橋梁主被防撞措施研究現狀分析

李日鑫

（重慶交通大學 河海學院， 重慶 400074）

1 橋梁防撞研究背景

1.1 防撞的提出

經濟的高速發展，帶動了交通行業的快速發展，且隨著經濟的持續發展，各行業各領域對交通運輸行業的承載量和便利性提出了更高的要求，而水路運輸是交通運輸業最為重要的組成部分。在貫徹綠色、環保、可持續等發展理念下，水路運輸的經濟性、低碳優勢愈加凸顯[1]。

2007年6月，一艘河砂船與廣州九江大橋發生觸碰，導致大橋發生200余米倒塌，事故導致4輛汽車墜入江中，造成9人死亡，直接經濟損失高達人民幣3億元；2019年4月，巴西一座橋梁遭貨船撞擊，導致橋體坍塌，5人失蹤，船舶傾覆。1960年到2015年間，重慶白沙沱大橋發生了100多余起船撞橋事故。

以上重大安全事故的發生給國家經濟財產和人民生命安全帶來了不可估量的損失。為保障橋梁運營安全，防止船舶因自然災害或人為等因素產生碰撞，需安裝橋梁防撞裝置，預防惡性事故發生。

1.2 國內典型船撞事故原因分析

縱觀以上橋梁船撞事故的原因，有航道等級提高，橋梁設計船撞力不足造成的，也有橋梁管理者、航道和海事監管不到位等多種因素造成的。具體可歸納的原因如下：

1）橋址選擇不當，對航道要求考慮不足，影響船舶通航；

2）橋梁設計規范中船撞力值偏小，影響橋梁的船撞安全；

中國現有的公路和鐵路規范中涉及船撞的部分，在考慮問題的角度和方法上與歐美規范（或指南）有很大的差異，從設計實踐上看，設計船撞力對設計結果的影響偏小[5]；各種規范大多根據經驗公式計算，由于實際的船舶類型及尺度離散性較大，橋墩形式差異大，計算結果與實際常有較大差距[6]。

3）大橋通航必要的維護及安全管理保障措施落實不到位；

4）隨著經濟的發展以及航道環境的改善，部分航道等級相應的提高，以前橋梁設計船撞力值偏小，與目前的代表船型實際船舶撞擊力的不符；

5）山區河流橋區水位變幅大，使橋墩占據一定的航道，使得船撞風險增大；

6）橋梁非通航橋孔抗撞能力不足；

在中國現有的公路、鐵路規范中，僅對通航橋孔的抗撞能力進行了強制要求，而沒有對非通航橋孔抗撞能力進行明文規定。在通航的實際情況下，涉水橋墩都存在相當程度的船撞風險，特別是梯級樞紐建設后，航道渠化，水深加深，原先不涉水的非通航橋墩沒入水中，導致船撞風險增加，由于非通航孔橋墩未考慮船撞問題，設計的抗撞能力較小，一旦船舶撞擊通航橋墩，危害則更大。

2 橋梁防撞研究現狀

2.1 橋梁防撞理念

在處理橋梁防撞問題時，工程師們將防撞按照其自身性質，將其劃分主動預警和被動防撞，并總結出以下防撞理念：

1）船舶撞擊橋梁造成危害，需要從一開始就考慮，在規劃、設計階段，需要考慮設施運行狀況，配合現代化航運交通管制，考慮全橋的防撞設計，進行橋隧比選，選擇合理橋型[7-9]；

2）“三不壞”防撞理念[10]。防撞裝置的設計不僅要考慮船撞后大橋安全，還要兼顧船舶的運行狀態，如變形、破損、傾覆等，避免發生嚴重的海損事故。因此在防撞裝置設計過程中，需要加入船橋雙重保護的理念，最大程度上保護船舶和橋梁的安全。

2.2 主動預警防撞

2.3.1 主動預警防撞提出

在船舶撞擊橋梁事故中，78 %為人為所導致。

隨著科技的發展，人工智能在不同的領域得到了廣泛運用，并取得了巨大成就，煤礦安全生產[11]、車牌自動識別、人臉識別、火災預警等[12]，橋梁主動防撞系統應運而生。基于數據圖處理的人工智能 AI處理分析，通過計算機視覺交互技術與數據庫技術、機器學習等其他應用的結合[13]，對失控和偏航船舶進行有效地監控、判別和預警，可以減少船舶撞擊大橋的風險，發生事故時固化證據，讓防撞的實施與監管發生巨大變化。

2.3.2 主動預警防撞介紹

橋梁主動預警防撞系統由紅外熱成像傳感器、雷達、AIS、水文氣象監控等裝置組成，對失控和偏航船舶進行有效地監控、判別和預警，減少船舶撞擊大橋的風險，伴隨著網路傳輸速度的不斷提高，物聯網產業發展加速[14]，D2D 技術的運用使網絡具有空前的承載和通信能力，滿足未來大規模物聯網的接入和大數據處理的需求[15]，發生事故，及時固化證據。

高速信息傳輸、大數據庫加上人工智能的應用，硬件與軟件的結合可建立橋區相關數據獲取、信息融合與智能判定的綜合體系，從而對船舶運動狀態及路線進行預測，自動分辨允許通航區域與危險區域，提早發現存在的風險，及時與船長溝通，調整船舶的前進路線，對潛在的危險進行規避，保護橋梁和船舶安全，從而保障人民生命與財產安全[16]。

2.4 被動防撞

2.4.1 被動防撞提出

在船舶撞擊橋梁事故中， 22 %為非人為導致。

當船舶遇到不可抗力，比如說船舶突然發生了發動機故障等緊急狀況，雖然這種情況很難遇到，但一旦發生，依靠船舶自身無法進行轉向、調整航線、停滯等操作，船上的工作人員只能任由事故發生而無能為力，造成的后果的大小只能看運氣。在這種情況下，被動防撞就是最后一道防線。

2.4.2常用防撞措施分析

近年來，橋梁防撞裝置由于船橋碰撞事故的發生率逐年增加而受到了工程界和科學界的廣泛關注，各種類型的防撞裝置應運而生，被動防撞裝置的結構形式主要有護舷、繩索、木結構、混凝土結構、鋼浮箱、重力式、集群樁、防撞墩、沙圍堰、鋼圍堰、人工島以及浮體系泊索等。

表 2-1 五種防撞方案的優缺點比較

防撞方案 優點 缺點置 ②柔性防撞，對船舶結構損傷小；③自身修復與更換相對較易；④能夠對橋墩進行全方位防護；⑤對橋墩自身抗力無要求；⑥防撞等級高。②需占用一定的航道寬度；③造價相對較高。

3 結語

通過對以上幾種防撞方案的比較，可得以下結論：①若橋墩自身抗力嚴重不足，推薦選用圍欄式防撞群樁或自浮式拱形防撞裝置；②若橋墩自身具備一定的抗力，推薦選用獨立于橋墩的集中式防撞群樁結構；③若橋墩自身抗力較好，推薦選用附著于橋墩的防撞鋼浮套箱結構；④采取主被動防撞裝置相結合的防撞措施。