國際豪華郵輪推進裝置的安全評價

侯甲彬,任　威,宋超杰,徐廣亞(.山東交通學院海運學院,山東威?！?400;.山東海事局,山東青島　66000)

國際豪華郵輪推進裝置的安全評價

侯甲彬1,任威1,宋超杰1,徐廣亞2
(1.山東交通學院海運學院,山東威海264200;2.山東海事局,山東青島266000)

摘要:為了提高郵輪推進裝置的安全性,以某國際豪華郵輪推進裝置為研究對象,建立模糊評價模型和安全評價體系。利用專家調查法確定各級評價指標的權重和隸屬度,計算該推進裝置的評價等級,并提出提高安全性的措施。關鍵詞:郵輪推進裝置;模糊評價模型;評價體系

國際豪華郵輪以旅游觀光、海上娛樂和休閑為主要功能,是海上的豪華酒店和度假村［1]。但是海上悲情時有發生,例如,泰坦尼克(Titanic)號、群星王子號、歌詩達康科迪亞號等郵輪海難事故。由于海上運輸環境的特殊性,一旦出現大的海上事故,將給生命、財產和海洋環境造成不可彌補的損失。郵輪的心臟——推進裝置,由主機、傳遞設備、軸系和推進器組成［2]。主機發出動力,通過傳動設備及軸系驅動推進器產生推力,使船舶克服阻力以某一航速航行。因此,郵輪推進裝置的安全評價至關重要。

船舶的安全評價可以減少海損事故,提高航運安全保障,可為船舶的安全監管提供基本依據。諸多學者從不同角度、用不同方法對船舶安全進行評價［3－6]。文獻［7]基于綜合安全評價(Formal Safety Assessment)對船舶航次計劃進行安全評價,同時運用FOXPRO構建航次計劃安全評價體系軟件系統。文獻［8]綜合考慮影響航行安全的因素,運用模糊數學的綜合評判方法,對客滾船出航的安全程度進行預判,為港口監督人員、公司管理人員和客滾船駕駛人員提供參考依據。文獻［9]利用軟件仿真和編程構建船舶主機聚會模糊綜合評價系統,從而對船舶主機的可靠性進行評價,并且為船舶的航行提供安全保障。文獻［10]運用系統工程學理論,確定評價船舶設備安全的指標,以模糊數學為工具,建立綜合評判模型,可為船舶公司和安檢部門評價船舶設備安全性提供科學依據。

1　模糊數學簡介

1.1模糊數學的應用

模糊數學是研究和處理模糊現象的數學方法。目前,模糊數學的安全評價已應用于諸多領域。文獻［11]采用模糊層次分析法對鐵路車站貨運安全進行評價,通過實例為確定鐵路車站貨運作業安全管理提供依據。文獻［12]結合污染率貢獻法確定權重的模糊數學模型評價法中的突出主因素型對地下水水質狀況進行綜合評價,對地下水的管理及保護提供有力技術依據,同時促進地下水資源發揮更好的社會和經濟效益。文獻［13]應用模糊綜合評判方法對雅安市的生態系統環境安全狀況進行評價與分析。文獻［14]通過分析影響計算機網絡安全評價的因素,利用模糊綜合評價法對計算機網絡安全進行評價,最終獲取最佳的評價效果。文獻［15]利用模糊評價法對航次計劃中的風險因素進行綜合評估,利用實例驗證,并制定相應的風險控制措施。

1.2模糊數學評價模型

選擇模糊數學進行評價,需先建立模糊數學評價模型。建立模型的步驟為:

1)構建因素集

2)構建評價集

3)構建單因素向量

4)構建評價矩陣

5)構建因素權重向量

6)構建模糊綜合評價向量

1.2.1計算指標權重

諸因素在評價中所處的地位或所起的作用不盡相同,所以需要從數值上確定各指標的權重。計算指標權重的步驟如下:

1)根據標度理論,通過同一目標層因素的兩兩之間相互比較,得出判斷矩陣

式中: dii=1; dij=1/dji。

2)將判斷矩陣D的各列作歸一化處理

3)求判斷矩陣D各行元素之和

4)對w—i進行歸一化處理

5)求最大特征根和特征向量

根據Dw =λmaxw求出最大特征根λmax和其特征向量w。

6)一致性檢驗

②找出相應的平均隨機一致性指標IR;

③計算一致性比例RC= IC/IR;當RC＜0.1時,可接受一致性檢驗,否則對D修正。

1.2.2隸屬度

隸屬度矩陣

式中rij為ui對vj的隸屬度。

確定隸屬度的方法有模糊統計、例證法、專家法和二元評價法,在船舶安全評價領域沒有固定的方法。船舶安全評價領域的隸屬度多采用專家法即由調研者憑實際經驗作出判斷,帶有一定的主觀性。只有擴大調研范圍、廣泛收集人員評估意見,才能減少評價誤差,從而客觀、真實地反映隸屬度。故設V =(v1,v2,v3,v4,v5)=(－2,－1,0,1,2),－2代表不安全、－1代表較不安全、0代表一般安全、1代表較安全、2代表安全。選取船長、輪機長、機務部部長、管理大管、值班大管5人和山東某高校專家5人對評價指標認證和打分,匯總各因素對應等級的頻率,再進行歸一化處理,所得數據即各因素等級隸屬度。1.2.3反模糊化處理

由式(1)所得B為模糊向量,不能直觀地顯示評價等級。目前,反模糊化處理的主要方法有最大隸屬度法和重心法。最大隸屬度法直觀顯示出評價等級,但是不能考慮到其他微小隸屬度的影響。而重心法可以彌補上述缺點,故本文采用重心法清晰化模糊向量。

令(不安全,較不安全,一般,較安全,安全)=(30,65,75,85,95),故設C =［30 65 75 85 95],可以得到評價量化值M為:

式中bi為模糊向量B的第i個分量。

2　安全評價指標體系的建立

以某國際豪華郵輪為研究平臺,該船舶2000年建造于德國漢堡,總噸位24 427 t、凈噸位10 096 t、設計航速27 kn、船長180.4 m、船寬25.5 m、載客量927人、船員353人。主機型號為WARTSILA 9L46C、功率為4×9 450 kW,控制系統為ABB。推進器為CPP×2,葉數為4、直徑為5 400 mm、材料為鎳鋁青銅。2.1安全因素影響分析

以“人－機－環境－管理”系統理論為基礎,對某國際豪華郵輪推進裝置分析?！叭恕奔慈藶橐蛩?主要包含輪機部船員;“機”即推進裝置因素,包含船舶主機系統、減速系統、推進器系統;“環境”即環境因素,主要包含航行環境、機艙工作環境;“管理”即管理因素,包含推進裝置管理、公司管理、海事職能部門管理。

1)人為因素。輪機部人員是影響推進裝置安全的主體。據該郵輪機艙人員配備情況及其個人職責,輪機部人員分為管理級、操作級、支持級等3個等級;任一級輪機部人員影響因子可以從綜合能力(綜合能力以個人學歷和所任職務時間長短的標度所得總分確定)、身心狀況(以在船上工作時間長短為標度)等2個方面體現。

2)推進裝置因素。該郵輪推進裝置由主機系統、減速系統、推進器系統組成(如圖1所示),共有單機單槳、雙機雙槳、三機雙槳、四機雙槳等4種工作狀態;其中四機雙槳工作狀態的安全性能最低。選取安全性能最低的狀態為評價點。故推進裝置因素的第一層指標可定為主機系統、減速系統、推進系統;主機系統的第一層指標為1#主機、2#主機、3#主機、4#主機;減速系統的第一層指標為1#離合器、2#離合器、1#減速齒輪箱、2#減速齒輪箱;推進系統的第一層指標為1#軸、2#軸、1#槳、2#槳。

3)環境因素。環境因素可分為航行環境和工作環境。航行環境包括航道、風浪、霧天、涌和流(對于該國際豪華郵輪安全的影響非常小故忽略不計);工作環境是容納人與機存在的場所,最主要的是機艙溫度對工作環境的影響。

圖1　推進裝置

4)管理因素。管理是公司、機艙、海事職能部門按照規章制度對船舶的管理。公司管理主要包括安全培訓、安全制度與監督、備件供應管理,但是安全培訓、安全制度與監督主要針對宏觀方面,對主推進動力裝置針對性較弱,所以選取備件供應管理作為公司管理的唯一指標;機艙管理包括安全操作、應急與維護保養計劃(簡稱計劃)、監督與考核;海事職能部門管理是PSC檢查。

據上述分析,建立某國際豪華郵輪推進裝置安全評價體系,如圖2所示。

圖2　郵輪主推進裝置安全評價體系

計算所得權重,如表1所示。

2.2確定隸屬度

某國際豪華郵輪輪機部配備輪機長、管理大管、值班大管、管理二管、值班二管、管理三管、值班三管、機工等共28人。冬季航線為上?！n國—日本,航行時間108 h。根據圖2所得各因素5個等級的隸屬度,結合推進裝置實際運行參數,請專家對各因素所處等級確定各因素的實際隸屬度。所得隸屬度如表2所示。

3　安全評價

3.1模糊評價計算

由表2可知,U11的評價矩陣

由表1知,U11的權重向量

表1　各層次因素權重表

由式(1)計算可得,U11的評價向量

B11=［0 0.033 0.067 0.300 0.600]。

同上可得:

B12=［0 0.033 0.133 0.367 0.467],

B13=［0.033 0.067 0.233 0.267 0.400],

可得U1的評價矩陣

表2　指標隸屬度

人為因素的一級評價向量

B1= A1R1=［0.007 0.041 0.127 0.321 0.515]。

同理可得推進裝置因素的一級評價向量

B2=［0.021 0.055 0.191 0.282 0.451],

環境因素的一級評價向量

B3=［0.022 0.100 0.378 0.422 0.078],

管理因素的一級評價向量

B4=［0.013 0.059 0.184 0.247 0.497]。

綜上可得:

由式(2)可得: M =85.73,M1=87.65,M2=85.35,M3=78.79,M4=86.24。

3.2評價結果及分析

由M、M1、M2、M3、M4的計算結果可知,推進裝置的綜合評價為較安全;人為因素、推進裝置因素、管理因素的評價結果為較安全;環境因素的評價結果為一般安全。

該郵輪以上海為母港,需要在黃浦江航行3 h,黃浦江船舶密集,對推進裝置的機動性、安全性要求較高。冬季中日韓海域為季風季節,據不完全統計2014－12—2015－03,共7次8級以上大風。船舶推進裝置無故障是大風浪天氣船舶安全航行的最重要條件。冬季長江流域經常是大霧天,影響駕駛員的視線,尤其是在長江的狹窄繁忙水道,船舶安全性隨之降低。機艙溫度平均為35℃,對于值班、巡艙影響較小,但涉及到主機的拆修等大型維修項目,對輪機部人員的工作影響較大。這是環境因素評價結果為一般安全的基本原因。

3.3提高推進裝置安全的措施

1)人為因素

根據隸屬度可以看出綜合能力整體較強,對安全影響較大的是身心狀況。目前該郵輪公司對于管理級、操作級、支持級員工的人數總和完全滿足需求,但是由于一些特殊原因,操作級和支持級的員工連續工作時間一般為12個月左右,故身心狀況的隸屬度相對較差。首先,該郵輪公司盡量將船員連續工作時間縮短為10個月左右,整體提高船員的身心狀況。其次,充分利用郵輪現有資源,提高生活質量。最后,在設計航次時,應考慮到連續幾個航次后,船員需要一天或幾天的停航休息。

2)推進裝置因素

選用四機雙槳的工作狀態意味著沒有儲備系統,安全系數最低。提高該因素的隸屬度,需要從3個方面進行。第一,需要嚴格按照要求操作推進裝置,尤其是加速和降速過程。第二,管理大管對推進裝置的維護與保養,需按照維護保養計劃嚴格執行。第三,值班輪機員和值班機工在值班時,應對燃油、潤滑油、冷卻淡水、海水、密封油柜等系統進行仔細巡查,尤其是大風浪天和對機動性要求較高的航行區域。

3)環境因素

提高環境因素的隸屬度應該從航道、大風浪、霧、機艙溫度等4個方面著手。航線設計應綜合考慮各方面因素,安全為首位。應該提前了解該區域內未來幾天內天氣,做到盡量規避大風浪、霧。機艙溫度根據通風量改變,對于工作能力下降的風機應該盡快維修,在靠港維修期間,可打開機艙門,增加進風量。

4)管理因素

對于推進裝置的安全管理,首先是機艙管理,其次是公司關于此裝置所需備件的供應,最后是PSC檢查。上海的備件供應全,PSC檢查要求高,故主要針對機艙管理提出改進措施。輪機長應加強對本部門人員監督和考核,督促各管理級輪機員嚴格遵從維護保養計劃和應急計劃,培訓與考核操作級輪機員的安全操作意識。

4　結語

基于簡單實用的原則,據“人－機－環境－管理”系統理論建立安全評價體系,以專家法為主確定各指標層的權重和隸屬度,建立模糊評價模型。該模型適用于多機多槳式船舶主推進裝置的安全評價,針對評價結果分析,為航運企業和機艙的安全管理提供了依據。但是該評價體系隸屬度和權重略有主觀因素,若能建立起船舶隸屬度函數數據庫,可以進一步提高安全評價的精度。

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(責任編輯:郎偉鋒)

The Safety Assessment of International Cruise Ship Propulsion Device

HOU Jiabin1,REN Wei1,SONG Chaojie1,XU Guangya2
(1.Maritime School,Shandong Jiaotong University,Weihai 264200,China; 2.Shandong Maritime Administration,Qingdao 266000,China)

Abstract:In order to improve the safety of cruise ship propulsion device,the research subject is based on an international cruise ship.In this paper,the fuzzy evaluation model and the safety assessment system are established.The weight and membership degree of all evaluation indexes are determined by the expert survey and evaluation grades of the propulsion device are calculated.In the end,some measures to improve the safety are presented.

Key words:cruise ship propulsion device; fuzzy evaluation model; evaluation system

作者簡介:侯甲彬(1990—),男,山東臨沂人,碩士研究生,主要研究方向為船舶電子電氣與輪機工程.

收稿日期:2015－05－20

DOI:10.3969/j.issn.1672－0032.2015.03.013

文章編號:1672－0032(2015)03－0060－08

文獻標志碼:A

中圖分類號:U464.1