船方管理视角下的集装箱坠海原因及防范措施分析_揭敏.pdf

2023 年 1 月航海技术第 1 期船方管理视角下的集装箱坠海原因及防范措施分析揭敏1翁建军1，2张秀奇1(1 武汉理工大学航运学院;2 武汉理工大学内河航运技术湖北省重点实验室)世界航运理事会调查报告显示，2008 年至 2019年，平均每年约有 1 382 个集装箱丢失，而在 2020年 11 月至 2021 年 2 月，仅 3 个月时间，先后有 5 艘大型集装箱船的共计 3 000 多个集装箱坠海，坠海频率和事故损失刷新了多年海损事故记录。究其原因，一方面，集装箱船大型化发展，对船舶的操纵性、稳性、集装箱绑扎等产生较大影响;另一方面，新型冠状病毒感染疫情防控以来，各地物资供应短缺，供需矛盾突出，运力紧张，为了满足国际集装箱运输市场的强烈需求和集装箱的高效运转，集装箱船几乎都满装满载和高速航行，使船舶受大风浪天气影响的情况显著增加，任何操纵不当和监管疏忽都会进一步诱发事故的发生，使集装箱倒塌坠海事故率大幅上升。因此，深入分析集装箱坠海事故的原因并采取积极的防范措施，对减少此类事故的发生具有重要意义。1集装箱坠海原因分析经查阅并统计相关资料，2008 年至 2021 年，全球范围内发生的较严重集装箱坠海事故共约 92 起，其中遭遇大风浪天气 71 起(占 77 2%)，积载、系固不当 6 起(占 6 5%)，箱内货物绑扎、衬垫不牢 3 起(占 3 3%)，系固件保养不当 2 起(占 2 2%)，船舶事故(包括碰撞、搁浅、沉船和失火等)7 起(占7 6%)，其他原因 3 起(占 3 3%)，如图 1 所示。分析集装箱坠海事故原因，主要为以下 4 点:遭遇大风浪天气;配载和绑扎不当;大风浪天气下船舶操纵不当;船舶事故。船舶事故受意外或不可抗力等因素图 1不同坠箱原因导致的事故比例的影响，常为多种因素共同作用的结果，本文主要对前 3 点原因展开分析。1.1大风浪天气导致坠箱在大风浪天气中航行时，船舶和集装箱易遭受以下危害。1)拍底和螺旋桨空转。船舶顶浪航行时，由于与波浪相对速度大，撞击频次高、程度剧烈，波浪遭遇周期更接近船舶固有周期，易发生谐摇，对船体危害大。当船长小于涌浪波长、船速高、压载或轻载航行时，船舶纵摇和垂荡激烈，船体随波浪做沉深运动，易发生拍底和螺旋桨空转现象。拍底产生的巨大应力，严重时使船首结构受损，常表现为船首 1/4船长处变形，产生裂缝。螺旋桨空转会使船体、轴系产生强烈的震动，增加主机负荷，严重时造成桨叶脱落和艉轴断裂等情况。2)甲板上浪。当船舶满载、干舷低、船速快和波高浪大时，易发生甲板上浪。海浪巨大的冲击力造成船体结构损伤、集装箱变形和绑扎松动等情况发生，影响船舶稳性。案例 1:2010 年 10 月 27 日，集装箱船“XCQ”轮第 0187 航次航行于北太平洋高纬度区域时遭遇大风浪，初稳性高度 1.04 m，艏吃水 12.10 m，艉吃水12.50 m，由于干舷低，产生拍底和甲板上浪，造成船舶和货物发生严重浪损。案例 2:2016 年 7 月 21 日 0300 时，“苏华泰999”轮在秦皇岛山海关水域遭遇恶劣天气和海况，船舶甲板持续上浪，导致货舱进水，船舶断裂，发生自沉事故。3)骑浪横甩。顺浪或偏顺浪航行时，船舶被波浪追及，作用于船舶的波浪与船具有相同的速度，且波形相对于船舶保持不变，发生骑浪现象(见图2)。1 尤其在偏顺浪航行状态下，船舶会受到较大波浪力矩的扰动，发生剧烈艏摇和大幅度横摇(即发生横甩运动)，直接危害航行稳定性。案例3:2009 年 11 月 3 日，“富翔”轮由营口鲅鱼圈往岚山港航行途中遭遇大风浪，船舶处于船尾斜浪航行状态，稳性降低，加之正横受风，横摇严重，船舶在大连普兰店湾以西、距离西中岛以南 4.5 n mile处沉没。图 2骑浪对船舶航行的影响4)参数横摇。迎浪或随浪航行，当波浪长为 12 倍船长，且波浪遭遇周期等于或接近船舶固有横摇周期的一半时，易发生参数横摇。2 该运动会使船舶稳性发生周期性变化，尤其当波峰位于船中时，初稳性高度(GM 值)急剧降低，船舶发生大幅度横摇，极端情况可能导致船舶倾覆。集装箱船由于船体线型为前后呈喇叭型，易受参数横摇的影响。案例 4:2018 年 1 月 20 日，集装箱船“CMACGM G Washington”轮在从厦门开往洛杉矶途中遭遇恶劣天气，导致 137 个集装箱坠海和 85 个集装箱严重受损，调查显示，事故主要原因为船舶发生参数横摇以及集装箱积载、绑扎不当。5)过度加速度。过度加速度为主要发生在集装箱船的一种现象。当初稳性较大时，船舶在航行中由于加速度过大而导致集装箱倒塌、坠海。大风浪天气是坠箱事故最直接和最主要的原因。船舶在大风浪中航行，受风、浪、涌等合力的影响，产生复杂运动，形成三维六自由度运动，直观表现为“上下颠簸，前后运动，左右摇动”。3 船体发生剧烈的横摇、纵摇和垂荡，集装箱随之一起运动，受惯性作用易使集装箱变形、上下错位，使箱内货物绑扎和衬垫松动。持续受力不均和瞬时加减速，会使绑扎杆和花篮螺栓松动，集装箱发生扭曲和变形，进而造成集装箱垛堆倾斜幅度增大，底锁承受巨大的拉力。当横、纵向加速度或摇摆幅度超过集装箱系固系统的设计值时，绑扎杆或花篮螺栓易发生断裂，集装箱易扭变损坏或移位倾覆。失去约束的集装箱垛堆相互挤压，质量叠加，绑扎锁具不堪重负，从而引发连锁反应，导致成片的集装箱倒塌。另外，在大风浪天气航行时，主机负荷增大，易引发机械故障，甚至使船舶失去动力，从而加快了事故发生的进程。1.2配载和绑扎不当导致坠箱合理的配载和可靠的系固是防止集装箱倒塌和坠海的基础。在实践中经常出现各种问题，主要表现在以下几个方面:1)未完全按配载图装载。在实际操作中，码头、理货等各方由于各自利益和出发点不同，常发生码头方为装卸便利，未完全按照配载计划装箱，导致实际装箱位置与配载不一致，配载原则也未被完全遵守。2)受货物结构、装卸港顺序等影响，发生后面装货港口的重箱压在先前港口所装轻箱之上的情况。3)为了预留舱位或在卸掉部分集装箱后，余下的集装箱垛堆呈“孤岛”状4(见图 3)。此种堆装模式极易受风浪影响，增加了集装箱倾倒的风险。图 3集装箱“孤岛”垛堆示意4)当船舶装载状态发生变化时，船舶稳性也随之变化，原先满足条件的绑扎强度随着 GM 值变大而超限，尤其是作用在底层扭锁上垂直方向的拉力(lifting force)超标，易造成集装箱倾覆。要满足所有条件，需进行大量倒箱。5)不同船型的绑扎要求不同，绑扎工人易混淆不同船型的绑扎要求，出现错绑、漏绑等现象。1.3大风浪天气下船舶操纵不当导致坠箱船舶在大风浪天气航行时，会出现失速和航向不稳定的情况，导致操纵困难，增大航行危险性。若驾驶员未能采取合理的操纵方式，易导致集装箱坠海事故的发生。当波浪遭遇周期接近船舶固有周期或为固有周期的一半时，若船长或驾驶员未及时改变航向航速、调整航线避开谐摇区，可能导致船舶发生参数横摇、骑浪横甩等现象，从而引发集装箱坠海事故。船舶在航行中遭遇的天气和海况往往比预报的更加恶劣，若船长对突发情况预估不足，未备车航行，可能导致机器负荷过大，出现主机抛锚、断电和舵机失灵等故障，致使船舶停车或失控，进而出现横浪状态，在这种情况下船舶和集装箱有倾覆的危险。驾驶员在操纵船舶时容易依赖自动舵，在大风浪天气下既未采用手操舵，也未根据天气状况调节舵角限制微分旋钮，使船舶一直以大舵角纠正偏差。当到达转向点时，仍机械地大幅转向，而未充分考虑到大风浪天气下可能遭遇的横浪，使船舶产生剧烈42航海技术第 1 期横摇，造成集装箱位移或倾覆。总之，集装箱坠海事故是多种因素共同作用的结果。其中，配载、绑扎和锁具保养不当等为事故发生的根源性因素，而大风浪天气以及船舶操纵不当等是加速集装箱坠海事故发生的诱因。2集装箱坠海防范和控制措施针对事故发生的原因，本文以船方管理的视角，分别从货物配载、集装箱绑扎、大风浪天气应对和船舶操纵等方面，提出相应的管控措施，以减少此类事故的发生。2.1合理配载配载是否合理，不但要考虑船舶的稳性、强度和操纵性，同时还要兼顾特种箱(如冷柜、危险品和超大件等)，以最大限度减少亏舱和倒箱，提高舱位利用率。5 严控配载程序流程(见图 4)，采取有效措施保障配载满足要求，可从以下几点入手。1)确保集装箱船具有足够的强度和稳性。在实际预配中，优先配载特种箱，使其满足相关规定;重箱一般按船中、中前、中后的顺序，均衡左右两舷质量，使船体纵向受力和局部强度满足要求;根据货物装载情况适时调整压载水，使船舶获得较好稳性。2)保持适当的吃水差，使船舶具有较好的舵效和操纵性。3)满足集装箱装卸顺序，避免倒箱，核实集装箱总重(Verified Gross Mass，VGM)数据。4)弯矩、扭矩和剪力等指标符合要求(跨洋航行一般不超过 90%)，以应对特殊状况，确保船舶有足够的强度。5)严控堆装质量和高度。堆装超高、超重会对舱盖或底舱造成结构性损伤，导致底层集装箱坍塌，图 4配载流程易超过系固件安全工作强度，造成集装箱位移、坍塌甚至坠海。6)严格遵守“上轻下重”的配载原则，认真检查集装箱系固状况，确保绑扎强度不超限。在配载时，应综合考虑整个航次装载情况，确保绑扎强度满足要求。对临界值应进行必要的优化，谨防“孤岛”堆垛的出现，当不可避免时，应降低堆装高度或增加额外绑扎。应严格遵守货物系固手册 的相关规定，实际装船箱位应与配载计划保持一致。如有出入，船方应积极与理货、码头方沟通，及时检查纠正。大副应切实履行职责，坚守原则，严把货运安全关。2.2集装箱绑扎2 2 1加强集装箱系固和检查正确的系固和检查是保障货物安全的基础，应贯穿整个运输过程，防止人为因素导致集装箱坠海或其他安全事故。在装货期间，值班驾驶员应掌握作业进度，勤于检查，确保所有扭锁安放到位。严格按货物系固手册 的绑扎标准执行，发现问题及时向港方反馈并纠正。对装载大件的不规则、超高、超重的平台集装箱，大副应亲自检查额外的绑扎，确保适装适运。开航前，组织船员系统检查全船集装箱系固情况，确保无错绑和漏绑，所有底锁和花篮螺栓保险锁牢，尤其对海侧受风面，应加倍小心。在航行期间，在天气允许的情况下，每天对全船集装箱系固进行检查和加固。当收到大风浪预警时，还应及时加强绑扎，做好更细致的防范措施;当天气有所好转，在确保安全的前提下，应及时加固松散的锁具，以防情况恶化。2 2 2加强系固设备日常保养加强日常检查和保养是确保货运安全的前提。按 货物系固手册 要求制订相应保养计划，定期对系固设备进行检查和维护，及早发现和解决问题，以确保系固设备始终处于可用状态。每航次应对移动式设备进行检查、润滑，及时更换变形的绑扎杆、花篮螺栓和扭锁。发现扭锁拉柄断裂、花篮保险缺失等情况，应及时处置，更换配件，必要时直接换新;对固定式设备(尤其是老龄船)，检查其外观，记录变形和腐蚀程度，并根据实际情况修理和更换。每季度应对移动式系固设备进行定期清点，及时更新统计清单。对损坏的锁具应单独存放以备修理;对缺失的锁具，应及时申请备件;对非本船同型号的锁具，也应及时剔除。52第 1 期揭敏，等:船方管理视角下的集装箱坠海原因及防范措施分析每年应按船龄抽取一定比例的系固设备送岸检测，以确保其质量和强度满足相关要求。新补充的系固备件，检查其型号、尺寸、安全工作负荷(SafeWorking Load，SWL)和破断负荷(Breaking Load，BL)等与 货物系固手册 要求一致，且随船附有船检合格证书。2.3大风浪天气下的管控措施大风浪天气易造成船舶剧烈运动，是威胁人、船、货安全的重要因素。集装箱船因其船型结构特点(方形系数小、受风面积大和船速快等)受风浪影响尤为突出。因此，船方应防患于未然，重点做好大风浪天气防范工作，尽量避免进入大风浪区域，并积极采取安全保障措施，确保船舶安全和防止集装箱浪损。在大风浪天气来临前，做好充分准备可有效减少可能遭受的损害。1)检查船舶水密性，确保所有水密门窗关闭，指示灯正常显示，通风孔、甲板开口等关闭，锚链孔用帆布封好。2)检查并加固集装箱和可移动系固设备。3)确