桥梁主动防撞研究

■ 洪茂枝

(1.福建省交通科学技术研究所，福州 350004； 2.福建省公路、水运工程重点实验室，福州 350004)

1 引言

近年来在中国的江河大海上，一座座“世界之最”的桥梁正在如火如荼地建设，截至2016年底，全国共有公路桥梁80.53万座，高铁桥梁累积长度超过1万公里。目前在世界上已建成的主跨跨径最大的前10座斜拉桥、悬索桥、拱桥和梁式桥中，我国分别占有7座、6座、6座和5座。中国的桥梁事业已融入了世界桥梁事业的整体发展格局，“中国桥梁”正如“中国高铁”，成为中国走向世界的一张靓丽名片。

伴随我国桥梁建设及交通运输行业的高速发展，跨越通航江河、港区和海峡的大型桥梁数量逐渐增多。而与此同时，全世界船舶正向大型化、高速化发展，艘次、吨位和航速都不断增加，这使得桥梁和通行船舶之间的矛盾日趋突出，船舶撞击桥墩的事故亦不断增加。船撞桥事故不同于一般交通事故，一旦发生，往往会造成桥损船毁人亡、航道受阻、陆上交通中断和货物泄漏等严重后果，并且重建桥梁和疏通航道的费用十分惊人。

本文主要针对船撞桥事故进行科学的认识和分析，结合航运行业先进的应用技术，整理出桥梁主动防撞的措施及手段。

2 船撞桥事故

据不完全统计，黄石大桥在1993至1994年短短两年就发生了19起船撞桥事故；武汉公铁两用长江大桥自1957年建成以来至少发生70余起船撞桥事故，造成直接经济损失超过百万的大事故有10多起；南京长江大桥建桥至今也至少发生了30余起船撞桥事故；重庆白沙陀大桥发生的船撞桥事故甚至达到了百余起之多。根据2013年及之前国内外916起桥梁事故进行统计，得到以下数据图(图 1)：

图1 桥梁事故大类统计图

从图1可以看出，桥梁事故中桥梁碰撞事故171起，属于桥梁使用阶段发生事故最多的类型，而其中船舶碰撞(船舶碰撞119起、汽车碰撞38起、火车碰撞14起)又是桥梁碰撞事故中比例最高的(占69.6%)，同时造成的破坏也是非常严重的。

船撞桥会造成多方面的损失，包括：桥梁结构损伤、船舶损伤、人员伤亡、公共心理冲击等。引发船撞桥事故的原因可以主要归纳为以下几点：

(1)人为失误，包括：责任意识不足、麻痹大意、操作不当、疲劳导致注意力不集中等。

(2)自然环境恶劣，包括：台风、暴雨等极端恶劣天气，大雾造成能见度不足、河道变迁、水流条件不佳等。

(3)技术故障，包括：船舶技术达不到要求、出现脱锚或断揽现象、雷达故障、GPS故障、船舵故障以及其他设备故障等。

(4)航行管理问题，包括：航道交通服务系统、助航系统等存在缺陷。

(5)桥梁结构及设计因素，不合理的桥梁选址、结构设计以及防撞设施的不足将增大船撞桥事故发生的概率。

3 主动防撞研究

主动防撞是指在桥区水域采取预警、导航、引航、水上交通管制等综合措施减小船舶撞击桥梁的概率。在繁忙河道上的桥梁，借助船舶交通管理系统(VTS)、航标(包括：桥梁标志、虚拟航标)、AIS、雷达、甚高频通信系统(VHF)、GPS定位、CCTV等多视角监控系统等，实时掌控大桥周边的船舶航行动态，指挥船舶按规定航线航行。

3.1 主动防撞主要手段

(1)AIS(船舶自动识别系统)

作为船与舶、船与桥避免碰撞的主要措施之一，AIS增强了ARPA雷达、船舶交通管理系统、船舶报告的功能，在电子海图上显示所有船舶可视化的航向、航线、船名等信息，改进了海事通信的功能，提供了一种与通过AIS识别的船舶进行语音和文本通信的方式，增强了船舶的全局意识，使航海界进入了数字时代。

不足点：数据更新不及时。根据国际标准，船舶发送AIS报文时间间隔跟自身船舶类型及航速有关，航速越快时间越短，反之时间越长；GPS位置精度不高；很多小船没有AIS，而大船会手动关闭AIS，无法控制；船舶静止时，AIS可能处于关闭状态，对于脱锚、漂移等情况不适宜。

(2)VHF(船用无线电通讯系统)

在移动通信、卫星通信迅速发展的今天，VHF通信仍是船舶导航、避让、海事救助以及安全信息发布的重要手段。它是保障船舶安全航行不可缺少的必备，具有国际标准，是船舶安全航行的通用通信手段。

①具有船舶遇险救助及协调通信功能。一旦发生危险，船舶可及时向邻近VHF岸台或邻近船舶发出报警信号，岸台值守人员听到求救呼叫后，可立即通知有关港航部门组织施救。

②具有航行安全信息广播功能。通过VHF通信网每天定时向所有船舶播发各种航行通告、气象水文预报、上下水船位信息，以及突发性灾难信息，以利于船舶的安全航行。

③是船与船之间航行避让的必备手段。船舶彼此之间不知道对方移动电话的号码，用VHF电话互通避让信息是方便可靠的手段。

(3)雷达(Radar)

雷达在能见度不良时为监管人员提供了必需的观察手段，同时弥补了AIS数据更新不及时，无AIS船舶的监管。优点：目标位置及方位精度高、反应快；可以快速捕捉区域船舶及航行轨迹；实现偏航报警；不受夜晚影响；缺点：单独使用无法获取船舶静态信息(船名、呼号等)；建设费用高，受雨雪天气影响。

(4)视频监控

运用视频监控不但可以实时记录桥区船舶航行动态，同时还可以启用桥区船舶驶入驶出提醒，可以实现图像识别以及船舶定位跟踪。

(5)激光

利用激光反射成像，判断桥区过往船舶是否超高，能够有效预防船舶顶部撞击桥梁。

(6)广播

对桥区船舶进行声音警示，辅助手段。不足点：会造成噪音扰民。

(7)测流仪

测量桥区水域流速、流向、水深，用于辅助船舶航行。

(8)测风仪

测量桥区风速、风向，用于辅助船舶航行。

(9)潮汐测量仪

测量桥区水域潮汐，用于辅助船舶航行。

(10)强光束

这是一种辅助手段，主要用于在夜间提醒船舶避让前方桥墩。

3.2 主动防撞信息源及功能

(1)助航标志：包括航标、桥梁标志(属航标中的一种，安装在桥梁上)、虚拟航标(AIS中的一种，可在电子海图设备上叠加显示)等；

(2)AIS：提供船舶静态信息(MMSI、IMO 号、船名、呼号、船长、船宽、吃水、船籍国等)，船舶动态信息(GPS位置、航速、航向、船首向、航行轨迹等)，短消息通信，偏航报警，预测船位，定位跟踪，驶入驶出桥区提示等；

(3)VHF：实时语音对讲，遇险救助及协调通信，航行安全信息广播等；

(4)雷达：测定实时的目标(船舶)距离、方位、大小、轨迹，预计达到桥梁时间，偏航报警，预测船位，定位跟踪，驶入驶出桥区提示等；

(5)视频监控：实时视频录像，定位跟踪，驶入驶出桥区提示等；

(6)激光：超高报警；

(7)广播：用声音提醒船舶注意事项(辅助手段)；

(8)测流仪：测定流速、流向、水温、水深等；

(9)测风仪：测定风速、风向等；

(10)潮汐测量仪：可提供实时的潮高；

(11)强光束：用强光提醒船舶注意桥梁(辅助手段)。

3.3 主动防撞主要作用

主动防撞主要作用总结如下：

(1)对桥区船舶通航进行监管；

(2)对桥区船舶航行动态有个直观展示，做到全局把控；

(3)判断船舶是否偏航，预测船位判断船舶是否会撞到桥墩；

(4)判断船舶是否超出限高；

(5)可与桥区船舶相互通信，保持互动；

(6)收集和推送桥区助航信息；

(7)可以联合多部门，展开桥区和指挥中心的联动作业，应急抢险等。

4 结语

交通是国民经济的大动脉，其中陆运和水运占举足轻重的地位，而两者都离不开桥梁。船撞桥事故在世界各地一直在不断地发生，船撞桥事故的频率远比我们想象得更高。由船撞桥事故所导致的人员伤亡、财产损失以及环境破坏是惊人的。

主动防撞技术要结合被动防撞设施，才能做到“攻防兼备”，大大减少船撞桥事故发生，降低桥梁及船舶的损坏，保证桥区通航安全。然而无论主动防撞还是被动防撞，都是从技术层面防御船撞桥事故发生。技术是工具、是手段，而人是这个事情的主导者、参与者。人是第一要素，再好的技术，也需要人们去融会应用、规范管理、遵守规则，这样才能有效避免船撞桥事故的发生。