《海上自主水面船舶试验指南》研究

孙 旭，蔡玉良

（中国船级社科创试验中心，北京 100007）

0 引言

随着人工智能、物联网、大数据、数字孪生、虚拟现实等前沿技术与传统船舶功能的深度融合，海上自主水面船舶技术驶上了发展的“快车道”。以智能航行、智能机舱、智能能效管理、智能货物管理、智能集成平台[1]等系统为代表的海上自主水面船舶技术已经进入实船试验阶段。海上自主水面船舶技术的工程化应用处于探索阶段，相关法律法规、规范标准尚不完善，实船试验为船舶航行带来了巨大风险。因此，出台相关法规对海上自主水面船舶研制和试验进行规范已经迫在眉睫。

本文将从海上自主水面船舶相关法规的研究现状出发，阐述《海上自主水面船舶试验暂行指南》（以下简称：《试验暂行指南》）制定的原则和过程，对《试验暂行指南》的内容进行解读和分析。并基于《试验暂行指南》的框架性要求，结合我国海上 自主水面船舶技术的发展现状及工程实践，对《试验暂行指南》的内容进行细化，提出《试验暂行指南》与实船试验相结合的可实施性方案，为《试验暂行指南》的理解和应用提供参考。根据海上自主水面船舶技术的发展趋势及国际海事组织对于海上自主水面船舶法规梳理制定的原则要求，展望《海上自主水面船舶试验指南》（以下简称：《试验指南》）的发展方向。

1 海上自主水面船舶法规发展现状

海上自主水面船舶技术历经多年的发展已初具雏形，部分自主化技术已进入实船试验阶段。为了促进海上自主水面船舶技术健康有序的发展，国际海事组织开始积极梳理相关公约规范，制定法规来支撑海上自主水面船舶技术的发展要求。

2018 年2 月，国际海事组织（IMO）在海安会（MSC）第99 次会议上提出对海上自主水面船舶的法律法规进行梳理，并明确了法律法规梳理的目标、定义、范围、方法和工作计划，同时对海上自主水面船舶进行了定义，即使用人工智能或软件程序等效替代人工对船舶功能进行监管或控制的海上水面航行船舶，这一定义与我国智能船舶的定义基本相同。本次会议成为海上自主水面船舶法规梳理及制定的“序幕”。

2018 年12 月，国际海事组织在海安会第100次会议上提出制定《试验暂行指南》的目标。海上自主水面船舶法律法规的梳理和制定工作正式启动，会议明确了任务分配，通过了《试验暂行指南》的制定原则，即在现有法律法规的基础上进行梳理和制定，并根据自主范围界定的目的定义海上自主水面船舶为4 个自主化等级。

等级一：船舶具备自动化处理和辅助决策功能，以船员为主操控船舶系统，在船员可以随时越控的前提下，部分操作可在无人监管的情况下由自动化系统完成。

等级二；船员在船的远程操控船舶，船舶可以进行远程操控，同时船员在船可以随时越控进行船舶操控。

等级三：船员不在船的远程操控船舶，船舶以远程操控的方式为主。

等级四：完全自主船舶，船舶操控系统可以进行自主感知、决策及控制。

海上自主水面船舶等级的定义从顶层设计角度规划了海上自主水面船舶的功能、范围和型式，从而便于法律法规的分类梳理。现阶段，中国船级社负责牵头梳理现有法律法规中适用于海上自主水面船舶的条款，明确不适用或修改后适用于海上自主水面船舶的条款，为海上自主水面船舶法律法规的制定提供了基础。同时，大会讨论了各国《试验暂行指南》的提案。

2019 年6 月，国际海事组织在海安会第101 次会议上批准了《试验暂行指南》，该《试验暂行指南》提出了海上自主水面船舶试验的原则和目标，并强调海上自主水面船舶试验需要遵守现有的法定要求，包括免除和等效替，确定下次会议将继续深化研究并制定《海上自主水面船舶试验指南》。《试验暂行指南》成为国际海事组织针对海上自主水面船舶技术的第一部技术法规。

随后，各国船级社根据《试验暂行指南》的要求，陆续发布或修改了海上自主水面船舶技术的规范标准，为海上自主水面船舶技术的发展提供了规范标准支撑。海上自主水面船舶技术呈现出多样化、非标化、复杂化的发展趋势。因此，各国船级社现有的规范标准无法完全覆盖海上自主水面船舶技术发展的需求，《试验暂行指南》的理解及应用成为保障海上自主水面船舶试航试验安全、环保和保障的关键。

2 《海上自主水面船舶试验暂行指南》分析

《试验暂行指南》是海事主管当局指导海上自主水面船舶试验的技术法规，用以确保试验船舶安全、环保和保障的水平达到不低于现有国际海事组织公约规范要求的水平。《试验暂行指南》共有风险管理、符合强制性法定要求、试验配员及资质、人为因素、试验安全管理基础设施及预案、试航提醒、通信与数据交换、报告要求及信息共享、试验范围及目标、网络安全这10 项框架性要求，按照海上自主水面船舶试验阶段划分，可分为船舶资质、评估阶段、准备阶段和试验阶段[3]，《试验暂行指南》的架构如图1 所示。

图1 海上自主水面船舶《试验暂行指南》架构

2.1 风险管理

海上自主水面船舶试验风险管理主要是指识别船舶试验过程中的潜在风险，对风险进行分析和评估后实施改进措施，以改善或消除风险，并针对意外事件和设备失效制定应急响应方案，避免试验过程中事故的发生。海上自主水面船舶风险管理体的体系架构主要基于国际海事组织综合安全评估（FSA）、ISO 风险管理（ISO 3 0001）和风险评估技术（ISO 31010）等规范标准而构建。海上自主水面船舶试验的风险管理应贯穿自主化系统的设计制造、实验室测试、实船试验方制定案和实船试验等阶段。设计制造阶段的风险管理主要针对系统设计、原理设计、功能设计、性能设计等因素进行失效与影响、人机工程、外部接口、复杂系统危害分析的风险识别、分析及评估，通过设计更改、提高工艺水平等手段，缓解或消除已识别的风险。实验室测试阶段的风险管理主要针对系统质量、预期功能、边界条件、功能切换等因素进行失效与影响、可靠性等要素的风险评估，识别可预知风险，制定应急响应方案，应对可预知风险[2]。实船试验方案制定阶段的风险管理主要针对试验流程、试验管理、通航评估、应急响应、保障方案等要素进行假定事故风险评估，识别实船试验方案的风险，完善应急响应机制，避免试验过程中由于试验方案导致的事故。随着人工智能、数字孪生等前沿技术与风险管理技术的深度融合，风险管理的风险识别、风险分析除了使用专家判断、事故数据库分析、故障模拟等传统方法[9]，还可以利用数字仿真技术，把船舶、环境、功能进行数字孪生，利用人工智能进行事故推演，提高风险分析的客观性，强化风险应对能力。

2.2 符合强制性法定要求

为了便于相关法律法规的梳理，国际海事组织对海上自主水面船舶进行了广义定义，海上自主水面船舶系统及设备的类型、性能及功能还未进行分类和定义，相关技术标准还处于梳理阶段。为了促进海上自主水面船舶技术的进步，国际海事组织在船舶资质不低于现有法定要求的前提下，鼓励进行船舶自主化技术的研制和试验。因此，符合强制性法定要求成为海上自主水面船舶的基本要求。试验船舶应符合的强制性法定要求包括免除与等效替代，需综合船舶类型、试验目的、预期功能、限制条件、风险管理、主管当局要求等因素进行考虑[6]，包括但不仅限于海上人命安全公约（SOLAS）、避碰规则（COLREG）、载重线（Loading Lines）、马尼拉公约（STCW）、搜索救援（SAR）、吨位丈量（Tonnage Convention）、集装箱公约（CSC）、特殊贸易客船（SPACE STP, STP）等公约法规。

2.3 试验配员及资质

海上自主水面船舶是在符合强制性法定要求船舶的基础上加装自主化系统。试验船舶应首先考虑保障航行安全和试验的配员及资质要求，保障航行安全的最小船舶配员除了应满足国际海事组织 Resolution A.1047(27) Principles o f M inimum S afe Manning 决议中的相关要求[7]，还应该根据自主化技术的自主化等级、功能、类型等因素进行综合考虑，对于配员及资质的要求应包括船端配员、岸端配员、保障配员等方面。船端配员及资质应根据海事主管当局现行规定执行，岸端负责远程监管和控制等涉及船舶航行安全的配员及资质，应以选择有船端相关系统及设备监管和控制资质、经验的人员为基本要求，同时根据试验范围和目的综合评估船端及岸端工程技术人员的配员及资质。为保障海上自主水面船舶试验安全，需要在船端或者岸端任命一名具备试验资质和经验的管理负责人，可随时暂停或停止试验过程。

2.4 人为因素

海上自主水面船舶技术的应用核心是使用机器来等效替代人工对船舶功能进行监管或控制，鉴于海上自主水面船舶技术尚未成熟，为了防范未知风险，海上自主水面船舶在试验阶段还应充分评估人为因素对试验的影响[8]。人为因素的要求除了应符合国家海事组织 Resolution A .947(23) Human Element V ision, P rinciples and Goals f or t he Organization 决议中相关条款，还应结合船舶自主技术发展现状进行考虑。从科学技术发展规律的角度来看，海上自主水面船舶功能的演进必将经历从部分自主到完全自主的发展过程，人员对船舶功能的监控及越控是保障船舶航行安全的必要手段，特别是在试验阶段，人为因素将是海上自主水面船舶系统设计时必须要考虑的风险因素，人为因素包括人员对自主功能的监管方式、越控手段、人机接口、使用习惯、应急响应等。海上自主水面船舶系统的设计应采用以人工对船舶功能的监管和控制为主，机器监管和控制为辅助的系统架构；监管和控制的优先级的设置应以船端及人工的监管和控制为最高优先级。当自主化系统发生故障时，应自动回退到人工监管和控制模式，并有明确的预警机制。自主化系统如包含远程监管和控制功能，设计时应充分考虑通信机制和数据分享模式，使试验人员在任何情况下都可以清楚地了解自主化系统的运行情况，随时可以掌握船舶功能监管和控制的权力。

2.5 试验安全管理基础设施及预案

海上自主水面船舶在试验阶段基于保障试验船舶安全、环保和保障的目的，应提供必要的安全管理基础设施和应急响应方案。安全管理基础设施按照功能可划分为救助设施、船舶状态监控设施、船舶数据记录设施、海况监测设施等。在试验过程中，船端和岸端的所有参与试验的人员应能通过试验安全管理基础设施获取自主化系统及设备的决策、操作、性能等关键信息。安全管理基础设施的配置应结合自主水面船舶的自主化等级、功能类型、应用场景等因素进行综合考虑。并根据安全管理基础设施配置、试验方案、组织结构、配员及资质等实际情况来制定相应的应急响应方案，当被测系统及设备发生故障或失效时，可以有效地减少或避免事故，并且在事故发生后可以尽量降低人命及财产的损失。

2.6 试验提醒

海上自主水面船舶的试验区域根据自主化系统的功能类型、试验阶段、试验项目等因素可分为封闭试验区域、开放试验区域、航道试验区域、港口码头试验区域等不同开放程度的试验区域。因此，试验区域内除了试验船舶也可能存在其他正常运营的船舶和设施。在试验过程中，为了减少对正常运营船舶和设施的影响，避免造成不必要的人命与财产损失，应建立试验提醒机制，如试验船舶以船体标识、AIS 信息、VHF 广播等消息传递方式提醒正常运营船舶和设施在本区域内正在进行海上自主水面船舶试验，试验提醒信息包括试验类型、持续时间、区域范围等，并借助海事主管当局的海事管理系统进行监测和通告。

2.7 通信及数据交换

海上自主水面船舶在试验过程中由于远程遥控和监管的需求，需要进行船-岸、船-船之间的通信及数据交换[5]。通信内容主要包括试验指令、试验提醒、避碰沟通、事故救助等重要信息，数据交换主要包括控制指令、反馈信息、监管信息、决策信息、状态信息、环境信息等重要数据，这些信息及数据与试验安全息息相关。因此，通信设备、通信链路、数据存储等通信及数据交换设施的可靠性是海上自主水面船舶试验安全的重要保障，通信及数据交换设施的设计一般可以采用冗余设计、多源通信链路、多维通信等方式保障通信及数据交换的可靠性。在使用海事卫星作为通信及数据交换手段时，要充分考虑卫星链路的特殊性，如天气条件、海况、覆盖区域、法律法规、通信带宽等制约条件，制定通信中断、延时的应急预案及保障措施。

2.8 报告要求及信息共享

海上自主水面船舶试验的相关信息应及时向海事主管当局进行报告及备案，以便于海事主管当局分发试验信息到试验区域内正常运营的船舶或组织。报告的要求需要满足IMO 法规相关规定。同时，国际海事组织鼓励海事主管当局、船级社、船东、产品厂等相关利益方分享试验数据及信息，为行业整体技术的进步提供知识积累，并鼓励海事主管当局通报试验结果和经验教训，为后续船舶的试验提供借鉴，避免发生类似的错误，提高试验的安全性。

2.8 试验的范围和目标

海上自主水面船舶技术相关技术标准缺失，呈现出多元化的发展趋势。因此，海上自主水面船舶每次单独的试验都需要有明确的试验范围和目标，以便针对每次单独试验的特点，进行试验方案的评估和管理方案的制定。在评估阶段将根据每次单独试验不同的试验范围和目标，结合自主化等级及应用场景，进行风险管理、人为因素、配员及资质、安全管理基础设施及预案的评估，以确定是否满足《试验暂行指南》保障船舶试验安全、环保和保障的要求。在试验管理过程中，根据每次单独试验不同的试验范围和目标，确定管控范围、管控手段和管控流程。

2.9 网络安全

随着数字化、大数据、物联网等信息化技术大量应用于海上自主水面船舶系统及设备，网络安全风险已经成为影响船舶航行安全的非传统风险。国际海事组织在海安会第98 次会议上通过了有关安全管理系统中网络风险管理的决议，鼓励海事主管当局确保2021年1月1日之后要在不迟于对公司的符合文件（DOC）做首次年度验证时适当处理网络安全风险[4]。随后，船级社、科研机构、企业相继出台了网络安全相关的规范和指南对网络安全风险进行评估与管理。海上自主水面船舶应重点防范网络安全带来的风险，在船舶设计、建造、试验阶段对自主化系统、船舶网络系统、船岸通信系统等影响船舶航行安全的关键网络安全风险点进行网络风险评估与管理。

3 《海上自主水面船舶试验指南》展望

现阶段，《试验暂行指南》为框架性指导原则，在工程实践上缺乏实施细则，根据国际海事组织制定《试验指南》的要求，各国海事主管当局、船级社、科研机构、企业等组织积极参与《试验指南》的制定，多维度地提出了《试验指南》实施的方案和细则。通过对我国海上自主水面船舶技术发展现状的研究，并借鉴其他行业自主化技术试验指南的经验，建议《试验指南》的制定应综合考虑海上自主水面船舶自主化功能、船舶类型、应用场景、自主化等级等因素，从细化《试验指南》实施的流程及管理体系；梳理适用于海上自主水面船舶试验的风险识别、风险分析、风险应对的方法和工具；确定风险管理的范围，建立风险管理的流程，制定海上自主水面船舶风险管理指南；构建海上自主水面船舶试验的综合测试验证体系；面向海上自主水面船舶未来发展的需求，研究海上自主水面船舶试验和操作人员的能力建设，重点制定远程监管和控制人员的资质要求；标准化保障试验安全管理基础设施的列表；完善试验数据采集、数据存储、数据共享的技术要求；制定网络安全产品应用标准及实施方案；分析人机工程理论，制定海上自主水面船舶人机接口设计技术标准；建立基于船舶保险体制下的人命及财产赔付体系；明确海上自主水面船舶试验评估职责的划分等方向进行深入研究。由于海上自主水面船舶技术应用的多样性，通用型《试验指南》难以覆盖所有类型海上自主水面船舶技术的试验需求，需要各国海事主管当局根据本国海上自主水面船舶技术发展的实际情况来细化实施方案，随着海上自主水面船舶技术标准和公约规范的逐步完善，《试验指南》的目标指向性将进一步加强。

4 结论

《试验暂行指南》是在大量海上自主水面船舶技术进入试验阶段的背景下，为保障船舶试验安全、环保和保障而出台的技术法规。现阶段还无法完全满足海上自主水面船舶试验的管理要求，各国海事主管当局、船级社根据本国海上自主水面船舶技术发展的实际情况，在《试验暂行指南》的框架下，

针对试验船舶的特点制定工程化实施方案，进行海上自主水面船舶试验的管理、评估和测试验证。海上自主水面船舶法规的制定与海上自主水面船舶技术的发展水平相辅相成，随着海上自主水面船舶技术发展思路的逐渐清晰，海上自主水面船舶的法规必将更加完善，为海上自主水面船舶技术的发展提供支撑，促进海上自主水面船舶技术高速、健康、有序的发展。