橋梁通航凈空尺度動態監測預報系統探討

余平 杜永春 莊懷博

摘? 要：以蕪申運河安徽段航道上橋梁通航凈空尺度為研究對象，通過對橋梁通航凈空進行監測，分析收集的通航信息數據，數據中心對數據分析處理后通過信息平臺及時向過橋船員發布，以便船員根據實際通航信息決定行動計劃，最大限度地避免船舶撞擊橋梁事件的發生，保護生命財產安全。

關鍵詞：橋梁通航;凈空尺度;動態監測;預報

中圖分類號：U446 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）32-0054-02

Abstract： Taking the navigation clearance scale of the bridge on the Anhui section of the Wushen Canal as the research object， through the monitoring of the navigation clearance of the bridge， the navigation information data collected are analyzed. After analyzing and processing the data， the data center issues it to the bridge crew in time through the information platform， so that the crew can decide the action plan according to the actual navigation information， avoid the collision of the ship into the bridge to the maximum extent， and protect the safety of life and property.

Keywords： bridge navigation; clearance scale; dynamic monitoring; prediction

1 概述

凈高和凈寬是橋梁通航凈空尺度主要指標。因高度不足發生卡船、因寬度不足（偏離航道）發生船撞橋墩的事故在世界各國時有發生。

為保證橋梁通航安全，建設、運營、海事等相關部門在橋梁上及其附近設置防撞設施及助航標志，較好地起到了預防事故的作用。但由于橋梁建設時期不同，建設標準不統一以及大霧、超載、船舶尺寸改變、違章航行、夜航等客觀原因的存在，目前急需把被動式防護變成船舶駕駛員主動避讓，才能更大程度上避免船撞橋事故的發生。實時監測橋梁凈空尺度，在橋梁及其附近建設信息化平臺，提前準確告知船舶駕駛員相關信息，就成了當前研究的熱點。

本文以蕪申運河安徽段信息化建設為依托，對比分析蕪申運河橋梁現狀，找出最具設置實時監測要求的橋梁進行監測，并數據把實時發布到信息平臺上，提升服務能力。

2 調查研究

2.1 蕪申運河上橋梁現狀和航道等級情況

已有調查表明，蕪申運安徽段航道上存在16座橋梁，分屬市政、公路、鐵路部門。蕪申運河航道整治工程采用限制性Ⅲ級航道標準，半徑不小于480米，最小通航水深為3.2米。其中臨江橋、蕪馬公路橋、蕪宣公路橋凈空尺度不符合限制性Ⅲ級航道標準。

2.2 調查運輸船舶

蕪申運河規劃船型為1頂2×1000t船隊、1000t貨船。隨著航道等級的提高，江海直達輪進入內河，大宗貨物運輸對公路的破壞造成社會成本增加等，客觀上造成運輸船舶大型化趨勢。受船閘寬度的影響，船舶大型化的先期趨勢是加大吃水深度和船長，這對通航安全都提出了考驗。通過對蕪申運河安徽段運輸船舶的調查得知，單艘船運量及其構成比例如下：水位較高時通行船舶最大噸位達2800噸，其船舶尺寸也大于規劃船型尺寸，特別是吃水深度達到2.5m～3.0m，數量約占5%左右;900噸～1300噸是常見船舶，船舶尺寸與規劃船型尺寸相當，數量約占50%;其它比規劃船舶小的船舶，數量約占45%。

大型船舶駕駛員如果對橋梁通航凈高、凈寬信息不能及時撐握，就不能根據自己船舶的實際尺寸及時做出決策，給內河航運安全會帶來不利的影響。“互聯網+”和航道信息化的發展，使得船舶駕駛員根據通航信息做出主動避讓成為可能。

3 橋梁通航凈空尺度監測及預報系統應用

3.1 橋梁通航凈空尺度實時監測

3.1.1 凈高

根據《內河通航標準》規定，凈高起算面為設計最高通航水位。通航凈空高度數值為代表船型空載水線以上至最高固定點高度與富余高度之和。當凈高大于橋梁最低點至河床頂面距離與設計船舶吃水深度之差時，則有可能擱淺。所以得出：

Hm

Hm>Hz-Hc......②擱淺報警

Hz-Hc？芏Hm？芏Hz-Hs......③正常航行

蕪申運河安徽段臨江橋梁底最低高程15.21m，查航道設計圖河床設計高程為-1.7m，因此Hz=15.21-（-1.7）=16.91m;設計最高水位9.60m。

Hm<16.91-9.6-1.7=5.61（m）......④橋卡船報警;

Hm>15.21-（-1.7）-3.2=13.71（m）......⑤擱淺報警;

5.61？芨Hm？芨13.71......⑥不報警，船舶正常通行。

3.1.2 凈寬

蕪申運河安徽段通航孔是單孔單向通航，根據《內河通航標準》，當橋梁軸線的法線方向與水流方向夾角小于5°時，通航凈寬可以按下列公式計算：

Bm1

其中BF=Bs+Lsinβ.........⑧

式中：Bm1-單孔單向通航凈寬（m）;BF-船舶或船隊航跡帶寬度（m）;ΔBm-船舶或船隊與兩側橋墩間的富裕寬度（m），Ⅰ～Ⅴ級航道取0.6倍航跡寬度;Pd-下行船舶或船隊的偏航距（m）;Bs-船舶或船隊寬度（m）;Β-船舶或船隊的航行漂角（°），Ⅰ～Ⅴ級航道取6°。

所以公式⑦代入數據后變為：Bm1=10.8+160×sin6°+0.6×（10.8+160×sin6°）+10=10.8+160×0.104+0.6×（10.8+160×0.104）+10=53.904m。

即實測通航孔兩橋墩內緣間距離B<53.904m通航寬度時報警。

3.2 信息采集、傳輸與發布

3.2.1 數據采集

以凈高為例，對比分析各種儀器可知，雷達水位計不受溫度、風、蒸汽等影響，抗干擾能力強，安裝、使用、維護方便，無機械磨損，壽命長，比較適合。

3.2.2 信息傳輸

通信網絡主要包括有線通信和無線通信兩種方式。橋梁通航凈空尺度采集地點大多在野外，地點分散，傳輸距離大，有線通信方式布線困難，且成本較高，因此橋梁通航凈空高度測量系統中采用無線通信的方式進行傳輸比較合適。4G LTE系統能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網快，上傳的速度也能達到50Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。橋梁凈空尺度的信息采用無線4G作為數據傳輸手段，將來升級改造也相對容易。

3.2.3 信息發布

目前船民獲取信息的方式主要有手機短信、岸邊電子顯示屏、AIS短消息、VHF對講、公眾服務網站、通航服務APP等。針對船民航行分散的特點，以及信息發布具有實時性的要求，采用通航服務APP的方式較好。結合航道管理信息化平臺，可以將船舶運行軌跡疊加到電子航道圖上，通過語音形式報送提醒信息。

3.3 發布報警地點及等待區設置

船舶接收到預警后，就要有個停泊等待區。停泊等待區與橋梁的距離以不降低橋址段航道的通過能力、并保證航行安全來確定。其距離可取以下兩種方法計算結果2的大值。按“上游：頂推船隊長度4倍或拖帶船隊3倍;下游：頂推船隊長度2倍或拖帶船隊1.5倍”進行計算就是上游：640m;下游：320m。

按“Ⅱ～Ⅴ級航道5min航程+L”計算（內河船舶航行平均12節，最大20節，取（12+20）/2=16節中高水平，即8.23m/s;不利季節水流取1.5m/s）為5×60×9.73+160=3079m。由于受青弋江水流影響，蕪申運河安徽段部分河段水流不是一直朝一個方向流，所以距離應按上游大值控制。取3079m整數，建議報警地點設在離橋梁3000m以外，等待區設在離橋梁640m～3000m之間。

4 結論

本文以蕪申運河安徽段航道整治工程信息化建設為依托，以臨江橋、蕪馬公路橋、蕪宣公路橋不符合限制性Ⅲ級航道標準為事實基礎提出橋梁通航凈空尺度監測和預報應用，得出如下結論：

（1）通航凈高：HmHz-Hc擱淺報警;Hz-Hc？芏Hm？芏Hz-Hs正常航行。

（2）單孔單向通航凈寬：Bm1

（3）建議在離橋3000m外發布警報信息。

（4）建議等待區地點在離橋梁640m～3000m間設置。

（5）通過“互聯網+”可以實現橋梁通航信息的采集、傳輸和發布。

參考文獻：

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