基于SOLAS公约体系的国际船舶破舱稳性发展综述_张伟.pdf

35张 伟，等：基于SOLAS公约体系的国际船舶破舱稳性发展综述2023年第3期总第204 期总 体 与 结 构基于 S O L A S公约体系的国际船舶破舱稳性发展综述张 伟 乔薛峰 高晓磊 孙明宇（中国船舶及海洋工程设计研究院 上海 2 0 0 0 1 1）摘 要：船舶在航行中如果发生船体破损事故，可能会造成船上人员生命、财产安全以及环境污染等问题，这也是国际航运界十分关注的问题。“船舶破舱稳性”自 1914 年被首次提出后，国际海上人命安全公约（SOLAS）已经过 100 多年的发展。其关于船舶破舱稳性的规定经历了从最初的确定性破舱，发展到替代的概率性破舱，再到基于综合安全评估的统一的客船和货船概率性破舱，有关船舶破舱稳性的研究和相关规范的制定不断发展和完善。该文简要介绍了基于 SOLAS 公约体系的国际船舶破舱稳性的发展历程，并结合一些破损事故和相关研究工作来阐述规范发展的驱动力和方向。通过对破舱稳性发展的总结来加深对当前规范的理解，从而更加有利于船舶的安全设计。关键词：国际海上人命安全公约；确定性破舱；概率性破舱；综合安全评估；船体破损中图分类号：U661.2+2 文献标志码：A DOI：10.19423/ki.31-1561/u.2023.03.035Development of International Ship Damage Stability Based on SOLAS ConventionZHANG Wei QIAO Xuefeng GAO Xiaolei SUN Mingyu(Marine Design&Research Institute of China,Shanghai 200011,China)Abstract:The hull damage accidents during the voyage may cause the environmental pollution and the safety problem of the life and belongings of the crew onboard.It is also of great concern to the international shipping industry.The International Convention for the Safety of Life at Sea(SOLAS Convention)has evolved for over 100 years since it was firstly proposed in 1914.The regulations on ship damage stability have experienced from the deterministic damage to the equivalent probabilistic damage,and then to the harmonization of probabilistic damage of passenger ships and cargo ships based on formal safety assessment,involving continuous development and improvement of the study of the ship damage stability and relevant regulations.It briefly introduces the development of the international ship damage stability based on SOLAS Convention,and presents the driving force and direction of the development of the regulations combined with several damage accidents and relevant studies.The development of the damage stability is summarized in order to deepen the understanding of the current regulations,which is beneficial to the safety design of ships.Keywords:international convention for the safety of life at sea(SOLAS);deterministic damage stability;probabilistic damage stability;formal safety assessment;hull damage0 引 言随着经济全球化和国际贸易的不断发展，国际收稿日期：2022-07-18；修回日期：2022-08-05作者简介：张 伟（1986-），男，本科，工程师。研究方向：船舶总体设计。乔薛峰（1987-），男，硕士，工程师。研究方向：船舶结构设计。高晓磊（1988-），男，本科，工程师。研究方向：船舶项目管理。孙明宇（1994-），男，本科，助理工程师。研究方向：船舶结构设计。海运也蓬勃发展起来。目前，国际海运已占到全球贸易的 90%以上，对全球经济发展起着至关重要的作用。船舶在航行中可能会发生船体破损事故，36从而导致船上人员生命安全受到威胁，并造成财产损失以及环境污染等问题。由于船体破损事故往往会造成严重后果，所以引起了国际社会对船舶航行安全意识的不断增强，相关规范也随之不断发展和完善。1 近年海损事故统计数据船舶在海上航行时会发生各种海损事故。英国劳氏船级社对 20002010 年间发生的船舶海损事故进行了统计1，如图 1 和图 2 所示。图 1 20002010 年间发生的船舶海损事故（按船型）图 2 20002010 年间发生的船舶海损事故（按原因）由统计结果可知，接近一半的海损事故是船舶沉没（约占 49%，通常是船体破损后进水导致），而通常船舶沉没造成的危害十分严重。为应对该问题，国际海上人命安全公约（international convention for safety of life at sea,SOLAS）于 1914 年首次被提出。破损事故同时推动了相关规范的产生和发展，而规范的不断发展和完善也对破损事故的预防起到了决定性作用。自SOLAS公约被提出后，破损事故已明显减少。据英国劳氏船级社海损事故统计，在 1910 年，平均每 100 艘船中就有 1 艘发生海损，而 2010 年则降低到平均每 670 艘船才有1 艘发生海损。由于破损事故占了海损事故的大部分，因此也可认为破损事故的发生概率大幅降低了。2 基于 SOLAS 公约体系的破舱稳性 规范发展船舶破舱稳性已经历超 1 个世纪的发展。1889年，在美国华盛顿举办的国际海运会议2对船舶破舱稳性进行了首次尝试。其规定客船需要设置足够数量的舱壁，以确保当任意2个相邻舱室进水时，船舶依然能够保持足够的稳性。其本质是要求客船可以保证具有两舱不沉的分舱标准。2.1 泰坦尼克号和SOLAS 19142.1.1 泰坦尼克号泰坦尼克号是隶属于英国白星航运公司的 1 艘奥林匹克级邮轮，全长约 269 m，是当时世界上体积最庞大、内部设施最豪华的邮轮。泰坦尼克号是按照两舱不沉的分舱标准来设计的，可以在任意 2个相邻水密舱室破损进水的情况下仍然具有足够的稳性。因为当时没有人能够想象有比 2 个相邻主舱室舱壁处破损更严重的情况，所以泰坦尼克号在当时也被认为理论上是“不可沉没”的。然而就在泰坦尼克号从英国南安普敦出发驶往美国纽约的处女航中，让所有人都意想不到的事发生了。1912 年 4 月 14 日，泰坦尼克号在全速航行状态下与冰山相撞，造成右舷艏部至船舯部分船体破裂，导致海水迅速涌入艏部 6 个水密舱室，并最终于次日凌晨在船体断裂成两截后沉入大西洋海底。泰坦尼克号的沉没最终导致船上搭载的 2 224 人中，1 514 人不幸罹难。2.1.2 SOLAS 1914为应对泰坦尼克号沉没带来的挑战，以英国为首的 13 个主要航运国召开会议，并于 1914 年 1 月20 日签署了1914 年国际海上人命安全公约（SOLAS 1914）。该公约本应于 1915 年 7 月 1 日生效，但因第一次世界大战爆发，导致该公约并未生效。SOLAS 1914 关于破舱稳性的规定适用于国际航行且载客超过 12 人的机械推进商船3。其关于37张 伟，等：基于SOLAS公约体系的国际船舶破舱稳性发展综述2023年第3期总第204 期总 体 与 结 构破舱稳性的要求主要是规定船舶的分舱标准，并通过可浸长度和分舱因数来确定单舱最大长度。其中分舱因数取决于船长和船舶类型，其值在 0.34 1之间变化。分舱因数和分舱标准之间的对应关系为：分舱因数 F 0.5，两舱不沉；分舱因数 F 0.5，一舱不沉。除此之外，考虑到船舶首部撞击和触底的破损情况，SOLAS 1914 分别额外对船舶首部区域和船底部区域给出了相应的特殊要求。对于船舶首部区域，要求对于不同的分舱因数和船长的船舶进行适当的区域分舱；对于船底部区域，则要求船舶在合适的位置设置适当的双层底。此外，SOLAS 1914还要求船舶在合适的位置设置防撞舱壁、尾尖舱壁以及机舱前后舱壁。SOLAS 1914虽然对船舶分舱设置了一些规定，但是其在衡准破损时只考虑破损后的浮态，而没有对破损后的剩余稳性进行衡准。在某些特殊的情况下，船舶可能会出现限界线并没有浸没但稳性并不富裕的情况，所以仍然需要对船舶破损后的剩余稳性进一步研究和修订。2.1.3 泰坦尼克号可浸长度曲线结合 SOLAS 1914 的规定，分析泰坦尼克号的破损情况。其由 15 个横向水密舱壁分割成 16 个主要舱室，如图 3 所示。图 3 泰坦尼克号舱室划分由图 4 所示泰坦尼克号可浸长度曲线4可知,虽然其为两舱不沉船舶，但实际上大部分区域更接近三舱不沉，艏部区域更是满足四舱不沉。然而由于与冰山猛烈碰撞，导致泰坦尼克号艏部 6 个舱室进水，超出了其承受破损的能力，最终导致沉没。图 4 泰坦尼克号可浸长度曲线2.2 SOLAS 1929、SOLAS 1948 和SOLAS 19602.2.1 SOLAS 1929相较于 SOLAS 1914，于 1929 年通过的 SOLAS 1929 在第 1 版的基础上进行了相应的修订。对于分舱标准，其规定分舱因数 F 可以小于 0.34，此时船舶应具有三舱不沉的能力5。对于艏部分舱以及防撞舱壁等的特殊要求，SOLAS 1929 也进行了相应调整。此外，SOLAS 1929 还引入了内部结构对破舱稳性影响的规定。对于凡拟装设足够密性的38甲板、内壳板或纵舱壁以严格限制水流动的船,在计算中对涉及此类结构的有利或不利影响均应考虑并使主管机关满意，这主要是为了避免类似爱尔兰皇后号远洋客轮沉没的事故再次发生。该船于1914 年 5 月 29 日与 1 艘船舶相撞后，在圣劳伦斯河沉没。尽管其内部设置了一定数量的水密舱壁,也携带了足够的救生艇，但其仅在 14 min 内就倾覆沉没，最终导致船上1 477人中的1 012人丧生。调查结果显示该船内部纵向舱壁的存在加速了横倾，从而导致船舶快速倾覆沉没。2.2.2 SOLAS 1948SOLAS 1914 和 SOLAS 1929 虽然提出了相关的破舱稳性要求，但并没有对破损后的剩余稳性提出要求。为应对这种缺陷，SOLAS 1948 除了对船舶的分舱提出相应要求以外，也首次对船舶在规定的破损后剩余稳性提出了具体要求。首先，SOLAS 1948 规定对于分舱因数 F0.5 的船舶，只需要考虑 1 个主舱室破损。相应的舷侧破损范围规定如下：纵向：min（3%L+3.05,10.67）（L为计算船长