长江下游深水航道引航作业人-机-环境协同控制研究

徐光华

（长江引航中心，江苏 镇江 212002）

长江下游深水航道水域是全球通航条件最为复杂、船舶密度流量最为密集、船舶操控难度最高的水域之一，是大型船舶进出长江的唯一航道。航道条件的优化伴随着船舶的日益大型化与智能化，长江下游段港口交通密度不断增大，航运船舶交通流迅猛增长，相应的船舶失控险情导致的海事事故率逐年增长，引航安全已成为长江航运界的重要议题。溯流追源，长江下游航段引航事

故的发生固然有难以完全规避的外在因素，但人为导致的事故也偶见发生，给航运界带来不可估量与弥补的人身及财产损失。为了改善和提高长江下游段船舶引航作业安全，研究在概述长江下游段水域及港口船舶引航作业安全要素的基础上，结合典型事故案例分析，探讨人机船协同控制的必要性与可行性。

1 长江下游深水航道水域引航作业环境分析

长江下游水域通航环境复杂，随着长江航运高质量发展工作的推进，船舶流量及密度持续递增，危化品船及特殊船舶运力运量的增长加剧了长江下游海事事故的危害程度。进江船舶类型多样，其适航性能与导助航设备的配置具有较大差异性。[1]长江下游水域航运生态环境的不确定性决定了引航作业环境的易变性、多样性与复杂性，给引航作业带来不小的安全隐患。

1.1 沿岸港口众多、特点不一

长江下游沿岸港口众多，规模参差不齐，相隔距离不远，腹地重叠，相互之间形成竞争与合作关系。[2]鉴于此，采用“套泊热接”作业模式能够大幅提升港口运转效率。引航员需要赶赴不同港口进行靠离泊作业及航道引航作业，这对引航员熟悉各港口特点提出了严格要求。

图1 长江下游航道港口分布图

1.2 弯曲狭窄航段及浅险航段密布

长江下游深水航道形态曲折，宽窄不一，分布有仪征水道、焦山水道、丹徒水道、口岸直水道、江阴水道、福中水道、福姜沙水道、南通水道，交通流复杂。焦山水道内的六圩河口是长江与京杭大运河十字交汇之所，也是中国最大的内河十字交汇节点，尽管其水域面积仅为1 平方公里，但由于此处多股船流叠加却是长江航运最繁忙的水域之一，因而航道极其繁忙，且航道弯曲狭窄，水流复杂多变，故成为长江下游地理位置最特殊、通航环境最复杂的区域之一。

图2 六圩河口水域警戒区示意图

长江下游深水航道多弯曲航段，弯曲狭窄航段限制船舶过弯的尺度并增加船舶操作的难度，在实操中船舶必然频繁变换航向，而在受限水域大幅转向会给航行中的其他船舶带来不必要的操纵及避让困难。

1.3 航道水流水位情况复杂

长江下游航道水流情况复杂多变，夏季洪水期台风频发，高洪水位时尹公洲等航段水流湍急，流态紊乱；冬季枯水期航道狭窄，水位降低，水流舒缓，船舶富余水深变小，因而各地海事局开展“三防一禁”安全活动。航道水流水位的波动变化加大了长江下游深水航道水域通航环境的复杂性，是影响船舶航行的不稳定因素，引航员需要熟悉不同时节的航道水流水位，掌握水深变化动态，结合航行条件与船舶性能制定合理的引航方案。

2 长江下游深水航道引航作业风险分析

引航作业中，人（操作人员/决策人员）-机（人所控制的一切对象的总称）-环境（人、机共处的特定工作条件）系统构成相互影响、相互掣肘的统一整体，引航作业安全基于三要素的协同控制。

长江下游航段引航作业面临搁浅、碰撞、船吸、触损、舵机失控、走锚等诸多事故风险隐患，多数事故由人-机-环境协同风险控制不力造成，下面以长江下游航道发生的典型引航事故为例，分别对人-机、人-环、机-环协同风险逐一阐明。

2.1 “SL”轮搁浅事故：人-机协同风险控制

2004年4月16日09:55 时，由宝山开往太仓的圣文森特籍杂货船“SL”轮在宝山北水道航道外侧，B4红浮方位218o距离0.339nm 处搁浅，该事故具有典型的人-机协同风险属性。当日09:20 时，引航员宝山交接区#35 浮下登轮上水，高潮涨水流3 节，09:28 时平#35 浮右舵转向至航向325o，平宝北#1 浮转向至航向330o上行，于09:55 时在宝山北#B4 红浮航道外水域搁浅。

对这起搁浅事故进行复盘分析后发现，“SL”轮属于老旧运输船舶，4月是长江枯水期的末期。枯水期水位低，大潮汛涨水时时码头能受到涨水流影响，由于涨水流在1 节以内，加之码头在尹公洲上口，该码头水文气象情况复杂，靠泊条件受限，一般不进行掉头靠泊，在靠泊时应该提前慢车控速，提前带好拖轮。由于码头所处航道位置走向决定，码头上端一、二号泊位附近有推开流影响；枯水期时，码头上端一、二号泊位推开流缓。洪水期，水流急，特别是一、二号泊位，推开流影响显著，在码头外挡20—30 米时很难贴上码头，因此人-机协同操纵时应该合理使用车舵和拖轮。

2.2 “JHT”轮险情：人-环协同风险控制

2022年7月7日16:52 时，由张家港开往南通的中国籍危化品船“JHT”轮在长江#41 黑浮北侧碰撞新世界码头上端两根防护桩，造成其断裂并在“JHT”轮船首留下擦痕。

当日15:00 时，引航员在张家港长江国际#1 泊位登上“JHT”轮，引领该轮开往南通新世界码头。16:36时，平长江#43 红浮下行，报交管准备在长江#42 浮上游由南向北划江。“中港拖1003”拖轮告知有微涨流，因此准备靠涨水。16:37 时，开始慢车，逐步减至微速进。16:40 时，停车，航速7 节。当船首抵达上水推荐航路时，船首快速向左转动，令微速进右满舵，调整船身，但舵效不显著。当时航速5 节，于是令停车倒车快倒车。距离防护桩50 米时抛下双锚，由于距离太近未能控制住船速而撞上防护桩。

深度调查后发现，几种因素的叠加导致了这次险情。首先，引航员对长江高洪水位期的水流状态认识不足，在未充分掌握新世界码头附近水域的潮汐状况及水流特点的情况下进行常态化靠泊作业；其次，未制定详细安全的靠泊方案与应急预案。另外，未遵守《长江引航安全操作规程》相关规定使用安全航速[3]，造成临近泊位时航速过快，最后，未及时带妥拖轮。

这起典型的人-环协同风险控制失败案例提供了深刻的经验教训。靠泊过程引航员，船长，船首、船尾带缆操作人员工作技能，以及拖轮协作人员工作水平等也都是影响船舶安全靠泊的人-环协同风险因素，在紧迫情势下会不同程度地给船舶靠泊带来风险。

2.3 “OMN”轮险情：机-环协同风险控制

2021年9月21日16:00 时，由宝山开往常熟港兴华码头的马恩岛籍杂货船“OMN”轮在常熟港兴华码头外档发生主机失控险情。当日12:00 时，引航员在宝山登轮进江，15:30 时驶过苏通大桥，16:00 时，“OMN”轮到达常熟兴华码头7 号泊位对开50 米处准备靠泊。引航员下达“微速后退”指令，等候近1 分钟主机却毫无反应，引航员迅疾令已带妥协助靠泊的前后拖轮全速后退，将“OMN”轮外拉，以防在落水流作用下压向下游8 号泊位的靠泊海轮。

因常熟港专用航道处于南岸徐六泾上游，船舶进出与主航道形成交汇，此处亦是永钢专用航道与主航道交汇处，通常还有汽渡在此频繁穿越航道，同时也是营船港专用航道与主航道交汇处，再加上航道弯曲，水流紊乱，航行条件复杂，因此引航员过桥后通常会及早控制速度，以安全航速找准机会穿越主航道过江，在众多干扰因素作用下必然频繁用车调整船况。险情发生时，装载近3 万吨纸浆的“OMN”轮，航向270，进速0.5 节，法向靠泊速度0.5 节，主机停车状态，双锚已备好，前后拖轮已带妥协助靠泊，天气晴朗，微风，能见度良好，落水流2 节，水文气象情况良好，靠泊作业具有有利条件。但由于引航员靠泊前未落实应急预案，对机-环协同风险（受不利环境影响而频繁用车导致主机不来）控制不力，最终形成亟待抢险的紧迫局面。

此次机-环协同风险控制的失误，主要是由于尹公洲下行，码头所处水域交通流复杂，船舶通航密度大，不得不频繁用车导致空气压力不够，主机失控。经过复杂航段，进出锚地、靠离码头作业时，由于频繁用车，主机不来的情况比较常见，因而必须在引航作业前做好充分的应急预案，靠泊过程中一旦发生异常的危险情况，应立即终止靠泊行为，确保安全。

3 引航作业中的风险因素

人-机-环境系统工程（MMESE）是运用系统科学理论与系统工程方法，以人一机一环境系统为研究对象，运用安全、高效、经济、舒适等综合效能准则，正确处理人、机、环境三大要素之间的关系，使人与机器、环境进行有机结合，以达到最佳匹配状态，发挥其最大效能的一门科学。[4]这里的三大要素可简化为自然因素与人为因素两类。在“人-机-环境-管理”体系中，人的因素是第一位的。人为因素具有多重含义，具体到引航作业，既关涉作为主体的引航员的职业技能与业务素养，也涉及其对待工作的严谨程度，还与驾驶台、机舱部之间的沟通、协调密切相关。要确保航行安全与水域安全，靠离泊及航行作业全过程中的人-机-环境的协同控制至关重要。

引航作业安全需要人、机、环境三大要素构成一个相互作用、相互依存的系统进行最优化组合。

4 人-机-环境协同控制的引航方案制定

基于人、机、环境多因素协同控制系统的建设能够对现有的各类系统资源进行优化整合，帮助引航员制定引航方案，在确保安全的前提下高效引领船舶进行航行、靠泊、离泊、移泊等作业。

4.1 引航驾驶台团队管理

由于引航工作的特殊性，引航驾驶台团队皆为临时组建而成，引航员登轮后的首要任务就是融入引航驾驶台团队，明确各方职责，进行有效管理。首先进行驾驶台职责交接，引航员与船长进行关键信息交换，精准核对船舶位置及动态，快速交流引航特点、要求和操作要点及船舶相关数据、操纵性能，并就引航作业中的船舶安全问题进行充分的沟通协调。其次梳理团队关键工作、确定团队工作目标，引航员拟定整体规划并为团队各成员布置任务，进行明确分工，引导团队成员精诚团结、紧密合作。最后营造良好的工作氛围，引航员充分尊重团队成员的意见，激励其保持轻松高效的工作状态。

4.2 人-机-环境协同控制系统建设目标

船舶引航在人、机器、环境三要素协调配合的前提下进行，人-机-环境协同控制系统建设以确保引航作业安全为第一目标。引航事故的发生主要因人、机器、环境三要素协调不良所致，而人-机、人-环、机-环三个子系统之间并非孤立无关，而是相互联系并相互作用。子系统管理的任何偏差都是事故隐患，不同程度地影响引航作业的顺利实施。进入高密度拥堵航段及海事事故频发航区时，引航驾驶台团队需要维持系统的工作状态，使人-机-环境协同控制系统具有最佳综合效能。

4.3 关键复杂航段交通组织

关键复杂航段的引航需要严密的交通组织，其方案制定必须严格遵照交通运输部《船舶引航管理规定》，引航员在接到引航任务后，应尽快了解目标船舶的船舶情况及主要技术特征，确保主辅机、锚机、操舵系统等关键航行设施设备及导航雷达、船舶自动识别系统等助航仪器状态正常，对船况及航道环境进行评估，制定人-机-环境协同控制的引航方案，并进行可行性论证，最后进入实操环节。

5 结语

引航作业风险多尺度辨识与人-机-环境协同控制构成安全引航的一体两翼，长江下游深水航道复杂通航水域引航作业必须做到“识别”与“控制”并举，在引航作业的准备及实施阶段对气象水文、航道条件、驾驶台（车舵）、主机（压力、转速）、AIS 等信息进行船岸协同与动态管理，以保障长江下游复杂航道引航工作中的国际船舶航行及靠离泊作业安全。