中国极地考察船南北极考察作业安全风险分析

袁东方，秦宏楠，崔丽娜

（1.上海科技大学终极能源中心，上海 201210；2.中国安全生产科学研究院技术开发部，北京 100012；3.同济大学海洋与地球科学学院，上海 201804）

0 引言

截至2023 年4 月，我国已经开展了39 次南极科学考察和12 次北极科学考察，获取了大量珍贵的科考数据，在此过程中，作为南极科学考察的大国，我国尚未发生过由于科考作业而造成的人员死亡事故，这是我国极地考察中作引以为傲的方面，但是应该看到，科考船南北极科学考察活动仍然是充满着安全风险以及未知和不确定性，安全风险依然严峻，可能造成的伤害类型依旧众多。

在极地活动过程中，破冰船发生事故的情况时有发生，例如2013 年俄罗斯“绍卡利斯基院士”号被困南极浮冰区，“雪龙”号营救过程中同时被困；2014 年，日本极地破冰船“白濑”号在南极触礁；2019 年“雪龙”号撞击冰山；2019 年德国极地考察船“极星”号执行国际北极漂流冰站计划（MOSAiC）期间，部分队员在极夜环境中心理异常；2020 年，美国极地考察船“希利”号发生火灾，被迫取消北极行动等。每一次事故都会造成重大损失，影响正常的科考作业。

因此，对于在极地考察作业期间发生的各类突发事件，分析可能发生的事故，明确造成的伤害，有针对性地做好相应的安全风险管控和管理，能有效预防各类事故的发生、减轻事故发生造成的损失。

1 我国极地科考船基本情况

1.1 “雪龙”号极地考察船

“雪龙”号极地考察船是中国第三代极地破冰船和科学考察船，由乌克兰赫尔松船厂完成建造（见图1），是中国于1993 年从乌克兰进口后进行了多次升级改造而成。“雪龙”号是中国最大的极地考察船，破冰能力为PC6 级，能以2.778 km／h航速连续破1.2 m厚的冰层（含0.2 m雪）［1］。1994 年10 月首次执行南极科考和物资补给运输任务，至2023 年4 月“雪龙”号已先后24 次赴南极、9 次赴北极执行科学考察与补给运输任务，足迹遍布四大洋，创下了中国航海史上多项新纪录。

图1 “雪龙”号极地考察船

1.2 “雪龙2”号极地考察船

“雪龙2”号极地考察船是中国第一艘自主建造的极地科考破冰船（见图2），“雪龙2”号船长122.5 m，型宽22.32 m，型深11.8 m，设计吃水7.85 m，满载吃水8.3 m，设计排水量13 996 t，航速22.96 km／h（经济航速）、29.45 km／h（机动航速）、33.35 km／h（最大航速），载员90 人，续航力33 336 km，自持力60 天，破冰能力PC3 级，能以（3.70～4.85）km／h 的速度连续破1.5 m（含0.2 m 雪），可前后破冰［2］。“雪龙2”号于2018 年9 月10 日下水，10 月15 日开始执行我国第36次南极科学考察任务，“雪龙2”号的加入可以大大扩展南北极作业时间，可以更早进入南北极开始科学考察，也可以更晚从南北极撤离，和“雪龙”号相互配合，能够大幅度提高在南北极科学考察的能力。

图2 “雪龙2”号极地考察船

1.3 其他极地考察船

中国已经进行了39 次南极科学考察和12 次北极科学考察，目前服役的破冰船“雪龙”号和“雪龙2”号都隶属于自然资源部中国极地研究中心（中国极地研究所），2 艘破冰船共同构成了我国极地科学考察任务的中坚力量，可以深入到南北极开展科考作业活动。随着南北极科考的进行，新的破冰船也会逐渐加入南北极考察的队列，2023 年初“中山大学极地号”完成了改造以及试航工作［3］，可以执行南北极考察任务。同时部分大洋调查船也参与了南北极考察，“海洋六号”参加了中国第33 次南极科学考察［4］；“向阳红01”船参加了中国第34 次南极考察以及中国第10 次北极科学考察任务；“永盛”轮曾穿越东北航道以及为南极考察站运送和卸运物资［5-6］。目前国内部分大洋调查船没有破冰型船艏，只对船体进行了冰区加强，属于B3级抗冰船，无法深入南北极浮冰区以及核心区域，但是可以在南北极敞水区域正常作业。

2 极地考察船作业风险分析

“雪龙”号和“雪龙2”号作为我国极地考察主要的科考破冰船，常年往返于南北极。中国南极考察一般在每年10～11 月份从国内出发，次年4～5 月份返回国内，途经东海、南海、菲律宾海、印度洋或太平洋进入南极区域，主要活动区域为普里兹湾、宇航员海、罗斯海、阿蒙森海以及南极半岛区域。南极气象条件恶劣，冰山林立，浮冰区域广泛，气旋频繁生成，南极科考作业面临的作业环境恶劣。

中国北极考察一般在7～9 月份进行，从国内出发，经东海、日本海、西天平洋、鄂霍次克海、白令海到达北冰洋。与南极不同，北极高纬地区为海洋，周边被多个国家的陆地环绕，自然气候恶劣，天气阴沉多雾，且有北极熊等食肉动物，冰面作业危险性极大［7-9］。

“雪龙”号和“雪龙2”号常年在南北两极进行科考作业，南北极多雨、雪、浓雾、低温，以及大风大浪天气，很多科考作业都是在这种情况下进行，尤其是在北极、南大洋、阿蒙森海、宇航员海等海域，科考作业面临许多风险。

2.1 平台作业风险

在我国南北极科学考察中，大部分科考项目依托破冰船平台开展科考作业，破冰船作业甲板面积狭小，船舶受海况影响大，在极地恶劣的环境下，船基作业存在很多风险［10］。

火灾是极地考察船最可能发生的事故类型。目前，我国的极地考察船船舱内禁止吸烟，且厨房等场所采用电能烹饪，一般不会引发火灾事故，但科考船实验室由于涉及加热、密封、消毒等可能涉及明火作业，是可能发生火灾的重点部位。科考船实验室是随船实验分析、科研工作的重要场所，涉及酒精等易燃、易爆物品，航行期间遇到大风大浪，船体晃动加剧，一旦使用不当，可能引发火灾，此外，由于科考船空间有限，科考物资存放密集，船内通道狭窄，一旦发生火灾，火势迅速蔓延，容易造成群死群伤。因此，火灾事故是科考破冰船需要重点防范的事故类型。

由于极地科考作业往往涉及各类大型采样仪器及设备的吊运及收放，起重伤害及机械伤害是比较容易发生的伤害类型。科考船极地作业期间，艉部及舯部工作区涉及CTD作业、箱式采样、柱状沉积物采样、表层采样等起重作业（见图3）。与常规起重作业相比较，科考船上的起重作业，一方面要面临常态的海风，船航行时的晃动；另一方面也要面临夜间作业或极夜期间的恶劣环境。科考船特殊的作业条件，一般不会发生起重设施失稳倾翻，但重物坠落、挤压、高处跌落，以及与起重设备零件接触引起的绞、碾、戳等伤害是比较容易发生的伤害类型。

图3 极地现场作业时吊运设备

与陆地及低纬度海域作业不同，人员落水淹溺死亡是发生可能性大、最容易造成人员死亡的事故类型。科考船航行期间，以及舶、艇作业期间，遭遇大风、大浪等恶劣天气及海况往往是常态的外部作业环境，尤其是穿越“魔鬼西风带”时，船体晃动剧烈，海水飞溅到甲板造成地面湿滑，很容易发生人员落水。而高纬度海水温度很低，即使是夏季，进入极地圈以内的海水在－2 ℃～2 ℃，一旦人员落水，人体的生理极限最多坚持30 min，而在如此短的时间内，发现落水和救上落水人员的可能性很低，很容易造成人员淹溺或失温死亡。此外，航行期间，特别是夜间和极夜期间，人员落水后往往很难第一时间发现，落水人员被发现和救起的可能性极低，因此航行和作业期间要严防人员落水。

除人员落水之外，高处坠落也是容易发生的事故类型。科考船驾驶室、实验室、生活舱等多位于船体前部，分为多层，各层为不同的功能区，各层与船体一层甲板有高差，各层甲板周围均有防护栏杆，但在遭遇恶劣天气及海况时，船体晃动剧烈，甲板地面湿滑，特别是考察队员没有穿专用防滑鞋时，有可能发生高处坠落事故，且由于船体为钢结构，一旦发生高处坠落，很容易给科考队员造成严重的身体伤害。

此外，考察船上的实验室还涉及多种压力容器。在进行海洋生物分子生物学实验时使用的高压蒸汽灭菌器，以及地球物理作业时使用的高压空压机等涉及高压空气及其储气罐等（见图4），使用不当或设备损坏等可能引起压力容器破裂，造成物理或化学爆炸，容器碎块以高速向四周飞溅，容易造成人身伤亡和更大范围设备的损坏。

图4 多道数字地震系统高压气瓶

由于极地考察期间，往往需要直升机进行冰情观察、物资吊运，除此以外还有补给考察站的各类能源燃料，考察船往往随船装运大量的用于直升机作业的航空煤油罐、考察站生产生活使用的燃料（见图5）。这类燃料及可燃气体，以及可燃固体或自燃物品间接形成的可燃气体或蒸汽，与空气混合，遇到火源发生的爆炸，这类事故往往会进一步引发火灾事故的发生。

图5 船载航空油罐

科考船内部空间相对密闭且狭小，通道窄长，实验室、轮机舱等部位一旦出现有毒有害气体，由于空气流动性差，氧气缺乏等原因，在这些有限空间内的人员会产生头晕、头痛、眼花、四肢无力、恶心呕吐、心慌气短、呼吸急促等现象，容易造成人员晕倒和窒息甚至死亡，这类事故也是容易造成群死群伤的事故类型。

除了有毒有害气体之外，科考船进行物理、化学、生物实验也涉及的各类强酸、强碱类、剧毒试剂，这些试剂储存在专用的危化品箱内。在实际使用这些试剂开展试验时，由于恶劣的海况，在晃动的船体上，配制实验用的试剂可能发生的倾倒、溅撒等情况，人体接触到可引起身体的烧伤、烫伤和化学灼伤等伤害，可能涉及的高温试验仪器设备的火焰、高温气体、液体等喷出或流出，也可能导致人员面部、手部等身体部位的伤害。

此外，科考破冰船科考作业特殊的作业环境，也可能出现一些其他伤害类型。例如，大风大浪作业时由于船体晃动较大造成的人员扭伤和跌伤；科考船全金属和潮湿有限空间内的用电作业等可能造成的人员触电；以及由于低温环境下作业造成的人员眼部、耳部、手部的冻伤［11］。

2.2 冰面作业风险

随船科考作业过程中，海冰快速变化研究，涉及化学、生物等有关的冰下生态过程动态变化研究，以及南极科考站补给物资冰上运输，往往涉及冰面科考作业，也存在着许多可能造成人员伤亡的安全风险。

冰裂隙是冰面作业面临的最大的风险。冰裂隙是冰川表面普遍存在的现象，当冰川在流动过程中出现流速差异时，冰体就会发生破裂，形成裂隙，而海冰的冰裂隙是由于海水的运动导致海冰发生破裂形成裂隙（见图6）。在南北极冰面作业时，有些冰裂隙被冰雪覆盖，难以被发现，很容易造成人员掉入冰裂隙中。在我国第25 次南极考察过程中，发生一起雪地车掉入冰裂隙的突发事件，所幸没有人员伤亡［12］。

图6 冰裂隙

在极地浮冰区内，一些观测和采样作业项目需要小艇配合进行作业，此外，考察站补给及建设所需的机械设备也需要小艇和舶子由浅水区域进行登陆运达（见图7）。由于极地恶劣天气、海况、海冰和冰山，小艇作业存在着巨大风险，暴雪等天气能见度低导致小艇迷失风险，海冰堆积以及不可预测的海冰运动，可能导致小艇被困，此外，因恶劣海况小艇摇摆严重导致人员摔倒或落水。

图7 南极小艇运输作业

特殊的地理环境也使得极地冰面作业导致一些比较特殊的伤害，如在北极科考冰上作业时，可能遭遇北极熊攻击；极地气候寒冷对流不显著，平流层比地球其他地区更接近地面，南极的紫外辐射特别强烈，又因为南极地区没有任何遮挡，地面覆盖冰雪造成反光率非常高，双重作用下，若保护不当，很容易造成紫外线伤害，同时造成免疫力下降等［13］，这些伤害往往也是极地冰面作业所特有的一些类型。

2.3 科考船极地作业活动的特点

除了与常规作业具有共性的安全风险之外，科考船极地作业有其自身的特点。

（1）自然条件恶劣。南（北）极圈自然条件恶劣，极地考察活动受自然条件影响大，大风、大浪、低温、降雪等几乎贯穿考察活动的全过程，涉及随船科考、冰上科考、直升机吊运、固定翼飞机调查等活动受风况、海况、冰况、雪况等自然条件影响大，作业环境恶劣，不可控因素多。

（2）专业组成多样。极地考察参与单位多，涉及专业多。受考察船运载能力和考察站容纳能力限制，考察队员人员数量有限，各专业考察队员，除各自负责的考察任务外，往往还需配合开展装卸货、直升机吊运摘挂钩、输油管路铺设等工作，作业安全风险高。

（3）考察时间长，时区变换快。我国南极考察时间阶段上分度夏和越冬，度夏考察时间约170 天，越冬考察时间约540 天，北极考察时间约90 天。考察船在高纬度地区沿着纬向航行时，由于高纬度时区间隔距离变短，造成短时间内跨越多个时区，频繁的时区更换造成生物钟紊乱等症状［14］。长时间受极地相对隔绝的地理环境影响，人体的生理、心理会逐渐产生变化，引起身体和心理产生健康问题［15-18］。

（4）人员更替频繁。由于南北极考察项目多，且考察时间长，考察队员中连续参加极地考察的人数较少，出现人员更替频繁、新队员多、作业经验不丰富、作业环境不熟悉等情况，容易发生安全事故。

（5）国际影响大。目前，世界上有30 多个国家在南极建立了150 多个科学考察站，北极有挪威、法国、德国、英国、意大利、日本、韩国和中国等多国的野外观测和考察站。各国极地考察活动是世界关注的焦点，考察活动一旦发生安全事故，国际影响大。

3 极地科考安全风险评估

LEC方法又称作业条件危险性评估法，是一种对评估对象中存在的基本危险因素进行综合分析，从而确定评估对象安全风险等级的一种评估方法。其中：L表示事故发生可能性对应分值、E表示暴露于危险环境的频繁程度对应分值、C表示事故可能造成的后果对应分值。根据危险因素的符合性判别结果，依次对L、E、C进行赋值，再以三者的乘积D（D＝L×E×C）作为综合危险因素分值来判定评估对象的安全风险等级。

根据极地实际情况，选取极地考察时容易发生事故的对象作为评价对象，极地风险评价见表1。

表1 极地风险评价表

根据计算结果，对照危险性等级划分标准，可以认为，火灾、高处坠落及淹溺是是极地科考最容易发生的事故类型，船舱、实验室、轮机舱等是最可能发生火灾的部位，冰面作业中掉入冰裂隙造成的摔伤以及淹溺是最可能造成的伤害类型，起重伤害、实验室中毒窒息、高处坠落等也是比较容易发生事故且造成伤害的类型，此外，舶艇运输可能发生的淹溺、冻伤，紫外线晒伤和北极熊攻击也是在极地科考作业中容易出现的伤害类型。

4 风险应对措施

（1）通过LEC 评价法分析可知，船舶火灾、高处坠落、淹溺是极地考察船最容易发生的事故类型，发生可能性大、作业活动频率高、造成伤亡重，是极地科考船需要重点防范的事故类型。

针对此类风险，考察船应按照SOLAS（国际海上人命安全公约International Convention for Safety of Life at Sea 简称SOLAS）公约要求进行火灾、救生、人员落水的演习，通过演习提高船员和科考队员的反应速度，在出现危险时可以有序地开展各种救援行动。

考察船实验室要制定船舶实验室安全管理规定，规范科考人员在实验室内的实验活动、室外作业以及重大设备操作流程。安排安全员参照安全管理规定对作业流程进行监督和检查，尤其是在高层甲板、舷边作业的安全防护，可以有效避免高处坠落以及淹溺事故的发生。

根据南北极环境对作业环境进行改造，例如在户外作业甲板铺设木地板，室外楼梯加装电伴热、主要通道涂装防滑油漆等，通过技术手段降低室外结冰风险导致人员摔伤、坠落的风险。

（2）起重伤害、容器爆炸、中毒窒息等是容易造成人员伤亡那个的重要事故类型。起重伤害主要发生在科考作业、设备布放等作业过程中，由于操作失误以及安全意识不足导致人员伤害或设备损坏。针对此类事故的风险防范要加强操作人员的技能培训，操作吊车、绞车等设备要经过一定时间的培训，考核合格后方可操作相关设备。科考队员是现场作业辅助人员，对于科考队员也要加强作业流程以及安全作业方面的培训，提高队员的安全防范意识。

针对容器爆炸风险可以将高压容器例如灭菌锅、高压空压机等设备安装在特定区域内，设备每年进行安全检查，保证安全防护功能正常；在使用过程中限制人员出入，高压管线附近做好警示和隔离措施，全船广播作业区域，提醒在船人员危险区域位置。在高压气瓶吊装过程中小心轻纺，避免磕碰和物理伤害，气瓶要储存在特定箱子内；航煤罐附近为防火区域，避免人员聚集，在航行至赤道附近是可以喷水降温，降低罐体温度，减少航煤蒸发。

针对中毒窒息风险，实验室要制定相关危化品使用和管理规定，危化品库要双人双锁，做好试剂取用记录，尤其是剧毒、放射性试剂要加强使用管理，定期对试剂进行盘点；对于高压气瓶例如氦气、氩气、二氧化碳等科考常用气体，存放区域温度适宜，避免高温，具有良好的通风条件，避免气体泄露导致在部分区域沉积，造成人员窒息；配备便携式氧气浓度探测器，进入狭小、密闭空间时可以实时检测氧气浓度，当氧气浓度降低时设备发出报警，避免窒息事故发生。

（3）小艇作业由于船舷低且无遮挡保温措施可能发生淹溺和冻伤，以及冰面作业紫外线晒伤、北极熊攻击造成的咬伤等是容易造成人员伤害且具有鲜明极地科考特点的事故类型，必须要有针对性地防范这类事故的发生。

小艇作业过程中，提前研判天气，避免小艇离开大船后由于天气突变造成无法及时回收；随艇人员穿戴好救生衣，也可配备可自由活动的连体保温救生衣，可以大大提高保温效果；要穿戴足够的保温衣物，携带高能量食品，避免由于长时间作业造成冻伤和失温。

北极熊是北极科考冰面作业过程中最大的危险源，要制定科学有效的防熊应急预案，加强演习演练，做到撤离迅速有序，避免出现混乱的场面；严格限制冰面作业人员数量，对于冰面作业人员进行防熊撤离培训；配备雪地摩托、小艇以及轻质玻璃钢防护屋，在紧急情况下队员可以快速撤离或躲在防护屋内；驾驶台加强瞭望，作业外围配备防熊队员，直升机待命处于随时可用状态，当北极熊出现时可以及时起飞驱赶。

针对紫外线晒伤可以在裸露部位涂抹防晒霜，佩戴帽子和面罩等，加强防晒伤的宣传，提高紫外线防护意识。

5 提升我国极地考察船极地作业安全的建议

（1）加强科考人员培训。极地考察船作业活动不可控因素众多，而人的不安全因素是事故发生与否的关键，开展安全教育培训是提高考察队员安全意识的有效手段。针对极地考察作业可能发生的机械伤害、起重伤害、高处坠落、淹溺、火灾、化学性爆炸等事故类型，制定考察人员安全教育培训大纲，编制考察人员安全培训教材，开展实际案例的学习和讲解，可以有效降低可能发生各类事故的风险。

（2）推进安全管理制度化建设。围绕极地考察船极地考察作业的安全管理目标，结合各项考察工作的作业流程、作业内容、作业行为等相关内容，进一步推进安全管理制度化建设善科考作业等相关安全管理制度，使我国极地考察安全管理更加规范化、科学化、制度化，提升极地考察安全管理水平，防止和减少安全事故发生，切实保障考察队员和设备、设施的安全［19］。

（3）提高科考船的医疗保障水平。由于极地科考船作业区域的特殊性，对于医疗保障能力提出了较高的要求。通过和三甲综合医院合作选择专业能力强的医生随船，同时配备先进的远程医疗系统、提高药品的种类和库存量，做好极地现场人员受伤预案，保障科考队员现场作业的安全［20-22］。

（4）加强极地考察的应急预案体系建设。针对极地考察可能发生的各类突发事件，根据考察活动的主要安全风险、安全保障措施、应急资源等情况，开展极地考察突发事件总体应急预案、极地考察站及其附近区域考察突发事件应急预案、极地考察船突发事件应急预案、南极内陆考察突发事件应急预案等在内的应急预案体系建设，从而在发生各类极地突发事件时，能有效地控制事态扩展，最大限度地减少损失和降低国际负面影响，保障考察工作顺利进行，保证我国极地考察活动健康、可持续开展。