以東海大橋為例談跨海大橋船橋碰撞防控

任亞磊 韓世斌 王巍

摘要：國內外船橋碰撞事故頻發(fā)，已引起業(yè)內廣泛關注，相關研究也取得了豐碩成果。隨著跨海大橋建設進程的加快和典型碰撞案例的增加，跨海大橋非通航孔水域的船橋碰撞防控也逐漸被重視起來。本研究梳理了船橋碰撞防控的研究現狀，分析了跨海大橋船橋碰撞防控的難點，總結了東海大橋船橋碰撞防控的經驗，從海事管理角度分享了提高跨海大橋碰撞防控水平的建議，以備業(yè)內參考。

關鍵詞：東海大橋;跨海大橋;船橋碰撞防控;海事部門

中圖分類號：U698.6;TU997 ?文獻標志碼：A

近年來，隨著中國經濟的發(fā)展和交通強國戰(zhàn)略的布局，中國交通基礎建設進入快車道，尤其是橋梁建設進入爆發(fā)期。截至2019年11月，長江干線已建成各類跨江大橋115座，在建或規(guī)劃建設的還有超過30座;跨海大橋的建設也碩果累累，目前全球十大最長跨海大橋中國占了5座，包括港珠澳大橋、青島海灣大橋、杭州灣跨海大橋、東海大橋、金塘大橋等。此外，渤海灣和瓊州海峽的大橋也在規(guī)劃論證之中。橋梁建設為陸上交通帶來了便利，促進了沿江、沿海地區(qū)的經濟發(fā)展，但同時也擠占了寶貴的通航資源，隨著航運的發(fā)展，船舶大型化、高速化趨勢明顯，貨運量和船舶密度逐年增加，使得這一矛盾不斷深化。近幾十年來，國內外船橋碰撞事故頻發(fā)，已經引起了業(yè)內的廣泛關注。據國外數據統(tǒng)計，在1960年至2008年的48年間，國外船橋碰撞導致橋梁倒塌的事故就達到35起 [2] [9] [12]，戴彤宇[20] [9]等統(tǒng)計我國1989年至2002年船橋碰撞事故總數為213起。本研究擬在前人研究成果的基礎上，從海事管理的視角，以東海大橋為例，總結跨海大橋船橋碰撞防控經驗和成果，查找隱患風險點并給出防控建議，以備業(yè)內參考。

1 船橋碰撞防控的研究現狀

船橋碰撞問題涉及橋梁工程、船舶力學、水動力學和碰撞力學等多個學科，國際上最早始于20世紀60年代，受陽光大橋碰撞事故推動在80年代開始系統(tǒng)研究，重要事件是1995年國際航海協(xié)會（PIANC）成立工作小組，專門從事船橋碰撞事故調查研究，建立了船撞橋事故的國際數據庫，徐言民等人[2] [9] [12] [13] [15] [16] [18] [20]對相關研究內容和脈絡已有系統(tǒng)介紹，此處不再贅述。

國內的研究始于20世紀80年代，研究思路和脈絡與國外類似。趙勁松[1]以南京大橋為例，從危險分析、橋墩防護、VTS系統(tǒng)和助航設施等方面探討了船橋碰撞防控問題;戴彤宇[2]首次建立了我國的船撞橋數據庫;耿波[15]建立了橋梁船撞安全評估數據庫。隨著船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）和船舶自動識別系統(tǒng)的普及，海量船舶動態(tài)數據的獲取成為現實，徐言民[12]建立了船舶運動模型，開發(fā)橋梁主動防船撞預控系統(tǒng)，以應對人為因素和突發(fā)失控事故造成的橋區(qū)水域船舶安全通航問題;陳明忠[14]基于AIS和VHF開發(fā)了跨海大橋橋區(qū)航道智能助航系統(tǒng);張文娟[16]開發(fā)了橋區(qū)水域預警系統(tǒng);劉磊[18]以長江武漢橋區(qū)水域歷史AIS數據為基礎，以熱力圖對碰撞風險進行了可視化呈現。以上研究多從微觀層面研究船與通航孔的碰撞問題，比較適用于內河水域的橋梁或跨海大橋通航孔的防護，對于跨海大橋全橋段的防護則力有不足。張勝超等[9] [13] [19]介紹了主動和被動防撞體系的構成和非通航孔防穿越技術，梳理了中國跨海大橋防撞體系的應用現狀。方正平等[9-10]從船橋碰撞事故調查出發(fā)，以海事管理的角度，提出了實用性管理措施。邵帥則結合自身航海經歷總結了日本跨海大橋防控的經驗，并提出了相應建議。

國內外的理論研究成果，也大量被國家級的規(guī)范和指南所引用，促進了立法層面的科學性。如2009年AASHTO《船舶碰撞公路橋梁設計指南第2版》的內容就被《美國公路橋梁設計規(guī)范》所引用;國內也出臺了《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTJ 021-89，1989年）、《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTJ D60-2004，2004年）、《通航海輪橋梁通航標準》（1997年，目前已被《海輪航道通航標準》（JTS-180-3-2018）替代）。

2 跨海大橋船橋碰撞防控的難點

跨海大橋防控難度和工作量大于內河橋梁，主要體現在以下幾個方面：

一是，水動力狀況更加復雜?？绾４髽蛞话闾幱诤?、河口，屬于江流、海流的交匯處，流急浪高、水深、潮大，喇叭口地段還容易形成涌潮[17]，以東海大橋為例，通航孔附近最大流速將近2m/s，且流向與船舶航向線夾角有5°到18°。

二是，氣象條件更加惡劣。海區(qū)大風和能見度不良等惡劣氣象多發(fā)，以東海大橋為例，近12年預報風力≥7級年均天數為289.75 d，其中預報風力達到8級的年均天數約89.91 d，達到9級及以上的年均天數約54.08 d;能見度低于1 000 m的年均天數為42.75 d，其中低于500 m的年均天數為19.83 d。

三是，通航環(huán)境更加復雜。跨海大橋所處的水域一般漁業(yè)資源豐富，是傳統(tǒng)漁業(yè)作業(yè)區(qū)，在漁業(yè)捕撈季節(jié)，大量漁船出現在橋區(qū)水域，增加了船舶的會遇風險;大量礙航的漁船漁網還會侵占部分航道和習慣航路，使得船舶可航水域減少，避讓回旋余地不足。

四是，跨海大橋通過船舶船型復雜，船況良莠不齊，且受潮汐影響有明顯通航高峰時段。以東海大橋為例，每天通過東海大橋的船舶數量在200艘次左右，絕大倒數集中在2號通航孔，其中500總噸以下的小型船舶及漁船占比近90%，這些船舶多數為舟山籍小型運輸船舶，在船管系統(tǒng)里信息資料缺漏或不實，經常不按規(guī)定航路行駛，不守聽或不回應高頻呼叫，在監(jiān)控和管理上存在一定難度。

五是，跨海大橋附近水工項目多，水上設施多。以東海大橋為例，大橋3號孔東西兩側分布有東海大橋風電一期和二期工程，已建成風機62臺; 2號通航孔東側目前正在建設嵊泗風電項目，計劃安裝6 MW風機23臺。已建成的風機會對VTS雷達有一定影響，導致部分水域出現雷達盲區(qū)，影響橋區(qū)船舶動態(tài)監(jiān)控;風電場附近還會鋪設大量海底電纜，影響船舶應急拋錨;風電場規(guī)劃水域與目前船舶交通流有交會，施工期間有導致船舶碰擦水下沉樁后失控，威脅大橋安全的可能性。

六是，由開闊水域駛入跨海大橋橋區(qū)水域，會增加駕駛員心理壓力，導致操縱失誤。

七是，跨海大橋橋體跨度大，防控困難。以東海大橋為例，全長32.5 km，海上段有25.3 km，導致內河水域常用的CCTV監(jiān)控和激光測距技術不能簡單復制在跨海大橋上。

八是，非通航孔占比高，防撞能力差。以東海大橋為例，非通航水域長度占比約92%，大橋僅在通航孔附近水域的橋墩設置了物理防撞裝置，且目前國內尚未出臺關于橋梁非通航孔防撞設施建設的國家標準與規(guī)范[10]。

九是，跨海大橋施工周期長，建設期間風險大。以東海大橋為例，2002年6月26日開始施工，2005年5月25日全線貫通，工期長達三年。東海大橋建成通車后尚未發(fā)生過船橋碰撞的事故，但發(fā)生過船橋碰撞險情約44次，其中建設期間23次。

十是，巡邏艇數量有限，執(zhí)法力量不足。海區(qū)巡航和應急搜救工作繁忙，對巡邏艇抗風等級要求較高，一般40米級巡邏艇只能防抗8級及以下大風，不能滿足洋山水域惡劣氣象條件下保護東海大橋的要求。

十一是，應急力量不足。橋區(qū)未配備專用的應急大馬力拖輪，臨時從港區(qū)抽調需要1～2 h，無法及時有效執(zhí)行強制措施或對失控船舶進行處置。

十二是，跨海大橋造價高，社會關注程度高，一旦發(fā)生擦碰除了經濟損失外，還要考慮社會影響和政治影響，主管機關管控壓力大。

除此之外，跨海大橋可能還面臨已有防撞設施失效的和橋墩附近沖刷，海底樁基埋深變淺[6]，導致防撞能力進一步下降的問題。東海大橋在2016年和2019年發(fā)生過3次主通航孔輔墩防撞設施脫離的事件;而據2019年的掃測結果，東海大橋橋墩處普遍沖深在5～10 m。

3 東海大橋碰撞防控的的經驗

東海大橋是中國第一座真正意義上的外?？绾４髽?，設計和建設階段相關規(guī)范還不完善，船橋碰撞防控的技術尚不成熟，大橋在被動防撞設施方面只強化了通航水域的防控，非通航水域無額外防控措施，后來的杭州灣跨海大橋則設計了由獨立群柱防撞墩、系泊浮體和連接錨鏈組成的專用的船舶攔截體系[13]。在大橋建設和運行管理期間，國家相關法律法規(guī)、行業(yè)規(guī)范不斷健全，在海事部門的呼吁下，政府和業(yè)主單位也逐漸認識到船橋碰撞防控的必要性和嚴峻形勢，東海大橋水域逐漸建成了較為完善的航標系統(tǒng)，海事管理部門也逐漸形成了不斷完善的管理體系，船橋碰撞的險情呈現逐年下降的趨勢，再加上VTS升級改造、AIS電子圍欄、電子巡航、智能助航等理念的興起和技術的成熟，未來在主動防控方面還將有進一步的強化。

3.1 法律法規(guī)較為健全

2018年交通運輸部印發(fā)了《中華人民共和國橋區(qū)水域水上交通安全管理辦法》和《海輪航道通航標準》（JTS-180-3-2018），在政策上對橋區(qū)水域的導助航標識和警示標志的設置提出了明確要求。2019年交通運輸部海事局修訂了《上海洋山深水港區(qū)及其附近水域通航安全管理規(guī)定》，在航行、停泊、報告等方面對橋區(qū)水域的通航管理進行了規(guī)范。

3.2 航標系統(tǒng)較為完善

東海大橋設置了較為完整的航標系統(tǒng)[5]，在橋孔上設置了最佳通過點標志，雙向通航的橋孔設置了禁航標志確保各自向右單向通航;通航孔附近水域航道布設了對稱的引導側面標，以引導船舶及早校正風流壓差，調整航向，安全通過通航孔;東海大橋東西兩側各1 000 m水域為安全水域，在安全水域設置了警戒燈浮，燈浮間間距約1.1 km，禁止船舶在此安全水域錨泊、航行。除可視航標外，還在大橋各通航孔安裝了雷達應答器，全橋兩側安裝了5890套藍色LED燈具，布設間距為10 m，以勾勒出大橋整體輪廓，使船舶在遠距離判斷出通航孔位置。

3.3 風險隱患治理及時

在海事管理部門和其他相關單位的呼吁下，2017年上海市將“東海大橋（含顆珠山大橋）非通航孔水上碰撞安全風險”列為市級督辦事故隱患（風險）治理項目，計劃在2 a內完成非通航孔水上碰撞安全風險治理。目前項目，更新安裝了5 890套藍色LED燈具，在大橋各通航孔和顆珠山段橋孔安裝了30個CCTV探頭，并完成了顆珠山段物理隔絕的方案設計和理論論證，今后還將進一步完善顆珠山橋域的警示標志系統(tǒng)。

洋山港海事局也配合進行了船舶非法穿越非通航水域的整治，橋區(qū)通航秩序有所改善，以顆珠山段為例，2016年7月進行了21 d的觀測，日均通過船舶47.9艘次，其中30 m以上的有89艘次，50 m以上的有30艘次，最大的船長88 m，近5 000載重噸;治理后2019年日均通過船舶已下降至13艘左右，且95%以上為對橋墩威脅較小的小型漁船。

3.4 海事管理形成機制

洋山港海事局是東海大橋船舶通航管理的主管機關，近十五年來積累了大量的跨海大橋管理經驗，形成了“一個機制五個制度”的長效機制，配套了VTS系統(tǒng)、還配置了電子巡航系統(tǒng)、電子圍欄系統(tǒng)和現場巡邏艇作為輔助手段，主要做法包括：

一是，做好東海大橋橋區(qū)水域安全宣貫工作。搜集東海大橋橋區(qū)水域相關法律、法規(guī)、規(guī)范性文件、典型案例等，制作宣貫材料，利用VHF、電話、微信公眾號、宣傳冊等方式，向社會公眾宣傳橋區(qū)水域安全知識，壓實企業(yè)安全主體責任。

二是，加強東海大橋橋區(qū)水域安全預警工作。收集可能影響船舶在東海大橋橋區(qū)水域航行安全的大風、能見度不良等惡劣氣象信息， 以VHF信息廣播、電子圍欄系統(tǒng)AIS短報文為主要發(fā)布方式，以官方微信公眾號、手機短信為輔助發(fā)布方式向相關船舶、設施和單位推送，提醒其及早落實防抗措施。

三是，加強東海大橋水域遠程監(jiān)控能力。以VTS系統(tǒng)為中心，綜合利用電子巡航系統(tǒng)、電子圍欄系統(tǒng)、CCTV等多手段不斷提升對東海大橋橋區(qū)水域遠程監(jiān)控的有效性和全面性。在東海大橋軸線東西兩側，距離大橋分別約10 n mile和5 n mile位置設置兩條警戒線，在非通航水域設置報警區(qū)，以實現對動態(tài)不明船舶的預警預控。

四是，加強對東海大橋現場監(jiān)管工作。落實巡邏艇守護巡航制度，加強VTS和現場巡邏艇的聯(lián)動，強化船舶通航秩序的整治。

五是，通過體系化管理，規(guī)范做好大橋水域應急處置工作。洋山港海事局在體系文件中納入了《應急管理程序》，制定了東海大橋應急處置的預案。

六是，多單位合作，建立安全共商機制。洋山港海事局牽頭與上海東海大橋管理有限公司等27家單位作為洋山深水港區(qū)安全共商機制成員單位，按照信息共享、資源共用、快速反應、安全共商、聯(lián)動共治的基本原則，共同抵御洋山深水港區(qū)及其附近水域水上交通安全事故和污染事故，并制定了《洋山深水港區(qū)及其附近水域安全共商機制》。

4 提高跨海大橋碰撞防控水平的建議

結合東海大橋船橋碰撞防控的現狀，綜合考慮技術進步和費效平衡，建議當前一段時期以主動防控措施的落實為主，建議：

一是，進一步完善和優(yōu)化助航設施。建議加強橋區(qū)水域的潮汐、潮流、風力、能見度信息采集，以虛擬AIS或者AIS短報文的形式發(fā)送給船舶;在通航孔橋墩和附近非通航孔橋墩設置AIS虛擬標，提示可航水域;在蔣公柱山設置電子指示牌，以保障靠離四期碼頭船舶與后港池進出船舶交會安全。

二是，加強大數據應用，實施智慧監(jiān)管。將海事監(jiān)管數據與船舶動態(tài)數據相結合，以數據挖掘的方式查找重點船舶，實施精準服務和重點監(jiān)管。如可通過交通流分析，查找通過大橋頻次較多的船舶及所屬船公司，建立檔案，加強點對點的信息推送;可通過在MIS系統(tǒng)接入船舶進出港報告信息、船舶安檢記錄和違章信息，對載運危險貨物船舶、低標準船舶予以識別，方便提前介入管控。

三是，關注新設備、新技術、新理念的應用，做好監(jiān)管盲區(qū)的補點。如：遠程監(jiān)管和大部分智能監(jiān)控手段對AIS不開啟的船舶束手無策，常規(guī)的CCTV探頭監(jiān)控距離較近，應急反應時間不足，派遣巡邏艇現場查看成本過高，且受海況限制，全景攝像頭和鷹眼球機配合使用可有效解決這一難題;此外對超高船舶的監(jiān)測也是難點之一，香港海事處基于CCD攝錄機和冷卻熱像儀開發(fā)的船只高度檢測系統(tǒng)提供了一種新的思路。

四是，開發(fā)和完善跨海大橋橋區(qū)航道智能助航系統(tǒng)。陳明忠[14]開發(fā)的基于AIS的智能助航系統(tǒng)比較符合跨海大橋保護的實際，建議以此為基礎，接入雷達、CCTV和船舶管理信息，強化預警預控能力。

參 考 文 獻

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