浪和偏顶浪长，船舶处于陡峭大浪的最前端时，骑在波浪

7、上被加速，就像“冲浪”(Surf-Riding)运动一样，不仅会导致船舶突然改变航向和意外的大角度横摇，即打横现象(Broaching-To)，而且当船舶中部骑在波峰上时，完整稳性由于浸水船型(即浸水体积、浸水水线长度)改变而导致水线面积惯性矩的改变、浮心位置的改变而锐减，有很大的危险性。(4)货物损坏。涌浪冲击，造成集装箱及其系固设备和索具，不但要承受浪上甲板的冲击力，更要承受船舶横摇、船体上下运动耦合产生的参激横摇(Parametric Rolling)时的大倾角冲击力，货物损坏的风险极高。参激横摇运动是一种不稳定的运动现象，当其与显著的纵摇运动结合在一起时，会快速导致大幅度横摇角度的发生

8、。由于横摇与纵摇同时发生，在船上会造成集装箱及其系固设备和索具承受极高的负荷；此种现象在大型的Post-Panamax集装箱船特别容易发生，导致集装箱的整体坍塌、损坏，甚至坠落大海。基于参激横摇运动所产生的损害，对大型集装箱船而言，若此时船舶所载的集装箱，空重箱比例严重失调或在垂线上重量过多偏向底部，初稳性值过大，则船舶摇晃过程中产生很大的角加速度，足够破坏船舶的系固设备及其索具。例2：1998年10月，一艘超巴拿马型集装箱船在高雄至西雅图的航行途中，在北太平洋遭遇风暴，由于在迎浪中发生大幅度的参激横摇运动，船体产生3540的横摇并伴以大幅度的纵摇，甲板上近1300只集装箱中有约1/3丢失，另

9、1/3集装箱损坏，造成船舶、货物的重大损坏和经济损失事故。经调查，这是由于大幅度的横摇和纵摇，对集装箱及其系固设备和索具产生了巨大的动载荷，超出了集装箱绑扎件设计所能承受的极限强度，因此发生货物丢失或损坏。当船舶处于顶浪或随浪的情况下，不规则的波浪面(Wave Surface)加上纵摇(Pitching)及起伏(Heave)运动导致船舶状态随着时间(相当于波峰或波谷沿着船体纵向通过时的不同位置)产生忽大忽小的显著变化；若遭遇周期等于船舶本身自然横摇周期或为一半时，极端的横摇运动就有可能发生。例3：2000年8月，一艘集装箱船在宁波海域遭遇12号(派比安)台风，船舶剧烈横摇达30，共有100多只

10、集装箱落入海中。例4：2006年2月，一艘集装箱船在比斯开湾航行中，遭遇中等强度的风浪，风力89级，波高近10m，因装载在船尾集装箱内的新闻纸卷发生松动，翻滚数小时后，导致集装箱扭锁脱落，仅由绑扎链维系着整个集装箱箱堆，最后发生拉伸破断，11只箱子坠入大海而丢失。(5)易引起机电设备故障。机电设备负荷过大，易引起故障，造成失控的风险。大型集装箱船舶在抵抗大风浪侵袭时，经常因超负荷运转，或因推进器出水面飞车引发主机故障。2 大型集装箱船舶驾驶者应对恶劣天气的思考2.1 船舶航行准备工作中不容疏忽的几个问题(1)保证船体水密性和排水管系畅通无阻。检查甲板所有开口处是否水密，检查所有水密门、人孔盖是

11、否良好；关闭所有天窗、舷窗、货舱、燃油舱、压载水舱、水舱的通风筒/帽。检查各排水泵、分路阀、管路等是否完好，确保随时可用；清洁甲板排水孔、下水道，保证排水畅通无阻；排尽符合规定的污水。(2)对可动设备、备件、物料妥当地堆垛或捆绑，以使在海上航行时因横摇或纵摇加速度导致移动的可能性降至最小，必要时予以锁定。(3)确保船舶整个航次处于适航状态。把好预配关和装货关，严格按船舶装载手册要求配载，留有足够的储备浮力，满足气象衡准值K1（船舶抵抗横风和横摇联合作用的能力，即复原力臂与定常风倾力臂+阵风倾力臂的关系，2008年国际完整稳性规则（2008年IS规则）A部分属强制性的）。严格执行船舶系固手册的要

12、求，每个集装箱的装载、堆装和绑扎必须符合系固手册，每一道绑扎的细微处必须达到标准，决不容许因为空箱或路途短而不绑，更不容许绑而不到位。(4)确保船舶稳性符合稳性手册要求。每一船舶拥有的稳性手册，通常都是符合国际公约要求，通过了主管机关的审核。该手册描述了本船无论在哪种装载状况下的最小初稳性值，船舶必须在任何时候经自由液面修正后的初稳性值都能满足它。同时，要注意到将于2010年7月1日生效的。2008年国际完整稳性规则(2008年IS规则)B部分的提示：船长大于200m的集装箱船，应特别注意到，公约对集装箱船完整稳性衡准是基于船长小于200m的集装箱船的数据和经验而定。故经综合考虑，结合常发生的

13、集装箱重量申报不准、未按照理想的状态装载、箱位不准、轻重倒置等对稳性带来隐患的现象，应保留合适的安全系数。现时大型集装箱船的稳性资料是通过稳性仪计算所得，与实际稳性资料存在误差的可能性较大。原因是软件中把每个集装箱视为均质体，实际上每个集装箱内货物是不同的，重心高度也是不同的。为力求符合实际，现时一部分船舶配置的稳性仪设计为对每箱重心高度取箱高的50%或45%两种模式；若重心高度取50%计算结果通常会大于实际情况，取45%较能接近实际。然而，当同一港口装载了大批的多箱量的成套设备时，因成套设备拆分装入集装箱，导致重心位置与几何形状不对称，通常会出现重心高度高于几何中心，如果恰遇这个航次爆载，初

14、稳性已经接近下限值时，那么最后的稳性仪计算结果会偏大于实际，麻痹了航海者，留下了隐患。为此应该充分评估所获得的稳性资料的可靠性。经多年的实践，笔者认为经自由液面修正后的初稳性高度GM0.8m，既能满足多数船舶稳性计算书中的要求，又能防止如上述提及的不确定误差带来的隐患。(5)对收集到的各种有效气象预报和气象资料，包括气导服务提供的气象、海况，中长期预报信息和恶劣海况预警提示，进行综合分析。结合本船状况(船龄、机电设备工况、浸水线型等)和航次承载情况(水尺、总纵强度与船舶允许承受的最大静水弯矩，有无特殊要求的集装箱等)，拟定相应的航行计划，特别是应对大风浪中险象的应急措施。(6)所有液体舱室(燃

15、油舱、压载水舱)尽可能做到要么空舱，要么满舱，降低液体形成的自由液面对稳性的减少。2.2 大风浪中安全航行的保障措施(1)值班驾驶员必须认真履行职责，严格执行航行计划，遵守各种航行规定和国际海上避碰规则。利用一切有效手段保持正规瞭望，及早获得对碰撞危险的早期报警，便于有足够的时间采取避让措施，如能绕开的则绕开，不能绕开的提前沟通，争取步调一致；运用良好的船艺，避免大舵角避让或转向，减小由避让或转向引发的横倾；保证各类导航仪器正常工作，注意接收和处理VHF、NAVTEX和海事卫星C站上的航行信息；遇有危及船舶安全的任何紧急情况，及时按应急预案采取有效措施。(2)认真及时接收多方的气象、海况预报、

16、警报(包括地面、高空、24h、48h、72h)和气象导航提供的信息。综合气象资料，分析航线上气象海况，预警可能遭遇大风浪的时段、海域、程度，评估本船抵抗大风浪的能力，调整应变方案，检查落实防抗大风浪措施。区别对待寒潮大风、温带气旋和热带气旋，对前者主要解决如何走，即分解前述的大风浪带来的风险，而对后者主要是如何避。(3)大型集装箱船的燃油日耗量常大于150t，三天的耗油量引起的稳性减少和重量分布，可达到损害或危及完整稳性和船体强度的程度，必须通过调整压载水来满足。为保护港口国水域环境，压载水必须更换大洋上的清洁水。然而，在压/排压载水时，其流动液体的本身会产生较大的自由液面，加重了对完整稳性的

17、损害。为避免在遭遇恶劣天气和海况时需要进行压载水作业的窘况，除严格遵守船舶压载水管理计划外，应保持船存的压载水尽可能是清洁水；在恶劣天气和海况来临前，及时进行压载水更换和调整作业，此作业应满足不小于三天因耗油引起的稳性减少和重量分布的影响。(4)落实保护措施，确保人员安全。在恶劣海况中进行甲板巡视和检查人员，包括其他作业人员，要采取必要的安全防护措施，切忌单人行，应携带对讲机，保持与驾驶台的联系。(5)船长应熟悉国际海事组织对“不利气象和海况时避免危险局面的船长指南”的修正（MSC.1/Circ.1228）。当船舶航行在恶劣天气和海况中，应参照该指南中建议的操纵程序来避免和化解大风浪带来的危险

18、。为避免发生冲浪运动和打横，应采取措施调整船速和/或航向；为避免大浪的连续冲击，应降低船速或改变航向，避免由此可能产生的完整稳性损失、谐摇、参激横摇运动或各种危险组合而产生的危险；应避免船舶与波浪的遭遇周期接近于船舶的固有横摇周期而产生横向谐摇运动；为避免顺浪、偏顺浪、顶浪、偏顶浪或横浪时的参激横摇，应避免与波浪的遭遇周期近似于船舶的横摇周期或接近于船舶横摇周期的一半。(6)在大风浪中，横向风压可导致船舶产生较大的横倾角。若采取防横倾措施，如：进行合适的压载来消除因风引起的横倾，那未相应于风向而言，当改变航向后，可能产生比没有采取防横倾措施前更危险的横倾角或倾覆。为此2008年国际完整稳性规则

19、中明确：除经主管机关认可的该船经计算证实在最不利的工况(即：不当或不正确使用该措施、机械故障、意外的航向改变等)下具有足够稳性外，不应使用防横倾措施对由风引起的横倾进行校正。(7)遭遇大风浪时，机电人员应加强对机电设备的巡回检查，及时发现和处理异常情况；应重视由大风浪引发处于自动工作状态的设备的工作参数发生变化的可能性；应确保驾驶台和机舱、船首、舵机室通信畅通，尤其是在应急情况下；应关注主机转速波动，防止主机飞车和增压器喘振。3 结束语合理积载，及时调整压载，均匀分布重量，避免出现较大的中拱或中垂，保证完整稳性和足够的总纵强度和局部强度，减小弯矩和剪力，是大型集装箱船舶在恶劣天气和海况中航行安全的前提。采取相应的措施保证船舶的完整水密，反复检查加固货物和设备的系固绑扎，是大型集装箱船舶在恶劣天气和海况中航行安全的基本。航行中根据当时的海况采取有效措施改变航向和/或航速，减少风浪的冲击力，避免大角度横摇，是操纵的关键所在。参考文献1 国际海事组织海上安全委员会对“不利气象和海况时避免危险局面的船长指南”的修正msc.l/circl228.2 2008年国际完整稳性规则及其解释性说明.3 海员特殊培训系列教材大型船舶操纵.