一种基于碰撞风险的安全距离推荐方法，适用于海上平台及航线设计，同时考虑了失控船舶的情况

《Reliability Engineering & System Safety》：A Collision Risk-based Method for Safety Distance Recommendation for Offshore Platforms and Navigation Routes Considering Ships Out-of-Control

本研究通过蒙特卡洛模拟与失控船舶漂移模型，量化分析海上平台与导航路线的最小安全距离。以北部湾油平台为案例，计算不同距离下的碰撞概率与危险区域边界，提出1900米为安全阈值，平衡海域利用效率与航行风险。

　　

王超峰|曹德生|桑玲芝|张金芬|万成鹏

武汉理工大学航海学院，中国武汉430063

摘要

海洋经济的快速发展推动了海上工程项目（如风电场、油气平台和海洋牧场）建设的显著增加。然而，这种扩张同时也加剧了这些设施与现有航行路线之间的空间资源冲突。具体来说，虽然油气平台和风电场可以促进经济发展，但它们也大大增加了碰撞风险，因为它们通常位于沿海地区的航行路线附近。另一方面，为了确保与航道的足够距离以保障航行安全，这种方法不可避免地导致海洋空间利用效率降低和运营成本增加。鉴于这些相互竞争的需求，确定海上平台与指定航行路线之间的科学最优距离已成为当代海洋空间规划中的一个紧迫挑战。为了解决上述问题，本研究采用了蒙特卡洛模拟结合船舶失控漂移模型来评估不同平台-路线距离下船舶与海上平台之间的碰撞概率。为了验证该方法，我们在北部湾的一个油气平台上进行了案例研究，分析了各种运营情景下的船舶轨迹和碰撞概率。本研究基于实验数据和风险评估结果，建议海上平台与航行路线之间的最小安全距离为1900米，并划定了相应的推荐预防区域边界。

引言

随着全球经济的持续增长和对能源及海洋资源需求的增加，包括油气平台[9]、风电场[4]和海洋牧场在内的海上平台在全球范围内得到了迅速发展。作为能源开采和可再生能源发电的关键基础设施，这些平台的数量和规模持续显著增长[21,23]。此外，全球能源趋势预测未来十年内陆上和海上风能产量将大幅增加[42]。然而，这种扩张同时也加剧了这些设施与现有航行路线之间的空间资源冲突。具体来说，虽然将油气平台和风电场设在航行路线附近可以促进经济发展，但也会大大增加海上交通风险[1,20]。相反，尽管将这些结构设置在远离航道的地方可以确保航行安全，但这不可避免地降低了海洋空间利用效率并增加了运营成本。这些空间冲突对过往船舶构成了严重的航行危险，并增加了碰撞风险。例如，2005年7月Mumbai High North复合平台与多用途支持船的碰撞事故[29]，以及高速船与South Pars平台的碰撞事故[50]。

现有研究已经定量评估了这些风险，例如Copping等人[6]基于MISLE数据库（2001-2011年）中的63起海上事故（32起碰撞、10次接近事件和21次搁浅）开发了一个概率碰撞模型。Ant?o等人[2]也通过对国际海事组织全球综合航运信息系统（GISIS）数据库中2005至2017年的936起碰撞事件进行分析，为这一领域做出了贡献。同时，Loughney等人[25]利用1971-2017年间英国大陆架上固定和移动海上平台的事故数据，对海上事故模式与法规演变进行了纵向分析。Dinis等人[8]和Yu等人[48,49]则运用贝叶斯网络系统分析了这些事故的根本原因。

鉴于这些相互竞争的需求，确定海上平台与指定航行路线之间的安全距离和可行性已成为当代海洋空间规划中的一个紧迫挑战。本研究的贡献有三个方面：首先，提出了一种新的方法，通过概率分析失控船舶的轨迹来确定安全距离。虽然已有方法（如贝叶斯网络[40]和模糊推理[35]）可以量化总体碰撞可能性，但所提出的方法能够进行更细致、空间更明确的风险评估。它不仅量化了碰撞概率，还精确划定了漂移区域并计算了特定位置的碰撞概率，从而为海事当局提供了在特定地点实施有针对性的风险控制措施的实际建议。其次，考虑到海上平台（与大规模风电场不同）可能占据有限的海域空间，建立了一个实用的评估框架来评估平台位置与航行安全之间的空间互动。该框架在空间利用效率与碰撞风险缓解之间取得了平衡。第三，研究通过比较概率分析展示了平台位置如何影响现有航行路线。所提出的方法能够通过计算识别潜在碰撞区域来确定最小安全距离，即使在不同距离上碰撞概率的变化很小。

本文的其余部分安排如下：第2节从三个方面回顾了相关研究。第3节概述了本研究采用的方法论，并展示了所有相关方程。第4节对北部湾的一个海上平台进行了案例研究（给出了具体参数），并分析了不同平台位置对航行路线的影响。第5节总结了研究的主要发现和贡献，并提出了未来研究的潜在方向。

节选内容

平台与航行路线之间的安全距离

目前，尚无正式的标准来设定平台的安全距离和安全区域[10,13]，关于距离的研究结论也存在一定差异。在早期研究中，相关机构提供了海上风电场与航行路线之间的推荐距离。例如，太平洋西北国家实验室[13,31]建议船舶与海上风电场之间的距离一般为5海里（约9260米）

研究框架

不可否认的事实是，无法控制自己的船舶无法避免与平台发生碰撞。因此，这种风险是无法控制的。本文研究了失控船舶与平台相关的风险。当船舶失控时，船舶碰撞概率模型（SCM）的主要目的是通过模拟来确定失控船舶将与海上平台发生碰撞的点

背景信息

本研究以北部湾一个平台项目的选址为例，评估了在不同建设方案下该平台与现有航行路线之间的航行风险。

选择平台位置时，必须尽可能靠近水道，以优化开发的经济效益，同时确保航行安全。这是由于石油资源的空间分布重叠

结论

本研究深入分析了海上平台与航行通道之间的空间冲突，提出了一种基于数值计算的方法来评估失控船舶与海上平台之间的碰撞风险。以北部湾的一个平台为例，系统地研究了在不同设计方案下，失控船舶的危险区域（DZ）、碰撞概率以及与航行路线的空间关系。

CRediT作者贡献声明

王超峰：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、方法论、数据管理、概念化。曹德生：撰写 – 审稿与编辑、监督、资源协调、方法论、资金获取、数据管理。桑玲芝：撰写 – 审稿与编辑、监督、方法论、数据管理。张金芬：撰写 – 审稿与编辑、监督。万成鹏：撰写 – 审稿与编辑、监督。