歐禮堅+李德玉+徐海汐

摘 要：內(nèi)河旅游觀光船通常主尺度較小、重心較高、受風(fēng)面積較大、穩(wěn)性儲備少、加之乘客數(shù)量多，如果發(fā)生船舶與橋梁相撞，容易產(chǎn)生翻船事故，釀成重大災(zāi)難性事件。為了提高船舶航行的安全性，降低船舶與橋梁碰撞發(fā)生災(zāi)難性事故的概率，在船舶設(shè)計階段主尺度確定中引入風(fēng)險評價論證方法是十分必要的。本文基于AASHTO模型，推導(dǎo)出定航線船舶營運期間碰撞橋梁的概率計算模型和災(zāi)害風(fēng)險評價方法，并應(yīng)用于清遠(yuǎn)北江客船船型的主尺度論證。

關(guān)鍵詞： AASHTO模型；風(fēng)險評價；船舶主尺度

中圖分類號： U661.313 文獻標(biāo)識碼：A

Abstract： Generally， river passenger ship has relatively small size， high center of gravity and large wind area， thus their stability margin is low. Meanwhile， the ships are often overloaded and easily overturn if they collide with a bridge. In order to increase the ships navigation safety and decrease the probability that disastrous accidents happen when the ships hit the bridge， its necessary to apply the risk assessment and demonstration method during the design of the ships principal dimensions. Based on model AASHTO， this paper deduces the probability calculation model and disaster risk assessment method of the ships hitting bridges during fixed-course vessels operation period and applies it to the demonstration of principal dimensions of the Qingyuan North River passenger ship.

Key words： Model AASHTO；Risk assessment；Ship principal dimensions

1 前言

2015年6月1日，“東方之星”號旅游觀光船在長江大馬洲水道因突發(fā)罕見的強對流天氣翻沉，造成442人死亡的特大災(zāi)難性事件。2016年6月4日，四川廣元白龍湖景區(qū)“雙龍?zhí)枴甭糜斡^光船因突遇強烈陣風(fēng)翻沉，造成15人遇難的重大災(zāi)難性事件。內(nèi)河旅游觀光船主尺度較小、重心較高、受風(fēng)面積較大、穩(wěn)性儲備少，容易發(fā)生翻沉事故。

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)和交通運輸業(yè)發(fā)展的需要，內(nèi)河航道橋梁的數(shù)量越來越多。橋梁作為跨越航道的建筑物，對船舶航行安全影響較大。據(jù)統(tǒng)計，從1960 年至 2013 年，我國平均每年發(fā)生 8 起重大船撞橋事故[1]。其中 2005 ～2009 年發(fā)生 102 起船撞橋事故[2]。

墨菲法則認(rèn)為：風(fēng)險是系統(tǒng)本身的復(fù)雜性、關(guān)聯(lián)性和不確定性所決定的，不管常規(guī)的技術(shù)安全措施多么有效，該發(fā)生的事故依然會發(fā)生。人們在風(fēng)險面前也并不是無能為力、無所作為的，在科學(xué)的分析和評估基礎(chǔ)上進行風(fēng)險預(yù)報，可在風(fēng)險和收益中取得最佳平衡[3]。隨著船舶大型化發(fā)展和通航密度不斷增大，船撞橋事故導(dǎo)致人員傷亡和環(huán)境災(zāi)難性破壞的風(fēng)險越來越高。在船舶初步設(shè)計階段，采用基于船撞橋風(fēng)險評價方法確定船舶主尺度，可將船撞橋風(fēng)險水平和等級控制在可接受的范圍內(nèi)。

2 基于AASHTO模型船撞橋風(fēng)險評價方法的基本理論

2.1 船撞橋風(fēng)險評價的概率模型

AASHTO[4]船撞橋概率模型可操作性較強，被廣泛采用。AASHTO 模型采用基于碰撞概率分析方法，假設(shè)船舶在行駛時有預(yù)定航路，航路與橋梁之間有足夠的安全距離。船舶在航行過程中，由于某些原因進入到可能與橋梁產(chǎn)生碰撞的區(qū)域，若此時船舶失去了控制，將導(dǎo)致船撞橋事故發(fā)生。AASHTO 模型船撞橋概率包括船舶進入可能產(chǎn)生碰撞的航路區(qū)域的概率和船舶失去控制的概率。

船舶進入可能碰撞航路區(qū)域的概率稱為幾何概率pG，船舶失去控制的概率稱為偏航概率pA，則船撞橋概率p為：

偏航概率pA代表船舶由于人、機、環(huán)境因素等導(dǎo)致船舶偏離正常航路的統(tǒng)計概率。AASHTO模型采用正態(tài)分布來模擬靠近橋墩的偏航船舶的航路，見圖1。假定正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)差σ為船舶總長，圖1中陰影面積即為幾何概率 pG。

2.2 單航次船舶撞橋概率

船舶從A港航行到B港共通過n座橋，船舶與每座橋的橋墩碰撞概率分別為。船舶與第i座橋的橋墩不碰撞的概率為：

2.3 定航線船舶撞橋概率

船舶從A港航行到B港共需通過n座橋，船舶在一年內(nèi)共從A港和B港之間航行x航次，共營運y年，其船撞橋的概率P。因為每次航行都是獨立的，每航次從A港到B港中通過n座橋也是獨立的，所以問題可轉(zhuǎn)化為求船舶通過1橋xy次，i橋xy次，n橋xy次碰撞橋墩的概率。

因此，定航線船舶y年營運期內(nèi)與橋發(fā)生碰撞的概率P為：

2.4 風(fēng)險評價及風(fēng)險決策方法

船撞橋的風(fēng)險R是船撞橋的概率p及其造成的損失c的某種函數(shù)形式，其表達式如下：

基本流程包括風(fēng)險定義、風(fēng)險識別、風(fēng)險估計、風(fēng)險評價等環(huán)節(jié)。根據(jù)事故的后果將風(fēng)險嚴(yán)重程度分成若干等級，并考慮各種災(zāi)害發(fā)生的概率水平，將各種災(zāi)害下的事故后果和災(zāi)害發(fā)生的概率水平結(jié)合起來，定出風(fēng)險決策準(zhǔn)則。

首先，根據(jù)事故的后果將風(fēng)險嚴(yán)重程度分成四個等級，見表1；其次，劃分各種災(zāi)害發(fā)生的概率水平，見表2；第三，將各種災(zāi)害下的事故后果和災(zāi)害發(fā)生的概率水平結(jié)合起來決定風(fēng)險等級，見表3；最后，確定風(fēng)險決策準(zhǔn)則，見表4。

3 基于AASHTO模型風(fēng)險評價的船舶主尺度論證的應(yīng)用

3.1 客船主尺度論證背景及橋梁參數(shù)

清遠(yuǎn)北江觀光休閑游線路為從市區(qū)到飛來峽沿岸水上觀光旅游航線，屬于廣東省重點監(jiān)管水域，航線大約25 km，單航次航行時間大約2.5小時。據(jù)統(tǒng)計，2012年北江旅游觀光的游客量達250萬人次，有約200艘旅游船在景區(qū)營運。根據(jù)清遠(yuǎn)市發(fā)展規(guī)劃，預(yù)測到2020年清遠(yuǎn)北江旅游觀光游客為350萬人次，2030年達到650萬人次。

為了滿足旅游市場的發(fā)展需求，必須開發(fā)新船型。清遠(yuǎn)北江旅游項目從市區(qū)到飛來峽沿岸水上觀光旅游航線，船舶航行需通過6座橋梁，橋梁的主要通航參數(shù)見表5。因為客船發(fā)生碰撞橋墩事故可能導(dǎo)致大量乘客傷亡，事故風(fēng)險后果屬于災(zāi)難性的，所以在船型主尺度的論證中進行了船撞橋風(fēng)險評價。

3.2 船撞橋造成船舶傾覆風(fēng)險分析

橋墩承臺與船舶發(fā)生碰撞時，船舶承受的撞擊力可按下式計算[6]：

3.3 客船碰撞橋墩風(fēng)險評估及決策

采用AASHTO模型對船型1-10進行概率計算和風(fēng)險評估。

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)，旅游船每年約營運180天，每天通常航行2個航次，航速為20 km/h；普通船舶單航次偏航概率約為0.6×10-4。船型1-10在漂角β為0、1°和2°下碰撞橋墩的概率水平、災(zāi)害風(fēng)險評估和風(fēng)險決策準(zhǔn)則如表6。根據(jù)風(fēng)險評價結(jié)果，船型1-4的災(zāi)害風(fēng)險為中風(fēng)險，屬于可接受船型，要重點安全檢查和管理。從客船碰撞橋梁可接受災(zāi)害風(fēng)險看，建議選取編號1-4船型作為清遠(yuǎn)北江旅游船主力發(fā)展船型。

4 結(jié)論

跨越航道的橋梁對船舶航行安全的影響較大，為了控制船撞橋事故的災(zāi)害風(fēng)險水平，采用基于AASHTO模型的船撞橋風(fēng)險評價方法是可行的，在船舶初步設(shè)計階段，可采用這種風(fēng)險評價方法進行風(fēng)險評估，給出決策意見和建議。

參考文獻

[1] 國際船橋相撞及其防護學(xué)術(shù)研討會論文集[C].：中國鐵道出版社，2014.

[2] 譚志榮. 長江干線船撞橋事件機理及風(fēng)險評估方法集成研究[D]：[博士學(xué)位論文].武漢理工大學(xué)， 2011.

[3] 張圣坤 白勇 唐文勇. 船舶與海洋工程風(fēng)險評估[M].：國防工業(yè)出版

[4] AASHTO LRFD Bridge Design Specifications. American Association of State Highway and Transportation Officials， Washington D. C.， 2010.

[5] 鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范（TB10002.1 2005），中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].2005.

[6] 廣東省清遠(yuǎn)市人民政府辦公室.清遠(yuǎn)市水上交通突發(fā)事件應(yīng)急反應(yīng)預(yù)案，2010.6.

[7] 歐禮堅. 北江四橋通航安全影響論證報告.華南理工大學(xué)船舶與海洋工程研究所. 2014.10.