影响桥梁船撞概率的主要因素分析

巴添

【摘 要】目前，国内外关于船撞桥概率的计算方法很多，但难以满足不同的航道条件下船撞桥概率的研究。本文着重分析了建桥影响以及航道条件对船撞桥概率的影响，可为计算船撞桥概率的研究及设防标准的制定提供参考。

【关键词】概率模型;桥梁选址;船撞概率;通航安全

中图分类号： U441.2文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）35-0225-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.35.110

0 引言

由于船撞桥是一个偶然事件，而且船撞桥概率计算的参数选取涉及的因素很多，航道上建设的众多桥梁，不仅对船舶航道、航道尺度和通航水流条件的改变很大。而且其产生的后果在一定程度上可诱发河势及河床的演变，同时也较大程度的增加了船舶撞击桥梁的风险及通航安全隐患，所以船撞桥概率计算是一个复杂的过程。现有的模型主要有AASHTO模型[1]，KUNZI模型，欧洲规范模型[2]，但是他们的使用有一定的局限性。本文首先分析了三大模型存在的问题，而后分析建桥影响以及航道条件对船撞桥概率的影响。

1 现有的船撞桥概率模型

1.1 AASHTO规范模型（基于偏航概率与几何概率）

（1）未反应水位的变化对船撞桥概率的影响。

（2）在无法获得当地资料时，未对与统计概率之间的关系作明确的规定。

（3）规范用理想航道为中心线，船长为标准差的正态分布模型来计算几何概率，但实际上包含更多的事件顺序和复合概率。

（4）参数取值是根据历史上美国和欧洲的船撞和搁浅资料，未考虑其他的国家的实际情况，故不全面。

（5）虽然强调了狭窄和宽阔水域的区别，但忽略了停船因素的影响。

（6）经验公式中但并不包括风，能见度条件，助航设备等因素的影响，意味着船舶进入船桥撞击区，这种状态就会持续到发生事故，与实际上人发现危险后就减速，调整航向等实际情况不符。

1.2 KUNZI模型（基于船撞桥事故发生前船与桥墩相互位置）

（1）虽然提出了偏航角和停泊距离，并采用积分来计算碰撞概率，物理意义较明确，但忽略了船舶在桥区的横向分布，只考虑了针对船舶的单条航迹。

（2）有关船舶的参数，只给出了建议值和参考值，未给出具体的估算方法。

（3）未考虑水位对船撞桥概率的影响。

（4）模型认为船舶偏航后，人会对航向采取措施，忽视了人可能处于无意识状态情况。

1.3 欧洲规范模型（基于失效路径的积分算法）

欧洲规范模型虽然考虑了船舶在桥区的横向分布，所处位置对事故的影响以及单位航程事故率的变化，理论推导严谨，但是计算时缺乏较为合理的定量表达式。

上述三种模型普遍存在以下缺陷：

（1）由于当时事故资料不足，模型不能全面反映各种因素的影响。

（2）未充分体现不同航道上桥梁的主要风险源的区别。大量的船撞桥事故表明，各种影响因素不是独立的起作用，它们之间会互相影响，产生耦合效应。现实中，大船撞桥次数很少，相比之下，小船撞桥较频繁，其中一个重要原因是大吨位船舶撞桥后果严重程度远远高于小船，因此船舶操纵人员过桥时常常保持很高的警惕性.因而，准确把握船撞桥概率需要考虑各种影响因素的综合效果，考察其如何影响船撞桥事故的发生。

综上所述，各模型的适用条件有一定的局限性，不能适用于所有情况[3-6]，所以，建立一个完善的全面考虑各参数与条件的船撞概率计算模型是迫在眉睫的。

2 修正AASHTO模型

现有的AASHTO模型中，并未考虑建桥因素和航道条件。对于在不同类型河道和不同跨度情况下船撞桥概率等相关的研究甚少，其物理意义和反映的参数不全。

2.1 建桥因素对船撞桥概率的影响

在桥梁对航运产生影响的诸多因素中，通航桥孔墩位的布设位置和桥墩形状的设计是其中重要的因素。在计算中可以通过引入墩型系数来考虑桥墩墩型对船撞桥概率的影响。桥墩附近冲刷后，桥墩附近水流结构发生较大的变化，往往会产生较为激烈的紊流和涡流，使过往船舶难于操控。

影响桥区流速、流态的因素多而复杂，河道流速在横向（顺桥向）的分布是呈抛物线状，即主航道（主通航桥孔）区域流速较大，航道边缘及外侧的（辅助桥孔）的流速较小，这在山区河流上体现的尤为突出。同时由于桥墩的阻水作用，导致桥墩上游水位壅高，流速减缓，墩间流速加大，墩侧出现流速梯度较大区域。

当河道中建有多座桥梁时，航行难度明显增加。当桥梁之间间距足够大时，船舶有充分的时间和航行距离来调整航向，因而发生船舶偏离航线的几率较小;若桥梁之间间距较小，不但对船舶航路、航道尺度和通航水流条件的改变很大，在一定程度上可诱发河势及河床的演变，而且也较大程度地增加了船撞桥的风险及通航安全隐患;当船舶在不同桥型和桥垮的桥群下航行时，需要连续驾驶船舶躲避多座桥梁的桥墩，因船舶航行视线较差，同时缺少足够的时间和距离调整航向，极易因操纵不当或失控撞上桥梁。特别对于洪水期高速下行的船舶來讲，因船舶对岸航速较高，很难保证船舶沿正常航路航行，稍有不慎就将发生船撞桥事故。

当桥梁间距无法满足要求时，若加大桥梁跨度或采用“一跨过江”的桥梁方案，可有效避免建桥影响，但由于空间与资金的限制，常常需要充分验证不同桥梁间距与桥梁布设方案对通航环境的影响，以采取经济合理的布设方案。

对于船撞桥概率的计算，船舶操纵人员的作用是不可忽略也是很难预测的，船舶操纵人员根据实际水流等情况采取的航行方式反过来影响水流的流速与夹角等，所以对于船撞桥概率的计算是一个涉及因素极多而又复杂的过程。

因此要考虑建桥因素中桥墩桥型以及桥墩对水流条件的影响，以及桥梁之间的间距大小，对AASHTO中几何概率与偏航概率的影响才能更加准确的反映船撞桥概率的大小。

2.2 航道条件对船撞桥概率的影响

顺直河道、弯曲河道以及分汊河道等典型河段，最大舵角随弯曲半径的减小而逐渐增加，说明随着弯曲半径的减小，船队越不易于操纵。最大漂角随弯曲半径的增大而逐渐减小，说明随着弯曲半径的增加，所需航宽减小，桥梁通航净宽减小。

弯曲河流在弯道环流作用下常伴有泡漩、回流、横流等，引起流速分布不均，水流条件复杂;同时在洪、中、枯水位时，水流流向和主流线位置是变化无常的，因而船舶航线是变化的，这对桥墩的布置和桥跨的确定造成了较大的困难，甚至难以满足船舶航行的条件。因此，在桥群河段上布置桥跨时，应充分考虑河槽的水流条件和船舶航迹线等因素。

对于分汊河道，常见的是横流，在洲头分流区，在洲尾汇流区，两汊水流交汇，相互碰撞、挤压、摩擦，产生一系列旋涡，汊道对通航条件的影响主要表现在分流比、分汊比以及横向挑流等导致的航道水流变化，其形式多样且十分复杂。

由于航道条件涉及的因素也很多，在以后的研究中应收集并完善航道条件对船撞桥概率影响的经验。

3 结论

由于船撞桥是一个偶然事件，我们应充分考虑各种因素及情况，根据当地的实际情况，合理的观测并统计出符合实际的数据，从而全面并较准确的计算出船撞桥概率。因此，在计算船撞桥概率中，建桥因素以及航道条件是不得不考虑的因素。

【参考文献】

[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.基于改进AASHTO模型的动态船撞桥风险评估法[J].公路工程，2018（02）.

[4]王召兵.AASHTO概率模型在船桥碰撞风险评估中的应用[J].水運工程，2017（10）.

[5]陈明栋，陈明，陈国虞，郑丹.安庆长江铁路大桥防船撞研究[J].重庆交通大学（自然科学版），2009（02）

[6]尚军年.船撞概率参数敏感性分析[J].公路交通技术，2016（06）.