《海上自主水面船舶試驗指南》研究

孫 旭，蔡玉良

（中國船級社科創試驗中心，北京 100007）

0 引言

隨著人工智能、物聯網、大數據、數字孿生、虛擬現實等前沿技術與傳統船舶功能的深度融合，海上自主水面船舶技術駛上了發展的“快車道”。以智能航行、智能機艙、智能能效管理、智能貨物管理、智能集成平臺[1]等系統為代表的海上自主水面船舶技術已經進入實船試驗階段。海上自主水面船舶技術的工程化應用處于探索階段，相關法律法規、規范標準尚不完善，實船試驗為船舶航行帶來了巨大風險。因此，出臺相關法規對海上自主水面船舶研制和試驗進行規范已經迫在眉睫。

本文將從海上自主水面船舶相關法規的研究現狀出發，闡述《海上自主水面船舶試驗暫行指南》（以下簡稱：《試驗暫行指南》）制定的原則和過程，對《試驗暫行指南》的內容進行解讀和分析。并基于《試驗暫行指南》的框架性要求，結合我國海上 自主水面船舶技術的發展現狀及工程實踐，對《試驗暫行指南》的內容進行細化，提出《試驗暫行指南》與實船試驗相結合的可實施性方案，為《試驗暫行指南》的理解和應用提供參考。根據海上自主水面船舶技術的發展趨勢及國際海事組織對于海上自主水面船舶法規梳理制定的原則要求，展望《海上自主水面船舶試驗指南》（以下簡稱：《試驗指南》）的發展方向。

1 海上自主水面船舶法規發展現狀

海上自主水面船舶技術歷經多年的發展已初具雛形，部分自主化技術已進入實船試驗階段。為了促進海上自主水面船舶技術健康有序的發展，國際海事組織開始積極梳理相關公約規范，制定法規來支撐海上自主水面船舶技術的發展要求。

2018 年2 月，國際海事組織（IMO）在海安會（MSC）第99 次會議上提出對海上自主水面船舶的法律法規進行梳理，并明確了法律法規梳理的目標、定義、范圍、方法和工作計劃，同時對海上自主水面船舶進行了定義，即使用人工智能或軟件程序等效替代人工對船舶功能進行監管或控制的海上水面航行船舶，這一定義與我國智能船舶的定義基本相同。本次會議成為海上自主水面船舶法規梳理及制定的“序幕”。

2018 年12 月，國際海事組織在海安會第100次會議上提出制定《試驗暫行指南》的目標。海上自主水面船舶法律法規的梳理和制定工作正式啟動，會議明確了任務分配，通過了《試驗暫行指南》的制定原則，即在現有法律法規的基礎上進行梳理和制定，并根據自主范圍界定的目的定義海上自主水面船舶為4 個自主化等級。

等級一：船舶具備自動化處理和輔助決策功能，以船員為主操控船舶系統，在船員可以隨時越控的前提下，部分操作可在無人監管的情況下由自動化系統完成。

等級二；船員在船的遠程操控船舶，船舶可以進行遠程操控，同時船員在船可以隨時越控進行船舶操控。

等級三：船員不在船的遠程操控船舶，船舶以遠程操控的方式為主。

等級四：完全自主船舶，船舶操控系統可以進行自主感知、決策及控制。

海上自主水面船舶等級的定義從頂層設計角度規劃了海上自主水面船舶的功能、范圍和型式，從而便于法律法規的分類梳理。現階段，中國船級社負責牽頭梳理現有法律法規中適用于海上自主水面船舶的條款，明確不適用或修改后適用于海上自主水面船舶的條款，為海上自主水面船舶法律法規的制定提供了基礎。同時，大會討論了各國《試驗暫行指南》的提案。

2019 年6 月，國際海事組織在海安會第101 次會議上批準了《試驗暫行指南》，該《試驗暫行指南》提出了海上自主水面船舶試驗的原則和目標，并強調海上自主水面船舶試驗需要遵守現有的法定要求，包括免除和等效替，確定下次會議將繼續深化研究并制定《海上自主水面船舶試驗指南》。《試驗暫行指南》成為國際海事組織針對海上自主水面船舶技術的第一部技術法規。

隨后，各國船級社根據《試驗暫行指南》的要求，陸續發布或修改了海上自主水面船舶技術的規范標準，為海上自主水面船舶技術的發展提供了規范標準支撐。海上自主水面船舶技術呈現出多樣化、非標化、復雜化的發展趨勢。因此，各國船級社現有的規范標準無法完全覆蓋海上自主水面船舶技術發展的需求，《試驗暫行指南》的理解及應用成為保障海上自主水面船舶試航試驗安全、環保和保障的關鍵。

2 《海上自主水面船舶試驗暫行指南》分析

《試驗暫行指南》是海事主管當局指導海上自主水面船舶試驗的技術法規，用以確保試驗船舶安全、環保和保障的水平達到不低于現有國際海事組織公約規范要求的水平。《試驗暫行指南》共有風險管理、符合強制性法定要求、試驗配員及資質、人為因素、試驗安全管理基礎設施及預案、試航提醒、通信與數據交換、報告要求及信息共享、試驗范圍及目標、網絡安全這10 項框架性要求，按照海上自主水面船舶試驗階段劃分，可分為船舶資質、評估階段、準備階段和試驗階段[3]，《試驗暫行指南》的架構如圖1 所示。

圖1 海上自主水面船舶《試驗暫行指南》架構

2.1 風險管理

海上自主水面船舶試驗風險管理主要是指識別船舶試驗過程中的潛在風險，對風險進行分析和評估后實施改進措施，以改善或消除風險，并針對意外事件和設備失效制定應急響應方案，避免試驗過程中事故的發生。海上自主水面船舶風險管理體的體系架構主要基于國際海事組織綜合安全評估（FSA）、ISO 風險管理（ISO 3 0001）和風險評估技術（ISO 31010）等規范標準而構建。海上自主水面船舶試驗的風險管理應貫穿自主化系統的設計制造、實驗室測試、實船試驗方制定案和實船試驗等階段。設計制造階段的風險管理主要針對系統設計、原理設計、功能設計、性能設計等因素進行失效與影響、人機工程、外部接口、復雜系統危害分析的風險識別、分析及評估，通過設計更改、提高工藝水平等手段，緩解或消除已識別的風險。實驗室測試階段的風險管理主要針對系統質量、預期功能、邊界條件、功能切換等因素進行失效與影響、可靠性等要素的風險評估，識別可預知風險，制定應急響應方案，應對可預知風險[2]。實船試驗方案制定階段的風險管理主要針對試驗流程、試驗管理、通航評估、應急響應、保障方案等要素進行假定事故風險評估，識別實船試驗方案的風險，完善應急響應機制，避免試驗過程中由于試驗方案導致的事故。隨著人工智能、數字孿生等前沿技術與風險管理技術的深度融合，風險管理的風險識別、風險分析除了使用專家判斷、事故數據庫分析、故障模擬等傳統方法[9]，還可以利用數字仿真技術，把船舶、環境、功能進行數字孿生，利用人工智能進行事故推演，提高風險分析的客觀性，強化風險應對能力。

2.2 符合強制性法定要求

為了便于相關法律法規的梳理，國際海事組織對海上自主水面船舶進行了廣義定義，海上自主水面船舶系統及設備的類型、性能及功能還未進行分類和定義，相關技術標準還處于梳理階段。為了促進海上自主水面船舶技術的進步，國際海事組織在船舶資質不低于現有法定要求的前提下，鼓勵進行船舶自主化技術的研制和試驗。因此，符合強制性法定要求成為海上自主水面船舶的基本要求。試驗船舶應符合的強制性法定要求包括免除與等效替代，需綜合船舶類型、試驗目的、預期功能、限制條件、風險管理、主管當局要求等因素進行考慮[6]，包括但不僅限于海上人命安全公約（SOLAS）、避碰規則（COLREG）、載重線（Loading Lines）、馬尼拉公約（STCW）、搜索救援（SAR）、噸位丈量（Tonnage Convention）、集裝箱公約（CSC）、特殊貿易客船（SPACE STP, STP）等公約法規。

2.3 試驗配員及資質

海上自主水面船舶是在符合強制性法定要求船舶的基礎上加裝自主化系統。試驗船舶應首先考慮保障航行安全和試驗的配員及資質要求，保障航行安全的最小船舶配員除了應滿足國際海事組織 Resolution A.1047(27) Principles o f M inimum S afe Manning 決議中的相關要求[7]，還應該根據自主化技術的自主化等級、功能、類型等因素進行綜合考慮，對于配員及資質的要求應包括船端配員、岸端配員、保障配員等方面。船端配員及資質應根據海事主管當局現行規定執行，岸端負責遠程監管和控制等涉及船舶航行安全的配員及資質，應以選擇有船端相關系統及設備監管和控制資質、經驗的人員為基本要求，同時根據試驗范圍和目的綜合評估船端及岸端工程技術人員的配員及資質。為保障海上自主水面船舶試驗安全，需要在船端或者岸端任命一名具備試驗資質和經驗的管理負責人，可隨時暫停或停止試驗過程。

2.4 人為因素

海上自主水面船舶技術的應用核心是使用機器來等效替代人工對船舶功能進行監管或控制，鑒于海上自主水面船舶技術尚未成熟，為了防范未知風險，海上自主水面船舶在試驗階段還應充分評估人為因素對試驗的影響[8]。人為因素的要求除了應符合國家海事組織 Resolution A .947(23) Human Element V ision, P rinciples and Goals f or t he Organization 決議中相關條款，還應結合船舶自主技術發展現狀進行考慮。從科學技術發展規律的角度來看，海上自主水面船舶功能的演進必將經歷從部分自主到完全自主的發展過程，人員對船舶功能的監控及越控是保障船舶航行安全的必要手段，特別是在試驗階段，人為因素將是海上自主水面船舶系統設計時必須要考慮的風險因素，人為因素包括人員對自主功能的監管方式、越控手段、人機接口、使用習慣、應急響應等。海上自主水面船舶系統的設計應采用以人工對船舶功能的監管和控制為主，機器監管和控制為輔助的系統架構；監管和控制的優先級的設置應以船端及人工的監管和控制為最高優先級。當自主化系統發生故障時，應自動回退到人工監管和控制模式，并有明確的預警機制。自主化系統如包含遠程監管和控制功能，設計時應充分考慮通信機制和數據分享模式，使試驗人員在任何情況下都可以清楚地了解自主化系統的運行情況，隨時可以掌握船舶功能監管和控制的權力。

2.5 試驗安全管理基礎設施及預案

海上自主水面船舶在試驗階段基于保障試驗船舶安全、環保和保障的目的，應提供必要的安全管理基礎設施和應急響應方案。安全管理基礎設施按照功能可劃分為救助設施、船舶狀態監控設施、船舶數據記錄設施、海況監測設施等。在試驗過程中，船端和岸端的所有參與試驗的人員應能通過試驗安全管理基礎設施獲取自主化系統及設備的決策、操作、性能等關鍵信息。安全管理基礎設施的配置應結合自主水面船舶的自主化等級、功能類型、應用場景等因素進行綜合考慮。并根據安全管理基礎設施配置、試驗方案、組織結構、配員及資質等實際情況來制定相應的應急響應方案，當被測系統及設備發生故障或失效時，可以有效地減少或避免事故，并且在事故發生后可以盡量降低人命及財產的損失。

2.6 試驗提醒

海上自主水面船舶的試驗區域根據自主化系統的功能類型、試驗階段、試驗項目等因素可分為封閉試驗區域、開放試驗區域、航道試驗區域、港口碼頭試驗區域等不同開放程度的試驗區域。因此，試驗區域內除了試驗船舶也可能存在其他正常運營的船舶和設施。在試驗過程中，為了減少對正常運營船舶和設施的影響，避免造成不必要的人命與財產損失，應建立試驗提醒機制，如試驗船舶以船體標識、AIS 信息、VHF 廣播等消息傳遞方式提醒正常運營船舶和設施在本區域內正在進行海上自主水面船舶試驗，試驗提醒信息包括試驗類型、持續時間、區域范圍等，并借助海事主管當局的海事管理系統進行監測和通告。

2.7 通信及數據交換

海上自主水面船舶在試驗過程中由于遠程遙控和監管的需求，需要進行船-岸、船-船之間的通信及數據交換[5]。通信內容主要包括試驗指令、試驗提醒、避碰溝通、事故救助等重要信息，數據交換主要包括控制指令、反饋信息、監管信息、決策信息、狀態信息、環境信息等重要數據，這些信息及數據與試驗安全息息相關。因此，通信設備、通信鏈路、數據存儲等通信及數據交換設施的可靠性是海上自主水面船舶試驗安全的重要保障，通信及數據交換設施的設計一般可以采用冗余設計、多源通信鏈路、多維通信等方式保障通信及數據交換的可靠性。在使用海事衛星作為通信及數據交換手段時，要充分考慮衛星鏈路的特殊性，如天氣條件、海況、覆蓋區域、法律法規、通信帶寬等制約條件，制定通信中斷、延時的應急預案及保障措施。

2.8 報告要求及信息共享

海上自主水面船舶試驗的相關信息應及時向海事主管當局進行報告及備案，以便于海事主管當局分發試驗信息到試驗區域內正常運營的船舶或組織。報告的要求需要滿足IMO 法規相關規定。同時，國際海事組織鼓勵海事主管當局、船級社、船東、產品廠等相關利益方分享試驗數據及信息，為行業整體技術的進步提供知識積累，并鼓勵海事主管當局通報試驗結果和經驗教訓，為后續船舶的試驗提供借鑒，避免發生類似的錯誤，提高試驗的安全性。

2.8 試驗的范圍和目標

海上自主水面船舶技術相關技術標準缺失，呈現出多元化的發展趨勢。因此，海上自主水面船舶每次單獨的試驗都需要有明確的試驗范圍和目標，以便針對每次單獨試驗的特點，進行試驗方案的評估和管理方案的制定。在評估階段將根據每次單獨試驗不同的試驗范圍和目標，結合自主化等級及應用場景，進行風險管理、人為因素、配員及資質、安全管理基礎設施及預案的評估，以確定是否滿足《試驗暫行指南》保障船舶試驗安全、環保和保障的要求。在試驗管理過程中，根據每次單獨試驗不同的試驗范圍和目標，確定管控范圍、管控手段和管控流程。

2.9 網絡安全

隨著數字化、大數據、物聯網等信息化技術大量應用于海上自主水面船舶系統及設備，網絡安全風險已經成為影響船舶航行安全的非傳統風險。國際海事組織在海安會第98 次會議上通過了有關安全管理系統中網絡風險管理的決議，鼓勵海事主管當局確保2021年1月1日之后要在不遲于對公司的符合文件（DOC）做首次年度驗證時適當處理網絡安全風險[4]。隨后，船級社、科研機構、企業相繼出臺了網絡安全相關的規范和指南對網絡安全風險進行評估與管理。海上自主水面船舶應重點防范網絡安全帶來的風險，在船舶設計、建造、試驗階段對自主化系統、船舶網絡系統、船岸通信系統等影響船舶航行安全的關鍵網絡安全風險點進行網絡風險評估與管理。

3 《海上自主水面船舶試驗指南》展望

現階段，《試驗暫行指南》為框架性指導原則，在工程實踐上缺乏實施細則，根據國際海事組織制定《試驗指南》的要求，各國海事主管當局、船級社、科研機構、企業等組織積極參與《試驗指南》的制定，多維度地提出了《試驗指南》實施的方案和細則。通過對我國海上自主水面船舶技術發展現狀的研究，并借鑒其他行業自主化技術試驗指南的經驗，建議《試驗指南》的制定應綜合考慮海上自主水面船舶自主化功能、船舶類型、應用場景、自主化等級等因素，從細化《試驗指南》實施的流程及管理體系；梳理適用于海上自主水面船舶試驗的風險識別、風險分析、風險應對的方法和工具；確定風險管理的范圍，建立風險管理的流程，制定海上自主水面船舶風險管理指南；構建海上自主水面船舶試驗的綜合測試驗證體系；面向海上自主水面船舶未來發展的需求，研究海上自主水面船舶試驗和操作人員的能力建設，重點制定遠程監管和控制人員的資質要求；標準化保障試驗安全管理基礎設施的列表；完善試驗數據采集、數據存儲、數據共享的技術要求；制定網絡安全產品應用標準及實施方案；分析人機工程理論，制定海上自主水面船舶人機接口設計技術標準；建立基于船舶保險體制下的人命及財產賠付體系；明確海上自主水面船舶試驗評估職責的劃分等方向進行深入研究。由于海上自主水面船舶技術應用的多樣性，通用型《試驗指南》難以覆蓋所有類型海上自主水面船舶技術的試驗需求，需要各國海事主管當局根據本國海上自主水面船舶技術發展的實際情況來細化實施方案，隨著海上自主水面船舶技術標準和公約規范的逐步完善，《試驗指南》的目標指向性將進一步加強。

4 結論

《試驗暫行指南》是在大量海上自主水面船舶技術進入試驗階段的背景下，為保障船舶試驗安全、環保和保障而出臺的技術法規。現階段還無法完全滿足海上自主水面船舶試驗的管理要求，各國海事主管當局、船級社根據本國海上自主水面船舶技術發展的實際情況，在《試驗暫行指南》的框架下，

針對試驗船舶的特點制定工程化實施方案，進行海上自主水面船舶試驗的管理、評估和測試驗證。海上自主水面船舶法規的制定與海上自主水面船舶技術的發展水平相輔相成，隨著海上自主水面船舶技術發展思路的逐漸清晰，海上自主水面船舶的法規必將更加完善，為海上自主水面船舶技術的發展提供支撐，促進海上自主水面船舶技術高速、健康、有序的發展。