影響橋梁船撞概率的主要因素分析

巴添

【摘 要】目前，國內外關于船撞橋概率的計算方法很多，但難以滿足不同的航道條件下船撞橋概率的研究。本文著重分析了建橋影響以及航道條件對船撞橋概率的影響，可為計算船撞橋概率的研究及設防標準的制定提供參考。

【關鍵詞】概率模型;橋梁選址;船撞概率;通航安全

中圖分類號： U441.2文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）35-0225-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.35.110

0 引言

由于船撞橋是一個偶然事件，而且船撞橋概率計算的參數(shù)選取涉及的因素很多，航道上建設的眾多橋梁，不僅對船舶航道、航道尺度和通航水流條件的改變很大。而且其產生的后果在一定程度上可誘發(fā)河勢及河床的演變，同時也較大程度的增加了船舶撞擊橋梁的風險及通航安全隱患，所以船撞橋概率計算是一個復雜的過程。現(xiàn)有的模型主要有AASHTO模型[1]，KUNZI模型，歐洲規(guī)范模型[2]，但是他們的使用有一定的局限性。本文首先分析了三大模型存在的問題，而后分析建橋影響以及航道條件對船撞橋概率的影響。

1 現(xiàn)有的船撞橋概率模型

1.1 AASHTO規(guī)范模型（基于偏航概率與幾何概率）

（1）未反應水位的變化對船撞橋概率的影響。

（2）在無法獲得當?shù)刭Y料時，未對與統(tǒng)計概率之間的關系作明確的規(guī)定。

（3）規(guī)范用理想航道為中心線，船長為標準差的正態(tài)分布模型來計算幾何概率，但實際上包含更多的事件順序和復合概率。

（4）參數(shù)取值是根據(jù)歷史上美國和歐洲的船撞和擱淺資料，未考慮其他的國家的實際情況，故不全面。

（5）雖然強調了狹窄和寬闊水域的區(qū)別，但忽略了停船因素的影響。

（6）經驗公式中但并不包括風，能見度條件，助航設備等因素的影響，意味著船舶進入船橋撞擊區(qū)，這種狀態(tài)就會持續(xù)到發(fā)生事故，與實際上人發(fā)現(xiàn)危險后就減速，調整航向等實際情況不符。

1.2 KUNZI模型（基于船撞橋事故發(fā)生前船與橋墩相互位置）

（1）雖然提出了偏航角和停泊距離，并采用積分來計算碰撞概率，物理意義較明確，但忽略了船舶在橋區(qū)的橫向分布，只考慮了針對船舶的單條航跡。

（2）有關船舶的參數(shù)，只給出了建議值和參考值，未給出具體的估算方法。

（3）未考慮水位對船撞橋概率的影響。

（4）模型認為船舶偏航后，人會對航向采取措施，忽視了人可能處于無意識狀態(tài)情況。

1.3 歐洲規(guī)范模型（基于失效路徑的積分算法）

歐洲規(guī)范模型雖然考慮了船舶在橋區(qū)的橫向分布，所處位置對事故的影響以及單位航程事故率的變化，理論推導嚴謹，但是計算時缺乏較為合理的定量表達式。

上述三種模型普遍存在以下缺陷：

（1）由于當時事故資料不足，模型不能全面反映各種因素的影響。

（2）未充分體現(xiàn)不同航道上橋梁的主要風險源的區(qū)別。大量的船撞橋事故表明，各種影響因素不是獨立的起作用，它們之間會互相影響，產生耦合效應。現(xiàn)實中，大船撞橋次數(shù)很少，相比之下，小船撞橋較頻繁，其中一個重要原因是大噸位船舶撞橋后果嚴重程度遠遠高于小船，因此船舶操縱人員過橋時常常保持很高的警惕性.因而，準確把握船撞橋概率需要考慮各種影響因素的綜合效果，考察其如何影響船撞橋事故的發(fā)生。

綜上所述，各模型的適用條件有一定的局限性，不能適用于所有情況[3-6]，所以，建立一個完善的全面考慮各參數(shù)與條件的船撞概率計算模型是迫在眉睫的。

2 修正AASHTO模型

現(xiàn)有的AASHTO模型中，并未考慮建橋因素和航道條件。對于在不同類型河道和不同跨度情況下船撞橋概率等相關的研究甚少，其物理意義和反映的參數(shù)不全。

2.1 建橋因素對船撞橋概率的影響

在橋梁對航運產生影響的諸多因素中，通航橋孔墩位的布設位置和橋墩形狀的設計是其中重要的因素。在計算中可以通過引入墩型系數(shù)來考慮橋墩墩型對船撞橋概率的影響。橋墩附近沖刷后，橋墩附近水流結構發(fā)生較大的變化，往往會產生較為激烈的紊流和渦流，使過往船舶難于操控。

影響橋區(qū)流速、流態(tài)的因素多而復雜，河道流速在橫向（順橋向）的分布是呈拋物線狀，即主航道（主通航橋孔）區(qū)域流速較大，航道邊緣及外側的（輔助橋孔）的流速較小，這在山區(qū)河流上體現(xiàn)的尤為突出。同時由于橋墩的阻水作用，導致橋墩上游水位壅高，流速減緩，墩間流速加大，墩側出現(xiàn)流速梯度較大區(qū)域。

當河道中建有多座橋梁時，航行難度明顯增加。當橋梁之間間距足夠大時，船舶有充分的時間和航行距離來調整航向，因而發(fā)生船舶偏離航線的幾率較小;若橋梁之間間距較小，不但對船舶航路、航道尺度和通航水流條件的改變很大，在一定程度上可誘發(fā)河勢及河床的演變，而且也較大程度地增加了船撞橋的風險及通航安全隱患;當船舶在不同橋型和橋垮的橋群下航行時，需要連續(xù)駕駛船舶躲避多座橋梁的橋墩，因船舶航行視線較差，同時缺少足夠的時間和距離調整航向，極易因操縱不當或失控撞上橋梁。特別對于洪水期高速下行的船舶來講，因船舶對岸航速較高，很難保證船舶沿正常航路航行，稍有不慎就將發(fā)生船撞橋事故。

當橋梁間距無法滿足要求時，若加大橋梁跨度或采用“一跨過江”的橋梁方案，可有效避免建橋影響，但由于空間與資金的限制，常常需要充分驗證不同橋梁間距與橋梁布設方案對通航環(huán)境的影響，以采取經濟合理的布設方案。

對于船撞橋概率的計算，船舶操縱人員的作用是不可忽略也是很難預測的，船舶操縱人員根據(jù)實際水流等情況采取的航行方式反過來影響水流的流速與夾角等，所以對于船撞橋概率的計算是一個涉及因素極多而又復雜的過程。

因此要考慮建橋因素中橋墩橋型以及橋墩對水流條件的影響，以及橋梁之間的間距大小，對AASHTO中幾何概率與偏航概率的影響才能更加準確的反映船撞橋概率的大小。

2.2 航道條件對船撞橋概率的影響

順直河道、彎曲河道以及分汊河道等典型河段，最大舵角隨彎曲半徑的減小而逐漸增加，說明隨著彎曲半徑的減小，船隊越不易于操縱。最大漂角隨彎曲半徑的增大而逐漸減小，說明隨著彎曲半徑的增加，所需航寬減小，橋梁通航凈寬減小。

彎曲河流在彎道環(huán)流作用下常伴有泡漩、回流、橫流等，引起流速分布不均，水流條件復雜;同時在洪、中、枯水位時，水流流向和主流線位置是變化無常的，因而船舶航線是變化的，這對橋墩的布置和橋跨的確定造成了較大的困難，甚至難以滿足船舶航行的條件。因此，在橋群河段上布置橋跨時，應充分考慮河槽的水流條件和船舶航跡線等因素。

對于分汊河道，常見的是橫流，在洲頭分流區(qū)，在洲尾匯流區(qū)，兩汊水流交匯，相互碰撞、擠壓、摩擦，產生一系列旋渦，汊道對通航條件的影響主要表現(xiàn)在分流比、分汊比以及橫向挑流等導致的航道水流變化，其形式多樣且十分復雜。

由于航道條件涉及的因素也很多，在以后的研究中應收集并完善航道條件對船撞橋概率影響的經驗。

3 結論

由于船撞橋是一個偶然事件，我們應充分考慮各種因素及情況，根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況，合理的觀測并統(tǒng)計出符合實際的數(shù)據(jù)，從而全面并較準確的計算出船撞橋概率。因此，在計算船撞橋概率中，建橋因素以及航道條件是不得不考慮的因素。

【參考文獻】

[1]AASHTO.Guide Specification and Commentary for vessel Collision Design of Highway. Bridges[S]. American Association of State Highway and Transportation Officials， Washington D.C.1994，2009.

[2]A.C.W.M.Vrouwenvelder.Design for Ship Impact according to Euro code 1，Part 2.7[M].Ship Collision Analysis .A.A.Balkema，123-131.

[3]彭可可.基于改進AASHTO模型的動態(tài)船撞橋風險評估法[J].公路工程，2018（02）.

[4]王召兵.AASHTO概率模型在船橋碰撞風險評估中的應用[J].水運工程，2017（10）.

[5]陳明棟，陳明，陳國虞，鄭丹.安慶長江鐵路大橋防船撞研究[J].重慶交通大學（自然科學版），2009（02）

[6]尚軍年.船撞概率參數(shù)敏感性分析[J].公路交通技術，2016（06）.