橋梁主動防撞研究

■ 洪茂枝

(1.福建省交通科學技術研究所，福州 350004； 2.福建省公路、水運工程重點實驗室，福州 350004)

1 引言

近年來在中國的江河大海上，一座座“世界之最”的橋梁正在如火如荼地建設，截至2016年底，全國共有公路橋梁80.53萬座，高鐵橋梁累積長度超過1萬公里。目前在世界上已建成的主跨跨徑最大的前10座斜拉橋、懸索橋、拱橋和梁式橋中，我國分別占有7座、6座、6座和5座。中國的橋梁事業(yè)已融入了世界橋梁事業(yè)的整體發(fā)展格局，“中國橋梁”正如“中國高鐵”，成為中國走向世界的一張靚麗名片。

伴隨我國橋梁建設及交通運輸行業(yè)的高速發(fā)展，跨越通航江河、港區(qū)和海峽的大型橋梁數(shù)量逐漸增多。而與此同時，全世界船舶正向大型化、高速化發(fā)展，艘次、噸位和航速都不斷增加，這使得橋梁和通行船舶之間的矛盾日趨突出，船舶撞擊橋墩的事故亦不斷增加。船撞橋事故不同于一般交通事故，一旦發(fā)生，往往會造成橋損船毀人亡、航道受阻、陸上交通中斷和貨物泄漏等嚴重后果，并且重建橋梁和疏通航道的費用十分驚人。

本文主要針對船撞橋事故進行科學的認識和分析，結合航運行業(yè)先進的應用技術，整理出橋梁主動防撞的措施及手段。

2 船撞橋事故

據(jù)不完全統(tǒng)計，黃石大橋在1993至1994年短短兩年就發(fā)生了19起船撞橋事故；武漢公鐵兩用長江大橋自1957年建成以來至少發(fā)生70余起船撞橋事故，造成直接經(jīng)濟損失超過百萬的大事故有10多起；南京長江大橋建橋至今也至少發(fā)生了30余起船撞橋事故；重慶白沙陀大橋發(fā)生的船撞橋事故甚至達到了百余起之多。根據(jù)2013年及之前國內(nèi)外916起橋梁事故進行統(tǒng)計，得到以下數(shù)據(jù)圖(圖 1)：

圖1 橋梁事故大類統(tǒng)計圖

從圖1可以看出，橋梁事故中橋梁碰撞事故171起，屬于橋梁使用階段發(fā)生事故最多的類型，而其中船舶碰撞(船舶碰撞119起、汽車碰撞38起、火車碰撞14起)又是橋梁碰撞事故中比例最高的(占69.6%)，同時造成的破壞也是非常嚴重的。

船撞橋會造成多方面的損失，包括：橋梁結構損傷、船舶損傷、人員傷亡、公共心理沖擊等。引發(fā)船撞橋事故的原因可以主要歸納為以下幾點：

(1)人為失誤，包括：責任意識不足、麻痹大意、操作不當、疲勞導致注意力不集中等。

(2)自然環(huán)境惡劣，包括：臺風、暴雨等極端惡劣天氣，大霧造成能見度不足、河道變遷、水流條件不佳等。

(3)技術故障，包括：船舶技術達不到要求、出現(xiàn)脫錨或斷攬現(xiàn)象、雷達故障、GPS故障、船舵故障以及其他設備故障等。

(4)航行管理問題，包括：航道交通服務系統(tǒng)、助航系統(tǒng)等存在缺陷。

(5)橋梁結構及設計因素，不合理的橋梁選址、結構設計以及防撞設施的不足將增大船撞橋事故發(fā)生的概率。

3 主動防撞研究

主動防撞是指在橋區(qū)水域采取預警、導航、引航、水上交通管制等綜合措施減小船舶撞擊橋梁的概率。在繁忙河道上的橋梁，借助船舶交通管理系統(tǒng)(VTS)、航標(包括：橋梁標志、虛擬航標)、AIS、雷達、甚高頻通信系統(tǒng)(VHF)、GPS定位、CCTV等多視角監(jiān)控系統(tǒng)等，實時掌控大橋周邊的船舶航行動態(tài)，指揮船舶按規(guī)定航線航行。

3.1 主動防撞主要手段

(1)AIS(船舶自動識別系統(tǒng))

作為船與舶、船與橋避免碰撞的主要措施之一，AIS增強了ARPA雷達、船舶交通管理系統(tǒng)、船舶報告的功能，在電子海圖上顯示所有船舶可視化的航向、航線、船名等信息，改進了海事通信的功能，提供了一種與通過AIS識別的船舶進行語音和文本通信的方式，增強了船舶的全局意識，使航海界進入了數(shù)字時代。

不足點：數(shù)據(jù)更新不及時。根據(jù)國際標準，船舶發(fā)送AIS報文時間間隔跟自身船舶類型及航速有關，航速越快時間越短，反之時間越長；GPS位置精度不高；很多小船沒有AIS，而大船會手動關閉AIS，無法控制；船舶靜止時，AIS可能處于關閉狀態(tài)，對于脫錨、漂移等情況不適宜。

(2)VHF(船用無線電通訊系統(tǒng))

在移動通信、衛(wèi)星通信迅速發(fā)展的今天，VHF通信仍是船舶導航、避讓、海事救助以及安全信息發(fā)布的重要手段。它是保障船舶安全航行不可缺少的必備，具有國際標準，是船舶安全航行的通用通信手段。

①具有船舶遇險救助及協(xié)調(diào)通信功能。一旦發(fā)生危險，船舶可及時向鄰近VHF岸臺或鄰近船舶發(fā)出報警信號，岸臺值守人員聽到求救呼叫后，可立即通知有關港航部門組織施救。

②具有航行安全信息廣播功能。通過VHF通信網(wǎng)每天定時向所有船舶播發(fā)各種航行通告、氣象水文預報、上下水船位信息，以及突發(fā)性災難信息，以利于船舶的安全航行。

③是船與船之間航行避讓的必備手段。船舶彼此之間不知道對方移動電話的號碼，用VHF電話互通避讓信息是方便可靠的手段。

(3)雷達(Radar)

雷達在能見度不良時為監(jiān)管人員提供了必需的觀察手段，同時彌補了AIS數(shù)據(jù)更新不及時，無AIS船舶的監(jiān)管。優(yōu)點：目標位置及方位精度高、反應快；可以快速捕捉區(qū)域船舶及航行軌跡；實現(xiàn)偏航報警；不受夜晚影響；缺點：單獨使用無法獲取船舶靜態(tài)信息(船名、呼號等)；建設費用高，受雨雪天氣影響。

(4)視頻監(jiān)控

運用視頻監(jiān)控不但可以實時記錄橋區(qū)船舶航行動態(tài)，同時還可以啟用橋區(qū)船舶駛?cè)腭偝鎏嵝?，可以實現(xiàn)圖像識別以及船舶定位跟蹤。

(5)激光

利用激光反射成像，判斷橋區(qū)過往船舶是否超高，能夠有效預防船舶頂部撞擊橋梁。

(6)廣播

對橋區(qū)船舶進行聲音警示，輔助手段。不足點：會造成噪音擾民。

(7)測流儀

測量橋區(qū)水域流速、流向、水深，用于輔助船舶航行。

(8)測風儀

測量橋區(qū)風速、風向，用于輔助船舶航行。

(9)潮汐測量儀

測量橋區(qū)水域潮汐，用于輔助船舶航行。

(10)強光束

這是一種輔助手段，主要用于在夜間提醒船舶避讓前方橋墩。

3.2 主動防撞信息源及功能

(1)助航標志：包括航標、橋梁標志(屬航標中的一種，安裝在橋梁上)、虛擬航標(AIS中的一種，可在電子海圖設備上疊加顯示)等；

(2)AIS：提供船舶靜態(tài)信息(MMSI、IMO 號、船名、呼號、船長、船寬、吃水、船籍國等)，船舶動態(tài)信息(GPS位置、航速、航向、船首向、航行軌跡等)，短消息通信，偏航報警，預測船位，定位跟蹤，駛?cè)腭偝鰳騾^(qū)提示等；

(3)VHF：實時語音對講，遇險救助及協(xié)調(diào)通信，航行安全信息廣播等；

(4)雷達：測定實時的目標(船舶)距離、方位、大小、軌跡，預計達到橋梁時間，偏航報警，預測船位，定位跟蹤，駛?cè)腭偝鰳騾^(qū)提示等；

(5)視頻監(jiān)控：實時視頻錄像，定位跟蹤，駛?cè)腭偝鰳騾^(qū)提示等；

(6)激光：超高報警；

(7)廣播：用聲音提醒船舶注意事項(輔助手段)；

(8)測流儀：測定流速、流向、水溫、水深等；

(9)測風儀：測定風速、風向等；

(10)潮汐測量儀：可提供實時的潮高；

(11)強光束：用強光提醒船舶注意橋梁(輔助手段)。

3.3 主動防撞主要作用

主動防撞主要作用總結如下：

(1)對橋區(qū)船舶通航進行監(jiān)管；

(2)對橋區(qū)船舶航行動態(tài)有個直觀展示，做到全局把控；

(3)判斷船舶是否偏航，預測船位判斷船舶是否會撞到橋墩；

(4)判斷船舶是否超出限高；

(5)可與橋區(qū)船舶相互通信，保持互動；

(6)收集和推送橋區(qū)助航信息；

(7)可以聯(lián)合多部門，展開橋區(qū)和指揮中心的聯(lián)動作業(yè)，應急搶險等。

4 結語

交通是國民經(jīng)濟的大動脈，其中陸運和水運占舉足輕重的地位，而兩者都離不開橋梁。船撞橋事故在世界各地一直在不斷地發(fā)生，船撞橋事故的頻率遠比我們想象得更高。由船撞橋事故所導致的人員傷亡、財產(chǎn)損失以及環(huán)境破壞是驚人的。

主動防撞技術要結合被動防撞設施，才能做到“攻防兼?zhèn)洹?，大大減少船撞橋事故發(fā)生，降低橋梁及船舶的損壞，保證橋區(qū)通航安全。然而無論主動防撞還是被動防撞，都是從技術層面防御船撞橋事故發(fā)生。技術是工具、是手段，而人是這個事情的主導者、參與者。人是第一要素，再好的技術，也需要人們?nèi)ト跁?、?guī)范管理、遵守規(guī)則，這樣才能有效避免船撞橋事故的發(fā)生。