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小型渔船的稳性、安全性和可操作性
Francisco Mata-Aacute;lvarez-Santullano
Antonio Souto-Iglesias
摘要
本文研究了小型渔船的稳性，安全性和可操作性之间的关系。为此，选择2004-2007年间发生的稳性倾覆事故中主尺度相似的船舶作为一个系列船型。这些船舶的稳性和操作性特征将和那些为了建造这些船舶而淘汰的船舶相比较，这些渔船由相同的船员在相同的地区使用，同时渔船类型相同。这类船舶由于其在使用寿命结束之前都没有任何危险，因此被视为参考安全船舶。而关于稳性，这些船舶在船舶设计和建造时完整的稳性标准就对其进行了检验。选择可操作性标准，并使用线性耐波性分析对其在一系列海况、不同航向和速度进行分析。在此基础上，讨论了可操作性作为船舶安全的有效指标。在使用国际海事组织正在制定的第二代稳性标准分析这些船舶前，这一步是必要的，国际海事组织正在制定这一标准，这是未来研究的主题。
关键字：安全；可操作性；渔船；耐波性；完整稳性；船舶运动
目 录
引言
商业捕鱼是当今最危险的职业之一，其死亡率在许多专业文献中都有广泛记载。在美国，每10万名工人中，捕鱼行业每年约有130人死亡，而其余部门则为4人；在英国也有类似的数据。
在西班牙加利西亚地区，渔业部门最，有超过一半的渔民和工人，因此在工作日中发生了大量的致命事故，仅次于 在西班牙劳动力中占有很大比例的建筑业。可以看出，大多数伤亡事故都发生在与船舶有关的事故（或海上事故）中，其中由于稳性问题（倾覆或大倾侧）造成的损失占一半，主要是长度在24米以下的船舶发生事故。这一分析与Jin等人一致，他们证明了倾覆是船员死亡概率最高的事故类型。
在2004年11月至2007年9月之间，5艘西班牙船舶由于稳性丧失而造成船舶倾覆，导致大部分船员死亡。一起分析这五起事故，值得注意的是这些船舶具有相似的特征，特别是它们的长度在15到24米之间，而且它们都是在1999年到2001年之间根据最新的吨位分配规则建造的。
倾覆船舶的船东、船长和船员与驾驶其所替代的退役渔船是相同的人。停止使用的船舶在下文中被称为“前身”。 此外，可以认为倾覆船舶的使用类似于前身，因为他们在相同的地区运行，使用相同的渔具和相同的社会框架。这些前身已经服役多年，而这五艘沉船在他们使用寿命很短的情况下却在稳性事故中沉没。因此，尝试和研究这两类船舶在不同层面的差异可能会很有趣。
所有这些失事的船舶遵守的是1970年在西班牙立法中实施的IMO（国际海事组织）稳性条例。尽管如此，缺乏稳性问题造成了这所有事故。鉴于船舶日益复杂和专业化，而且目前的稳定标准不能完全涵盖一些与稳性有关的事故中出现的部分动态现象，国际海事组织已经认识到目前的稳性规范应该得到改进。因此，IMO成立了专门的工作组来制定所谓的“第二代完整稳性标准”（SGISC）。这项新规定仍在制定中，尚未得到国际海事组织的批准。毫无疑问，这些新规范将构成未来稳性法规的基础，迟早将适用于渔船。正在讨论的拟议新稳性规定考虑使用CFD软件来评估船舶在某些稳性失效模式下的脆弱性。尽管如此，承担这一任务的IMO工作组尚未就稳性直接评估方法达成一致，即一些代表团对带有CFD软件的耐波性计算提出质疑，主要原因是缺乏对软件的验证。
Mantari等人从完整稳性角度考虑渔具、风和横浪的作用，研究了稳性与安全之间的联系。他们比较了不同操作条件下的倾斜和复原力矩，并评估了这些外力的平衡问题。他们得出的结论是，在许多情况下渔具产生的倾斜力矩至少和恶劣天气情况下产生的倾斜力矩一样重要。
安全性和耐波性之间的联系已经由一些作者在几种方法下进行了分析。Tello等人提出了一种基于耐波性计算的渔船可操作性分析方法。他们研究了葡萄牙捕鱼船队的几艘船，提出了可操作性标准及其相应的极限值。他们得出结论认为横摇和纵摇情况是最容易超过限制规范的，并确定了船体形状的一些趋势，以优化这些标准的完成。
这篇论文的主题是研究安全性和操作性之间的关系。
由于船长们在船的运动低于一定水平时才可操作他们的船进行捕鱼，只有在超过了一定水平并且不可能操作时才会中断捕鱼操作。因此，他们首先假定具有较大可操作性范围的船舶是更安全的船舶。这种关系需要一个严格的评估，我们打算在本文中通过分析上述参考案例研究，即通过比较五艘失事船舶与其前身的稳性和可操作性特征进行比较。值得注意的是，这项工作并不打算对丢失的船舶所遭受的事故进行具体的模拟，也不用评估它们在恶劣天气下的稳性。本文的目的是调查这两套相关船舶的监管稳性和可操作性之间的关系，作为理解前者的局限性和前景的一个必要步骤。
该论文的组织结构如下：分析方法首先简要回顾国际海事组织关于稳性的条例并通过选择耐波性分析的可操作性标准。 其次，以案例研究的形式介绍其主要维度，权重等。第三，介绍基于耐波性分析的完整稳性和可操作性的结果，并对新船和退役船舶进行比较。最后，讨论了国际海事组织横向稳性标准在防止稳性失效方面的局限性以及基于可操作性标准的适用性，以帮助进行船舶安全评估。
方法
概括
本文研究了由于稳性损失而沉没的五艘渔船。所研究的渔船尺寸相似，相对较小（船长在16至20米之间），建于1999年至2001年之间，在2004年至2007年期间因相同的稳定原因而沉没。根据现行的欧洲渔船法规规定，建造这些船舶意味着一艘或多艘现有的渔船必须退役，以避免整个渔业渔船的吨位增加。在五个研究案例中，不止一艘渔船必须退役，退役船舶中最大的将是被选定的装载船舶的“前身”，并将被视为比较的参考安全船舶。 通常情况下，考虑成对的船舶，一艘渔船和她的“前身”具有许多特征，例如船长，船员，渔区，渔具类型，基本港口等，因为船东通常是同一个人。对于每个失事的渔船和她们各自的前身建立一个特征负载条件。每艘船舶只在一种装载条件下进行研究，从现有信息中选择，通常是满载条件。对于没有稳性手册的船舶（大多数前辈），使用最佳可用信息估算接近满载的加载条件。然后执行两个船的稳性和可操作性计算。
稳性规范
概括
以IMO大会决议A.749（18）批准的“国际海事组织文书涵盖的所有类型船舶的完整稳性规则”中提出的IMO船舶稳性标准对船舶的稳性进行了检查。
西班牙于1970年通过了这些稳性标准，因此在设计和建造五艘船舶时，这些标准是强制性的。 由于这五个前身建造时不是强制性的，所以本研究中尚未考虑IMO严格风力和横摇标准（天气标准）。 根据西班牙稳性法规，只有在最不利负载条件下稳性曲线下达30°的区域低于0.065m·rad时，才能检查是否符合天气标准。 所有五艘有关的船舶都有较大的稳性面积曲线，因此前面提到的天气标准在任何情况下都不适用。
考虑到自由表面，完整稳性计算已经使用最先进的海军建筑软件进行。船中没有自由表面。重心已被认为是在船中。对于稳性手册可用的情况，计算出的交叉曲线与手册中的曲线之间存在很小的差异。这些差异主要归因于将船体结构数据引入海军体系结构软件时的船体建模过程。
稳定指数
静稳性曲线（GZ）给出了船舶稳性特征的快速和良好的概念，在我们的情况下，在一些船舶的静稳性曲线之间已经发现了显着的差异。这些差异可以通过比较每个单一的稳性标准来量化。为了进行比较，我们希望能够更好地量化每艘渔船与她的前身之间监管稳性差异的单一数量级，并制定了与公差相关的指数。
对于每艘船舶，计算所有稳性标准满足的最大重心高度（KG），即为极限重心高度。然后，用于比较每艘船的稳性指数（SI）是限制KG与所研究的加载条件的实际KG之间的比率。SI以百分比表示，并给出船舶稳性储备的概念。
耐波性和操作性
概括
正如引言中提到的那样，目前的稳性标准可能不能很好地覆盖几个与稳性有关的事故中的部分动态现象。我们建议通过分析几个可操作性标准通过耐波计算的完成程度来探索可操作性和安全性之间的联系。 为此，分析了十艘船的耐波水动力性能。还对船舶运动进行了短期耐波性分析，并根据一系列限制船舶可操作性的标准进行了检查。Tello等人提出了耐波性标准来评估渔船的可操作性。 本文介绍的可操作性分析及其标准已被使用。这些在表1中列举。
运动响应运算子已经使用PRECAL线性耐波性软件计算。 PRECAL使用3D面元法方法公式计算频域中的船舶运动。横摇运动考虑了非线性横摇阻尼系数0.12，类似于Tello等人选择的值。考虑到我们的研究中正在分析相同类型的船舶， x，y，z惯性半径比与B，L之间的关系，L已经通过PRECAL程序进行了估算，取值范围为0.32至0.38，横摇为0.25，纵摇为0.25，艏摇为0.27至0.29。后者的值与Tello等人使用的值相似。
根据Lloyd给出的公式计算甲板上浪和螺旋桨出水概率。根据程序给出船舶与海面之间的相对运动。
表1 操纵性标准
|
标准 |
规定 最大值 |
|
C1 横摇 |
6° |
|
C2 纵摇 |
3° |
|
C3 横向加速度 |
0.1g |
|
C4 垂直加速度 |
0.2g |
|
螺旋桨出水 |
15% |
|
甲板上浪 |
5% |
对于甲板上浪，对每个船舶（甲板水平前后）的两点计算概率，并选择最大值。垂直和横向加速度已经在每个船舶（工作甲板的前后和桥）的三个点计算出来。三者中的最大值被选择来检查标准满意度。已经针对从0°到180°（迎浪）的航向以30°步骤进行了计算，并且以2节的步幅从0到10海里的船速进行了计算。
严格来说，尽管所提出的标准限制了可操作性而不是安全性，但为了比较的目的，这些可操作性值可能是船舶安全性的有效指标。稍后将会看到，通过比较倾覆的船舶与他们的前身，这通常可能不是这种情况。然而，有必要了解所用方法的几个局限性，因为线性的维持方法不能捕获波浪中的一些动态现象 - 例如横甩或参数横摇，以及大幅度波浪中船舶运动的振幅。在考虑计算的可操作性和船舶安全性之间的关系时，必须考虑这些限制。
海况
根据北约采用的标准化尺度，可操作性研究已经在两个海况下进行，这些海况由有义波高和特征周期确定。对于所有船舶，已经研究了四级和五级海况，对应于1.88m和3.25m的有义波高，特征周期分别为8.8s和9.7s。
使用Bretschneider海浪谱。五艘被研究的船中有三艘在大西洋中失事，靠近西班牙北部海岸; 一个在加的斯湾沉没，靠近直布罗陀海峡，而另一个在五分之一地中海失踪。选择的这些海洋州被认为代表了这些地区的条件，大部分时间沿海小型渔船都在这些区域运行。用PRECAL得到的RAO和前面提到的波浪谱，运动谱已经被计算出来并用来得到评估表1中所
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