北部湾海域中小型散货船抗风能力分析

李国寅 孙夏云

随着北部湾经济圈的活跃，该地区航运业得到了持续的发展，大量船舶频繁地进出北部湾各个港口，而这些船舶以中小型散货船居多。海上复杂多变的天气条件时刻威胁着航行的船舶，由大风浪造成的船舶事故时有发生，其中绝大多数船舶类型为3 000 总吨以下的中小型散货船。因此，十分有必要对北部湾海域中小型散货船抗风能力进行安全评估分析。

一、风级的划分

风是表示空气水平运动的物理量。级是风力等级的简称，用以表示风强度。根据我国风力等级国家标准，以标准气象观测场10米高处的风速大小将风力等级划分为18个等级[1]，详见表1。

二、大风天气对散货船航行安全的影响

（一）大风对船体的影响

船舶在大风中航行时，船体会受到大风的压力和海浪的拍打、冲击。风压、浪击使船体不同部位承受外有应力，同时货物、设备移位及形成的自由液面会对船体内部结构产生影响。船体的结构受损时，破舱、进水等险情的发生就不可避免了。

表1 风级

（二）大风天气对船舶设备的影响

船舶在大风中航行时，由于波浪的阻力增大，船舶的主机很容易进入超负荷工作状态，各个机电设备负荷也随之增大，同时伴随船舶的前后摇晃、左右颠簸，船上各种设备可能受损。船舶在大风中航行时，甲板上浪严重，船体受到波浪剧烈冲击和甲板上涌浪的影响，常用的机械设备易受损，甲板上未绑扎系固好的机械设备更可能会被涌浪冲走，给船舶航行安全造成难以预料的威胁。

（三）大风天气对货物的影响

散货船装载的货物绝大多数为散装货物，而散装货物大都具有流动性，在船舶左右摇晃、前后颠簸剧烈摇摆时，货物会在一定程度上产生流动现象，特别是易流态货物，货物流态化后更导致船舶的稳性降低，当舱内进水后，舱内货物的移动甚至会导致船舶倾覆。散货船载运件杂货时，如果所装货件未采取任何绑扎固定措施，且货件与货件之间、货件与舱壁之间未填塞必要足够的衬垫物，船舶受到大风影响剧烈摇摆、振荡后，货物发生移位会造成货件与货件之间挤压、撞击，以及货件与舱壁碰撞，导致货物移位、船体受损，影响船舶航行安全。

（四）大风浪对船员的影响

船舶在大风中航行时，左右摇晃，前后颠簸，剧烈摇摆，会使人产生晕船的感觉。如造成过大的动倾角，还会影响人的运动能力，严重时还会降低船上工作人员的反应及应变能力，从而诱发事故。

三、理想状态下的解析

《2008年国际完整稳性规则》中明确了每一船舶承受横风和横摇的综合效应的能力，是按照每种标准装载状况进行证实的。但由于每艘船舶的实际参数并不一致，其每种标准装载状况也不一样，这就导致针对不同的国际航行散货船目前尚不存在统一标准的理想解析。

国内的船舶检验机构目前仅在客船、客渡船、滚装客船上明确检验出船舶的抗风等级，其余船舶的抗风等级是没有明确标注的。3 000总吨以下的国内航行散货船均为沿海航区船舶，依据《国内航行海船法定检验技术规则》等法规中的数学模型，再通过航区、风类、风速梯度及气象衡准等一系列的修正换算，可进行数学解析如下：

（一）风压与风速的关系

《国内航行海船法定检验技术规则》中风压与风速的关系仍然使用空气动力学的公式，只是附加了对船舶形状的修正系数，使之成为：

其中：P为风压，kg/m2；Cs为船舶形状修正系数，一般取Cs=1.2；ρ为空气的密度，取15 ℃的ρ=0.125 1 kgs2/m4；V为风速，m/s。

将确定的参数值代入式（1）并更换风压单位，其风压与风速的关系可以简化成：

由式（2）可以得到：

（二）风压、风速及风速梯度的关系

《国内航行海船法定检验技术规则》中所设定的风压标准P，其大小根据航区以及船舶受风面积中心距离海平面的高度而定，其中风压中心是距离海面高6米的，沿海航区风压为356帕。而《国内航行海船法定检验技术规则》中风速标准Vt是以距离海平面6米高处的突风风速作为标准。该标准可以由《国内航行海船法定检验技术规则》中设定的风压进行反推，即可求出《国内航行海船法定检验技术规则》中各航区所设定的风速标准Vt为22.0米/秒。

即使同一类航区，随着风压中心高度的变化，风压取值也不尽相同。这是因为空气是黏性流体，在同一时间内，不同高度处空气流动的速度并不相等，风速沿垂向分布呈现梯度变化，其梯度分布系数ki为：

其中：Vi为距海平面不同高度处的突风风速，m/s；Vt为《国内航行海船法定检验技术规则》设定的距离海平面6米高处标准的突风风速，m/s。

将式（4）中的风速Vi、Vt用式（3）的形式代入，可以进一步导出：

其中：Pi为沿海航区不同高度处的风压；P6.0为沿海航区距离海面6米高处的风压。

用式（5）可以反推出《国内航行海船法定检验技术规则》所采用的风速梯度分布系数，见表2。

表2 《国内航行海船法定检验技术规则》所采用的风速梯度分布系数

（三）标准风速与天气预报风速、风级的关系

气象台是以蒲福风级为标准进行海上风级预报的，风级N=10（logV+0.778）/1.5，V为海平面以上10米高处的平均风速。

由于天气预报的阵风风速是距离海平面10米高的突风风速Vz，由表2风速梯度分布系数可以推算出天气预报阵风风速Vz为：22.0×1.017=22.3米/秒[3]。

而目前我国天气预报的风级与风速的关系见表1，将沿海航区所对应的阵风风速Vz，通过用公式换算及对天气预报风级的最大风速进行插值，可以得出满足《国内航行海船法定检验技术规则》稳性的船舶可抗天气预报阵风的风级，如表3所示。

表3 满足《国内航行海船法定检验技术规则》稳性的船舶可抗天气预报阵风的风级

（四）注意事项

该预报只能针对满足《国内航行海船法定检验技术规则》的船舶，对于满足其他稳性规则的船舶不适用。而且对于稳性满足《国内航行海船法定检验技术规则》的船舶，不再考虑气象衡准数K的大小而笼统进行的解析。这是《国内航行海船法定检验技术规则》等法规中数学模型对沿海航区的船舶预先设定的可抗阵风的风级，是解析值的结果，虽然理论上可抗上述阵风级别，但在气象条件比较复杂的海况下，实船的稳性安全仍需考虑更多其他因素。

四、目前存在的问题

在海事实际监管工作中，我们发现中小型船舶在5～7级风天气下发生碰撞、搁浅等小事故屡见不鲜，严重时船舶侧翻、沉没等一般等级以上事故也时有发生，分析发现主要有以下几个方面原因。

（一）人为因素

1.船员的素质参差不齐

现有中小型散货船舶的船员大多来自经济比较落后的地区，船员教育水平较低，加之船上的特殊环境，学习氛围不够，后天的学习跟不上，船员素质逐渐降低。另外，随着国内经济水平的不断发展，船员工资也就不显得十分有吸引力了，优秀船员脱离船员岗位，低水平船员未见减少，相对而言水平较差但是可以接受较低工资的船员的比例增大，导致船员素质整体下滑。

2.船员的安全观念淡薄

船员素质差，就容易工作责任心不强、安全观念淡薄。在实际航行中，船员中存在不遵守操作规程，不落实安全防范措施，不按照规定航速行驶，不按照避碰规则避让，在恶劣气象情况下罔顾安全、冒险开航的现象。这些都容易导致海上交通事故的发生[4]。

3.船长的权利缺失

中小型沿海航行货船隐形登记行为普遍存在。大量隐形登记船舶使船舶的安全和防污染管理实质上是由船东进行操作。船东越权指挥，导致公司的体系执行不到位，公司的各项安全管理制度无法在挂靠经营管理的船舶上得到实际落实。船长不能行使管理级人员的权利，而仅仅是作为一个打工仔存在。

（二）船舶因素

1.船舶情况相对较差

与万吨级以上的大型船舶相比较，大部分中小型散货船船况较差，会在消防、救生、通信、防污染、信号设备及结构密性上出现诸多缺陷。很多公司在目前航运市场不景气的情况下，不能保障正常的船舶安全投入，直接体现为船舶维护保养经费缩水，日常不按计划进行维护保养。

2.配员不足

船员工资占据了相当大一部分船舶营运成本。在海运运费低迷时期，为降低营运成本，中小型散货船可能会在船员身上打主意。部分船舶存在配员数量未达到最低安全要求、人证不符、船员证书失效等现象。一旦船舶配员不足，船员的身体健康状况、精神状况、休息情况就有可能得不到保障，思维和判断能力受到影响，容易诱发事故[5]。

3.船舶应急准备不足

船舶日常没有按要求开展应急演练，应急处置能力差。一旦遇到实际风力大于预报风力时，就会发生船长对紧迫局面估计不足、船员准备不足、船舶未采取特别防范措施等现象，容易导致事故。

（三）环境因素

目前，全世界各气象机构都不能保证所预报天气100%准确。海上大风的起止时间、实际风浪情况有时不能保证足够精确，一旦发生实际风力远大于预报风力而船舶未有足够准备的情况，船舶就会面临很大的危险。

（四）航运公司管理

1.航运公司对安全管理不到位

通过建立安全管理体系，航运公司在船舶管理、船员管理等方面都作出了明确的规定，但中小型船舶公司限于管理资金少、管理人员人手少，实际执行与体系相比往往存在“两张皮”现象。部分船舶为挂靠公司管理，船东与船公司签订的“委托经营合同”有时只是一纸空文，一些公司“代而不管”，加上有的船舶长期在外经营，“代而管不了”，航运公司安全管理不到位问题突出。

2.船岸沟通不畅

公司的安全管理落脚点在船舶，要想达到科学地组织、指挥、协调和管控船舶，就必须持续保持良好的船岸沟通。许多中小型船舶得不到足够的岸基支持，甚至很多船长、轮机长并不知道公司海务、机务的联系方式，船舶和岸基缺乏沟通联系，安全管理没有形成合力。

五、安全评估分析

国际上，《2008年国际完整稳性规则》中关于综合效应是按照每种标准装载状况进行验证的，由于每艘船舶的实际参数并不一致，其每种标准装载状况也就会不一样，这就导致针对不同的国际航行散货船目前尚不存在统一标准的理想解析。

国内的船舶检验机构目前仅在客船、客渡船、滚装客船上明确检验出船舶的抗风等级，其余船舶的抗风等级是没有明确标注的。理想状态下的解析中，国内航行中小型散货船均为沿海航区船舶，依据《国内航行海船法定检验技术规则》等法规中的数学模型，再通过航区、风类、风速梯度及气象衡准等一系列的修正换算，在不考虑气象衡准数K的大小的前提下，可解析得到国内航行中小型散货船可抗天气预报风力8级。但受目前国内航行中小型散货船舶普遍存在的人、船、环境、管理方面的问题影响，其理想状态是很难达到的，直言其抗风等级有8级也是不合适的。本文计算的中小型散货船抗风等级也只能供船长参考，实船的安全更需要依靠船长对实际的准确判断以及良好的航海技艺来保障。