北部灣海域中小型散貨船抗風能力分析

李國寅 孫夏云

隨著北部灣經濟圈的活躍，該地區航運業得到了持續的發展，大量船舶頻繁地進出北部灣各個港口，而這些船舶以中小型散貨船居多。海上復雜多變的天氣條件時刻威脅著航行的船舶，由大風浪造成的船舶事故時有發生，其中絕大多數船舶類型為3 000 總噸以下的中小型散貨船。因此，十分有必要對北部灣海域中小型散貨船抗風能力進行安全評估分析。

一、風級的劃分

風是表示空氣水平運動的物理量。級是風力等級的簡稱，用以表示風強度。根據我國風力等級國家標準，以標準氣象觀測場10米高處的風速大小將風力等級劃分為18個等級[1]，詳見表1。

二、大風天氣對散貨船航行安全的影響

（一）大風對船體的影響

船舶在大風中航行時，船體會受到大風的壓力和海浪的拍打、沖擊。風壓、浪擊使船體不同部位承受外有應力，同時貨物、設備移位及形成的自由液面會對船體內部結構產生影響。船體的結構受損時，破艙、進水等險情的發生就不可避免了。

表1 風級

（二）大風天氣對船舶設備的影響

船舶在大風中航行時，由于波浪的阻力增大，船舶的主機很容易進入超負荷工作狀態，各個機電設備負荷也隨之增大，同時伴隨船舶的前后搖晃、左右顛簸，船上各種設備可能受損。船舶在大風中航行時，甲板上浪嚴重，船體受到波浪劇烈沖擊和甲板上涌浪的影響，常用的機械設備易受損，甲板上未綁扎系固好的機械設備更可能會被涌浪沖走，給船舶航行安全造成難以預料的威脅。

（三）大風天氣對貨物的影響

散貨船裝載的貨物絕大多數為散裝貨物，而散裝貨物大都具有流動性，在船舶左右搖晃、前后顛簸劇烈搖擺時，貨物會在一定程度上產生流動現象，特別是易流態貨物，貨物流態化后更導致船舶的穩性降低，當艙內進水后，艙內貨物的移動甚至會導致船舶傾覆。散貨船載運件雜貨時，如果所裝貨件未采取任何綁扎固定措施，且貨件與貨件之間、貨件與艙壁之間未填塞必要足夠的襯墊物，船舶受到大風影響劇烈搖擺、振蕩后，貨物發生移位會造成貨件與貨件之間擠壓、撞擊，以及貨件與艙壁碰撞，導致貨物移位、船體受損，影響船舶航行安全。

（四）大風浪對船員的影響

船舶在大風中航行時，左右搖晃，前后顛簸，劇烈搖擺，會使人產生暈船的感覺。如造成過大的動傾角，還會影響人的運動能力，嚴重時還會降低船上工作人員的反應及應變能力，從而誘發事故。

三、理想狀態下的解析

《2008年國際完整穩性規則》中明確了每一船舶承受橫風和橫搖的綜合效應的能力，是按照每種標準裝載狀況進行證實的。但由于每艘船舶的實際參數并不一致，其每種標準裝載狀況也不一樣，這就導致針對不同的國際航行散貨船目前尚不存在統一標準的理想解析。

國內的船舶檢驗機構目前僅在客船、客渡船、滾裝客船上明確檢驗出船舶的抗風等級，其余船舶的抗風等級是沒有明確標注的。3 000總噸以下的國內航行散貨船均為沿海航區船舶，依據《國內航行海船法定檢驗技術規則》等法規中的數學模型，再通過航區、風類、風速梯度及氣象衡準等一系列的修正換算，可進行數學解析如下：

（一）風壓與風速的關系

《國內航行海船法定檢驗技術規則》中風壓與風速的關系仍然使用空氣動力學的公式，只是附加了對船舶形狀的修正系數，使之成為：

其中：P為風壓，kg/m2；Cs為船舶形狀修正系數，一般取Cs=1.2；ρ為空氣的密度，取15 ℃的ρ=0.125 1 kgs2/m4；V為風速，m/s。

將確定的參數值代入式（1）并更換風壓單位，其風壓與風速的關系可以簡化成：

由式（2）可以得到：

（二）風壓、風速及風速梯度的關系

《國內航行海船法定檢驗技術規則》中所設定的風壓標準P，其大小根據航區以及船舶受風面積中心距離海平面的高度而定，其中風壓中心是距離海面高6米的，沿海航區風壓為356帕。而《國內航行海船法定檢驗技術規則》中風速標準Vt是以距離海平面6米高處的突風風速作為標準。該標準可以由《國內航行海船法定檢驗技術規則》中設定的風壓進行反推，即可求出《國內航行海船法定檢驗技術規則》中各航區所設定的風速標準Vt為22.0米/秒。

即使同一類航區，隨著風壓中心高度的變化，風壓取值也不盡相同。這是因為空氣是黏性流體，在同一時間內，不同高度處空氣流動的速度并不相等，風速沿垂向分布呈現梯度變化，其梯度分布系數ki為：

其中：Vi為距海平面不同高度處的突風風速，m/s；Vt為《國內航行海船法定檢驗技術規則》設定的距離海平面6米高處標準的突風風速，m/s。

將式（4）中的風速Vi、Vt用式（3）的形式代入，可以進一步導出：

其中：Pi為沿海航區不同高度處的風壓；P6.0為沿海航區距離海面6米高處的風壓。

用式（5）可以反推出《國內航行海船法定檢驗技術規則》所采用的風速梯度分布系數，見表2。

表2 《國內航行海船法定檢驗技術規則》所采用的風速梯度分布系數

（三）標準風速與天氣預報風速、風級的關系

氣象臺是以蒲福風級為標準進行海上風級預報的，風級N=10（logV+0.778）/1.5，V為海平面以上10米高處的平均風速。

由于天氣預報的陣風風速是距離海平面10米高的突風風速Vz，由表2風速梯度分布系數可以推算出天氣預報陣風風速Vz為：22.0×1.017=22.3米/秒[3]。

而目前我國天氣預報的風級與風速的關系見表1，將沿海航區所對應的陣風風速Vz，通過用公式換算及對天氣預報風級的最大風速進行插值，可以得出滿足《國內航行海船法定檢驗技術規則》穩性的船舶可抗天氣預報陣風的風級，如表3所示。

表3 滿足《國內航行海船法定檢驗技術規則》穩性的船舶可抗天氣預報陣風的風級

（四）注意事項

該預報只能針對滿足《國內航行海船法定檢驗技術規則》的船舶，對于滿足其他穩性規則的船舶不適用。而且對于穩性滿足《國內航行海船法定檢驗技術規則》的船舶，不再考慮氣象衡準數K的大小而籠統進行的解析。這是《國內航行海船法定檢驗技術規則》等法規中數學模型對沿海航區的船舶預先設定的可抗陣風的風級，是解析值的結果，雖然理論上可抗上述陣風級別，但在氣象條件比較復雜的海況下，實船的穩性安全仍需考慮更多其他因素。

四、目前存在的問題

在海事實際監管工作中，我們發現中小型船舶在5～7級風天氣下發生碰撞、擱淺等小事故屢見不鮮，嚴重時船舶側翻、沉沒等一般等級以上事故也時有發生，分析發現主要有以下幾個方面原因。

（一）人為因素

1.船員的素質參差不齊

現有中小型散貨船舶的船員大多來自經濟比較落后的地區，船員教育水平較低，加之船上的特殊環境，學習氛圍不夠，后天的學習跟不上，船員素質逐漸降低。另外，隨著國內經濟水平的不斷發展，船員工資也就不顯得十分有吸引力了，優秀船員脫離船員崗位，低水平船員未見減少，相對而言水平較差但是可以接受較低工資的船員的比例增大，導致船員素質整體下滑。

2.船員的安全觀念淡薄

船員素質差，就容易工作責任心不強、安全觀念淡薄。在實際航行中，船員中存在不遵守操作規程，不落實安全防范措施，不按照規定航速行駛，不按照避碰規則避讓，在惡劣氣象情況下罔顧安全、冒險開航的現象。這些都容易導致海上交通事故的發生[4]。

3.船長的權利缺失

中小型沿海航行貨船隱形登記行為普遍存在。大量隱形登記船舶使船舶的安全和防污染管理實質上是由船東進行操作。船東越權指揮，導致公司的體系執行不到位，公司的各項安全管理制度無法在掛靠經營管理的船舶上得到實際落實。船長不能行使管理級人員的權利，而僅僅是作為一個打工仔存在。

（二）船舶因素

1.船舶情況相對較差

與萬噸級以上的大型船舶相比較，大部分中小型散貨船船況較差，會在消防、救生、通信、防污染、信號設備及結構密性上出現諸多缺陷。很多公司在目前航運市場不景氣的情況下，不能保障正常的船舶安全投入，直接體現為船舶維護保養經費縮水，日常不按計劃進行維護保養。

2.配員不足

船員工資占據了相當大一部分船舶營運成本。在海運運費低迷時期，為降低營運成本，中小型散貨船可能會在船員身上打主意。部分船舶存在配員數量未達到最低安全要求、人證不符、船員證書失效等現象。一旦船舶配員不足，船員的身體健康狀況、精神狀況、休息情況就有可能得不到保障，思維和判斷能力受到影響，容易誘發事故[5]。

3.船舶應急準備不足

船舶日常沒有按要求開展應急演練，應急處置能力差。一旦遇到實際風力大于預報風力時，就會發生船長對緊迫局面估計不足、船員準備不足、船舶未采取特別防范措施等現象，容易導致事故。

（三）環境因素

目前，全世界各氣象機構都不能保證所預報天氣100%準確。海上大風的起止時間、實際風浪情況有時不能保證足夠精確，一旦發生實際風力遠大于預報風力而船舶未有足夠準備的情況，船舶就會面臨很大的危險。

（四）航運公司管理

1.航運公司對安全管理不到位

通過建立安全管理體系，航運公司在船舶管理、船員管理等方面都作出了明確的規定，但中小型船舶公司限于管理資金少、管理人員人手少，實際執行與體系相比往往存在“兩張皮”現象。部分船舶為掛靠公司管理，船東與船公司簽訂的“委托經營合同”有時只是一紙空文，一些公司“代而不管”，加上有的船舶長期在外經營，“代而管不了”，航運公司安全管理不到位問題突出。

2.船岸溝通不暢

公司的安全管理落腳點在船舶，要想達到科學地組織、指揮、協調和管控船舶，就必須持續保持良好的船岸溝通。許多中小型船舶得不到足夠的岸基支持，甚至很多船長、輪機長并不知道公司海務、機務的聯系方式，船舶和岸基缺乏溝通聯系，安全管理沒有形成合力。

五、安全評估分析

國際上，《2008年國際完整穩性規則》中關于綜合效應是按照每種標準裝載狀況進行驗證的，由于每艘船舶的實際參數并不一致，其每種標準裝載狀況也就會不一樣，這就導致針對不同的國際航行散貨船目前尚不存在統一標準的理想解析。

國內的船舶檢驗機構目前僅在客船、客渡船、滾裝客船上明確檢驗出船舶的抗風等級，其余船舶的抗風等級是沒有明確標注的。理想狀態下的解析中，國內航行中小型散貨船均為沿海航區船舶，依據《國內航行海船法定檢驗技術規則》等法規中的數學模型，再通過航區、風類、風速梯度及氣象衡準等一系列的修正換算，在不考慮氣象衡準數K的大小的前提下，可解析得到國內航行中小型散貨船可抗天氣預報風力8級。但受目前國內航行中小型散貨船舶普遍存在的人、船、環境、管理方面的問題影響，其理想狀態是很難達到的，直言其抗風等級有8級也是不合適的。本文計算的中小型散貨船抗風等級也只能供船長參考，實船的安全更需要依靠船長對實際的準確判斷以及良好的航海技藝來保障。