北江高等级航道防范船舶碰撞桥梁对策分析

吕霞 邓烨 广东交通职业技术学院

新中国成立以来，几代人逢山开路、遇水架桥，建成了交通大国，正在加快建设交通强国。随着我国综合运输体系的不断完善发展，经过建国初期水运大发展、改革开放初期公路桥梁快速发展，到现在公路水路同步快速发展，而且正在逐步补齐水运发展的短板，水运建设处于补偿性发展新阶段，但是基础设施建设的不同步带来了规划、标准的协同性出现了问题，集中表现在跨河桥梁与通航安全的矛盾日益严峻，船舶碰撞桥梁的险情不断出现、事故不断发生，桥区的通航安全隐患问题被提升到了关乎人民生命财产安全的高度，2020年交通运输部牵头制定了《船舶碰撞桥梁隐患治理三年行动实施方案》要求全面排查和治理船舶碰撞桥梁安全隐患，综合施策，建立健全防范化解安全风险的长效机制，确保桥区水域航行安全。本文以广东北江高等级航道为例分析防范船舶碰撞桥梁对策。

1.广东北江高等级航道基本情况

北江航道扩能升级完成后，全长258km的高等级航道与西江连通汇入珠三角高等级航道网，千吨级船舶能通达韶关，成为粤北地区与珠三角核心区枢纽港口互联互通的重要通道。全线按照内河III级通航1000t级船舶标准建设，航道设计尺度为2.5m×60m×330m（水深×航宽×最小弯曲半径），沿线建设五级枢纽船闸包括清远、飞来峡、白石窑、蒙浬、孟洲坝，实现了北江的全线渠化千吨级通航。

2.跨河桥梁水域通航安全风险隐患

一是桥梁防撞能力不满足实际需要。北江沿线桥梁最早建于1973年，历年来随着路网的不断完善共建设了30座桥梁，基于不同年代通航船舶等级不同，各桥梁的防撞设计能力不一，特别是2000年以前建成的桥梁，防撞能力均不能满足高等级航道千吨级船舶航行的需要。虽然大部分已经采取了加设防撞墩等措施，但由于各种客观条件所限，有些桥梁不具备相应设置条件，桥梁防撞能力未全面得到提升。

二是桥梁净空尺度不满足规范要求。根据广东省航道管理部门公布的北江三水河口至韶关的桥梁净空尺度，北江高等级航道30座桥梁，有三座桥梁通航净空宽度仅40m，即白土大桥、英德人民桥、韶关北江大桥，不满足现行《内河通航标准》规范不小于55m的要求。有11座桥梁净空高度不满足规范10m的要求，除三座桥梁白土大桥、英德人民桥、韶关北江大桥差距较大外，其他桥梁差距均不大于2m，仅达到8m净高要求。

三是桥区水域通航环境复杂。尽管北江已经全线实现渠化，但汛期和水库调度等特殊情况下桥区水域水流环境趋于复杂。如位于飞来峡水库上游的黎溪大桥，桥位两岸岩石裸露，河面狭窄仅200余米，汛期流速大，且存在横流，船舶操纵困难。

四是超设计标准船舶通航带来的风险。根据统计飞来峡枢纽过闸船舶超过1000吨级的接近20%，个别船舶达到3000载重吨。营运船舶以干散货为主，另有部分运砂船，对运砂船还要重点关注高度问题，未来随着韶关港口的投入使用，集装箱船舶将会有明显的增加，需要关注限高的影响。

3.防范船舶碰撞桥梁对策

3.1 桥梁本体安全措施

桥梁安全的根本是桥墩被动防撞能力要满足区段通航代表船型的要求，同时净空尺度和桥梁标志标识必须符合规范规定。

对防撞能力不达标的桥梁，应优先采取设置防撞设施、加固或者改造桥梁，提升桥梁防撞性能。北江桥梁受到净宽限制，一般采用在桥梁上下游通航孔外侧设置固定的分离式防撞墩，对条件受限无法设置分离式防撞墩的桥梁，应考虑加固或者改造桥梁，以彻底消除安全隐患。现实中由于资金、交通管理等原因，暂时无法提升桥梁本体安全的，可临时采取加装主动预警装置，辅助降低风险。

主动预警装置主要包括激光雷达视频跟踪防碰撞预警系统和桥梁净高显示装置。

激光雷达视频跟踪防碰撞预警系统基于电子航道图进行偏航检测，通过桥梁安装的雷达及后台船舶避碰系统AIS信息，对桥区水域船舶进行跟踪检测，使用航道球形、枪形摄像机对桥区水域开展全要素视频监测，运用激光交叉检测技术，防止超高船舶进入桥区刮碰通航孔桥梁梁底。当系统判断出船舶有偏航等异常行为，通过现场桥侧安装的三色大型警示灯板和高音喇叭进行警示与干预。

桥梁净高显示装置通过水位传感器采集实时水位数据，与桥梁基础数据信息、桥梁通航要求，根据逻辑运算形成桥梁实时净高数据，通过安装在通航孔上方的液晶显示屏实时显示。另外比较直观的方法就是在桥柱上安装净高倒水尺。水尺在夜间会存在可视性较差的问题，而且受到桥柱尺寸的限制，字体大小受限，可视距离短。但液晶显示屏系统对维护提出了很高的要求，存在误报误显的问题，目前在远程控制方面已经能够实现远程开关屏幕、远程修正补偿、数据异常自动息屏、设备异常自动息屏等功能，避免了误报误显可能造成的安全风险。

3.2 桥区水域通航保障措施

必须确保整治航道维护尺度满足规范要求，航标设置规范、发光正常，要按照航道养护规定和技术规范加强桥区水域水上航标的维护与管理，加强航道水深测量与保障桥区航道维护水深年保证率、水上航标维护正常率达到规范要求。特别要注意汛期对受损、漂移的航标要及时修复、复位，确保桥区水域助航设施安全隐患“动态清零”。

3.3 船舶航行安全措施

船舶航经桥区水域时，驾驶人员应掌握通航桥孔净空尺度等参数，从限定的通航桥孔通过。船舶通过桥区水域，应当保持主机、舵、锚、航行信号、导航设备、拖带设备及应急设备处于良好技术状态，遵守桥区水域的限速规定，保持安全航速航行。

基于船舶驾驶员的不安全驾驶行为是引起水上安全事故的重要原因，要推进船舶驾驶智能监控，重点关注驾驶舱驾驶行为安全监控。在汽车领域，已经有基于物联网的检测系统，这种数字化系统通过对人眼睛的凝视角度及其动态变化、头部位置和方向的变化、身体姿态变化等进行实时检测和测量，建立驾驶人眼部头部特征与疲劳状态的关系判断模型，及时提醒驾驶人。在船舶驾驶舱同样可以引入该监控设施避免疲劳驾驶可能引发的偏航事故，特别是船舶经常会夜间航行，更加需要对船舶驾驶行为进行智能提醒干预。

3.4 履行部门职责加强管理服务

防范船舶碰撞桥梁工作涉及到桥梁业主和船舶企业，更是相关交通运输、航道、海事部门的应尽职责，需要各部门各单位协调联动，强化监管，提升服务水平，共同营造安全有序的桥区通航环境。

管理部门要加强普遍的和个性化的信息推送服务工作。如依托智慧海事，可以强化桥区通航船舶的动态信息服务；智慧航道建设实现了对航道、航标、水位、船闸、船舶和桥梁的泛在物联感知网络建设，形成了航道全要素一体化动态监测体系，满足电子航道图、船闸联合调度信息、船舶动静态信息、桥梁净空高度的联合发布要求，要充分挖掘数据应用，为船舶通过桥区的航行提供实时信息服务。另外，在汛期等特殊时段，可以对重点航段测绘流速流向，及时向船舶提供，为预防性驾驶服务。

4.需要关注的几个问题

4.1 桥梁实时净高远程信息服务

桥梁净高信息通过现场显示屏发布，存在可视距离有限、显示设备可能异常等问题。随着智能技术的应用和公众智能手机的普及，下一步要重点开发APP或者小程序推送信息服务，将现场感知终端的实时净高数据推送到客户手机端，让船舶驾驶者随时能掌握桥梁通航净高信息，而且还可以通过观察现场的水尺相互验证，确保信息准确无误。

4.2 桥梁通航净空高度的冗余设计

通航净空高度起算面对内河航道一般采用10-20年洪水重现期的水位，按规范计算的净空高度与每年实际运行时桥下可通航的高度存在比较大的偏差，尤其是在水位差比较大的山区丘陵地带内河水域更加明显，为提高桥下可通航高度空间的利用率，在桥区通航孔安装净高显示装置，可有效适应部分超设计高度船舶安全通过桥区。桥梁实际通航高度要通过实时水位测量并考虑安全富裕高度后确定。这里要特别注意安全富裕高度的确定，规范规定通航海轮的内河水域或有掩护的海域取2 m，波浪较大的开敞海域且建在重要航道上的桥梁取4m，《内河通航标准》中未明确相关规定，因净高显示系统采用实时测量的水位计算，本身安全富裕较小，再加上测量可能存在的误差，所以，需研究论证明确安全富裕高度，确保净高信息的准确，当前北江一般按1m富裕高度预留。

4.3 桥梁通航净空宽度要求变化

桥梁通航净空宽度是保障桥区水域航行安全最重要的指标之一，而且一经确定，无法通过后续工程措施或者管理措施进行变更。在《内河通航标准》90版中以船队队形尺度确定通航桥梁净空宽度最低要求，规定1000吨级航道通航孔净空宽度不小于40m，同时规定桥墩处如有显著的紊流则要增加两侧紊流的宽度。在《内河通航标准》2004版和2014版中增大单孔单向通航孔净空宽度为不小于55m，这主要是为了保证船舶和桥梁的安全，并考虑了桥梁相关工程技术进步情况。这就造成了在2004年以前建成的桥梁将由于规范的变化成为不满足通航要求的桥梁，尤其是航道扩能升级时对这些桥梁的处置成为难点，既要确保安全又要实事求是。建议在此情况下要充分考虑桥梁的历史实际情况，统筹考虑桥梁和通航安全，结合《内河通航标准》附录C中有关天然和渠化河流水上过河建筑物通航净宽的计算方法确定，如现状桥梁满足计算要求但达不到新规范规定的55m要求，可以暂不考虑拆除重建，避免增加投资负担。

4.4 桥墩移动式柔性防撞设施的可靠性

在桥墩上下游设置分离式被动防撞墩是可靠安全的方式，但是也面临着成本高、施工难度大、周期长的问题，有时可能还会使桥区水域出现新的紊流。当在通航净空宽度足够的情况下，在桥墩上设置柔性防撞设施成为一种选择，尤其是在水位差比较大的情况下可以沿着桥柱导轨上下移动，能以较低的成本实现对桥梁的防护。但是从实际使用情况看，一旦出现船舶碰撞桥梁的情况，虽然桥梁和船舶都得到了保护，但柔性防撞设施可能成为“一次性”产品，在修复期间桥区水域的航行安全存在很大的隐患，这个时间短则3个月，有时需要半年。因此对柔性防撞设施需要从结构、材料等方面进行深入的研究和试验，力争做到小碰不破、中碰可修、大碰不毁，只此才能使柔性防撞设施得到更多的应用。

4.5 桥区水域船舶偏航检测

桥区水域船舶偏航检测要与电子航道图应用结合起来，应用VTS系统通过雷达扫描，并基于电子航道图的航迹线，跟踪进入桥区船舶的位置、航速、航向等参数，对桥区水域出现的异常情况作出快速响应。进一步分析船舶通过桥区的空间航迹线分布规律，尤其是不同水文季节的相关情况，有针对性地提醒过往船舶采取必要的措施，将可以提高响应干预的精准性和及时性，有效减少和避免桥区水域事故发生。另外桥区电子航道图还可以增加桥区特设虚拟航标辅助航行或者开发三维仿真应用。

4.6 类“桥洞式通航”问题

由于交通流量的加大，在旧桥边上扩建新桥，或者在两侧加建桥梁的情况时有发生，此时重点考虑了交通路网的需求，对船舶航行安全往往会产生不利的影响。桥群出现的情况下，现有的标准及规范没有对类似桥梁通航净宽尺度的计算提出明确要求，船舶在类似“桥洞式通航”情况下，建议进行仿真试验，验证相关通航保障措施的可靠性和可操作性。

4.7 船舶失控撞击非通航孔的防范

船舶失控撞击将导致被动防撞系统和主动预警系统均不能有效发挥作用，如2018年9月24日，广清高速连接线跨白坭河大桥左岸第一跨的桥墩受到舵机失效船舶的撞击，造成该繁忙路段交通管制封闭超过4个月，对广州西北部的交通造成了比较大的影响。对于这样的情况，提醒我们要对特别重要桥梁且通航密度较大的桥区水域研究采取一些非常规的特殊措施，避免小概率事件可能造成对桥梁运行的严重影响。

5.结语

防范船舶碰撞桥梁是水运安全领域的重要课题，涉及桥梁、交通、海事、航道多个管理部门，必须加强协调，建立健全安全管理责任体系，完善桥区标志标识，提高航道通航服务水平，规范桥区水域船舶通航秩序，提升桥梁防撞能力，确保桥区水域航行安全。