多式联运环境下集装箱的安全_刘冬.pdf

2023.2 CHINA SHIP SURVEY 中国船检83海运在国际集装箱多式联运中占据主导地位,为了不断提高船舶运营的规模经济效益,用于远洋运输的集装箱船一直朝着大型化方向发展,集装箱装载量已达到2.4万箱,船舱内集装箱堆垛层数增至12层,通过应用更高的绑扎桥,甲板上集装箱堆垛层数也增加至最高13层。近年来,随着集装箱船的大型化趋势,坠箱事故呈频发态势,已成为一个日益严重的问题。坠海丢失的集装箱会带来严重的安全和环境风险,特别是当它们运载的是危险货物或海洋污染物时。正确系固绑扎船舶航行中的运动状态包括横摇、纵摇、摇首、纵荡、横荡和垂荡(起伏)。其中,对船舶影响较大的是三种主要运动,即横摇、纵摇和垂荡(起伏)。这些运动将对集装箱框架和所使用的系固、绑扎系统产生加速度和作用力。在所有船舶运动中,船舶的横摇最可能导致集装箱框架和系固、绑扎过度荷载,尤其是大型集装箱船的船体线型系数和航速使其更容易发生参数横摇现象,对集装箱的系固和结构强度造成严重威胁。船舶运动状态多式联运环境下集装箱的安全中国船级社质量认证有限公司 刘 冬中国船检 CHINA SHIP SURVEY 2023.284对单个集装箱及其绑扎产生的作用力之中,倾覆力是一种分离力,当船舶严重横摇的幅度超过了船舶的横摇限度,分离力可能将扭锁从集装箱角件拉出,使扭锁从脆弱点断开或将角件从集装箱主体分离。当船舶剧烈横摇而堆码在上层的集装箱重量大时,最底层的集装箱框架将形成挤压力。船舶横摇角度越大,则挤压力越大。稳心高度越高,横摇周期较短时,横摇产生的动载荷增加将增大作用于集装箱角柱间的压力和拉力,如超过集装箱角柱的许用负荷,将对一个或多个角柱造成结构性损坏,导致集装箱堆垛倒塌。正确使用集装箱的系固、绑扎设备能有效限制集装箱在船舶上的运动,集装箱良好的系固绑扎是保证集装箱水运安全的最基本措施,关乎船舶航行安全。依照SOLAS公 约 第VI章 第5条 和 第VII章 第5条以及IMO货物堆装和系固安全实用规则(CSS Code)的规定,集装箱船应配备货物系固手册(CSM)。IMO发布的MSC.1/Circ.1353货物系固手册编制指南 为船东编制 货物系固手册 提供通用性的指导和方法。船长和船员应熟悉 货物系固手册 内容,严格遵守积载计划,按照货物系固手册的要求进行集装箱的系固操作,确保所有集装箱系固、绑扎件保持状态良好,无明显锈蚀和损坏,并有充足的备件。在航行途中,系固件及其他绑扎设备应定期检查并重新上紧,避免绑扎拉杆不到位、松紧器未上紧等不规范操作和系固、绑扎件的缺失、损坏为集装箱的水运安全埋下隐患。为了提高相关责任方对货物系固绑扎重要性的认识,保护海洋环境,保障良好的通航秩序,2021年9月1日生效的中华人民共和国海上交通安全法也已将不按要求积载及系固绑扎的情形纳入处罚范围,相关内容为“第六十一条 船舶载运货物,应当按照有关法律、行政法规、规章以及强制性标准和技术规范的要求安全装卸、积载、隔离、系固和管理”。准确验证申报重量集装箱验证重量（VGM）申报不准确导致集装箱超重以及积载不良也是集装箱水运安全的重大隐患。在装卸中,超重的集装箱在吊装时,可能会出现箱体破损、破裂、跌落以及吊装设备损坏等现象,严重影响作业安全。为提高海事安全性,降低集装箱多式联运中货物、集装箱以及集装箱运输所有相关事宜的各种危险,国际海事组织（IMO）海上安全委员会（MSC）于2015年在其第94届会议上通过了1974年国际海上人命安全公约（SOLAS公约）第VI/2条修正案（MSC.380(94)号决议）。该修正案要求载货集装箱在交付船舶运输前应当对其重量进行验证,此修 正 案 于2016年7月1日 起 强 制生效。SOLAS公约规定,货物装船之前,托运人须在运输单据中提供集装箱的VGM信息。载货集装箱在交付船舶运输前,托运人应当采取整体称重法或累加计算法对其重量进行验证。为履行我国缔结加入的国际公约,提高安全管理水平,交通运输部关于修改的决定自2020年6月1日执行,在新增的第四十七条中,也明确了集图1 集装箱船运工况下的挤压、倾覆与失稳新安全 Safety Today2023.2 CHINA SHIP SURVEY 中国船检85大量集装箱（散载集）。由于散货船并非专门设计用于装载集装箱,虽然国际海事组织货物堆装和系固安全实用规则(CSS Code)附件1在非专门设计和安装用于装载集装箱的船舶甲板上安全堆放和固定集装箱为配备了货物固定手册的散货船运载集装箱提供了参考,但集装箱在没有配备专业的集装箱绑扎锁具及固定设施的情况下装载于传统的散货船上,无论是积载在货舱内还是在甲板上,势必会对散货船的强度、稳性等方面带来额外的安全隐患。针对“散载集”的特殊工况,2021年9月,法国船级社发布散货船装运集装箱研究与准备指南,2021年11月,中国船级社发布关于利用散货船运输集装箱的技术通告,提出了结合船舶具体情况和载运需求,需要考虑的结构安全、稳性安全、系固安全、操作安全等关键因素。船公司如准备使用散货船运输集装箱,应联系船级社,进行核算并批准,确保新的装载状态符合要求,保证船舶适货适航。确保“公铁联运”工况安全在欧美多式联运中,公铁联运为主流方式,公铁联运的运量在多式联运整体运量的占比具有明显的优势。在我国,中欧班列是国际公铁联运的重要形式。通过公路进行集装箱运输时,集装箱装箱重量验证要求、重量验证的方法和允许的误差范围、集装箱超过最大营运总质量和较大误差的法律责任。尽管SOLAS公约已经有了集装箱重量验证的要求,但仍存在有些货主不按要求如实申报或集装箱重量申报不准确的情况,对集装箱在船舶上的正确积载带来不利影响。甲板上的集装箱堆垛的原则是“重不压轻”,将重箱堆载在甲板集装箱堆垛的上层会影响船舶的初稳性高度(GM)值,导致船舶稳性下降和箱垛重心高度提高。遭遇恶劣天气,当船舶在短时间内产生强烈的纵荡和横摇时,外力作用可能将锁具或绑扎基座损坏导致集装箱倒塌甚至落水。集装箱堆垛重量超过积载箱位的重量限制也将对系固、绑扎产生影响,船舶运动中产生的各种分力将会作用在集装箱上,造成系固和绑扎装置遭受过大的载荷产生损坏,引起底层集装箱角柱结构过载而导致堆垛塌陷或集装箱坠海。面对水运条件下,堆垛越来越高的集装箱,杜绝集装箱重量申报不准确、集装箱积载不当和松散的绑扎是减少集装箱运输安全隐患的关键。海上集装箱坠海丢失问题已得到IMO海上安全委员会的关注。在国际海事组织第104届海上安全委员会上,澳大利亚、法国、荷兰等国家提交的提案介绍了目前正在开展的Top Tier综合研究项目。Top Tier项目的参与机构包括3家船旗国政府（澳大利亚、德国和荷兰）、6家船级社（ABS、BV、CCS、KR、LR、NK）、9家航运公司以及相关研究机构等,Top Tier项目分为短期和中长期两个研究阶段,项目周期持续3年,将围绕技术、操作和工艺三个方面以及集装箱和系固装置、积载、运动参数、系固载荷、船舶操纵、法规框架等六大工作板块开展研究。我国作为集装箱制造和运输大国,海上坠箱也是我们需要关注和解决的焦点问题,中国船级社将承担Top Tier项目“法规框架”板块中“标准积载计算”的任务。该项目是一个解决集装箱坠海问题的整体方案,将产出集装箱船舶、系固件相关的新规则和标准。新标准一旦产生并实施,将对我国工业界造成重大影响,包括超大型集装箱船的设计制造、集装箱的设计制造、系固件的设计制造,集装箱运输监管,船上辅助设备增配,船员培训等。“散载集”适货适航在全球供应链紧张时,国际航运集装箱市场运力供需出现失衡,海外港口装卸能力不足,海外空箱滞留严重,国内“一箱难求”等现象,运价持续保持高位的现状下,为缓解集装箱船运力供给矛盾,一些船公司开始尝试利用散货船载运中国船检 CHINA SHIP SURVEY 2023.286通过四个底角件与车辆上的转锁、翻转锁、栓固锥、固位件等栓固装置锁紧,当车辆加速、减速和转弯时,集装箱将受到惯性力、离心力和风力的作用,在高低不平的路面上运行时,集装箱会受到垂向振动。铁路运输集装箱时,铁路车辆运行状态为蛇形运动,是振动状态、横向滑动、侧向滚动、摇头等状态的叠加,其余工况与公路运输相同。受国内骨架集装箱半挂车和铁路集装箱专用平车的保有量制约,公路和铁路的集装箱运输仍存在使用栏板式货车、仓栅式货车以及铁路敞车装运集装箱的情况,此类车辆上无栓固装置对集装箱进行约束,集装箱与车辆间的载荷传递方式与使用集装箱专用运输车辆装载时存在较大差异,装载时易发生车辆偏载重和运输时集装箱产生窜动的现象,导致集装箱与车辆端壁或侧壁产生碰撞。国内使用铁路敞车装运集装箱时,因车辆钢地板的变形、局部损伤、车辆钢地板表面存在杂物等问题。在钢地板完好不下凹时,通过集装箱角件传递动载荷；钢地板下凹超限引起底角件悬空时,通过箱体底部结构传递动载荷,以及上述二种工况的载荷混合传递状态。易造成集装箱底部构件与车辆钢地板接触,导致集装箱底横梁、底侧梁、罐箱底部保温层以及罐体底部阀件、管路等产生损坏。在国内采用铁路敞车运输集装箱的特殊工况影响下,近年来多次出现罐式集装箱的端下梁底阀开槽部位、端框架斜支撑以及底侧梁的焊缝开裂事故。近期,国际罐箱组织（ITCO）也注意到了国内铁路的此项特殊工况,并在ITCO的技术指导文件中给出相关建议。为切实研究国内铁路敞车装运集装箱的实际工况,中国船级社与中车齐齐哈尔车辆有限公司已经于2013年11月在齐齐哈尔中车重载快捷工程技术研发有限公司产品试验研究室进行了铁路敞车运输罐式集装箱工况的静强度和冲击试验。静强度试验在能够模拟罐式集装箱敞车运输工况的试验工装上进行,试验中测量三种承载工况（敞车中梁与罐箱端梁接触承载；敞车中梁与罐箱端梁接触、敞车横梁和罐箱一侧底梁接触共同承载；敞车中梁与罐箱端梁接触、敞车横梁和罐箱两侧底梁接触共同承载）的静应力。冲击试验采用60t通用敞车,承载被试罐式集装箱验证其强度和刚度是否满足装载在铁路敞车内运营和编组作业的要求,试验前拆除被冲击敞车的侧门和中立门,以便于观察冲击时被试罐箱的状态,冲击速度为3km/h、5km/h和6km/h,试 验中对角柱、端下梁和底侧梁应力测点的动应力进行测量。通过本次研究,基本掌握了罐式集装箱在国内铁路敞车运输工况下,集装箱在敞车内的窜动情况,载荷传递工况以及集装箱角柱、端下梁和底侧梁的合成应力值。中国船级社结合本次研究结果,对使用铁路敞车运输罐式集装箱的底侧梁、端下梁与角件下平面的距离以及端面斜支撑与敞车中梁的匹配提出了指导意见,并在 集装箱检验规范（2016版）第8章附录中规定了铁路敞车运输罐式集装箱的有限元计算和试验的附加要求,有力保障了集装箱在国内新安全 Safety Today2023.2 CHINA SHIP SURVEY 中国船检87规则（CTU规则）,该规则列明了装箱在有效性、安全性和系固上所需要遵守的操作指南,虽然该规则为非强制性,但货运业已认识到这一规则可能被视为代表行业的最佳操作。为加强对CTU规则的认识与使用,提高多式联运供应链的安全性,货物完整性工作组（CIG）发布了CTU规则快速指南,以及货运集装箱货物包装要求的行动清单。为进一步强化、规范危险货物集装箱装箱作业的流程和技术要求,提高我国危险货物集装箱装箱质量,上海海事局、交通运输部水运科学研究所牵头起草了海运危险货物集装箱装箱安全技术要求（GB 40163-2021）,强化了危险货物集装箱装箱作业源头管理,促进了我国海运危险货物集装箱装箱作业安全,有利于海事管理机构和其他主管机关的有效管理。采用铁路敞车运输的特殊工况下的运输安全。公路和铁路集装箱运输时所发生的安全事故也与集装箱角件的栓固状态不符合要求相关,如集装箱角件与车辆锁头错位,车辆锁头未翻转到位,集装箱角件未完全落入锁头等。为切实保障运输安全,公路和铁路集装箱货运的相关方应尽量使用集装箱专用运输车辆进行运载,并在运输前严格按照ISO 3874系列1集装箱 装卸和栓固、中国铁路总公司铁路集装箱运输规则等标准、规则或指南的要求对集装箱