北江高等級航道防范船舶碰撞橋梁對策分析

呂霞 鄧燁 廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院

新中國成立以來，幾代人逢山開路、遇水架橋，建成了交通大國，正在加快建設(shè)交通強國。隨著我國綜合運輸體系的不斷完善發(fā)展，經(jīng)過建國初期水運大發(fā)展、改革開放初期公路橋梁快速發(fā)展，到現(xiàn)在公路水路同步快速發(fā)展，而且正在逐步補齊水運發(fā)展的短板，水運建設(shè)處于補償性發(fā)展新階段，但是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不同步帶來了規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)同性出現(xiàn)了問題，集中表現(xiàn)在跨河橋梁與通航安全的矛盾日益嚴(yán)峻，船舶碰撞橋梁的險情不斷出現(xiàn)、事故不斷發(fā)生，橋區(qū)的通航安全隱患問題被提升到了關(guān)乎人民生命財產(chǎn)安全的高度，2020年交通運輸部牽頭制定了《船舶碰撞橋梁隱患治理三年行動實施方案》要求全面排查和治理船舶碰撞橋梁安全隱患，綜合施策，建立健全防范化解安全風(fēng)險的長效機制，確保橋區(qū)水域航行安全。本文以廣東北江高等級航道為例分析防范船舶碰撞橋梁對策。

1.廣東北江高等級航道基本情況

北江航道擴能升級完成后，全長258km的高等級航道與西江連通匯入珠三角高等級航道網(wǎng)，千噸級船舶能通達(dá)韶關(guān)，成為粵北地區(qū)與珠三角核心區(qū)樞紐港口互聯(lián)互通的重要通道。全線按照內(nèi)河III級通航1000t級船舶標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，航道設(shè)計尺度為2.5m×60m×330m（水深×航寬×最小彎曲半徑），沿線建設(shè)五級樞紐船閘包括清遠(yuǎn)、飛來峽、白石窯、蒙浬、孟洲壩，實現(xiàn)了北江的全線渠化千噸級通航。

2.跨河橋梁水域通航安全風(fēng)險隱患

一是橋梁防撞能力不滿足實際需要。北江沿線橋梁最早建于1973年，歷年來隨著路網(wǎng)的不斷完善共建設(shè)了30座橋梁，基于不同年代通航船舶等級不同，各橋梁的防撞設(shè)計能力不一，特別是2000年以前建成的橋梁，防撞能力均不能滿足高等級航道千噸級船舶航行的需要。雖然大部分已經(jīng)采取了加設(shè)防撞墩等措施，但由于各種客觀條件所限，有些橋梁不具備相應(yīng)設(shè)置條件，橋梁防撞能力未全面得到提升。

二是橋梁凈空尺度不滿足規(guī)范要求。根據(jù)廣東省航道管理部門公布的北江三水河口至韶關(guān)的橋梁凈空尺度，北江高等級航道30座橋梁，有三座橋梁通航凈空寬度僅40m，即白土大橋、英德人民橋、韶關(guān)北江大橋，不滿足現(xiàn)行《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范不小于55m的要求。有11座橋梁凈空高度不滿足規(guī)范10m的要求，除三座橋梁白土大橋、英德人民橋、韶關(guān)北江大橋差距較大外，其他橋梁差距均不大于2m，僅達(dá)到8m凈高要求。

三是橋區(qū)水域通航環(huán)境復(fù)雜。盡管北江已經(jīng)全線實現(xiàn)渠化，但汛期和水庫調(diào)度等特殊情況下橋區(qū)水域水流環(huán)境趨于復(fù)雜。如位于飛來峽水庫上游的黎溪大橋，橋位兩岸巖石裸露，河面狹窄僅200余米，汛期流速大，且存在橫流，船舶操縱困難。

四是超設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)船舶通航帶來的風(fēng)險。根據(jù)統(tǒng)計飛來峽樞紐過閘船舶超過1000噸級的接近20%，個別船舶達(dá)到3000載重噸。營運船舶以干散貨為主，另有部分運砂船，對運砂船還要重點關(guān)注高度問題，未來隨著韶關(guān)港口的投入使用，集裝箱船舶將會有明顯的增加，需要關(guān)注限高的影響。

3.防范船舶碰撞橋梁對策

3.1 橋梁本體安全措施

橋梁安全的根本是橋墩被動防撞能力要滿足區(qū)段通航代表船型的要求，同時凈空尺度和橋梁標(biāo)志標(biāo)識必須符合規(guī)范規(guī)定。

對防撞能力不達(dá)標(biāo)的橋梁，應(yīng)優(yōu)先采取設(shè)置防撞設(shè)施、加固或者改造橋梁，提升橋梁防撞性能。北江橋梁受到凈寬限制，一般采用在橋梁上下游通航孔外側(cè)設(shè)置固定的分離式防撞墩，對條件受限無法設(shè)置分離式防撞墩的橋梁，應(yīng)考慮加固或者改造橋梁，以徹底消除安全隱患。現(xiàn)實中由于資金、交通管理等原因，暫時無法提升橋梁本體安全的，可臨時采取加裝主動預(yù)警裝置，輔助降低風(fēng)險。

主動預(yù)警裝置主要包括激光雷達(dá)視頻跟蹤防碰撞預(yù)警系統(tǒng)和橋梁凈高顯示裝置。

激光雷達(dá)視頻跟蹤防碰撞預(yù)警系統(tǒng)基于電子航道圖進行偏航檢測，通過橋梁安裝的雷達(dá)及后臺船舶避碰系統(tǒng)AIS信息，對橋區(qū)水域船舶進行跟蹤檢測，使用航道球形、槍形攝像機對橋區(qū)水域開展全要素視頻監(jiān)測，運用激光交叉檢測技術(shù)，防止超高船舶進入橋區(qū)刮碰通航孔橋梁梁底。當(dāng)系統(tǒng)判斷出船舶有偏航等異常行為，通過現(xiàn)場橋側(cè)安裝的三色大型警示燈板和高音喇叭進行警示與干預(yù)。

橋梁凈高顯示裝置通過水位傳感器采集實時水位數(shù)據(jù)，與橋梁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息、橋梁通航要求，根據(jù)邏輯運算形成橋梁實時凈高數(shù)據(jù)，通過安裝在通航孔上方的液晶顯示屏實時顯示。另外比較直觀的方法就是在橋柱上安裝凈高倒水尺。水尺在夜間會存在可視性較差的問題，而且受到橋柱尺寸的限制，字體大小受限，可視距離短。但液晶顯示屏系統(tǒng)對維護提出了很高的要求，存在誤報誤顯的問題，目前在遠(yuǎn)程控制方面已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)屏幕、遠(yuǎn)程修正補償、數(shù)據(jù)異常自動息屏、設(shè)備異常自動息屏等功能，避免了誤報誤顯可能造成的安全風(fēng)險。

3.2 橋區(qū)水域通航保障措施

必須確保整治航道維護尺度滿足規(guī)范要求，航標(biāo)設(shè)置規(guī)范、發(fā)光正常，要按照航道養(yǎng)護規(guī)定和技術(shù)規(guī)范加強橋區(qū)水域水上航標(biāo)的維護與管理，加強航道水深測量與保障橋區(qū)航道維護水深年保證率、水上航標(biāo)維護正常率達(dá)到規(guī)范要求。特別要注意汛期對受損、漂移的航標(biāo)要及時修復(fù)、復(fù)位，確保橋區(qū)水域助航設(shè)施安全隱患“動態(tài)清零”。

3.3 船舶航行安全措施

船舶航經(jīng)橋區(qū)水域時，駕駛?cè)藛T應(yīng)掌握通航橋孔凈空尺度等參數(shù)，從限定的通航橋孔通過。船舶通過橋區(qū)水域，應(yīng)當(dāng)保持主機、舵、錨、航行信號、導(dǎo)航設(shè)備、拖帶設(shè)備及應(yīng)急設(shè)備處于良好技術(shù)狀態(tài)，遵守橋區(qū)水域的限速規(guī)定，保持安全航速航行。

基于船舶駕駛員的不安全駕駛行為是引起水上安全事故的重要原因，要推進船舶駕駛智能監(jiān)控，重點關(guān)注駕駛艙駕駛行為安全監(jiān)控。在汽車領(lǐng)域，已經(jīng)有基于物聯(lián)網(wǎng)的檢測系統(tǒng)，這種數(shù)字化系統(tǒng)通過對人眼睛的凝視角度及其動態(tài)變化、頭部位置和方向的變化、身體姿態(tài)變化等進行實時檢測和測量，建立駕駛?cè)搜鄄款^部特征與疲勞狀態(tài)的關(guān)系判斷模型，及時提醒駕駛?cè)?。在船舶駕駛艙同樣可以引入該監(jiān)控設(shè)施避免疲勞駕駛可能引發(fā)的偏航事故，特別是船舶經(jīng)常會夜間航行，更加需要對船舶駕駛行為進行智能提醒干預(yù)。

3.4 履行部門職責(zé)加強管理服務(wù)

防范船舶碰撞橋梁工作涉及到橋梁業(yè)主和船舶企業(yè)，更是相關(guān)交通運輸、航道、海事部門的應(yīng)盡職責(zé)，需要各部門各單位協(xié)調(diào)聯(lián)動，強化監(jiān)管，提升服務(wù)水平，共同營造安全有序的橋區(qū)通航環(huán)境。

管理部門要加強普遍的和個性化的信息推送服務(wù)工作。如依托智慧海事，可以強化橋區(qū)通航船舶的動態(tài)信息服務(wù)；智慧航道建設(shè)實現(xiàn)了對航道、航標(biāo)、水位、船閘、船舶和橋梁的泛在物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，形成了航道全要素一體化動態(tài)監(jiān)測體系，滿足電子航道圖、船閘聯(lián)合調(diào)度信息、船舶動靜態(tài)信息、橋梁凈空高度的聯(lián)合發(fā)布要求，要充分挖掘數(shù)據(jù)應(yīng)用，為船舶通過橋區(qū)的航行提供實時信息服務(wù)。另外，在汛期等特殊時段，可以對重點航段測繪流速流向，及時向船舶提供，為預(yù)防性駕駛服務(wù)。

4.需要關(guān)注的幾個問題

4.1 橋梁實時凈高遠(yuǎn)程信息服務(wù)

橋梁凈高信息通過現(xiàn)場顯示屏發(fā)布，存在可視距離有限、顯示設(shè)備可能異常等問題。隨著智能技術(shù)的應(yīng)用和公眾智能手機的普及，下一步要重點開發(fā)APP或者小程序推送信息服務(wù)，將現(xiàn)場感知終端的實時凈高數(shù)據(jù)推送到客戶手機端，讓船舶駕駛者隨時能掌握橋梁通航凈高信息，而且還可以通過觀察現(xiàn)場的水尺相互驗證，確保信息準(zhǔn)確無誤。

4.2 橋梁通航凈空高度的冗余設(shè)計

通航凈空高度起算面對內(nèi)河航道一般采用10-20年洪水重現(xiàn)期的水位，按規(guī)范計算的凈空高度與每年實際運行時橋下可通航的高度存在比較大的偏差，尤其是在水位差比較大的山區(qū)丘陵地帶內(nèi)河水域更加明顯，為提高橋下可通航高度空間的利用率，在橋區(qū)通航孔安裝凈高顯示裝置，可有效適應(yīng)部分超設(shè)計高度船舶安全通過橋區(qū)。橋梁實際通航高度要通過實時水位測量并考慮安全富裕高度后確定。這里要特別注意安全富裕高度的確定，規(guī)范規(guī)定通航海輪的內(nèi)河水域或有掩護的海域取2 m，波浪較大的開敞海域且建在重要航道上的橋梁取4m，《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》中未明確相關(guān)規(guī)定，因凈高顯示系統(tǒng)采用實時測量的水位計算，本身安全富裕較小，再加上測量可能存在的誤差，所以，需研究論證明確安全富裕高度，確保凈高信息的準(zhǔn)確，當(dāng)前北江一般按1m富裕高度預(yù)留。

4.3 橋梁通航凈空寬度要求變化

橋梁通航凈空寬度是保障橋區(qū)水域航行安全最重要的指標(biāo)之一，而且一經(jīng)確定，無法通過后續(xù)工程措施或者管理措施進行變更。在《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》90版中以船隊隊形尺度確定通航橋梁凈空寬度最低要求，規(guī)定1000噸級航道通航孔凈空寬度不小于40m，同時規(guī)定橋墩處如有顯著的紊流則要增加兩側(cè)紊流的寬度。在《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》2004版和2014版中增大單孔單向通航孔凈空寬度為不小于55m，這主要是為了保證船舶和橋梁的安全，并考慮了橋梁相關(guān)工程技術(shù)進步情況。這就造成了在2004年以前建成的橋梁將由于規(guī)范的變化成為不滿足通航要求的橋梁，尤其是航道擴能升級時對這些橋梁的處置成為難點，既要確保安全又要實事求是。建議在此情況下要充分考慮橋梁的歷史實際情況，統(tǒng)籌考慮橋梁和通航安全，結(jié)合《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》附錄C中有關(guān)天然和渠化河流水上過河建筑物通航凈寬的計算方法確定，如現(xiàn)狀橋梁滿足計算要求但達(dá)不到新規(guī)范規(guī)定的55m要求，可以暫不考慮拆除重建，避免增加投資負(fù)擔(dān)。

4.4 橋墩移動式柔性防撞設(shè)施的可靠性

在橋墩上下游設(shè)置分離式被動防撞墩是可靠安全的方式，但是也面臨著成本高、施工難度大、周期長的問題，有時可能還會使橋區(qū)水域出現(xiàn)新的紊流。當(dāng)在通航凈空寬度足夠的情況下，在橋墩上設(shè)置柔性防撞設(shè)施成為一種選擇，尤其是在水位差比較大的情況下可以沿著橋柱導(dǎo)軌上下移動，能以較低的成本實現(xiàn)對橋梁的防護。但是從實際使用情況看，一旦出現(xiàn)船舶碰撞橋梁的情況，雖然橋梁和船舶都得到了保護，但柔性防撞設(shè)施可能成為“一次性”產(chǎn)品，在修復(fù)期間橋區(qū)水域的航行安全存在很大的隱患，這個時間短則3個月，有時需要半年。因此對柔性防撞設(shè)施需要從結(jié)構(gòu)、材料等方面進行深入的研究和試驗，力爭做到小碰不破、中碰可修、大碰不毀，只此才能使柔性防撞設(shè)施得到更多的應(yīng)用。

4.5 橋區(qū)水域船舶偏航檢測

橋區(qū)水域船舶偏航檢測要與電子航道圖應(yīng)用結(jié)合起來，應(yīng)用VTS系統(tǒng)通過雷達(dá)掃描，并基于電子航道圖的航跡線，跟蹤進入橋區(qū)船舶的位置、航速、航向等參數(shù)，對橋區(qū)水域出現(xiàn)的異常情況作出快速響應(yīng)。進一步分析船舶通過橋區(qū)的空間航跡線分布規(guī)律，尤其是不同水文季節(jié)的相關(guān)情況，有針對性地提醒過往船舶采取必要的措施，將可以提高響應(yīng)干預(yù)的精準(zhǔn)性和及時性，有效減少和避免橋區(qū)水域事故發(fā)生。另外橋區(qū)電子航道圖還可以增加橋區(qū)特設(shè)虛擬航標(biāo)輔助航行或者開發(fā)三維仿真應(yīng)用。

4.6 類“橋洞式通航”問題

由于交通流量的加大，在舊橋邊上擴建新橋，或者在兩側(cè)加建橋梁的情況時有發(fā)生，此時重點考慮了交通路網(wǎng)的需求，對船舶航行安全往往會產(chǎn)生不利的影響。橋群出現(xiàn)的情況下，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范沒有對類似橋梁通航凈寬尺度的計算提出明確要求，船舶在類似“橋洞式通航”情況下，建議進行仿真試驗，驗證相關(guān)通航保障措施的可靠性和可操作性。

4.7 船舶失控撞擊非通航孔的防范

船舶失控撞擊將導(dǎo)致被動防撞系統(tǒng)和主動預(yù)警系統(tǒng)均不能有效發(fā)揮作用，如2018年9月24日，廣清高速連接線跨白坭河大橋左岸第一跨的橋墩受到舵機失效船舶的撞擊，造成該繁忙路段交通管制封閉超過4個月，對廣州西北部的交通造成了比較大的影響。對于這樣的情況，提醒我們要對特別重要橋梁且通航密度較大的橋區(qū)水域研究采取一些非常規(guī)的特殊措施，避免小概率事件可能造成對橋梁運行的嚴(yán)重影響。

5.結(jié)語

防范船舶碰撞橋梁是水運安全領(lǐng)域的重要課題，涉及橋梁、交通、海事、航道多個管理部門，必須加強協(xié)調(diào)，建立健全安全管理責(zé)任體系，完善橋區(qū)標(biāo)志標(biāo)識，提高航道通航服務(wù)水平，規(guī)范橋區(qū)水域船舶通航秩序，提升橋梁防撞能力，確保橋區(qū)水域航行安全。