跨海客滾運輸船舶航行風險評估

鄭世民，翁大濤，劉廣強

（1.山東高速交通物流投資有限公司，山東 濰坊 261000；2.交通運輸部科學研究院，北京 100029）

跨?？蜐L運輸船舶航行風險評估

鄭世民1，翁大濤2，劉廣強2

（1.山東高速交通物流投資有限公司，山東 濰坊 261000；2.交通運輸部科學研究院，北京 100029）

跨?？蜐L運輸是一種重要的運輸方式，通過評估，能夠識別其航行中存在的風險，從而有針對性地采取措施，保障船舶安全。根據(jù)跨?？蜐L運輸?shù)奶攸c和安全現(xiàn)狀，結合系統(tǒng)工程理論，從人、機、環(huán)境、管理四個方面分析客滾船航行風險及其影響因素，構建了航行風險評估指標體系，并將可拓學理論應用到評估中，建立了跨海客滾運輸航行風險的可拓綜合評估模型，進行了實例驗證。結果表明，可拓綜合評估模型適用于跨?？蜐L運輸船舶航行風險評估，并且根據(jù)評估指標的實際取值，能夠準確地評估不同指標的關聯(lián)度及其所屬的風險等級，為海上船舶安全管理提供參考。

跨?？蜐L運輸；客滾船；航行風險；可拓綜合評估

0 引言

近年來，跨海客滾運輸發(fā)展非常迅速。客滾船作為四類重點船舶之一，在我國多集中航行于渤海灣、舟山群島水域以及瓊州海峽等重點監(jiān)管水域，其安全的重要性不言而喻。然而，當前客滾船的安全形勢不容樂觀，特別是2014年4月16日發(fā)生的韓國“歲月號”客滾船沉船事故向世人敲響了安全警鐘。對跨?？蜐L運輸船舶航行風險進行深入分析十分必要。

船舶航行風險評估是對船舶航行安全系統(tǒng)所處的危險狀態(tài)進行定量和定性的評定和估計[1]。國內外學者對風險評估做了大量研究工作，發(fā)展了許多實用方法和技術。比如，英國政府提出了海事綜合安全評價（FSA）[2]；P.Trucoo等[3]運用貝葉斯網(wǎng)絡模型對人為因素進行了風險評價；W.Keller等[4]對概率風險評價法的發(fā)展歷史及其在核能行業(yè)的應用進行了研究。國內的吳兆麟等[1]提出了一種基于標準化換算處理的安全評價方法——安全指數(shù)法；趙仁余[5]提出了基于事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)的水域交通危險度的多層次模糊綜合評判法。以上這些工作為跨海客滾運輸航行風險評估提供了思路和支持。

影響船舶航行安全的因素很多，具有很大的模糊性和隨機性。安全指數(shù)法、模糊綜合評價法、層次分析法等方法主觀性太強，一致性校驗繁瑣，有一定的局限性，而且大多數(shù)權重都是靜態(tài)的，動態(tài)性較差。相比而言，可拓綜合評估方法在處理矛盾問題和不確定性問題方面具有一定的優(yōu)勢。為此，本文將在分析跨?？蜐L運輸特點和安全狀況的基礎上，根據(jù)風險管理和系統(tǒng)工程的理論和方法，對跨海客滾運輸存在的航行風險和影響因素進行分析，并將可拓學運用于跨海客滾運輸航行風險評估中，建立可拓綜合評估模型，最后通過實例加以驗證。

1 跨海客滾運輸概述

1.1 客滾船特點

1.1.1 結構特點

客滾船具有如下結構特點：

（1）船體高大：滾裝船一般設有寬大的艙室和甲板，并設有汽車艙，其上有客艙設施，船體一般較高大；

（2）水密性良好：滾裝船通常設有供汽車（貨物）進出的水密門跳板；

（3）滅火設施完善：船上設有良好的通風系統(tǒng)和固定式消防系統(tǒng)等，便于應對火災風險。

1.1.2 操縱特點

客滾船具有如下操縱特點：

（1）操縱性良好：一般有兩套動力裝置，?？看a頭十分方便；

（2）穩(wěn)性良好[6]：客滾船船體寬大，航行平穩(wěn)；

（3）舵效良好：客滾船大多采用外旋雙車雙舵，舵面積比較大，使得船舶有良好的舵效；

（4）方形系數(shù)[7]較大。

1.2 跨?？蜐L運輸特點

（1）運輸環(huán)境復雜

客滾船是航行于江河湖泊、海峽島嶼之間用于載運客、貨和車輛的水上交通工具[8]。有別于長江、珠江等水路運輸，跨海運輸本身就具有鮮明的特點——海域環(huán)境更加復雜，受海域氣象水文環(huán)境（諸如風、流、浪等）影響更加明顯。

（2）安全要求高

作為沿海旅客及車輛跨海運輸?shù)闹饕绞剑蜐L船運輸對安全要求非常高。伴隨跨區(qū)域經濟往來的日益頻繁，客滾運輸市場不斷擴大。船舶載人載貨量不斷提高，一旦發(fā)生事故，后果將不堪設想。

1.3 跨?？蜐L運輸安全狀況

如前文所述，近年來，客滾運輸發(fā)展非常迅速，尤其是海峽、海灣和陸島之間的跨海滾裝運輸。由于客滾運輸?shù)奶厥庑?，其運營中尚存在一些問題有待解決，例如部分航運企業(yè)片面追求經濟效益、市場份額，漠視國家安全生產管理規(guī)章制度，導致客滾運輸?shù)膶I(yè)人才隊伍建設、管理工作和手段遠遠滯后于行業(yè)的發(fā)展，存在安全隱患[9]。客滾運輸業(yè)從誕生開始，就一直伴隨著發(fā)生海難事故的陰影。

根據(jù)中華人民共和國海事局《水上交通事故年報》，客船、客渡船、客滾船、高速客船等的事故統(tǒng)計如表1所示。

表1 水上客滾運輸事故統(tǒng)計

可見，跨?？蜐L運輸是高風險性行業(yè)，一旦發(fā)生事故，易發(fā)生群死群傷，造成巨大的人員傷亡和經濟損失，產生嚴重的社會負面影響。

2 跨?？蜐L運輸風險分析

2.1 風險識別

由于客滾船結構、貨物裝卸以及運輸環(huán)境的特殊性，跨?？蜐L運輸存在一定的風險。

（1）目前部分船員存在實操能力較差、安全責任意識不強等問題。近幾年，發(fā)生過多起因船員責任心不強、不遵守航行規(guī)定而導致的客滾船安全事故，船員存在的問題給客滾船的運營帶來較大的安全隱患。

（2）鑒于客滾船的裝載特點，如果對貨物不進行有效的綁扎，使得船體重心較高，則在惡劣海況下，船舶容易傾覆。當前，客滾船的航行設備、消防救生設備出現(xiàn)問題的情況經常發(fā)生，超載現(xiàn)象也時有發(fā)生。

（3）船舶設備故障以及惡劣海況等可能造成航行風險，例如在駛入港口的過程中，由于航道狹窄或遇到操作受限的船舶等時，可能增加碰撞風險。隨著過海旅客、車輛數(shù)量的增加，往返于陸地、海島之間的客滾船航次也越來越多，使得航線形成交叉，也增加了碰撞風險。

（4）在港口管理方面，車輛檢測能力不足，難以對過海車輛實行全面檢測，容易導致非法夾帶危險品行為的發(fā)生。在公司管理方面也存在管理不到位、安全管理體系運行“兩張皮”、重效益輕管理的現(xiàn)象。

2.2 風險影響因素

風險的出現(xiàn)并不是偶然的，而是多種影響因素共同作用的結果。根據(jù)系統(tǒng)工程理論，風險影響因素大致可分為如下幾種。

（1）人為因素。船員的安全生產意識淡薄或在操作過程中疏忽大意都有可能產生風險，使一些可以依靠自救控制的風險演變?yōu)槭鹿省?/p>

（2）船舶因素。隨著船齡的增大，若定期檢查不及時，可能在船舶運輸中產生風險[10]。

（3）環(huán)境因素。跨海客滾運輸雖然是一種中短程運輸，但相對其他客渡運輸方式而言其航行時間依然較長，途中可能經過不同的海域或氣候帶，這對船舶的安全會造成很大的影響。

（4）管理因素。目前我國已經出臺了許多有關客滾船的規(guī)定，倘若違反，則可能產生風險，例如客滾船中所載車輛因未按規(guī)定綁扎牢固而產生的車輛移位和碰撞等[11]。

在識別出運輸風險的表現(xiàn)形式和影響因素之后，就需要采用特定的方法對各因素對于風險的影響程度進行系統(tǒng)的評估分析。

3 基于可拓學的航行風險評估方法

現(xiàn)有風險評估方法很多，有的從統(tǒng)計學角度出發(fā)，有的從系統(tǒng)工程學角度出發(fā)。船舶航行環(huán)境屬于典型的開環(huán)控制，影響安全的因素眾多，具有極大的模糊性和隨機性。為了較準確地對跨?？蜐L運輸船舶航行風險進行評估，實現(xiàn)各影響因素之間的橫向比較，同時考慮到對航行風險的評估是對諸多因素的綜合分析和比較的過程，本文將可拓學思想運用到航行風險評估中。

3.1 可拓學的基本思想和概念

3.1.1 可拓學概述

可拓學[12]主要通過研究事物的可拓性，以物元理論和可拓數(shù)學為基礎，結合定性和定量方法來處理矛盾問題和不確定性問題?？赏卣撛诮浀鋽?shù)學康托集合和模糊數(shù)學模糊集合的基礎上，提出了基于變換的動態(tài)可拓集合，基于“距”的概念引入了可以表征元素與區(qū)間集合關系的關聯(lián)函數(shù)，為定量描述事物從量變到質變的轉化過程提供有效的工具。

3.1.2 基本概念

（1）物元

物元[13]是可拓學中描述事物的基本元。具有n個主要特征的物元R的三要素包括事物名稱N、事物特征名稱c和特征量值v。物元R可表示為：

物元正確地反映了事物的質與量之間的關系、事物的動態(tài)性，能夠更加貼切地描述客觀事物變化的過程，把事物、特征及對應量值作為一個整體來研究，為運用定性與定量相結合的方法來處理復雜多因素系統(tǒng)提供了形式化模型工具。

（2）關聯(lián)函數(shù)

經典數(shù)學中的實變函數(shù)有時無法表示同類事物不同元素間的區(qū)別，即“類內即為同”。為了更完整地描述這種同類性質元素間的差別，可拓學引入了“距”的概念。設x為實數(shù)域的任意一點，X0=(a,b)為實域上任一區(qū)間，則x與X0=(a,b)的距[13]可以表示為：

式中：ρ(x,X0)為x與X0=(a,b)的距；a為區(qū)間X0的左端點；b為區(qū)間X0的右端點。

距可以精確地把點與區(qū)間的位置關系用定量的形式界定。進而，關聯(lián)函數(shù)[13]可以表示為：

式中：ρ(x,vij)為點x與有限區(qū)間X0=[a,b]的距離；ρ(x,vp)為點x與有限區(qū)間Xp=[ap,bp]的距離；vij為第j個風險的特征ci對應的量值；|aij-bij|為區(qū)間Xij=[aij,bij]的長度。

3.2 可拓學在航行風險評估中的適用性分析

（1）符合性分析

跨海客滾運輸環(huán)境復雜，不僅涉及水文、氣象、自然災害、地理位置等自然條件，還涉及交通流、船舶航路等交通條件，而且各條件之間相互影響。對于通航水域本身而言，雖然有些條件是不變的，但在航行過程中，風、流、浪、交通流等情況隨時都有可能發(fā)生變化，船舶航行過程是典型的動態(tài)開放系統(tǒng)，具有一定的未確知性和模糊性。航行中任何一個風險因子都可能將船舶由“安全”轉入“危險”或“危險”轉入“安全”，體現(xiàn)了矛盾的互相轉化。可見，跨?？蜐L運輸航行風險是一個動態(tài)性（可拓性）、矛盾性、模糊性的問題，符合可拓學的要義——處理矛盾問題和不確定性問題。

（2）適應性分析

可拓綜合評估是利用物元的動態(tài)性（可拓性）、矛盾性、模糊性，通過關聯(lián)函數(shù)建立指標之間的關聯(lián)程度和數(shù)量關系，從數(shù)量上反映被評估對象的等級，以及被評估對象從量變到質變的動態(tài)過程[14]。這符合跨海客滾運輸船舶航行風險評估的思路。因此，基于可拓學理論的可拓綜合評估方法對跨?？蜐L運輸航行風險評估是適用的。

3.3 航行風險評估

3.3.1 評估指標體系

根據(jù)現(xiàn)有的客滾船航行風險因素研究，結合海上交通工程學、船舶安全管理學，對影響航行的各種因素進行分析歸納，篩選評估指標，建立了航行風險評估指標體系，如圖1所示。

圖1 航行風險評估指標體系

3.3.2 模型的建立

（1）確定待評物元

跨?？蜐L運輸船舶航行風險N、航行風險特征c和特征量值v共同構成跨?？蜐L運輸船舶航行安全物元。假設航行安全N有n個特征，可用c1,c2,…,cn表示，其對應的量值為v1,v2,…,vn，則n維航行風險物元R可表示為：

（2）確定經典域和節(jié)域物元矩陣

跨?？蜐L運輸船舶航行安全經典物元矩陣可表示為：

式中：R0為經典域物元；Nm為所劃分的航行風險的第m個評估等級；cn為第n個評估指標；（anm,bnm）為對應等級m的量值范圍；vij表示m個風險等級中第j個風險的特征ci對應的量值，i表示風險特征數(shù)，j表示風險個數(shù)。

航行安全的節(jié)域物元矩陣為：

式中：Rm為節(jié)域物元；vmn=(amn,bmn)為節(jié)域物元關于特征cn的量值范圍。

（3）確定關聯(lián)函數(shù)及關聯(lián)度

關聯(lián)函數(shù)表示跨?？蜐L運輸船舶航行風險物元的取值為實軸上的一點時，待評物元符合等級要求的程度[15]?？绾？蜐L運輸船舶航行風險指標關聯(lián)函數(shù)[13]k(xi)定義為：

式中：X,X0,Xm分別表示待評物元的量值、經典域物元的量值范圍和節(jié)域物元的量值范圍；ρ(X,Xm)為點Xm與有界區(qū)間Xm=[am,bm]的距離；ρ(X,X0)為點X與有界區(qū)間X0=[a0,b0]的距離[13]，可按下式計算：

式中：a0,b0分別為X0=[a0,b0]的兩個端點。

（4）計算綜合關聯(lián)度并確定評價等級

待評估對象Nx關于等級m的綜合關聯(lián)度[15]Km(Nx)可按下式計算：

式中：qi為各指標的權重；km(xi)為待評對象Nx關于等級m的單指標關聯(lián)度。

若Kmax=max[Km(Nx)]，則待評對象Nx的等級為m。

3.3.3 等級劃分

風險等級的劃分主要依據(jù)水上交通事故分級標準，但是風險與水上交通事故的含義并不相同。風險的范疇相對更廣，它既包括實際發(fā)生的水上交通事故，又包括各種尚未表現(xiàn)出來的潛在危險；既有對已經發(fā)生事故的歸納，又有對將來發(fā)生情況的預測[16]。航行風險按照危險程度具體被劃分為五級，如表2所示。

表2 航行風險等級劃分

3.3.4 實例分析

本文以山東沿海某公司客滾運輸為例，運用上述方法對其風險進行評估。

根據(jù)相關專家學者的研究和事故案例，人的因素是導致事故發(fā)生的根本因素，而人的行為和狀態(tài)難以判斷，目前還沒有相關的評價標準。本案例中用于航行風險評估的二級指標只有三個：船舶因素E1、環(huán)境因素E2和管理因素E3；評價指標有：船舶設施設備C1、船舶結構C2、船齡C3、貨物積載綁扎C4、風C5、流C6、浪C7、礙航物C8、加權船舶交通流C9、會遇狀況C10、VTS服務C11、導助航設施完善程度C12和安全管理制度C13；風險等級分：低風險N1、較低風險N2、一般風險N3、較高風險N4和高風險N5。于是，航行風險的經典域可表示為：

三級指標的關聯(lián)度計算結果如表3所示；二級指標的關聯(lián)度計算結果如表4所示；一級指標航行風險的關聯(lián)度計算結果如表5所示。

表3 三級指標關聯(lián)度

表4 二級指標關聯(lián)度

表5 一級指標關聯(lián)度

根據(jù)評估，該公司客滾運輸船舶航行風險狀況屬于一般風險度。

實際上，根據(jù)該公司船舶安全管理的記錄和近些年發(fā)生的事故險情來看，在船舶、環(huán)境和管理這三個因素中，因惡劣環(huán)境和管理不善造成的事故險情更多。這與本文對二級指標的評估結果相吻合。同時隨著公司管理制度的不斷完善、水域助航設施的不斷完備以及通航環(huán)境狀況的改善，跨?？蜐L運輸船舶發(fā)生風險的概率也在變小，與本文航行風險評估結果比較一致。

4 結語

本文將可拓學引入到跨?？蜐L運輸船舶航行風險評估中，建立了跨?？蜐L運輸船舶航行風險評估指標體系和模型，并通過實例加以驗證，為跨?？蜐L運輸船舶航行安全評估研究提供了一種新視角，豐富了船舶航行安全管理理論，有利于船舶航行安全管理工作的推進。但可拓評估方法在實際應用過程中，由于部分評估指標的量化取值還不夠準確，衡量風險大小的標準還不夠明確，使得評估結果的準確性受到影響，為此下一步還需要對此開展深入研究。

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Sailing RiskAssessment of Cross-Sea Roll-on Roll-off Passenger Ships

ZHENG Shi-min1,WENG Da-tao2,LIU Guang-qiang2
(1.Shandong High-Speed Traffic Logistics Investment Co.,Ltd.,Weifang 261000,China; 2.China Academy of Transportation Sciences,Beijing 100029,China)

Cross-sea roll-on roll-off transportation is an important mode of transportation.The naviga?tion risk could be identified by sailing risk assessment.Thus some corresponding measures can be taken to ensure the safety of ship.Based on the analysis of characteristics and safety status of cross-sea rollon roll-off passenger transportation,sailing risk and its influencing factors were recognized from four as?pects of man,machine,environment and management,combining with the system engineering theory. And a navigation risk assessment index system was constructed.Then a extensive comprehensive evalua?tion model was established by application of the theory of extenics and was used in a case study.The re?sults show that the method is suitable for the cross-sea roll-on roll-off passenger ship navigation risk as?sessment.And the method can be used to assess the correlation and the risk level of different factors ac?cording to the actual values range of evaluation indicators.Then some references were provided for mari?time safety management of the ship.

cross-sea passenger transportation;roll-on roll-off passenger ship;sailing risk;exten?sive comprehensive evaluation

U698.2

：A

：2095-9931（2015）04-0075-06

10.16503/j.cnki.2095-9931.2015.04.011

2015-03-31

鄭世民（1983—），男，山東濰坊人，工程師，碩士，從事港口、航道、交通工程等項目建設、運營和管理工作。E-mail：sdgs_zheng@163.com。