分析目前挪威大陆架上船舶与海上设施碰撞风险的主要挑战外文翻译资料

 2022-07-31 21:33:14

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分析目前挪威大陆架上船舶与海上设施碰撞风险的主要挑战

摘要：

在过去十年中，为确保船舶航行和操作的安全，实施了许多航标、安全障碍和各种工具。尽管如此，每年仍有大量的船舶碰撞和搁浅事故发生。大约 20 年前，COLLID风险模型成为行业标准，用于计算挪威海洋大陆架上近海设施发生船舶碰撞的风险。目前正在修订风险模型，为了考虑到已进入舞台的新技术。技术进步极大地改变了海员的操作和航行方式。在过去的十年中，导航员不得不学习新的技能，适应新的工作环境，这在许多方面影响安全。人为和组织因素对船舶运营等复杂系统有很大影响，在调查和评估风险时应给予同等适当的重视。太多的风险模型使用可能不再有效的参数值对质量有问题的 HOFs 进行研究。本文介绍了当前行业标准collide方法的挑战，并强调了需要改进和替代当前模型的领域，并讨论了该领域未来研究的相关问题。

  1. 简介

海上石油和天然气设施依靠支援船只完成各种各样的任务，从运送供应品到进行安装工作和水下检查。除了与实地有关的船只访问设施之外，常规的商船在设施周围的海洋中穿梭，很少有 其他情况具有船只与设施碰撞的事故潜力。船舶造成的风险早已为人所知，在正常定量风险评估(QRAs)涵盖的大多数其他事故中，事故发生的频率与数量级相比具有重大意义。日益复杂的实地开发、支援船的设计以及所有类型船上使用的工具的一般技术开发，可能是造成船舶碰撞仍然是主要风险因素之一的原因[1]。

挪威石油安全管理局(PSA)在《设施条例》[2]中指出:“意外载荷/动作.......概率大于或等于0.0004，不应导致主要安全功能的丧失。”主要安全功能的定义包括几个项目，其中下列项目在这方面是相关的:“hellip;...维持承重结构的能力，直到设施已撤离hellip;...”。Psa 按照“确定的危险和事故条 件”(DFU)清单运作，其中船舶碰撞的风险就是这样的DFU[3]。大多数近海石油和天然气设施将能够承受从事近海相关活动的船只在低速靠近设施时产生的轻微影响。然而，它们的设计不能承受与大型船只的高速碰撞，这种事件有可能造成结构损坏，在最坏的情况下可能导致结构完全倒塌。因此，在挪威大陆架上作业的近海石油和天然气工业必须进行风险评估，以显示潜在的船舶碰撞所造成的风险低于每10000个装置年份发生1次事件的规定接受水平。

Collide 风险模型用于确定船舶撞击近海设施的风险已有约 20 年的时间，它是确定碰撞概率定量的行业标准。这个模型是在挪威早期的研究项目 rapl(浮力损失风险评估)的基础上，由几个 工业合作伙伴和挪威国家技术研究所联合开发的。拉丁美洲和加勒比项目的目标之一是为近海物的碰撞风险开发一种风险分析方法，后来发现碰撞风险显然是主要的风险因素之一，于是发起了 COLLIDE项目[5]。

Collide 风险模型是基于对船舶运动数据的初始映射和处理，比如船舶自动识别系统数据。这构成了概率计算的基础，本质上是一组船只航迹到一个具有属性的航道交通模式，如统计分布，标准差和交通量。Collide风险模型使用这些信息以及一系列广泛的固定和动态变量来计算碰撞频率。自20年前开发该模型以来，已经为经营近海设施的船舶和石油公司实施了新的系统和障碍。因此，有必要进行新的修订，以纳入这些新的方面，并详细阐述模式的某些组成部分。目前正在进行新的研究以缓解这种情况，以便在新的风险模型中纳入更全面的方法。

在防止船舶碰撞领域的大多数研究似乎侧重于技术辅助手段和新工具和技术的开发，使引航员和船员已经很复杂的工作环境更加复杂。我们有理由发问，为什么没有对近海船只和商船的实际操作情况进行更多的研究。

大量的研究已经表明了船舶碰撞时的结构响应和总体强度[6,7]。格兰特和 Kujala专注于船舶碰撞场景，但对于静止的近海设施发生船舶碰撞的可能性几乎没有研究。南太平洋港务集团的 RNNP-项目收集了大量的数据，尽管南太平洋冲击理论船舶的漏油一直是重大事故风险的最重要的风险因素之一，但这个问题很少被详细讨论。根据 Okstadetal.[10]，造成重大事故风险最大的事故类型之一是碰撞理论上的船舶，这种事故已经稳定了几年。为什么研究人员不愿深入研究这个问题，有许多原因，引用 Vinnem[11]的话:“数据显示，每年都有大量的 DFU 第1、3和 5号前体。5代表冲击理论上的外部商船，因此此类事件的发生并不能代表安装的安全管理的程度。”

Psa 已经指示业界更多地关注与油田相关的近海船只，以及它们对安装所构成的风险，这与通过该区域过境的无关商船相反[11]。港务局收集的统计数据证实了这一担忧，因为没有任何商船在冲击理论上发生事故，实际上导致了与挪威大陆架近海设施的高速碰撞，而且只有一起事故发生在邻近地区。(1995 年，一艘小型货船在德国大陆架上撞上了一个挪威操作的平台。)[12] 然而，几起事故涉及一系列船只，从油井干预船到近海补给船，已经表明，与油田有关的船只实际上可能对设施构成更严重的威胁。在过去 10 年中，挪威海洋保护协会在挪威大陆架上登记了26起设施与现场相关(访问)船只之间的碰撞事故，其中6起可能发生重大事故。因此，有必要建立一个良好的风险模型，能够量化固定装置的船舶碰撞概率。目前正在修订 COLLIDE，以更新核心假设和为了更好地模拟近海设施附近的船舶航行现况，以及商船经过该区域时的碰撞风险，我们采用了多种方法。

本文的目的是介绍当前行业标准COLLIDE风险模型的挑战，并强调需要对当前模型进行改进和替代的领域。还讨论了在这一领域需要进一步研究的有关问题。本文只讨论目前COLLIDE 风险模型方法的问题，没有讨论输入数据的收集和准备。本文的结构如下:第2节介绍COLLIDE风险模型及其各个组成部分，第3节强调了模型的问题并讨论了替代解决方案，最后得出结论。

2.冲突模型

船舶碰撞的定量风险模型总是使用某种形式的交通数据作为进一步计算的基础。Collide模型的输入是交通和船只数据，描述交通模式和所有涉及的船只，以及安装数据和天气数据。模型输 出的是船舶与固定装置碰撞的概率，以及相应的总冲击能量。

自 2005 年1月1日以来，国际海事组织规章要求所有从事国际航行的总吨位为 300 吨以上的船舶、所有大小不一的客船以及总吨位为 500 吨以上但不从事国际航行的货船都必须安装 AIS。 AIS是船舶交通研究的理想数据，因为它是船舶运动的事实记录。在引进船舶自动识别系统之前，必须根据港口日志、雷达观测、目视观测以及与水手和其他数据来源的访谈来估计航运模式，其不确定性和准确性程度各不相同。建立航运模式和运输水平为以后进行定量风险评估提供了基础。通过将交通分组成航道并计算相应的属性，如横向分布、通过距离和标准差， 可以进行具体位置的分析，而不仅仅是对一个大区域的一般性评估。AIS系统的另一个好处是， 每个数据点都带有一张小小的“名片”，上面有船舶的海上移动通信业务标识号码。这是一个可以通过连接到一个船舶数据库来链接到每个船舶/航迹的更全面的属性集的唯一标识符。这构成了定量碰撞风险评估的基础。AIS的数据使得 COLLIDE 风险模型得以继续使用，该模型最初使用了一个半静态网格，其中包含北海和挪威海港口之间的航线估计数。将船舶交通量合并为航线的方法仍然被认为是有效的，并被一些学术和商业行为者用于船舶碰撞研究[17]。AIS数据的使用极大地提高了 COLLIDE风险模型所使用的输入数据的总体准确性和有效性。

2.1.交通模式

方程(1)的第一个分量(Nijk)并没有真正建模，而只是交通模式评价的结果。船舶自动识别系统(AIS)数据处理以确定交通模式，并将航迹链接到船舶数据库以检索关于类型、大小和其他相关信息的附加数据。 用于确定此变量的所有数据都是实际的历史数据和船舶细节。将个别航道/原始数据汇总和分组成航道的交通模式可能会带来某种程度的主观性和不准确性。不同的方法或主观评价可能会导致标准差、通过距离和其他路线属性的细微差别。该模型假定所有路径在横向上均呈正态分布。

2.2.上冲击理论的可能性

2.3.船舶故障启动回收

方程式(1)的 PFSIR组件是根据故障树计算出来的，COLLIDE项目确定了三种主要的故障模式:

保持警惕/导航失败/没有采取行动 ；、

领航员的错误行动 ；

设备故障/技术错误

在 COLLIDE 项目中，除了雷达故障之外，最后两个项目被认为可以忽略不计。他们的论点是，设备故障导致碰撞的可能性很小，应当不予考虑。同样，避免碰撞所需的行动只是改变方向， 这种行动被认为是如此简单，以至于不大可能采取错误的行动，因此被忽视。

然而，第一个项目进一步细分为下列清单: 值班员/领航员缺席(驾驶台) 守夜人/导航员被其他任务分心/吸引 值班员/领航员丧失行动能力 ，看守员/领航员睡着了， 值班员/领航员因酒精而丧失行动能力/睡着， 雷达导航失败(只适用于能见度不好的情况)

故障树对 COLLIDE 模型中的 PFSIR(故障的船舶启动恢复)组件(仅限于监视/导航故 障/故障行为)建模。然而，COLLIDE项目另外描述了一组影响 PFSIR组件的因素，而不是实际故障树的一部分。首先是能见度的气象参数。Collide模型对 PFSIR组件使用了两种不同的故障树，一种用于良好的可见性，另一种用于不良的可见性，以便考虑可见性级别。Collide 项目提 到了其他几个影响因素，但只有其他两个因素被量化并纳入模型。这些是船舶的船旗状态和感 兴趣区域的活动水平。有人认为，船旗国可能对值班/航行失败/不采取行动的可能性产生影响，因为各船旗国的损失统计数字可能大不相同，表明标准或安全文化不佳。在这些“可能影响船舶启动回收的因素”中，最后一个是该地区的总体活动。一个地区严重拥挤的其他船舶，或多个离岸设施，也许有一个离岸船队执行各种任务，无疑复杂的交通状况。该项目描述了规避操作如何可能使船只停靠在冲击理论上，或者至少对船只和设施之间的通过距离产生负面影响。

2.4.平台故障启动恢复

方程(1)的最后一个组分是 PFPIR 组分。这也是故障树的结果，考虑到诸如认识到船只可能构成威胁、与船只建立成功的通信以及备用船只可以拦截等因素。平台启动的行动的效率和成功将高度依赖于船舶启动的恢复失败背后的原因，但是这个主题在 COLLIDE项目中没有详细解释，而是引用了rapl项目。

讨论：

Collide 风险模型从一开始就是学术界和海上油气行业的合资企业，因此风险模型在构想之后立即被编制成软件程序。很快它就成为了挪威大陆架船舶碰撞风险评估的行业标准。在采用该模型和软件后不久，对其进行了独立验证，以确保其反映有关通过船舶碰撞频率的历史数据。验证项目已经通过 COLLIDE预测了问题时间段内的3.8次碰撞，并且在验证期结束时，已经记录了3次碰撞。第二年观察到另一次碰撞。这些结果表明，根据风险模型估计的碰撞频率与实际事件的历史数据之间存在良好的相关性。应当指出，验证是针对验证区域内所有设施的平均碰撞风险，而不是针对具体设施。

自1995年以来，在海洋石油和天然气工业、海上航运以及一般技术创新和进步方面发生了许多变化。今天，大部分基本方法和核心计算仍然有效，因为最基本的要素几乎没有变化。然而， 构成模型的很大一部分因素和变量发生了很大的变化，静态框架不能很好地适应这种类型的变化。气象数据以及船舶和近海设施的大小、形状和几何形状只能略有变化，不会影响方法，因为这些因素一直是用户提交的输入变量。假设和思维过程已经形成了潜在的故障树，或者如果不再代表现实世界的行为，可能会使计算的重要元素失效，这些假设和思维过程更成问题。

风险模型的批评者声称细节和变量数量的水平引入了太多的不确定性，并主张采用更简单的方法，在很大程度上减少基于历史数据和专家判断的变量。变量的数量确实可能带来不确定性， 但拥有一个详细的模型可以更好地理解影响因素，至少在定性意义上，并有可能看到个别变量的影响。这种不确定性可以通过使用分布、将数值分类或用高/低分数取代一组静态数值来减少。使用统计数据并不意味着没有不确定性[19]，而且可能并不总是为输入数据提供最佳选择。 统计数据也有一系列内在的含义，例如未来是过去的线性延续。如果能够很好地对输入数据进行量化，为了限制不确定性，可以说最好是一个具有广泛变量的详细模型，因为它能够进行更广泛的评价和取得更广泛的成果，包括减少风险措施的效果。

3.1.交通模式

交通模式是 COLLIDE 风险模型估计碰撞风险频率的核心输入，由于现在基于AIS数据，数据质量良好。建立船舶运动模型的方法有很多，但是 COLIDE 模型(目前)除了将航迹聚合成航线， 然后计算实际的分布参数，如通过距离和标准差之外，没有对数据做任何处理。关于如何对流量模式进行建模的细节是本文讨论范围之外的另一个问题。但是，值得一提的是，由于交通模式是“按现状”呈现的，没有进一步修改，(对于尚未在现场的新装置来说)实际上是一个地区在引入装置之前的历史统计图，这可能会给人一种路线直接经过装置的错觉，或者非常接近。这种情况永远不会发生，而且在执行计算时，可以很容易地通过在有问题的位置周围引入一个 “泡沫”来纠正。通过将路线从一个位置的中心向外推到最小通过距离，有人可能会争辩说，一旦安装到位，交通模式将更好地反映实际模式。这种调整也可以基于对现有设施附近交通的观察。这是今天的分析师们所做的事情，但它被认为是对原始数据的敏感处理有需求。风险演化模型应该从保守的观点中展现出预期的价值，并用一个简单的调整

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