戴官全，楊神化，王鵬鯤

(1.泉州師范學(xué)院 航海學(xué)院，福建 泉州 362000；2.集美大學(xué) 航海學(xué)院，福建 廈門 361021)

近年來，郵輪業(yè)已經(jīng)成為現(xiàn)代旅游業(yè)中最為活躍、發(fā)展最為迅猛的產(chǎn)業(yè)之一[1]，帶動了包括港口、航運、住宿餐飲、旅游等在內(nèi)的一系列現(xiàn)代服務(wù)行業(yè)的繁榮[2]。但郵輪載客量大，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高，一旦發(fā)生事故將會造成大量人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此，東渡港區(qū)郵輪泊位改建后的安全靠泊風(fēng)險研究，意義重大。

目前，對船舶安全及風(fēng)險評估領(lǐng)域的研究，主要有安全指數(shù)評價法、層次分析評價法、模糊數(shù)學(xué)理論評價法、灰色理論評價法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法等。然而，國內(nèi)外學(xué)者都是以普通船型為代表[3-4]，借助仿真技術(shù)，從通航及水域方面來分析影響船舶安全的要素[5]，從而進行風(fēng)險分析和評估。如日本學(xué)者主要的研究方法是使用模擬和仿真技術(shù)對海上的交通流和操船環(huán)境進行仿真模擬[6]；荷蘭學(xué)者的研究方法主要是理論研究和操船模擬器相結(jié)合的方法。針對大型郵輪的安全靠泊研究，主要從兩個方面進行，一是從引航方面進行實踐研究[7]；二是從通航影響[8]的角度出發(fā)，結(jié)合仿真技術(shù)模擬實驗進行通航安全評估。幾乎沒有針對大型郵輪的船型和泊位情況進行靠泊風(fēng)險的綜合評估。為此，本文針對大型郵輪和東渡港區(qū)1#、2#泊位的具體情況建立指標(biāo)體系和評估模型，并提出靠泊建議。

1 大型郵輪的定義及操縱特性

1.1 大型郵輪的定義

船舶的大小，通常是用船舶尺度（長、寬、深、吃水）和船舶噸位來衡量的。但郵輪的大小是根據(jù)載客量來劃分，現(xiàn)代學(xué)者普遍認(rèn)為，載客量2 000人以上的郵輪稱為大型郵輪。

從船舶操縱方面來講，船舶尺度比載客量的大小更為重要。根據(jù)交通運輸部發(fā)布的《大型船舶操縱特殊培訓(xùn)、考試和發(fā)證辦法》，在80 000載重噸或總長250 m及以的船舶上任職的船長、大副必須進行大型船舶操縱的專門培訓(xùn)。在實踐中大多數(shù)船舶以此為標(biāo)準(zhǔn)[9-10]。本文研究的大型郵輪靠泊是指總長250 m或載重噸80 000 t及以上的郵輪。

1.2 大型郵輪靠泊操縱特性

從靠泊操縱方面上來分析，大型郵輪主要有以下幾個特點。

（1）上層建筑高大。高大的上層建筑使得郵輪受風(fēng)面積大[11]，其風(fēng)致壓力和風(fēng)致漂移都較大；大型郵輪水面以上高度大，過橋梁時要注意凈空高度。

（2）駕駛臺一般位于船艏。具有船舶前方盲區(qū)小、倒航時盲區(qū)大[12]的特點，對兩側(cè)特別是船尾方向的瞭望比較困難，對船尾的距離和離岸的橫距判斷較難；艏機型船舶前進時的轉(zhuǎn)心往往在駕駛臺位置后面，對船舶轉(zhuǎn)艏角速度的判斷與尾機型船舶差異很大；大型郵輪還具有轉(zhuǎn)心偏前的特點，航行過彎道時，要及早轉(zhuǎn)向。

（3）操控性能較好。大型郵輪多為雙車雙舵配置且主機功率較大，緊急制動的距離相對較短；大型郵輪普遍帶有功率較大的艏側(cè)推器，部分船舶還帶有艉側(cè)推器，具有轉(zhuǎn)向性能好、旋回圈小的特點。

綜上，大型郵輪的特點非常明顯，上層建筑高大、艏機型、操縱設(shè)備先進，大型郵輪的靠泊操縱明顯有別于其他船舶。

2 泊位及環(huán)境簡介

2.1 廈門港東渡港區(qū)1#、2#郵輪泊位概述

廈門港東渡港區(qū)1#、2#郵輪泊位位于廈門海滄大橋的南側(cè)，進港船舶需航經(jīng)廈門港主航道，然后沿東渡航道-猴嶼西航道-國際郵輪航道，經(jīng)調(diào)頭區(qū)后，右前方為碼頭平臺。南側(cè)為改建的東渡0#15萬噸級郵輪泊位；在1#郵輪泊位西側(cè)有一根架空的高壓線（東鐘6#～7#高壓線，最低點凈空高度59.82 m），只能滿足水線上最大高度為54.82 m的船舶通航；在2#郵輪泊位北側(cè)為改建的東渡3#2萬噸級滾裝泊位；在3#泊位北側(cè)為海滄大橋，海滄大橋與東渡2#郵輪泊位北端距離為249.5 m，海滄大橋只能滿足水線以上最大高度為53 m的船舶通航。

根據(jù)東渡港區(qū)0～4#泊位改建的總平面布置設(shè)計方案，改建后的東渡1#、2#泊位為10萬噸級郵輪泊位，基本設(shè)計參數(shù)為：1#郵輪泊位長324 m，2#郵輪泊位長346.5 m；停泊水域?qū)挾染鶠?5 m，設(shè)計底高程均為-9.0 m；回旋水域布置在0#郵輪泊位（改建后為15萬噸級）西南側(cè)，與0#郵輪泊位共用（0#郵輪泊位的停泊水域?qū)挾葹?00 m），沿水流方向的寬度（長軸）為800 m，垂直水流方向的寬度（短軸）為640 m，設(shè)計底高程為-10.5 m。

2.2 港區(qū)水文氣象情況

2.2.1 風(fēng)

廈門灣內(nèi)春、夏兩季以NE風(fēng)向為主，每年4～7月常有較強的SW向風(fēng)，灣內(nèi)平均風(fēng)力3～4級，最大5～7級，雷暴雨瞬時風(fēng)力可達7～8級。秋、冬兩季以NEE風(fēng)向為主，每年8月至次年3月常有較強的偏東風(fēng)，灣內(nèi)平均風(fēng)力4～5級，最大7級，寒流過境時風(fēng)力可達7～8級。據(jù)統(tǒng)計，每年約有3～5個臺風(fēng)直接襲擊廈門，在臺風(fēng)威脅或襲擊廈門期間，禁止船舶進出港通航，船舶應(yīng)提前做好防避臺準(zhǔn)備。

2.2.2 流

廈門灣海域潮汐的類型屬正規(guī)半日潮。主航道口門附近最大流速為1.30 m/s（約2.6節(jié)），流向285°～105°。大潮時漲落潮垂線平均流速為0.65 m/s左右，小潮為0.35～0.40 m/s。主航道至嵩嶼港區(qū)附近水域，大潮期間漲潮平均流速為0.67 m/s，流向100°，落潮平均流速為0.61 m/s，流向278°；大潮期間最大落潮流速為1.24 m/s，流向97°，最大漲潮流速0.96 m/s，流向278°。猴嶼西航道至東渡0#郵輪泊位回旋水域，大潮期間漲潮平均流速為0.76 m/s，流向010°，落潮平均流速為0.68 m/s，流向205°；大潮期間最大落潮流速為1.25 m/s，流向015°，最大漲潮流速1.25 m/s，流向 278°。東渡港區(qū)1#、2#泊位附近流向為落潮流流向008°，漲潮流流向188°。

2.2.3 浪

廈門灣主航道附近常浪向SE，次常浪向ESE。較大周期的波浪大部分出現(xiàn)在SE向，臺風(fēng)經(jīng)過時測得最大的浪高H1%=1.9 m，波向偏南，對應(yīng)波浪周期4.9 s。東渡支航道內(nèi)和東渡港區(qū)常浪向SW，年頻率66.4%，臺風(fēng)經(jīng)過時測得最大的浪高H1%=1.2 m，波向西南。因東渡支航道和東渡1#、2#郵輪泊位隱蔽性良好，外海ESE和SE向波浪傳到嵩嶼二期碼頭后折回，支航道至東渡作業(yè)區(qū)波浪要素為小風(fēng)區(qū)形成的風(fēng)浪。應(yīng)碼頭海區(qū)而言，風(fēng)浪方向以偏順浪為主，常年浪高都在1.0 m以下。

3 建立大型郵輪靠泊風(fēng)險評價模型

模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的評價方法，應(yīng)用模糊變換原理對考慮的事物做出的綜合性評價[13]。該綜合評價法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，即用模糊數(shù)學(xué)對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€總體的評價。它具有結(jié)果清晰，系統(tǒng)性強的特點，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決。模糊綜合評價方法可分成以下幾個步驟進行，建立因素集；建立評價集（判斷集）；單因素模糊評判；建立權(quán)重集；進行模糊綜合評判。

3.1 模糊綜合評價指標(biāo)集的確立

在安全評價的首要任務(wù)就是指標(biāo)體系的確定。在分析船舶靠泊事故[14]相關(guān)的危險因素方面，從“人、機、環(huán)境、管理”[15-16]，四個相互獨立的方面出發(fā)，結(jié)合廈門港東渡港區(qū)1#、2#郵輪靠泊的具體情況，采用綜合安全評價（formal safety assessment，簡記FSA）和頭腦風(fēng)暴法初步確定指標(biāo)。為了更加科學(xué)、合理的選取指標(biāo)，本文遵循以下原則(1)所選指標(biāo)因素的完整性和代表性(2)所選指標(biāo)因素的可操作性和可測量性(3)參與調(diào)查專家的權(quán)威性和全面性。綜合專家的意見最終提出5個風(fēng)險因素的一級指標(biāo)、16個二級指標(biāo)和10個三級指標(biāo)，如圖1所示。

3.2 確立模糊綜合評價總集和評價指標(biāo)隸屬度

評價集是由評判對象可能做出的評判結(jié)果所組成的集合，模糊綜合評判的主要目的就是通過對評判對象的綜合評價，從而能從評價集里得出一個最佳的評價結(jié)果[17]。指標(biāo)因素集合為U，現(xiàn)擬將郵輪靠泊東渡港區(qū)1#、2#泊位的評價集V分為5個等級，即V=[低度風(fēng)險、較低風(fēng)險、中等危險、較高危險、極度危險]，給出相應(yīng)的抉擇評語集，即M=[10,30,50,70,90]T。根據(jù)模糊數(shù)值的定義，其評價值并不是單一的評價級別，而是各個評價指標(biāo)相對應(yīng)的評價隸屬程度。為使結(jié)果更加客觀、科學(xué)，本文采用反模糊處理，把絕對的隸屬關(guān)系擴展為連續(xù)的不同程度隸屬關(guān)系，評語集和指標(biāo)隸屬度對照表如表1。

圖1 風(fēng)險評估指標(biāo)體系

表1 模糊評語集和指標(biāo)隸屬度對照表

3.3 確立模糊綜合評價子集

3.3.1 人員因素評價集

人員因素的隨機性比較大，不容易評價，一般從硬性指標(biāo)入手。國內(nèi)外專家學(xué)者普遍認(rèn)為實踐經(jīng)驗豐富（海齡長）的海員，其綜合素質(zhì)比會較高；等級證書越高的人員，其技術(shù)水平也越高。大型郵輪的船長多為外國籍船員，但均在同一個公約標(biāo)準(zhǔn)下發(fā)證（海員培訓(xùn)、發(fā)證和值班標(biāo)準(zhǔn)國際公約，簡稱STCW公約）。根據(jù)中華人民共和國《引航員管理辦法》和《海船船員適任考試和發(fā)證規(guī)則》要求，大型郵輪的引航員必須是海港一級引航員，船長及大副需要進行大型船舶操縱培訓(xùn)，值班船員均需取得交通部海事局頒發(fā)的符合STCW公約的適任證書。我國交通運輸部每年還會評審高級船長、高級引航員等高級專業(yè)技術(shù)職務(wù)證書。因此，本文采用本崗位上的工作時間和技術(shù)等級來評估人員業(yè)務(wù)水平，結(jié)合國內(nèi)外具體情況，得到對應(yīng)于五個等級的評價指標(biāo)，如表2所示。

表2 人員因素評價表

3.3.2 風(fēng)的影響評價子集

研究風(fēng)的影響時，需要從兩個維度出發(fā)，一個是方向，一個是速度。風(fēng)向通常用船舶的風(fēng)舷角來表示，當(dāng)風(fēng)力一定時，風(fēng)向不同對船舶造成的影響也不同。風(fēng)向最好是船首60°與船尾60°左右來風(fēng)，危險系數(shù)最大的莫過于橫風(fēng)。東渡1#、2#郵輪泊位的碼頭軸線為008°，可近似為N。即，首尾風(fēng)向為N和S，橫風(fēng)風(fēng)向為E和W。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)風(fēng)力達到6級以上海上交通事故發(fā)生頻率明顯增加，因此以6級風(fēng)的風(fēng)力大小作為量化標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合廈門港東渡港區(qū)實際情況（7級以上大風(fēng)禁止郵輪靠泊），得出郵輪靠泊受風(fēng)影響的評價集，見表3。

表3 船舶受風(fēng)評價集

在進行模糊評價時，確定各個指標(biāo)評判等級的隸屬度是關(guān)鍵。本文借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究成果及行業(yè)規(guī)范，并結(jié)合東渡港區(qū)1#、2#泊位的實際情況，建立了東渡港區(qū)1#、2#泊位郵輪靠泊風(fēng)險模糊數(shù)學(xué)評價集。

3.4 評價指標(biāo)權(quán)重的確立

在綜合安全評價中，不同因素彼此之間也存在相對重要性，一般用權(quán)系數(shù)或權(quán)重作為其度量值。本文利用層次分析法（analytic hierarchy process，簡記AHP）和變異系數(shù)法綜合確定各評價指標(biāo)的權(quán)重。

3.4.1 AHP權(quán)重的確立

確立AHP權(quán)重的步驟如下。

（1）根據(jù)指標(biāo)體系構(gòu)造判斷矩陣。AHP構(gòu)造判斷矩陣時，一般只作兩兩判斷，也就是把所有元素都單獨兩兩比較一次，得出n×n的判斷矩陣A。

（3）計算一致性指標(biāo) CI=（λmax-n）/n-1。

（4）根據(jù)平均隨機一致性指標(biāo)表查出n階矩陣平均隨機一致性指標(biāo)RI，并進行一致性檢驗。一致性比例CR=CI/RI，當(dāng)CR＜0.10時，判斷矩陣通過一致性檢驗。

本研究調(diào)查訪談了“廈門引航站引航人員、進出東渡港區(qū)船舶的船長、廈門海事VTS中心人員、海上通航評估專家、航海類大學(xué)教授”等專家學(xué)者，發(fā)出調(diào)查問卷共30份，共回收27份，有效問卷數(shù)26份，專家積極系數(shù)為86.7%，所選專家對此次調(diào)查非常配合，專家在調(diào)查問卷中給出的信息可信度較高。將調(diào)查數(shù)據(jù)進行算術(shù)平均處理，得出一級指標(biāo)數(shù)據(jù)計算如表4所示。

表4 一級指標(biāo)權(quán)重表

根據(jù)問卷調(diào)查結(jié)果，借助MATLAB軟件可快速計算出其它指標(biāo)的權(quán)重數(shù)值。

一級指標(biāo)（人員因素U1、船舶因素U2、自然環(huán)境因素U3、港口泊位因素U4、船舶操縱管理因素U5）=（0.426 5,0.223 3,0.103 1,0.089 4,0.157 8）。

二級指標(biāo)（引航員業(yè)務(wù)能力U11、船長業(yè)務(wù)能力U12、船員業(yè)務(wù)能力U13）=（0.416 0,0.457 7,0.126 3）；（船舶尺度 U21、船舶操縱性能 U22）=（0.333 3,0.666 7）；（風(fēng) U31、流 U32、能見度 U33）=（0.327 8,0.261 1,0.411 1）；（碼頭因素 U41、水深因素 U42、航道因素U43、通航密度U44、港口支持系統(tǒng)U45）=（0.0624,0.401 5,0.204 2,0.231 7,0.100 2）；（余速控制 U51、靠攏角 U52、航跡帶寬度 U53）=（0.539 0、0.297 3,0.163 8）。

三級指標(biāo)（船舶長度 U211、船舶寬度 U212、船舶吃水 U213）=（0.623 2,0.137 3,0.239 5）；（主機狀態(tài)U221、側(cè)推器 U222）=（0.666 7,0.333 3）；（風(fēng)力 U311、風(fēng)向 U312）=（0.600 0,0.400 0）；（航道寬度因素 U431、航道復(fù)雜情況 U432、危險物的距離 U433）=（0.311 9,0.197 6,0.490 5）。

3.4.2 實驗權(quán)重的確立

變異系數(shù)法是一種客觀賦權(quán)法，它是在所有統(tǒng)計數(shù)據(jù)中，統(tǒng)計觀測數(shù)據(jù)的變異程度來確定指標(biāo)權(quán)重的。如果觀測數(shù)據(jù)的變異程度大，則賦予的權(quán)重也較大；反之，賦予的權(quán)重就較小[18]。本文收集了項目中東渡1#、2#郵輪泊位的模擬操縱試驗數(shù)據(jù)。如，采用電子海圖顯示與信息系統(tǒng)（ECDIS）的尾跡功能來測量航跡帶寬度值，測量方法如圖2所示。

通過收集統(tǒng)計5級風(fēng)2.5節(jié)流的工況下，10萬噸級郵輪靠離東渡 1#、2#郵輪泊位的余速控制、靠攏角、航跡帶寬度的三個指標(biāo)數(shù)據(jù)，分別計算其變異系數(shù)為0.301 8,0.4,0.234 2。將變異系數(shù)歸一化處理得出余速控制、靠攏角、航跡帶寬度三個指標(biāo)的實驗權(quán)重為0.322 4,0.427 4,0.250 2。

圖2 航跡帶寬度測量方法

表5 指標(biāo)的最終權(quán)重計算表

整理計算得出東渡港區(qū)1#、2#泊位郵輪靠泊風(fēng)險評估各指標(biāo)因素的最終權(quán)重如表6。

表6 東渡港區(qū)1#、2#泊位大型郵輪靠泊風(fēng)險評估總表

3.5 郵輪靠泊風(fēng)險評估模型的建立及計算步驟

綜上，根據(jù)指標(biāo)體系和權(quán)重可得東渡港區(qū)1#、2#泊位郵輪靠泊風(fēng)險評估總表，如表6?？赏ㄟ^該表對郵輪靠泊東渡港區(qū)1#、2#泊位郵輪靠泊進行風(fēng)險評價，只需輸入各評價指標(biāo)，即可得出評價結(jié)果，模型如圖3所示。具體步驟如下。

（1）采集各指標(biāo)的實際數(shù)值，將數(shù)值對風(fēng)險照評估模型中 （表6）的評價方法和評價集，通過模糊處理確定各指標(biāo)的風(fēng)險等級。

（2）根據(jù)指標(biāo)的風(fēng)險等級，反模糊處理查詢指標(biāo)隸屬度對照表（表1），列出各指標(biāo)的評價矩陣R。

（3）根據(jù)各個二級指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)組成權(quán)重系數(shù)集ω；

（4）根據(jù)下式即可計算靠泊風(fēng)險評價值

圖3 風(fēng)險評估模型示意圖

式中，Y為權(quán)向量，“·”表示矩陣乘法，M為抉擇評語集[10,30,50,70,90]。

（5）最后，根據(jù)綜合評價結(jié)果U值的大小對照模糊評語集（表1），得出相應(yīng)的綜合評價評語結(jié)果。

4 安全靠泊的建議

根據(jù)東渡港區(qū)1#、2#泊位郵輪靠泊風(fēng)險評估模型及其權(quán)重系數(shù)，對比發(fā)現(xiàn)，一級指標(biāo)中人員因素的權(quán)重占據(jù)了總權(quán)重的將近一半，船舶因素的權(quán)重僅次于人員因素。在二級指標(biāo)權(quán)重中，最高的是船長業(yè)務(wù)能力，其次是引航員業(yè)務(wù)能力，兩者權(quán)重都很高，說明船長和引航員是大型郵輪靠泊的關(guān)鍵因素，且船長比引航員更為重要；除了人為因素外，船舶操縱性能占據(jù)了船舶因素的主要權(quán)重，排在了第四位，然后是余速控制因素。為此，結(jié)合東渡港區(qū)及郵輪泊位附近水域特點提出以下建議：

（1）人為因素依然是關(guān)鍵，船長是大型郵輪靠泊中的關(guān)鍵之關(guān)鍵。船公司在管理中應(yīng)特別注重人為因素，聘請經(jīng)驗豐富、業(yè)務(wù)能力強的船長，引航站也應(yīng)指派業(yè)務(wù)熟練的一級引水領(lǐng)航。大型郵輪優(yōu)良的操控性能也使得其操作略微復(fù)雜，應(yīng)該更加注意人為操縱。

（2）保持良好的船舶狀態(tài)。建議公司應(yīng)該監(jiān)督船上嚴(yán)格執(zhí)行安全管理體系（safety management system，簡記SMS）的規(guī)定，加強對船舶航行和操縱設(shè)備的監(jiān)督管理，做好設(shè)備的日常維護保養(yǎng)及到港前的安全檢查，確保進港靠泊時，設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)。

（3）靠泊前控制好余速。由于船舶進港時，駛離東渡航道（猴嶼西航道）轉(zhuǎn)向后，距離泊位只有1.3 km，無論是直接靠泊還是調(diào)頭靠泊都應(yīng)該控制好速度，切不可追逐效益而求快。