40万吨级超大型矿砂船（VLOC）安全问题探讨

2020-03-19 16:32来源： 中国船东互保协会资讯平台

CPI 资讯 No. 465

作者：程彦民

摘要

2020年2月24日，悬挂马绍尔群岛船旗，建造于2016年的30万载重吨超大型矿砂船（VLOC）Stellar Banner，在中午时分满载离开巴西PDM（Ponta Da Madeira）港后于当晚发生严重右倾，约8小时后到附近浅水区坐浅。事故发生后即刻引起了业界的广泛关注，虽然事故原因仍在调查中，但业界已经对事发原因做出了诸多探讨。不管最终调查结果怎样，可以肯定的是本次事故为VLOC的船舶安全再次敲响警钟。鉴于该类船舶的船型特点及以往类似船型事故的经验教训，业界一直对大型矿砂船，特别是40万吨级VLOC的船舶结构安全和营运风险高度关注，本文将尝试从以下几方面对40万吨级VLOC的船舶安全进行简单梳理。

一、船舶结构特点

船舶构造特点

目前市场上的大型矿砂船主要分为两类，一类是改装船，即，由油轮改装而来的船舶，一类是新造船（即非改装船），在新造船中比较典型的是40万吨级VLOC，该船型是根据中国和巴西相关矿石港口吃水极限设计开发的船型，是目前世界上最大载重吨的矿砂船。与其它散货船船型相比，40万吨超大型矿砂船船舶结构特点可概括为超大的主尺度、超大货舱开口、超大的边压载舱、超高的双层底等结构特点，同时由于铁矿石密度大，通常为 0.307 m3/t～0.377 m3/t，积载因数小，货舱容积相对较小。

不同装载状态下的船舶受力情况

⏩ 40万吨级VLOC的装载状态包括空船压载和载货满载。根据该船型典型结构特点，当船舶处于无货压载状态时，船舶货舱为空舱，压载舱的容量与货舱相当，在船舶横向上等同于隔舱装载的工况，在此工况下，船体结构承受较大剪力，对船舶横向强度是个很大的考验；

⏩ 在船舶载货满载状态下，舷侧边舱为空舱状态，船体结构要承受货舱内的货物载荷与外部海水载荷和底部浮力载荷的联合作用，在这种工况下，船体会产生较大的剪力和弯矩，导致船体结构存在较高的应力水平，易导致横向结构屈曲变形。

⏩ 除上述压载和满载状态外，船舶靠码头装卸货过程中的典型受力也不可忽视。在船舶装卸货特别是在装货过程中，由于采用快速装载方式，如巴西PDM 港可达24,000 t/h的持续超高装货速率，如果船舶排水及时，完成 40 万吨矿砂的装货只需12.5小时，在这种超高速装货过程中同时伴随着船舶排放压载水形成的动态受力变化，能够使船舶局部结构在瞬间产生较大剪力和弯矩，是对船舶的局部强度极大考验。

典型结构变形

⏩ 业界对40万吨级VLOC在不同装载工况下的典型受力状况跟踪勘验后，发现第一代 40 万吨级VLOC存在局部结构的屈曲变形问题，主要表现为舷侧边舱内横向强框架和横舱壁扶强材屈曲变形、机舱横向强框架和艏尖舱内多层平台出现裂纹和发生屈曲变形等。随着该类船舶结构问题的出现，业界已经对第一代40万吨级 VLOC 的结构变形部位进行了局部加强或修复处理，并对船舶的一些重点部位也进行了局部加强处理。同时在第二代40万吨级VLOC设计和建造时，已经对第一代所表现出的结构问题进行了结构强度优化。但是由于该类型船舶船型的典型结构特点和船体结构受力的复杂性，无论对于第一代还是第二代超大型矿砂船，船舶结构完整性都需要进行持续关注。

⏩ 船体疲劳会导致船舶结构老化，进而对船舶结构完整性造成影响，船舶无论是在港装卸货还是在海上航行过程中，在波浪力及各种惯性力等交变载荷的作用下，船体结构内产生交变应力易造成船体结构疲劳损伤。“船级社指南”规定散货船的疲劳评估装载工况为均匀满载、隔舱满载和正常压载三种工况，因此从船舶设计角度，无法对船舶实际装载情况下的受力情况进行模拟，也无法确定船舶局部疲劳的产生。目前船体结构的强度评估是通过建立舱段或全船结构有限元模型，用舱段或全船结构有限元分析的方法来解决。一些船级社开发了具有高计算分析精度的高级屈曲评估软件，通过结合船舶日常检查发现的结构疲劳进行分析计算，并对所有板架结构的屈曲强度给出全面的评估，以便可以根据规范要求对船体结构进行修复和优化。

⏩ 笔者注意到一些营运中的船舶对船体结构检查往往流于形式，船舶是否真正按管理体系的要求，对包括所有压载舱和货舱在内的船舶关键结构部件进行定期检查也缺乏有效监督。鉴于40万吨级VLOC典型结构特点，船舶在营运中应严格落实相关船舶船体的结构安全检查制度，重点加强对关键结构节点的检查，一旦发现裂纹、严重结构疲劳等问题及时修复以免导致更严重的结构破坏。

二、靠泊安全

⏩ 40万吨级VLOC的设计建造虽然兼具了智能、环保、节能、安全等特点，但在船舶设计时对这种超大型船舶所接靠码头的技术状况、自然水文条件、港口的习惯做法等因素考虑较少，船舶靠泊安全是40万吨级VLOC安全管理的一项重要工作，船舶应根据不同气候、水文条件等因素并能根据装卸作业，打排压载水等操作及时采用有效的调整方法，保证船舶的靠泊安全。如果在船舶靠泊期间存在一些对特定港口的变量细节考虑不周的情况，可能也会导致非常严重的后果。

⏩ 船舶在港内靠泊期间，在风力、潮流、海浪等自然环境因素作用下会产生振荡，同时由于码头受外海传来的涌浪影响，可能使在泊船舶失去平衡产生较大幅度的偏荡，此时缆绳受力不均在瞬间顿力的作用下非常容易破断；船舶减载或空载船舶吃水浅，自固力差，在涌浪的作用下更容易产生纵摇、横摇及垂荡的现象，缆绳由于仰角大与导缆桩底座或舷墙边缘产生摩擦也可能被磨断，而且一根缆绳的破断极有可能导致整体布缆受力失衡而产生连锁反应（一般靠泊系缆达30多根），进而导致极端险情出现，对船舶在港靠泊安全构成很大威胁。

⏩ 考虑到这类船舶的船型特点，在靠泊作业期间，船方应安排专员密切关注码头区域天气情况及变化趋势，如果港口气象变化会对安全作业产生影响，应立即通知作业现场停止装卸货作业。作为码头运营方应密切关注气象及地质部门发出的警报信息，并建立极端气象情况下的应急预案，一旦得知极端气象预警信息，立即与现场操作人员取得联系，按照应急预案保证相关人员、船舶及货物的安全。

三、航线设计

航线设计的总体原则

⏩ 一般情况下，无论是大洋航行还是沿海近岸航行，航线设计都应尽可能以推荐或习惯航线为主，特别是40万吨级深吃水VLOC尽量不要选择未经验证的航线，若必须自己设计航线，应尽可能平行于岸线且海图水深资料完整，同时还需要根据船舶吨位、吃水、航程、船位测定的难易程度、海图精度、能见度、风、流、水深、船舶密集度等因素确定离岸距离。

⏩ 40万吨级VLOC满载吃水达22米左右，水深不足可能是造成船舶搁浅事故的最主要因素。因此，在进行航线设计时，需要考虑船舶静态吃水、不同速度下受外界环境的影响吃水的变化、以及油水消耗、水密度、船舶拱垂变化、船体下沉量（特别是在浅水区）、船舶纵倾、横倾、横摇、垂荡等对吃水的影响。还有图注水深精度、潮汐、天气、海况对水深的影响。

⏩ 40万吨级VLOC满载时操纵困难，特别是在船舶近岸浅水区航行时，由于船舶数量的增加，对船舶之间的避让提出了更高的要求。因此40万吨级VLOC在航线设计上，应在遵循一般原则基础上，重点关注水深选择、离岸距离和离危险物距离等沿海近岸航行的因素。

船体下沉量估算

美国 Barrass提出的大型船舶航行中的船体下沉量的简单估算公式：船体下沉量Sq=0.01×Ｃb×Ｖ2，式中Ｃb为方形系数，V 为船速。40万吨及超大型矿砂船的方形系数Cb约为0.843，若船速为12 Kn，则船体下沉量Sq=0.01×0.843×12×12＝1.21米，应特别注意的是在浅水区域中，由于浅水效应影响，航行中船舶的船体下沉量可能达上述估算船体下沉量的两倍，即2.42米。

横倾、横摇带来的吃水增加估算

⏩ 一般经验估算公式为：δd=0.5×Ｂ×Sin θ，其中：B 为船宽（40万吨级VLOC的船宽为65m），θ为横倾角或者横摇角。船舶在航行中横摇5度是很正常的，则在此情况下船舶的吃水增加量δd=0.5×65×Sin5°=2.82（m）。

⏩ 航线设计还应考虑图注水深精度和潮汐对水深变化的影响，潮高加上图注水深即为实际水深，但是应了解的是潮汐在外海时对水深的影响较小；若存在波浪时，实际水深应是图注水减去半波高；气压变化对水深成反比影响，但影响甚微可以忽略不计。

浅水区域实际水深计算实例

浅水区域的实际水深为浅水区域的图注水深与潮高之和，再减去半波高。考虑海图标注精度的影响（20-100米水深范围内，海图精度误差在1米左右），假设船舶拟通过的海图水深为30m，潮汐高度为2m，波高5m，则该处的实际水深为 30+1-2.5-1=27.5m，考虑以上估算船体下沉、船舶横倾、横摇和垂荡等因素，40万吨满载的VLOC很可能在海图水深为30米的水域造成搁浅。

四、进出港引航安全

⏩ 船舶进出港引航安全是船舶安全航行的关键一环，40万吨级VLOC具有超级大的船舶尺度和操纵不灵便等特点，一般认为船长熟悉本船的操纵特点及性能，而引航员比较熟悉当地的水文、航路、气象信息，且便于与当地港口沟通等优势，船舶进出港安全操作的关键实际上是船长和引航员二者的良好配合。

⏩ 40万吨级VLOC的空载时干舷高、吃水浅，受风面积大。满载时吃水深、惯性大。船舶空载和满载状态下都会出现船舶操纵困难，特别在一些船舶流量大、通航环境复杂而又需要侯潮进出的港口，船舶需要会同公司、海事、码头、代理等多家单位进行船舶风险研判，提前搜集气象水文信息、船舶通航密度情况，从而制定科学的引航方案和应急预案。

⏩ 船长平时应加强自身素质培养，熟悉驾驶台各航海仪器的使用方法，特别是熟悉本轮的操纵特性，进港前充分休息，保持充沛的精力，头脑保持清醒，遇事沉着冷静，果断处理，当发生险情时一定要及时寻求岸基支持，以免出现被动局面。

五、操作安全管理

⏩ 随着船舶的超大型化，现代化的船舶管理不仅限于船舶和人员的管理，还应从涉及整个营运安全的广义角度来理解，包括行业安全管理规范、船公司安全管理体系、港口码头安全管理体系及相关海事监管等一整套闭环的管理系统。

⏩ 公司安全管理体系包括船员培训管理制度、安全检查制度、维修养护制度以及船舶应急预案制度等，完善的船舶管理体系可以有效地提高船员素质，使船舶设备处于良好的工作状态，并在紧急情况下提供非常及时有效的指导，管理制度可以对船员形成良好的工作态度即作业习惯起到重要作用，因而也直接影响着装卸货作业的安全。

⏩ 船舶管理应从提高船员整体素质着手，建立良好的船员培训制度，良好的船员素质有助于建立健全的船舶安全检查制度，从而对船舶安全生产活动进行良好监管，公司还应对船舶建立更为严格的安全检查制度，定期调研检查，保证船舶安全生产，建立船舶应急预案制度，保证装卸货过程中出现紧急情况时能够＂有法可依＂，为船员处理紧急情况提供及时有效的指导，同时应定期组织安全管理人员对船舶进行检查和保养，保证相关设备能够处于良好的工作状态，船舶能够适航、适货。

⏩ 为保障船舶安全，船舶根据相关指导原则制定的安全生产计划（如装卸货计划、航线设计等）经船长审核后，报至公司应再次审核，将船舶安全放在首要位置；而涉及港口及码头方面的装卸货计划，船方应和码头方保持密切沟通，保证装卸货计划合理并顺利执行；同时作为负有监管职能的海事部门应起到良好的监督作用，一旦发现船舶存在违反安全管理规范等不安全的情况存在，应立即进行纠正并进行严格的处罚。

⏩ 行业安全管理规范主要是指国际海事组织以及相关国家主管机关针对矿砂船的装卸安全颁布的安全管理规则、行业标准及指南，例如《IMSBC规则》就精矿粉货物易流态化的专门规定。由于近年来40万吨级VLOC船舶海上运输发展迅速，针对该类型船舶的船型结构特点及船舶超大型化超大吃水的船型特征，从行业安全管理角度，也应该重点关注船体强度、进出港航行安全等特殊风险。

结语

船舶安全生产活动是一个庞大的系统工程，随着船舶主尺度和载重吨的超大型化，船舶营运风险随之增加，也对船舶管理提出了更高的要求，本文通过对 40 万吨 VLOC的典型结构特点、在港靠泊安全、航线设计和船舶引航安全以及船舶管理角度对该类型船舶所可能面临的风险进行了分析和概括，以期业界对大型矿砂船特别是40万吨级VLOC的安全引起重视，并在船舶实际生产经营活动中不断完善各项安全检查管理规章制度，以保障船舶生命财产安全。

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