張永剛，郗林，許長(zhǎng)榮，王廣祿

（1.南通海事局，江蘇 南通 226004；2.天津水運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300456）

強(qiáng)對(duì)流天氣主要包括短時(shí)強(qiáng)降水、雷雨大風(fēng)、龍卷風(fēng)、冰雹和颮線等，具有持續(xù)時(shí)間短、局地性強(qiáng)、破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)，其預(yù)報(bào)難度大，災(zāi)害性極大，易對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成較大的損失[1]。近年來，由于海上風(fēng)電的迅猛發(fā)展，海域離岸距離更遠(yuǎn)、水深更深的風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)逐漸增多，給海上風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維工作帶來了新的挑戰(zhàn)和難度。因此，在強(qiáng)對(duì)流天氣來臨前及時(shí)采取有效的避險(xiǎn)措施，并保證運(yùn)維船舶和人員的安全，是目前亟待解決的關(guān)鍵問題。為了解決這個(gè)問題，從多維度分析提出六種船舶避險(xiǎn)方案。采用多目標(biāo)決策方法對(duì)各種方案進(jìn)行比較[2]，從而得到最優(yōu)方案。

常用的多目標(biāo)決策方法有主成分分析法、德爾菲法、目標(biāo)規(guī)劃法、多目標(biāo)模糊決策法、TOPSIS 法、層次分析法、熵權(quán)法等。其中，層次分析法是較為常用的多目標(biāo)決策方法之一，它可以根據(jù)具體情況分析權(quán)重分配問題，有效地得出最優(yōu)方案。通過對(duì)影響項(xiàng)目方案各因素的分析,建立評(píng)價(jià)項(xiàng)目方案優(yōu)劣的指標(biāo)體系，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析法確定關(guān)聯(lián)矩陣。由于不同的目標(biāo)所具有的不同屬性決定了其間不便直接進(jìn)行比較，采用均值化算子對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理，得到規(guī)范指標(biāo)矩陣，同時(shí)通過隨機(jī)賦權(quán)法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重向量值[3-4]，采用加權(quán)和法求六個(gè)方案的綜合評(píng)價(jià)值，綜合權(quán)重值最大的項(xiàng)目方案為最優(yōu)方案。

1 強(qiáng)對(duì)流天氣危害

1.1 對(duì)海上交通運(yùn)輸?shù)挠绊?/h3>

強(qiáng)對(duì)流天氣災(zāi)害對(duì)海上交通運(yùn)輸造成影響，雷雨大風(fēng)和強(qiáng)降水會(huì)影響船舶的正常行駛，甚至引發(fā)船舶碰撞等事故，航行中的船只突然遭到其襲擊，容易造成船只損壞或沉沒。

2013 年6 月7 日約1745 時(shí)，“N998”、“N1308”、“N868”、“N988”等四艘船舶，由長(zhǎng)江下行，在吳淞口水域遭遇突發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣，4 艘船舶貨艙進(jìn)水后先后自沉，船上人員全部落水，17 人獲救，1 人失蹤。

2021 年4 月30 日傍晚，江蘇南通、泰州等8 個(gè)地市遭遇大風(fēng)冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣。最大風(fēng)力出現(xiàn)在南通通州區(qū)，達(dá)14 級(jí)。海安城東鎮(zhèn)和大公鎮(zhèn)、通州十總鎮(zhèn)、如東陽(yáng)光島等地出現(xiàn)直徑1～3 厘米的冰雹。受災(zāi)人口3000 余人，造成11 人死亡，因?yàn)?zāi)受傷人員102 人。因突遇大風(fēng)，蘇海門漁01728 傾覆，11 名船員落水。

1.2 對(duì)海上人員安全的威脅

強(qiáng)對(duì)流天氣災(zāi)害發(fā)生時(shí)，往往對(duì)海上人員的生命構(gòu)成威脅。雷暴發(fā)生時(shí)，在風(fēng)電機(jī)組中作業(yè)的維修人員易遭受雷擊。同時(shí)隨著船舶的側(cè)翻和沉沒，導(dǎo)致船上人員落水，造成人員死亡。

2015 年6 月1 日21 時(shí)30 分，長(zhǎng)江流域湖北監(jiān)利航段發(fā)生了“東方之星”號(hào)客輪特大傾覆事故，客輪上共有454 人,其中，成功獲救僅僅12 人，遇難442 人。經(jīng)國(guó)務(wù)院調(diào)查組調(diào)查認(rèn)定，“東方之星”號(hào)客輪翻沉事件是一起由突發(fā)罕見的強(qiáng)對(duì)流天氣—颮線伴有下?lián)舯┝鳌獛淼膹?qiáng)風(fēng)暴雨襲擊導(dǎo)致的特別重大災(zāi)難性事件。

2019 年4 月18 日19：30 分，受強(qiáng)對(duì)流天氣影響，珠海市萬山區(qū)大萬山島附近海域形成瞬時(shí)強(qiáng)海旋風(fēng)并伴有狂風(fēng)暴雨和冰雹，兩艘漁船不幸翻沉，粵珠漁運(yùn)23291 號(hào)船被成功救起，但“珠香1746 號(hào)”船不幸翻沉，船上8 名人員全部失聯(lián)[6]。

1.3 對(duì)風(fēng)電基礎(chǔ)設(shè)施的損害

強(qiáng)對(duì)流天氣災(zāi)害發(fā)生時(shí)，伴隨著狂風(fēng)暴雨對(duì)風(fēng)電基礎(chǔ)設(shè)施造成損害。如輸電線路的破壞，造成停電或通信中斷事故。當(dāng)風(fēng)力過大時(shí)，發(fā)生風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片損毀，嚴(yán)重的導(dǎo)致風(fēng)機(jī)倒塌。

2 海上風(fēng)電運(yùn)維船應(yīng)急避險(xiǎn)方案設(shè)計(jì)

如東縣作為我國(guó)海上風(fēng)電的重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域之一，已經(jīng)建成20 座風(fēng)電場(chǎng)、1470 臺(tái)風(fēng)機(jī)，總裝機(jī)規(guī)模583.4萬千瓦，預(yù)計(jì)年上網(wǎng)電量超150 億千瓦時(shí)。2022 年，如東縣海上風(fēng)電全面進(jìn)入長(zhǎng)達(dá)25 年的運(yùn)維期，據(jù)統(tǒng)計(jì)，每天參與海上運(yùn)維作業(yè)船舶120 只左右，參與作業(yè)人員近1000 人。安全生產(chǎn)責(zé)任重大。一方面，運(yùn)維船舶在深遠(yuǎn)海區(qū)長(zhǎng)時(shí)間航行和作業(yè)，受到海況變化影響較大；另一方面，強(qiáng)對(duì)流天氣是如東海域常見的惡劣氣象現(xiàn)象，給運(yùn)維船舶帶來了極大的安全隱患。為保證運(yùn)維船舶和人員的安全，本文以如東H8 風(fēng)場(chǎng)為例，提出了六種避險(xiǎn)方案，并運(yùn)用層次分析法進(jìn)行多目標(biāo)決策分析，得出最優(yōu)方案。本文旨在為海上風(fēng)電運(yùn)維船避險(xiǎn)措施的設(shè)計(jì)和選擇提供一種科學(xué)的方法和參考。

方案一區(qū)劃臨時(shí)緊急避險(xiǎn)水域，強(qiáng)對(duì)流天氣不能及時(shí)返港的船舶,采取就近水域避風(fēng)能夠起到減少船舶人員受到損害的概率。緊急避險(xiǎn)水域應(yīng)遵循路程短、海水淺、底質(zhì)抓力大、避開海纜和航道的規(guī)則，在風(fēng)場(chǎng)間隙布設(shè)避風(fēng)區(qū)域，作為臨時(shí)停泊水域不涉及海域和航運(yùn)規(guī)劃，在經(jīng)濟(jì)上沒有額外支出。在實(shí)施方面經(jīng)過指導(dǎo)即可指揮船舶駛?cè)搿Ｔ摲桨覆荒茏鳛橐灰载炛谋茈U(xiǎn)操作行為，只有在突發(fā)強(qiáng)對(duì)流天氣不能及時(shí)返港的情況下實(shí)施的避險(xiǎn)動(dòng)作。

方案二布設(shè)系泊浮筒，系泊浮筒作為海上系泊設(shè)施應(yīng)用由來已久，相應(yīng)的產(chǎn)品也非常成熟，抗風(fēng)能力高于直接拋錨，能有效減少走錨情形。泊浮筒作為海工設(shè)施，在布設(shè)前要通過交通部門的水上水下活動(dòng)許可，在運(yùn)維期還要考慮浮筒的清潔護(hù)理。該方案可操作性強(qiáng)，布設(shè)周期短。

方案三設(shè)計(jì)浮式防波堤，浮式防波堤在外海形成臨時(shí)性避風(fēng)港，有效減少船舶受風(fēng)浪的影響，縮短緊急避險(xiǎn)的航行路徑，是較為穩(wěn)妥的避險(xiǎn)設(shè)施。浮式防波堤形式多種多樣，其主要設(shè)計(jì)指標(biāo)是消浪能力，但是在外海如果達(dá)到沿海港區(qū)的消浪能力，則需要設(shè)計(jì)及其龐大設(shè)備，造價(jià)昂貴，還涉及到環(huán)境、海域、航運(yùn)等規(guī)劃和管理約束，其實(shí)現(xiàn)難度大。

方案四停泊設(shè)施改造，對(duì)升壓站或風(fēng)基礎(chǔ)增加系泊設(shè)施，可提升船舶緊急避風(fēng)能力，但增加對(duì)風(fēng)基礎(chǔ)荷載，在設(shè)計(jì)上可能無法通過。停泊設(shè)施改造實(shí)施難度較大，不適用于當(dāng)前運(yùn)維工作。

方案五建造運(yùn)維母船，運(yùn)維母船目前處于在建過程，運(yùn)維母船無論是在安全性、自持力、舒適性都遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的運(yùn)維船舶和安全方案，只有在極端天下才需考慮避風(fēng)的情況。

方案六船舶升級(jí)，船錨改造升級(jí)對(duì)增加船舶抗風(fēng)能力有積極作用，但也有上限。單體船改用雙體船，在航速和抗浪能力均有提升，在運(yùn)維中有充分的實(shí)踐證明雙體船在遠(yuǎn)海的穩(wěn)定性，在應(yīng)對(duì)極端天氣和緊急避險(xiǎn)中優(yōu)勢(shì)更大。船錨升級(jí)改造需要在船級(jí)社備案，會(huì)涉及手續(xù)和材料等相關(guān)費(fèi)用，改造過程需要耗費(fèi)一段時(shí)間，不能滿足目前運(yùn)維工作；船型改用雙體船運(yùn)維成本要比單體船高，并且雙體船供給數(shù)量可能達(dá)不到全員配備的要求。

3 多目標(biāo)決策分析

對(duì)六種船舶避險(xiǎn)方案采用多目標(biāo)決策的模型進(jìn)行比選，根據(jù)海事管理部門要求和風(fēng)電運(yùn)維企業(yè)的工作訴求，從提高船舶安全性、降低經(jīng)濟(jì)成本、易操作性、節(jié)約時(shí)間四個(gè)方面，7 個(gè)子目標(biāo)進(jìn)行考慮，分別為減少風(fēng)險(xiǎn)概率A、減少損害程度B、減少投入費(fèi)用C、減少維護(hù)費(fèi)用D、便于操E 作、方案容易推進(jìn)實(shí)施F、方案見效快，提高運(yùn)維效率G。按差、中、優(yōu)三個(gè)等級(jí)，用百分制對(duì)每個(gè)子目標(biāo)評(píng)分，評(píng)分值為0-100 分，避險(xiǎn)方案評(píng)分指標(biāo)見表1。

表1 避險(xiǎn)方案評(píng)分指標(biāo)表

3.1 決策矩陣

根據(jù)表1 得到?jīng)Q策矩陣：

3.2 權(quán)重確定

采用隨機(jī)賦權(quán)法確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，統(tǒng)計(jì)各個(gè)權(quán)重分值發(fā)生的概率和累計(jì)概率如表2 所示。

表2 指標(biāo)權(quán)重及累計(jì)概率分布

其中，指標(biāo)C 的各權(quán)重分值發(fā)生的概率和累計(jì)概率如圖1 所示。

圖1 指標(biāo)C 的權(quán)重分?jǐn)?shù)累積分布線

3.3 方案決策

根據(jù)圖2 找到頻率對(duì)應(yīng)的峰值0.18，其對(duì)應(yīng)的權(quán)重為最佳權(quán)重12。根據(jù)同樣的方法可以確定其它六個(gè)指標(biāo)的權(quán)重分值，則權(quán)重向W=[11,13,12,8,15,18,19]，歸一化后為：[0.115,0.135,0.125,0.083,0.156,0.188,0.198]。

可見第一種方案分值最高，為最優(yōu)方案。

4 研究結(jié)論

通過多目標(biāo)決策的模型計(jì)算可確定第一種方案為最佳策略。方案一（區(qū)劃臨時(shí)緊急避險(xiǎn)水域）最適合當(dāng)前運(yùn)維工作需求，最容易實(shí)施，但有潛在風(fēng)險(xiǎn)，因此建議結(jié)合方案二（布設(shè)系泊浮筒）、方案六（船舶升級(jí)）逐步實(shí)施。

運(yùn)維母船正在實(shí)施過程可作為中遠(yuǎn)期方案，浮式防波堤和停泊設(shè)施改造在設(shè)計(jì)和審批方面都需要投入大量時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，實(shí)現(xiàn)困難，可作為備選方案。備選方案可由相關(guān)單位組織專項(xiàng)研究。以上方案都是針對(duì)在強(qiáng)對(duì)流天氣提出，在預(yù)警時(shí)間短、不能及時(shí)返港的緊急情況使用的，并非絕對(duì)安全的做法。方案是以盡量小的代價(jià)減小強(qiáng)對(duì)流天氣的危害為目的，在條件允許下應(yīng)首先服從相關(guān)部門下發(fā)撤離指令。

目前，海上風(fēng)電的運(yùn)維正處于高強(qiáng)度作業(yè)階段，而強(qiáng)對(duì)流天氣即將進(jìn)入高發(fā)期。為了保障運(yùn)維工作的順利進(jìn)行，并且確保船舶和人員的安全，同時(shí)最大限度地服從海事部門的防控要求，建議采取區(qū)劃臨時(shí)緊急避難水域的方案，作為近期應(yīng)對(duì)強(qiáng)對(duì)流天氣的緊急措施。