桥梁主被防撞措施研究现状分析

李日鑫

（重庆交通大学 河海学院， 重庆 400074）

1 桥梁防撞研究背景

1.1 防撞的提出

经济的高速发展，带动了交通行业的快速发展，且随着经济的持续发展，各行业各领域对交通运输行业的承载量和便利性提出了更高的要求，而水路运输是交通运输业最为重要的组成部分。在贯彻绿色、环保、可持续等发展理念下，水路运输的经济性、低碳优势愈加凸显[1]。

2007年6月，一艘河砂船与广州九江大桥发生触碰，导致大桥发生200余米倒塌，事故导致4辆汽车坠入江中，造成9人死亡，直接经济损失高达人民币3亿元；2019年4月，巴西一座桥梁遭货船撞击，导致桥体坍塌，5人失踪，船舶倾覆。1960年到2015年间，重庆白沙沱大桥发生了100多余起船撞桥事故。

以上重大安全事故的发生给国家经济财产和人民生命安全带来了不可估量的损失。为保障桥梁运营安全，防止船舶因自然灾害或人为等因素产生碰撞，需安装桥梁防撞装置，预防恶性事故发生。

1.2 国内典型船撞事故原因分析

纵观以上桥梁船撞事故的原因，有航道等级提高，桥梁设计船撞力不足造成的，也有桥梁管理者、航道和海事监管不到位等多种因素造成的。具体可归纳的原因如下：

1）桥址选择不当，对航道要求考虑不足，影响船舶通航；

2）桥梁设计规范中船撞力值偏小，影响桥梁的船撞安全；

中国现有的公路和铁路规范中涉及船撞的部分，在考虑问题的角度和方法上与欧美规范（或指南）有很大的差异，从设计实践上看，设计船撞力对设计结果的影响偏小[5]；各种规范大多根据经验公式计算，由于实际的船舶类型及尺度离散性较大，桥墩形式差异大，计算结果与实际常有较大差距[6]。

3）大桥通航必要的维护及安全管理保障措施落实不到位；

4）随着经济的发展以及航道环境的改善，部分航道等级相应的提高，以前桥梁设计船撞力值偏小，与目前的代表船型实际船舶撞击力的不符；

5）山区河流桥区水位变幅大，使桥墩占据一定的航道，使得船撞风险增大；

6）桥梁非通航桥孔抗撞能力不足；

在中国现有的公路、铁路规范中，仅对通航桥孔的抗撞能力进行了强制要求，而没有对非通航桥孔抗撞能力进行明文规定。在通航的实际情况下，涉水桥墩都存在相当程度的船撞风险，特别是梯级枢纽建设后，航道渠化，水深加深，原先不涉水的非通航桥墩没入水中，导致船撞风险增加，由于非通航孔桥墩未考虑船撞问题，设计的抗撞能力较小，一旦船舶撞击通航桥墩，危害则更大。

2 桥梁防撞研究现状

2.1 桥梁防撞理念

在处理桥梁防撞问题时，工程师们将防撞按照其自身性质，将其划分主动预警和被动防撞，并总结出以下防撞理念：

1）船舶撞击桥梁造成危害，需要从一开始就考虑，在规划、设计阶段，需要考虑设施运行状况，配合现代化航运交通管制，考虑全桥的防撞设计，进行桥隧比选，选择合理桥型[7-9]；

2）“三不坏”防撞理念[10]。防撞装置的设计不仅要考虑船撞后大桥安全，还要兼顾船舶的运行状态，如变形、破损、倾覆等，避免发生严重的海损事故。因此在防撞装置设计过程中，需要加入船桥双重保护的理念，最大程度上保护船舶和桥梁的安全。

2.2 主动预警防撞

2.3.1 主动预警防撞提出

在船舶撞击桥梁事故中，78 %为人为所导致。

随着科技的发展，人工智能在不同的领域得到了广泛运用，并取得了巨大成就，煤矿安全生产[11]、车牌自动识别、人脸识别、火灾预警等[12]，桥梁主动防撞系统应运而生。基于数据图处理的人工智能 AI处理分析，通过计算机视觉交互技术与数据库技术、机器学习等其他应用的结合[13]，对失控和偏航船舶进行有效地监控、判别和预警，可以减少船舶撞击大桥的风险，发生事故时固化证据，让防撞的实施与监管发生巨大变化。

2.3.2 主动预警防撞介绍

桥梁主动预警防撞系统由红外热成像传感器、雷达、AIS、水文气象监控等装置组成，对失控和偏航船舶进行有效地监控、判别和预警，减少船舶撞击大桥的风险，伴随着网路传输速度的不断提高，物联网产业发展加速[14]，D2D 技术的运用使网络具有空前的承载和通信能力，满足未来大规模物联网的接入和大数据处理的需求[15]，发生事故，及时固化证据。

高速信息传输、大数据库加上人工智能的应用，硬件与软件的结合可建立桥区相关数据获取、信息融合与智能判定的综合体系，从而对船舶运动状态及路线进行预测，自动分辨允许通航区域与危险区域，提早发现存在的风险，及时与船长沟通，调整船舶的前进路线，对潜在的危险进行规避，保护桥梁和船舶安全，从而保障人民生命与财产安全[16]。

2.4 被动防撞

2.4.1 被动防撞提出

在船舶撞击桥梁事故中， 22 %为非人为导致。

当船舶遇到不可抗力，比如说船舶突然发生了发动机故障等紧急状况，虽然这种情况很难遇到，但一旦发生，依靠船舶自身无法进行转向、调整航线、停滞等操作，船上的工作人员只能任由事故发生而无能为力，造成的后果的大小只能看运气。在这种情况下，被动防撞就是最后一道防线。

2.4.2常用防撞措施分析

近年来，桥梁防撞装置由于船桥碰撞事故的发生率逐年增加而受到了工程界和科学界的广泛关注，各种类型的防撞装置应运而生，被动防撞装置的结构形式主要有护舷、绳索、木结构、混凝土结构、钢浮箱、重力式、集群桩、防撞墩、沙围堰、钢围堰、人工岛以及浮体系泊索等。

表 2-1 五种防撞方案的优缺点比较

防撞方案 优点 缺点置 ②柔性防撞，对船舶结构损伤小；③自身修复与更换相对较易；④能够对桥墩进行全方位防护；⑤对桥墩自身抗力无要求；⑥防撞等级高。②需占用一定的航道宽度；③造价相对较高。

3 结语

通过对以上几种防撞方案的比较，可得以下结论：①若桥墩自身抗力严重不足，推荐选用围栏式防撞群桩或自浮式拱形防撞装置；②若桥墩自身具备一定的抗力，推荐选用独立于桥墩的集中式防撞群桩结构；③若桥墩自身抗力较好，推荐选用附着于桥墩的防撞钢浮套箱结构；④采取主被动防撞装置相结合的防撞措施。