船舶碰撞事故原因关联性分析

2021-08-09李成海王建涛

上海海事大学学报 2021年2期

李成海王建涛

摘要：为避免或减少船舶碰撞事故，对船舶碰撞事故原因进行进一步分析。以船舶碰撞事故海事调查报告给出的原因作为研究对象，采用解释结构模型（interpretative structural model， ISM）和层次分析法（analytic hierarchy progress， AHP）构建船舶碰撞影响因素多层次结构图，探究同一层次及不同层次各因素之间的关系。用AHP确定各直接影响因素的相对重要性，结果表明：最低配员要求、船舶设备、能见度、航道或航区等因素对船舶碰撞事故的影响突出。

关键词：

船舶碰撞; 事故原因; 解释结构模型（ISM）; 层次分析法（AHP）

中图分类号： U698

文献标志码： A

Correlation analysis on causes of ship collision accidents

LI Chenghai， WANG Jiantao

（Department of Navigation， Shandong Transport Vocational College， Weifang 261206， Shandong， China）

Abstract：

In order to avoid or reduce ship collision accidents， the causes of ship collision accidents are further analyzed. Taking the causes given in the maritime investigation reports on ship collision accidents as the research object， the multi-level structure diagram of ship collision influencing factors is constructed by the interpretative structural model （ISM） and the analytic hierarchy progress （AHP）， and the relationship among factors at the same level and different levels is explored. The relative importance of each direct influencing factor is determined by AHP. The results show that the factors such as the minimum staffing requirement， the ship equipment， the visibility， and channels or navigation area have a prominent impact on ship collision accidents.

Key words：

ship collision; cause of accident; interpretative structural model （ISM）; analytic hierarchy process （AHP）

收稿日期： 2020-06-12

修回日期： 2020-08-20

作者簡介：

李成海（1965—），男，山东青岛人，高级船长，副教授，研究方向为船舶航行安全和航行风险，（E-mail）LICHENGHAI@163.com

0 引言

船舶碰撞导致的人员伤亡、财产损失及海上环境污染令人触目惊心，因此，研究海上船舶碰撞的原因对避免或减少船舶碰撞事故具有重要的理论意义和现实意义。

目前国内外对船舶交通事故的分析方法主要有：将定性分析数据化，采用多种方法的组合评价，有效解决单一方法的评价结果偏差[1];将定量分析模型化，运用模糊综合评价方法建立能见度不良条件下的海上交通风险动态预评估模型，确立风险矩阵[2-3];在船舶碰撞危险主观评价模型的基础上，构建新的船舶危险计算模型，比较分析不同的船舶碰撞危险[4-6]。然而，已有文献对于事故原因与事故后果之间关联性的研究不够深入。

在充分考虑可能引起船舶碰撞的各种因素的基础上，本研究采用解释结构模型（interpretative structural model， ISM）建立船舶碰撞影响因素多层次结构图，分析同一层次及不同层次各因素之间的关系[7-9]，运用层次分析法（analytic hierarchy progress， AHP）确定各影响因素的相对重要程度，为海事监管部门制定科学的监管体系、航运企业更好监管海上船舶提供借鉴。

1 船舶碰撞影响因素分析及体系构建

根据国内外现有研究资料[10-11]，将可能导致海上船舶发生碰撞的因素分为28类。建立船舶碰撞影响因素ISM，见图1。

由图1可知，船舶碰撞影响因素ISM分为3个层次，是一个多层递阶超复杂结构系统：

（1）表层直接影响因素。这些因素涉及导致船舶碰撞的外部条件、航行过失、他船行为、信息交流等，表明解决船舶碰撞难题需要从多方面入手。①船舶驾驶人员业务水平。这是船舶航行安全最重要的影响因素，包括航行与操纵因素（航行与操纵条件，航路调查，航向选定与保持，船位确定，航路航法，船舶主机、辅机、舵机运行状况等），设备使用（电罗经、磁罗经、舵机、GPS是否正确开启，雷达量程使用是否正确），驾驶人员值班安排（值班人员是否疲劳驾驶，值班人员是否合理搭配，是否有醉酒人员、神志模糊人员、生病人员当值），驾驶人员对物标的识别（值班人员将航道内外灯标、航标误认为固定物标，从而不会认真核对灯标、航标位置是否发生漂移），等。②航道条件。海上供船舶航行的水域范围足够大，以及陆上、海上助航设备正常工作，是避免船舶碰撞的必要条件。航道条件包括助航设备工作的外界条件（岸上的强眩光灯，大型船舶甲板的照明灯、标志灯，船舶密度高的水域众多的信号灯），灯标、航标等是否发生故障（灯标、航标是否灭失、漂移，信号灯是否熄灭，灯光频率、光色是否发生改变），航道的浅水效应（会导致船舶操纵性和机动性下降），航行水域范围（港口、航道、航道弯头、狭窄航道），等。③船舶间协调避让以及他船行为，包括他船设备发生故障或失灵（船舶可能处于失控状态），他船航行过失（他船追越时横距太近或控速不当），他船不遵守国际海上避碰规则（极易形成紧迫危险局面），他船瞭望不充分（发现来船太晚，协调避让困难），他船号灯、号型不正确（经常有小型船舶、渔船不按规定显示号灯、号型，当它们与高速航行的大型船舶相遇时极易使双方陷入危险局面）。重视上述因素，弱化表层因素影响，进而为船舶安全航行提供基本保障。

（2）中层间接影响因素。国家经济的发展带动航运市场快速发展，航运市场的发展又会带动船公司、船员和港口发展。分析该层影响因素可知：通过地方海事部门对航运市场的监管，以及地方政府向航运公司提供资金和人才，施行退税、补贴政策等，可以推进港航专门管理机构的发展，从而可以间接起到避免船舶碰撞事故的作用;船公司完善管理体制，落实各级责任，明确各级职责和分工，提高预警能力和应急能力，加强与国内外其他船公司间的人才共享、信息共享，也可以间接起到避免船舶碰撞事故的作用;各国海军联合护航，打击海盗，也可以间接避免船舶碰撞事故的发生。

（3）深层根本影响因素。船舶海上航行安全需要国际海事组织及各沿海国合作，单靠一国或一个航运公司之力难以保证船舶安全航行。因此，国际海事组织、港口国监督机构、船旗国监督部门和中国海事主管机关之间的协作程度关系到信息资源共享、海事法规完善、政策执行力度、国际海事长远合作、航运市场发展等，是船舶碰撞事故发生的根本影响因素。各沿海国之间的贸易争端、海洋岛屿争端、武装冲突等影响海上船舶安全航行。另外，各沿海国与我国航运合作平台众多，除海上贸易外，还有科技、教育、旅游、救助、履约等，因此，各沿海国之间的合作交流可以创造安全的海上通道，减少船舶碰撞事故的发生。

2 船舶碰撞影响因素分析方法

ISM法是1973年美国学者华费尔教授为分析复杂系统问题而开发的，能够分析复杂系统各因素之间的相互作用、相互依存的关联关系[12-13]。ISM法基于系统分解，将复杂系统简化为多个子系统（因素），利用理论知识及前人实践成果，在计算机软件帮助下构建各因素的多级递阶结构模型。ISM法最大的优点是，能使复杂系统的多元素关系清晰，模糊观点简明扼要，层次间呈现清晰的逻辑结构。

2.1 构建影响因素邻接矩阵

为优化船舶碰撞影响因素间的关系，构建描述系统的邻接矩阵A。A的元素ahk的取值如下：

ahk=1， Fh对Fk有影响

0， Fh对Fk无影响

（1）

式中：h，k=1，2，…，28;当h=k时，ahk=0。

2.2 构建影响因素可达矩阵

构建可达矩阵M，利用有向图反映可达矩阵各节点间的到达路径。求解邻接矩阵A与单元矩阵I的和，运用布尔矩阵规则进行幂计算，（A+I）U-1≠（A+I）U=（A+I）U+1，直到M=（A+I）U。

2.3 影响因素可达矩阵集合的分解

前因集B与可达集R组成综合可达集，前因集B包括可达集R中的全部元素，可达集R是表达从始因素到达全因素过程的集合。

按照R∩B=R的计算规则，分解可达矩阵M的第一层级因素，对分解的第一层级因素对应的行和列依次重复计算，可分别求得因素集L1、L2、L3、L4，即

L1={F1，F2，F3，F4，F5，F6，F15，F16，F17，F21，F22，F23，F24，F25，F26}

L2={F8，F10，F11，F18，F19，F20，F28}

L3={F7，F14，F27}

L4={F9，F12，F13}

2.4 构建影响因素间的ISM

将表层直接影响因素作为避免海上船舶碰撞的重要影响因素，是避免海上船舶碰撞最简捷和最行之有效的方法。为深入识别船舶碰撞事故深层次的最关键影响因素，利用AHP总结主观判断结果并给出具体的数量结果，使对复杂系统的分析简化成对较多因素的简单计算[14]，对表层直接影响因素的重要程度进行排序。

2.5 建立影响因素重要性判断矩阵

建立表层影响因素间相对重要性判断矩阵X，矩阵元素xhk的取值采用比较1～9尺度值确定。xhk表示影响因素Fh与影响因素Fk相比的重要程度，指标取值见表1。

2.6 权重计算

首先，对影响因素判断矩阵运用几何平均法求取各对应因素的特征值Wk，即

Wk=2828h=1xhk （h，k=1，2，…，28）

然后，对Wk进行归一化处理，获得28个影响因素的相应重要度，即权重。为确认权重的合理区间，对判断矩阵的一致性进行验证。最后，将28个影响因素的综合权重进行排序。权重较大的15个影响因素见图2。

3 船舶碰撞影响因素分析

3.1 指标体系的计算

通过问卷调查及咨询知名海运（集团）公司资深船长，构建船舶碰撞影响因素邻接矩阵A。

000000

001000

110000

001011

100000

该矩阵中的1表示因素间的关联属性成立，该结论与中国海事局船舶碰撞事故海事调查报告的结论一致，证实了研究资料中可达矩阵各级因素对船舶碰撞事故的影响。

1000000

1100000

0011110

0001110

0000100

0001110

1100001

可達矩阵M达到简洁展现各层级因素间关系的目的。在不考虑单元矩阵I的前提下，对各影响因素层级进行优化排列组合，依次构建船舶碰撞影响因素ISM。

3.2 指标体系的简化

由于表层直接影响因素众多，为简化各因素间的关系，根据图2确定表层直接影响因素指标体系，见图3。

对船舶碰撞事故表层直接影响因素权重进行排列，结果如下：

（1）最低配员要求影响权重为25.3%。只有满足最低配员要求才能保证最基本的船舶值班要求。现实中大多数船公司安排的在船人数大于最低配员要求，从而可以保证船员有足够的休息时间，适应现代化大型船舶航行安全要求。

（2）船舶设备故障或失灵影响权重为10.4%。除船公司需要高度重视船舶设备维护保养外，船舶自身应重视自检自修，船上应配备全套维修工具、配件及勝任的维修人员，按规定时间进行“设备故障”应急演练且有恰当应急措施。

（3）能见度不良影响权重为10.4%。从已有船舶碰撞事故可知，能见度不良会导致船舶碰撞事故高发。海事部门应及时发布海况预报，加强对辖区船舶的动态监管，增派巡逻艇在航道弯道、控制区及船舶流量大的区域指挥。船舶在能见度小于0.3 n mile的情况下应择地抛锚，在能见度0.3～1 n mile的情况下应加强瞭望，船舶应备双锚、备车航行、控制船速、2部雷达共同工作且远近量程挡交替观察，确保雾号、雾钟、雾笛工作状态良好且按规定释放声响信号并服从海事部门的指挥。

（4）灯标、航标等使人产生错觉影响权重为9.2%。在现代化城市岸边地标建筑灯光五彩斑斓且眩目，驾驶员应及早观察瞭望，近岸航行时如有必要可唤请船长到驾驶台指挥。

（5）航道的浅水效应影响权重为9.1%。船舶航线设计应避开浅水区，在进出港口航道时应合理调整压载水和吃水差，开启测深仪慢速航行，必要时申请拖船护航。

（6）航行水域范围影响权重为8.3%。船舶在接近岸壁、港池，或在受限水域航行时，船舶的操纵能力受到限制，船舶除应按应急预案执行外，还要寻求引航、拖船和岸基支持，切不可为节省费用而抱侥幸心理航行。

（7）影响助航设备工作的外部条件（影响权重为4.2%），风浪作用（影响权重为4.5%），误认固定航标（影响权重为5.2%），他船不遵守规章（影响权重为2.9%）等表层影响因素所导致的结果最直接。如果这类因素的影响能够消除或降低，则船舶航行安全的效果会立刻显现。同时，国际海事组织与我国政府的合作、有关沿海国与我国海事局的合作、海上岛屿争端、武装冲突、沿海国之间的贸易争端、打击海盗力度等因素，也对船舶航行安全有非常重大的影响。

4 结论

海上船舶航行安全涉及区域广泛、领域较多，受到国际组织、沿海国政府、港口、船舶、船公司等多方面因素的影响，针对因素多而且因素间关系复杂这一特点，从外部条件、技术设备故障（人-机控制）、有关航行的各因素配置不当、航行过失、违章违规、他船行为和外部信息交流等7个方面，运用解释结构模型（ISM）对各因素间的关系进行分析，构建包含表层直接影响因素、中层间接影响因素和深层根本影响因素的船舶碰撞影响因素指标体系，从而获取船舶碰撞影响因素的多层次关系结构。通过这些分析进一步识别了海上船舶碰撞的关键影响因素，在重点分析表层直接影响因素的基础上提出了各自改进方法和应对措施，为海事管理部门和航运企业科学监管，以及海上船舶避碰提供了参考依据。

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