鋁土礦海上運輸安全風險研究綜述*

吳建軍，金永興，胡甚平，郭云龍,2

(1.上海海事大學 商船學院，上海 201306；2.南通航運職業技術學院 航海系，江蘇 南通 226010)

0 引言

全球鋁土礦資源非常豐富，但分布極不均衡。我國正處于大規模城市建設和航空業大發展的重要時期，對工業鋁材需求量極大，進口鋁土礦成為重要的戰略物質。據中國海關統計，2016年我國共進口鋁土礦5 178萬噸。散裝貨船在大宗鋁土礦進口貿易中扮演著極其重要的角色。2015年1月2日，巴哈馬籍某蘇伊士型散貨船裝載46 400噸鋁土礦，在越南沿海遭遇大風和中涌，船舶大角度右傾最終極速傾覆，導致18名船員喪生。鋁土礦在運輸過程中液化已成為過去船舶事故的重要原因之一，這一原因已在過去幾年里造成超過80名海員的傷亡[1]。鑒于鋁土礦屬于特殊貨物，普通散貨船載運散裝固體鋁土礦的運輸安全除關注傳統散貨船安全營運問題，還需要聚焦其易流態特性在海上遠距離運輸過程中誘發的新問題。面對國民經濟建設的戰略需求物質的新業態，海洋航行環境的新挑戰，需要梳理鋁土礦海上安全運輸的技術和學術研究狀態，摸清流態化作用機理，突破關鍵技術，保障運輸的全過程安全。

本文基于40 a的國內外文獻，回顧和總結了載運鋁土礦的普通散貨船營運安全研究成果，評述易流態化貨物的船運技術和理論研究進展，分析具有易流態化特性的鋁土礦貨物運輸現狀和面臨的問題，聚焦當前鋁土礦運輸安全風險的研究動態，提出亟待攻克的關鍵技術及其可行性解決方案。

1 常見易流態化固體散裝貨物海運風險的研究現狀

1.1 主要研究對象

2011年11月9日交通運輸部發布的《水路運輸易流態化固體散裝貨物安全管理規定》明確了易流態化固體散裝貨物的定義，即本身含有部分細顆粒和一定量水分、當其含水率超過適運水分限時可能形成自由液面或固液兩相流動層的固體散裝貨物，并制定了共計55種“水路運輸易流態化固體散裝貨物”的目錄，主要涉及到銅礦類、黃鐵礦類、鋅礦類、鎳礦類、精鐵礦類、原礦、礦渣、陶土、銀鉛礦類、氟石和其他具有類似物理性質的貨物等，其中大部分是國際海事組織2008年通過的《國際海運固體散裝貨物規則》(以下簡稱IMSBC規則)中標記為A類的易流態化固體散貨。就目前國內外研究文獻而言，多以研究精鐵礦、鎳礦和高嶺土的易流態性為主，還有部分研究銅精礦、濕煤的海上運輸風險，還有個別研究機構將碎玻璃、瓷磚等可移位的固體散裝貨物視為A類易流態化貨物。

1.2 主要研究方法

1.2.1 船舶與海洋工程方法

易流態貨物運輸安全是一個系統工程問題。從船舶與海洋工程的角度，針對貨物特性進行船舶運輸安全工程研究，一直是主要的研究方向。側重于從船體結構力學入手研究，對易流態貨物運輸安全進行大量的實驗和數值模擬，也就是充分考慮物理屬性，采用縮尺或實尺度模型試驗、有限元分析等方法，研究事故中船舶結構力學問題，力圖揭示貨物流態化機理和致災機理。

2013—2015年交通運輸部開展了“易流態化固體散貨分類參數及分類方法研究”，結合船舶運輸的特點和多類固體散貨的屬性，建立了易流態貨物分類的新實驗方法研究了流態化貨物分類的實驗載荷標準及流態化機理。吳宛青等通過研究易流態化貨物海運主要航線狀況，核定船舶以大角度橫搖為主，根據實船型的加速度和頻率分布，利用體積波能理論進行振動臺試驗，對紅土鎳礦的振動進行了仿真模擬[2]。結合IMSBC規則深入解釋“流態化”的和闡述土體液化的機理，進行插入度實驗和動三軸數值模擬，確定了影響紅土鎳礦流態化的內因參數和影響規律[3]。還有，對液化鎳礦石在貨艙中的晃動進行數值模擬，基于計算流體動力學求解器和非牛頓本構方程，求得8個無量綱控制參數，并對晃動所致力矩的激發頻率/激勵振幅和深度寬度比進行了參數研究[4]。

1.2.2 安全系統工程方法

在多年來的船舶運輸安全系統研究中，安全工程學和安全管理學的引入、發展和創新一直是航運界的主流方向。1998年陳偉炯提出“人-機-環-管”MMEC模型[5]，是航海界實踐和科研必備的方法論和思維模式，該理念充分考慮人在船-貨運輸系統中的作用和地位，重視“管理”對系統安全的影響和作用。將船舶運輸安全系統進行全局系統性或者要素系統性研究，“人-機-管理”置于環境中研究散貨船安全問題成為航海科研的主流。以大風浪環境為研究對象，鄭中義等[6]研究干散貨船在大風浪這一特定環境要素系統的航行安全。隨著船舶建造技術和安全監管理念的進一步發展，研究視角逐漸由研究“硬件”(船舶)和“軟件”(管理)延展到船載“貨物”上，形成了“人-機-環-管-貨”等層次化要素劃分，打開了系統研究船舶全過程安全的新局面。馬曉雪等[7]對船載易流態化精礦粉的運輸風險進行了研究，通過辨識“人-機-環境-管理-貨物”等風險因子，揭示載運精礦粉事故的規律。船載貨物從“船舶”中剝離出來，成為船舶營運系統的細分子系統，該子系統與其他子系統存在復雜相關性，通過耦合作用最終表現為船舶營運行為的多種性態。

1.3 主要研究內容

1.3.1 貨物的含水量對船舶運輸安全的工程性影響研究

散貨船載運易流態化貨物產生事故的共因是貨物的流態化已成為國際航運界物的廣泛共識，其根本原因即是“高含水率”。2017年1月1日最新生效的《IMSBC規則》修正案》特別規定：

TML=λ*FMP

(1)

式中：TML為適運水分限(Transportable Moisture Limit)是指貨物安全運輸所允許的最大含水量，%；FMP為流動水分點(Flow Moisture Points)是指在規定的試驗條件下貨樣能夠達到流態的含水量百分比，%；λ為適運度，取值在80%～90%，因貨種不同有別。

嚴格要求船運含水量超過TML的易流態貨物必須采用特別建造的船舶或采用防止貨物移動措施。基于對鎳礦海運的研究，Shen Jiang等[8]貨物實際含水量必須低于TML才能防止貨物流態化。因貨物種類和細目不同甚至同種貨物產地不同，其TML都各有差異，因此必須設法科學合理確定TML的準確值。對于IMO推薦的測定貨物TML的葡式/樊氏試驗方法，王歡[9]利用航次模擬方法獲取代表船型的加速度，間接求取貨物的TML。澳大利亞的Munro, Michael C等人[10]也對葡氏/樊氏試驗法特別好感，提出進行適當的改進，經精鐵礦(Iron Ore Fines，IOF)適運水分限的實際應用，獲得2015版《IMSBC規則》接受并于2017年生效[11]。但在航海實踐中，船方往往不具備驗證貨物TML的實驗室條件，常用簡易摔罐實驗法進行輔助決策。張婷婷[12]對這種方法表示質疑，提出完善測試實驗方法以提高判斷易流態化貨物適運性的準確度。

貨物實際含水量，有2種情況：初始狀態為飽和或非飽和的確定狀態；裝船后和船舶營運中為時變狀態。

第一種情況下，若貨物含水量小于其適運水分限得以裝船運輸，且其初始飽和度在理想不變的情況下，仍有可能導致貨物在途液化。Wang, Hailong 等[13]特別對精鐵礦和砂土做了飽和度對比實驗，認為可以用可觀測的飽和度和貨物壓實度作為衡量貨物易流態化程度的關鍵指標，飽和度與貨物的抗液化率(liquefaction resistance ratio，LRR)具有負相關性，即非飽和貨物比飽和貨物的抗液化能力強，換言之含水量越高/越靠近飽和，就越容易液化。

第二種情況下，初始的飽和或非飽和狀態受營運過程的內外界因素干擾，貨物的含水量出現時變波動性。若初始為非飽和狀態，而且貨物實際含水量小于TML獲得裝船許可，在船舶營運中受天氣溫度和濕度的時變影響，貨物的實際含水量可能會超過安全值，船舶安全狀況就會變壞。Munro, Michael C.等人[14]在研究多起事故后，認為在船舶航行、貨物裝載和儲存過程中需避免貨物含水量變大。

換一個角度考慮，如果降低了貨物的初始含水量，拉開與TML的級差，也即是提高了貨物營運中的抗液化能力。因此在貨物生產環節可以采用先進工藝(物理方法)減少貨物的水分含量。為了兼顧貨物在堆場和裝船后的含水量過程控制，波蘭的Popek, M.[15-16]提出通過在精礦中加入可生物降解的熱塑性聚合物材料，從精鐵礦中的顆粒孔隙中吸收水分，防止精鐵礦在儲存和運輸過程中的滑動和轉移。土耳其的Altun, O.等[17]基于同樣的考慮，提出在精礦生產的過濾環節采用適用的化學助濾劑，能使不同礦物產品有效降低10～15%的水分且達到低于TML值的適運性。

1.3.2 貨物本質的物理屬性對船舶運輸安全的工程性影響研究

對于非“高含水率”的貨物也可能存在因貨物流態化致使船舶發生海難的情況，有學者認為學界除了繼續關注對貨物含水量的研究外，還應關注貨物本身的易流態屬性。該屬性是本身固有的和因水產生的復雜易流態化特性。

荷蘭的Van Paassen等[18]在使用IMSBC規則推薦的葡氏/樊氏測試、滲透法和流盤法測定了多種鐵礦樣品的TML時，發現此類方法并不能適用于所有礦石類型以及船上遇到的實際情況。不能僅僅基于這些試驗結果對流態化的風險進行定量化，還需要進一步研究貨物的滲透性、壓實性、保水性和貨物顆粒尺度分布。Munro, Michael C.[10]也提出不能僅靠控制TML來避免精鐵礦(IOF)的液化，還需進一步研究其物理屬性及船舶所處環境的復雜多變性。Munro, Michael C.[11]研究了精鐵礦孔隙比、干密度、飽和度和休止角的指標，發現在循環載荷影響下隨著含水量變化，貨物物理屬性也發生顯著變化。

周健等近5 a來針對精鐵礦，借助室內振動臺研究振動工況下礦粉流態化機理。分析了含水率、加速度、密實度等因素對流態化特性的影響[19]；研究了流態化過程中精鐵礦位移場、水分遷移以及顆粒運動規律[20]；研究了流態化演化過程中顆粒間及顆粒與水分間的相互作用，揭示了顆粒長軸方向、平均接觸數、平面孔隙率等演化規律[21]；利用室內振動臺模擬試驗從細觀的角度研究精鐵礦流態化的演化規律及內在機理[22]，并采用離散元程序對散裝精鐵礦在動力荷載作用下發生流態化的室內振動臺模擬試驗進行數值模擬[23]。這些工程性研究基于貨物的巖土屬性，還有待于充分考慮海上復雜的外界干擾以及船舶操縱影響。船舶航行于世界不同水域，環境的溫差和濕差都會對貨物屬性產生一定的影響，機器和風浪對船體產生的振動和搖擺會傳遞波動能量作用于艙內貨物，船舶在不同的營運情景中采用的航速航向和轉舵幅度對艙內貨物產生的二維傾壓力，需要進一步在真實的航海環境進行實驗研究。

1.3.3 易流態貨物的適裝性和船舶穩性對船舶運輸安全的工程性影響研究

目前運輸這種易流態化固體散裝貨物的船舶分2大類：普通散貨船和礦石船。

1)普通散貨船通常認為是小于12萬載重噸T-max的散裝貨船該類船舶貨艙橫剖面成棱形，能夠防止貨物移動進而確保穩性安全。在裝載密度較大的礦石貨物時，往往只能達到滿載但不滿艙，每個貨船都會出現嚴重的虧艙現象，并導致船舶整體重心很低，初穩性高度較大，搖擺加劇，進而容易產生艙內貨物表面變形，貨物移位，嚴重時導致船舶傾覆。

2)礦石船是超過12萬載重噸的專門用來裝載積載因數較小的大宗礦石貨物的散裝貨船。該類船舶貨艙由兩道縱艙壁將整個裝貨區域分隔成中間艙和兩側邊艙，在中間艙下部設置雙層底，中間艙裝載礦貨，兩側邊艙作壓載艙；具有特別高的雙層底。該類船舶載貨后具有較好的穩性，搖擺度較小，艙內貨物即使在較大橫搖作用下依然會受阻于兩道縱艙壁不會產生較大橫向移位，進而提高了運輸安全度。盡管如此，40萬載重噸的超大型礦砂船在設計時仍要對貨船局部結構加強以應對礦砂液化對結構安全的不良影響[24]。

由于普通散貨船和礦石船的特點鮮明，根據易流態化貨物產地和需求地不同采取差異化配載不同噸位的船舶承運。鎳礦、精鐵礦、鋁土礦等易流態化固體散貨海運實踐中，多采用大靈便型以下的普通散貨船運輸。因該類船舶不具有礦砂船專門針對重貨的結構設計，以至于貨物的易流態化特性為該類承載運輸帶了很大的航行風險。針對鎳礦運輸船多發事故的迫切需求，日本船級社在2009年開始進行自主研發鎳礦石的物理特性，于2011年研發出世界上第一個鎳礦石運輸船所需的船體結構和穩性要求，并在2012年3月公布作為海運業鎳礦石安全運輸準則的一部分，并被巴拿馬和日本政府批準，贏得了INTERCARGO以及航運業更廣泛的認可[25]。

對于普通散貨船用以載運易流態化貨物，需要進行相應的改造才能削弱其風險等級。學術機構、船級社和船廠近年來也將優化船舶特性作為研究熱點。如王祎博[26]剖析了礦石船與普通散貨船的區別，對不同含水量及流態程度的鎳礦分類，研究其對船舶穩性的影響，但未能完整地對流態化應急處理進行理論計算和深入的分析；葉安章[27]探討了普通散貨船裝載易流態化礦石的可行性，至少需滿足船舶穩性、承載力和貨物屬性的相關要求。針對貨物可能流態化對船舶穩性安全產生威脅；陳倩等[28]通過實驗手段研究了散貨船液艙對船舶安全的影響，提醒業界重點關注有效晃蕩長度、有效晃蕩寬度和構件尺寸；黃浩等[29]進一步研究了流態化貨物艙室的改善方案，提出運用活動艙壁作為載運鎳礦的制蕩艙壁能夠有效提升運輸安全；蔡文山等[30]則通過研究均艙裝載和隔艙裝載2種工況，仔細驗算液化鎳礦砂的晃蕩移動引起的偏載和橫傾累積效應，提出添加縱艙壁或隔艙裝載計劃來減小橫搖幅度。對于這種改造船舶安裝縱艙壁的方法，吸納了礦石船的優點，但也暴露2個不足：增加的艙壁材料重量會損失較大的船舶載重能力；改造費用較高(RINA在2011年已研究成功并用于實船改造[31])，難以推廣。

貨物液化后對船舶穩性的影響也是研究熱點，張杰[32]選取貨物特性、液化原因、大風浪船舶穩性、液化后的自由液面和貨物移動等重要因素研究靈便型散貨船載運鎳礦穩性；保加利亞的Andrei, Cristian[33]通過研究散裝貨物液化對船舶完整穩性的影響，提出了度量貨物液化所致船舶傾側力矩和液化所致貨物移位概率的方法；JU, Lei[34]對不同振幅/頻率和貨物的初始飽和度進行時域特征分析，預測貨物的液化及其對船舶穩性的影響；羅馬尼亞的Lamba, D.[35]提出采用單向液態結構作用方法(One Way Fluid-Structure Interaction)對液體與結構間的相互作用建立模型，進而獲取貨物液化引起的船舶彎曲力矩以及貨物斷層可能性，模擬裝貨的不同階段來計算船舶的穩性；Wang, Honggui[36]則詳細分析貨物液化后船舶穩性下降的原因，分析不同的應急響應措施對提高船舶穩性的貢獻度，強調船長和海運操作相關人員以及相關規則規范的作用。

1.3.4 船舶作業所處的自然環境對船舶運輸安全的工程性影響研究

經過對很多其載運易流態化貨物的船舶事故分析研究，除了大多含水量較高外，大多在事故前都遭遇了惡劣的天氣和海況。其實很多載運易流態化貨物的船舶很多航次的貨物含水量低于TML被許可開航，但最終在環境作用下還是沉沒全損。經過多重比對研究，發現船舶所處的自然環境(尤其是天氣和海況)對船舶安全的影響非常明顯，學者們針對環境對船舶的載荷進行了縝密的實驗研究。

周健等[22]利用空心圓柱扭剪儀產生豎向—環向耦合循環荷載，通過模擬波浪荷載的垂向作用，對動應變、動強度和孔隙水壓力變化曲線進行分析，揭示含水率、動應力和振動周數等內外因對精鐵礦動力特性的影響。該研究表明，在航線環境已定的情況下，船載貨物的含水量是影響其動力特性的關鍵因素，實際含水量一旦超過其臨界含水率，即使只遭受較小的振動或波動、但在足夠長的振動時間內，貨物會形態產生極大破壞，反應在實船上，則貨物由固態變為顯著流態，進而導致船舶失事；荷蘭的Meijers, Piet等[37]研究了橫向的載荷效應，對砂土施加循環載荷產生超孔隙水壓力，壓力大小受到耗散率和加載累積作用時間的影響。表征在船舶受橫向波浪的持續搖擺擠壓，顆粒間的空隙壓力持續波變，最后大量水分析出形成橫移的水層導致船舶大角度橫傾甚至傾覆；金允龍等近5 a來基于船舶搖擺工況做了深入的研究；王惠等[38]通過建立載有液化礦砂的三維貨艙數值模型研究貨艙晃蕩時礦砂液面、壁面載荷以及貨艙橫搖力矩的變化規律等，利用橫搖實驗驗證液化礦砂晃動機理及其危害；管陳等[39]通過裝載鎳礦砂貨艙模型的六自由度運動平臺試驗，通過測量液化鎳礦砂產生的動態傾側力矩，探究鎳礦砂偏載的致因，揭示了鎳礦砂液化的演變機理；蔡文山等[30]對均載和差載工況下鎳礦砂液化晃蕩與船體橫搖運動的耦合問題進行了模型試驗和數值計算研究[40]；Ding, Jun-Hong等[41]采用ALE有限元方法模擬船艙既定裝載率和運動狀態下的液化礦粉晃動及其對艙壁的沖擊現象。

1.4 主要研究結論

在易流態貨物船舶運輸安全理論研究方面，多數研究以探索貨物流態化的機理為主，這些研究主要呈現出以下幾類液化機理。

第一類是貨物自身黏性特性與船舶安全的耦合模式。鄒友家提出：黏性流體在艙內的運動與船舶的搖擺運動不一致，形成單舷側堆積導致鎳礦運輸船傾覆[42]；黏性液體移位引起剪切應力喪失或傾側力矩劇增致使船舶傾覆或沉沒[43]；黏性流體的橫向慣性力長時間遠大于流體的剪切阻力時，船舶的橫穩性迅速消失導致船舶傾覆[44]。王惠等提出：貨艙內黏性礦砂的流動滯后于貨艙的橫搖運動，貨艙橫搖力矩的變化與貨艙運動相位滯后，貨艙處于最大晃動角度后返回到平衡位置的過程中滯后特別明顯；傾側的液化礦砂在貨艙回搖過程中不能及時回流，在一側堆積，進而增加船舶傾側力矩，若船舶的復原力矩不足以抵御傾側力矩的持續增大，最終會導致船舶傾覆[38]。

第二類是貨物自身含水特性與船舶安全的耦合模式。周健等提出：含水率是影響精鐵礦流態化發生的關鍵因素且存在含水率臨界值；而加速度對含水率低于8%的精鐵礦基本無影響；密實度的增加能夠減緩精鐵礦流態化演化歷程，但不能阻止流態化的發生[19]；貨物流態化演變過程表現為水分遷移，宏觀表現為水液面上升[21]；在動力荷載作用下，精鐵礦細顆粒沿著粗顆粒孔隙向下遷移和顆粒表面水下落匯集形成水膜后向上流動[20,23]。

第三類是貨物易流態效應與船舶安全的耦合模式。歐義芳等提出貨物表面的自由液面疊加貨物內部的泥石流效應導致船舶快速傾覆[45]；趙月林等提出初始很小的移動導致船舶橫傾，疊加船舶受風流浪外界干擾，橫傾加劇進一步加重了船舶流動，多種效應的疊加最終使船舶傾覆[46]。

2 鋁土礦海上運輸安全風險研究現狀

鎳礦、精鐵礦等易流態化固體散貨海運是現實中主要的實踐。鋁土礦在復雜條件下也具有相似的流態化屬性。鋁土礦一般由較大顆粒(直徑為2.5～500 mm，占比70%～90%)和細小粉末(直徑小于2.5 mm，占比10%～30%)組成，具有較強的親水性，是不可溶性次生礦物。鋁土礦常規水含量不大于10%，常態為固態，使用普通散貨船裝載時，因鋁土礦自身屬性和航行海洋環境的復雜影響，容易發生貨物液化，進而形成流態化的鋁土礦，從而在船舶復雜搖擺下，出現“流動液體”的現象，對船舶航行安全極為不利，嚴重時導致船舶傾覆。

早在1978年就有關于散裝鋁土礦的遠洋運輸安全問題的研究[47]，初步探討了高效的鋁土礦裝卸設備和運輸船舶型號的發展變化。日本的Miyazawa, Masaru等人[48]在1986年就根據澳大利亞東北沿海淺水區的特點，通過阻力、自推進、尾流測量和空化試驗等模型試驗，設計開發基于淺水水動力效應的鋁土礦專用運輸船；2011年巴西的Portella, Ricardo B.等人[49]將“single-pour, single pass”排水裝貨同步的創新理念應用在8萬載重噸的鋁土礦運輸船上，減少在單艙裝貨期間對船體結構產生的不可接受的應力疊加，確保船舶營運中的結構安全。

多個國家和國際組織也對鋁土礦問題進行深入研究取得了一定的進展。我國一向履行國際標準化組織建立的鋁土礦標準(如ISO 8685:1992鋁土礦取樣程序和ISO 9033:1989鋁土礦散裝料水分含量的測定等一系列標準)，并將其標準國內化。2015年9月，國際標準化組織任命中國擔任ISO/TC79/SC12(鋁土礦石)國際標準化分技術委員會秘書國，制定鋁土礦的相關國際標準，為我國鋁土礦國際貿易和國際航運安全產生了相當話語權。澳大利亞、巴西、中國、馬來西亞、馬紹爾群島和波羅的海國際航運公會(BIMCO)于2015年10月聯合向國際海事組織貨物與集裝箱運輸分委會提交CCC2/5/21和CCC2/5/22 2個提案，呼吁對海運固體散裝鋁土礦可能流態化的屬性進行仔細評估，以促進海運安全。2015年國家自然科學基金青年科學基金資助了“基于抗剪強度理論的船運鋁礬土流態化機理及適運性判斷新方法研究”，針對鋁礬土的物理屬性，從土力學的抗剪強度入手研究鋁礬土的流態化機理。

3 鋁土礦海上運輸風險的研究展望

當前研究易流態化貨物海運安全的工程性手段多采用動三軸剪切儀、空心圓柱扭剪儀(HCA)、室內振動臺、六自由度運動平臺等進行物理實驗，或借助水動力軟件等軟件進行數值模擬。航海界基于船舶營運的長期實踐對散貨船安全進行不斷的績效總結和事故反思。如李開榮[50]、雷海等[51-52]對航海實踐中遇到貨物流態化危險提出了技術控制措施和商務規避手段，總結了析出的水分對船舶穩性的影響規律；歐義芳[45]從技術操作層面對易流態化貨物進行了分析；葛圣彥[53]結合多起事故找出了共因，提出了易流態化貨物海運的安全操作措施。但很少基于一線實船數據進行真實試驗。

礦石產品海上長距離運輸是實踐性非常強的行業，對易流態化貨物導致船舶發生海難的機理研究，可深入航海一線、獲取第一手資料，通過工程化手段進行深度研究，才能為減少航海事故、提升海運品質提供基礎理論保障。

3.1 進一步健全鋁土礦海上運輸監管機制

3.1.1 廓清鋁土礦含水量的控制標準

IMSBC規則根據其物理化學特性將海運礦石產品分列為A，B，C 3類，其中A類為易流態化貨物。鋁土礦在IMSBC規則中列為C類。在實踐中，未被列入A類貨物的鋁土礦在海運實踐中仍具有較高的含水量，船舶運輸安全影響明顯。若不按A類貨物進行監管則具有較大的海運安全風險。但若按照IMSBC規則的要求，將該貨物參照C類普通散貨進行裝船運輸，風險增加。林映珊[54]研究了通過分析國際規則和國內法規關于貨物品名的不同規定，厘清了貨物的易流態化特性及其適用性，以此來剖析載運高含水量貨物船舶的傾覆事故的法律問題。

當前對鋁土礦的海運安全監督，往往還是采用2種模式：其一是按照常規貨物歸屬(C類)監裝監運；其二是從嚴控制，采用A類易流態化貨物的控制標準嚴格監裝監運。對第一種模式，就現在易流態化事故多發的形勢而言，的確不符合貨物安全運輸的海事監管要求。國際海事組織曾建議船長根據經驗和相關證書文件判斷若承運該易流態化貨物不能確保本航次的絕對安全時，可以拒載；若已承運可以采取任何確保本船安全的措施以規避危險。對托運人和承運人而言，較為公平公正的客觀依據是實際含水量與適運水分限的大小。

業界有一種觀點認為：通常情況下含水量在8%以下是安全的，18%以上則極度危險，居間含水量的貨物須采取縱向隔艙措施或用特殊設計的專門船舶運輸。在“Bulk Jupiter ”輪發生事故后，有些船公司甚至主管機關對鋁土礦“談虎色變”，武斷地要求將含水量超過 10% 的鋁土礦按照 A 組貨物進行管理。1997年，MRN提出一種新的物理方法進行工藝創新改良生產鋁土礦，改變了常用的加溫干燥法降低水分，通過降低昂貴干燥劑的使用比例，既降低了成本，又確保鋁土礦滿足不高于12%含水量的硬指標。以上3個含水量標準都是海運實踐中的真實做法，但都缺少科學和法規依據。都不太適用于當前的鋁土礦的運輸，8%含水量當然符合安全標準，但超過8%不一定不符合標準，這一標準勢必會導致船貨雙方的利益沖突，不利于此類貿易的順利進行。若以12%為控制標準，顯然控制標準太過寬松，不利于海上運輸的安全。煙臺海事局從做過連續3個月的鋁土礦運輸船舶的跟蹤調查，平均含水量約為13%，來自印度的鋁土礦含水量在 10% 左右，東南亞(如印度尼西亞、馬來西亞等)一般在14%～15%，個別甚至超過18%[55]。如此來看，這些含水量超過控制標準的鋁土礦依然安全運輸到港。即使鋁土礦按照A類易流態化貨物進行監管，規定了其適運水分限，并非每條船舶承運實際含水量高于適運水分限的貨物都導致船舶傾覆或沉沒；也并非船舶承運實際含水量低于適運水分限的貨物都安全到達目的港。

因此，僅僅將實際含水量與適運水分限的關系作為船舶承運鋁土礦的參考標準需要進一步推敲。科學的確定不同狀態下鋁土礦的流動水分點或者適運水分限量就顯得很重要。有必要引入風險決策解決安全運輸問題，明確處在臨界水分甚至超出適運水分限的貨物裝船的初始風險水平，并對營運中風險水平進行預報。

3.1.2 創新鋁土礦含水量檢測方法

目前，一般使用流盤法和插入度法檢測貨物流動水分點。但流盤法適用于顆粒最大直徑為1 mm 的精礦或類似其他顆粒物質；插入度法適用于顆粒最大直徑不超過 25 mm 的物質，鋁土礦系原礦，由大小不等的塊石和黏土狀顆粒組成，目前使用的檢測方法難以準確地檢測鋁土礦流動水分點，也就無法保障鋁土礦的運輸安全。應根據鋁土礦的特點，基于實驗室測定含水量的技術方法，開發適用于海上運輸實際的便攜式快速現場檢測儀。

3.1.3 明確鋁土礦的組別

雖然在《IMSBC規則》中鋁土礦被劃為C組不易流態化的貨物，但是《IMSBC規則》描述的鋁土礦含水量一般不超過10%。而實際運輸中，因供求關系等因素影響，交付運輸的鋁土礦出現了含水量超過10%的現象。應準確理解《IMSBC規則》對“易流態化”和“不易流態化”的定義，清晰描述鋁土礦運輸中產生的流態現象，避免只因產生自由液面就錯誤套用易流態化貨物的監管體系，肆意擴大易流態貨物的范圍，增加管理成本，加重船員心理負擔。另外，對鋁土礦的組別再建，需要遵守《IMSBC規則》嚴格的分組管理程序，需要起運國、卸貨港和船旗國主管當局共同商定臨時適運條件。通過大量的實驗室試驗和海上實踐，構建鋁土礦的含水量與流態化特征的數值關系圖譜，科學界定鋁土礦的組別，形成多層次的基于含水量的鋁土礦分組體系，進而采用不同的運輸安全控制措施。

3.2 強化鋁土礦與散貨船的耦合機理研究

當前采用工程化手段研究易流態化貨物海運安全問題的主要思路是將易流態化貨物置于船舶所處的航海環境中，考慮了海浪對船體的橫搖作用，進而研究貨物在這種橫向載荷下的性態。但都忽視了船艙中的貨物還時刻受到波浪對船體的縱向和垂向激勵，還有即使風平浪靜時仍然一直存在的船體的振動干擾。

因此應加強對船載貨物在復雜搖擺和振動條件下的性態時變監控，通過刻畫波浪載荷下船載鋁土礦的搖擺功率譜，闡述鋁土礦二維空間水平運動特性；通過振動激勵下船內鋁土礦垂向運動特性的定量表達，闡明鋁土礦與散貨船的耦合作用機理。為貨物承運、營運過程以及卸船作業提供堅實的理論支撐。通過對鋁土礦海運的大量實船數據，監測其理化屬性，建立不同黏性狀況下，貨物整體流動規律建模。從細觀/中觀角度，對鋁土礦粒配特性與其流動堆積效應進行刻畫。采集鋁土礦樣品，采用含水量多變模式，多重實驗船舶搖擺規律，揭露水分和礦石的差異運動規律。從貨物運輸學角度，對大量貨物側移進行數學建模，構建船舶復雜海況下的自平衡方程式，通過解構詮釋失衡機理。

3.3 開展鋁土礦船舶運輸的過程風險研究

全過程風險的理念貫穿于船舶營運過程的始終。對鋁土礦海運的全過程多環節多階段的風險開展全面風險管理。

從攬貨、驗貨、監裝、開航、航行照看、卸貨等環節加強風險辨識。例如，對貨物裝船前的風險預控環節，需要嚴格管理鋁土礦的取樣工作，對分船運輸、分批次集港集中裝運以及水上轉駁貨物的取樣工作分別進行規范，嚴格按照要求取樣，切實保證樣品的代表性和檢測結果的準確性。通過風險評估衡量各環節的風險度，參考建立的風險衡準進行風險決策，對過程中的風險達到實時風險預報，一旦出現風險事件立即開展應急響應和處置，對風險后果加強風險溝通并做出風險改進。例如航運公司通過建立安全管理體系確立“散礦運輸的特點及注意事項”等管理程序，列入“船運裝運精粉礦須知”等，定期發布“安全通告”，關于易流態貨物運輸過程中可能出現的險情，提出有效的風險控制措施。承運船舶則積極開展裝運易流態化固體貨物的專項演練，在裝該類散貨前進行抽水試驗、污水管系氣密試驗，提高船舶在營運中對易流態化貨物風險的預控能力，保障船舶航行安全。只有通過全面風險管理才能為全面質量管理奠定基礎，實現安全、保安、清潔、高效的航運服務。

3.4 建立鋁土礦海運安全風險的信息化管理平臺

在當下國際海事組織力推的“e-航海”和“智能船舶”戰略浪潮中，鋁土礦等易流態化貨物運輸應順應國際航運發展新趨勢，加強鋁土礦貨物的海運物流鏈的信息化建設是當前對該類貨物監管的新思路新探索。通過對遠程鋁土礦選礦信息，場內運輸/駁船運輸，堆場晾曬，樣品檢測和裝船操作等船舶開航前的基礎信息采集，船舶在航中的環境和貨物信息的傳感器數據實時傳輸，以及船舶操縱數據的不管更新，基于船上信息化管理平臺和岸基遠程監管平臺對鋁土礦海上運輸安全風險進行實時顯示，并結合近期天氣和海況預報以及航線特點進行短期風險預報。實現單船鋁土礦運輸風險的信息管理智能化。

4 結論

1)散貨船承載易流態化固體散裝貨物的海運風險研究一直是航運界關注的熱點。主要研究方法主要可分為2類：船舶與海洋工程方法和系統安全工程方法。針對貨物含水量及其本質物理屬性、船舶的適裝性和穩性、船舶所處自然環境、船舶營運實踐等4個方面，目前研究比較深入，取得重要成果。但真正能用于航海實踐中去的理論指導還很缺乏。在易流態化貨物以及鋁土礦的運輸中，一部國際海事組織《IMSBC規則》和交通運輸部《水路運輸易流態化固體散裝貨物安全管理規定》的約束往往達不到對安全運輸行為的全面指導和規范，還需要更具體、更深入、更詳細的探討，以找出更安全的解決方案。

2)現有的文獻研究和實踐表明，鋁土礦未被官方正式列為“易流態化貨物”，正是基于鋁土礦的物理特性復雜，流態化機理不清，檢測方法不準，由此帶來的運輸風險明顯較高，風險管控措施和應急響應不強。因此需要在理論和應用基礎層面深入研究，尤其迫切的是在以下3個方面健全鋁土礦海上運輸監管機制：廓清鋁土礦含水量的控制標準、創新鋁土礦含水量檢測方法、明確鋁土礦的組別，并從學理上強化鋁土礦特性與散貨船安全效應的耦合作用研究，開展鋁土礦船舶營運的過程風險研究，進一步實現鋁土礦海運安全風險管理的智能化。

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