任亞磊 韓世斌 王巍

摘要：國內(nèi)外船橋碰撞事故頻發(fā)，已引起業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注，相關(guān)研究也取得了豐碩成果。隨著跨海大橋建設(shè)進程的加快和典型碰撞案例的增加，跨海大橋非通航孔水域的船橋碰撞防控也逐漸被重視起來。本研究梳理了船橋碰撞防控的研究現(xiàn)狀，分析了跨海大橋船橋碰撞防控的難點，總結(jié)了東海大橋船橋碰撞防控的經(jīng)驗，從海事管理角度分享了提高跨海大橋碰撞防控水平的建議，以備業(yè)內(nèi)參考。

關(guān)鍵詞：東海大橋;跨海大橋;船橋碰撞防控;海事部門

中圖分類號：U698.6;TU997 ?文獻標(biāo)志碼：A

近年來，隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展和交通強國戰(zhàn)略的布局，中國交通基礎(chǔ)建設(shè)進入快車道，尤其是橋梁建設(shè)進入爆發(fā)期。截至2019年11月，長江干線已建成各類跨江大橋115座，在建或規(guī)劃建設(shè)的還有超過30座;跨海大橋的建設(shè)也碩果累累，目前全球十大最長跨海大橋中國占了5座，包括港珠澳大橋、青島海灣大橋、杭州灣跨海大橋、東海大橋、金塘大橋等。此外，渤海灣和瓊州海峽的大橋也在規(guī)劃論證之中。橋梁建設(shè)為陸上交通帶來了便利，促進了沿江、沿海地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，但同時也擠占了寶貴的通航資源，隨著航運的發(fā)展，船舶大型化、高速化趨勢明顯，貨運量和船舶密度逐年增加，使得這一矛盾不斷深化。近幾十年來，國內(nèi)外船橋碰撞事故頻發(fā)，已經(jīng)引起了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。據(jù)國外數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在1960年至2008年的48年間，國外船橋碰撞導(dǎo)致橋梁倒塌的事故就達到35起 [2] [9] [12]，戴彤宇[20] [9]等統(tǒng)計我國1989年至2002年船橋碰撞事故總數(shù)為213起。本研究擬在前人研究成果的基礎(chǔ)上，從海事管理的視角，以東海大橋為例，總結(jié)跨海大橋船橋碰撞防控經(jīng)驗和成果，查找隱患風(fēng)險點并給出防控建議，以備業(yè)內(nèi)參考。

1 船橋碰撞防控的研究現(xiàn)狀

船橋碰撞問題涉及橋梁工程、船舶力學(xué)、水動力學(xué)和碰撞力學(xué)等多個學(xué)科，國際上最早始于20世紀(jì)60年代，受陽光大橋碰撞事故推動在80年代開始系統(tǒng)研究，重要事件是1995年國際航海協(xié)會（PIANC）成立工作小組，專門從事船橋碰撞事故調(diào)查研究，建立了船撞橋事故的國際數(shù)據(jù)庫，徐言民等人[2] [9] [12] [13] [15] [16] [18] [20]對相關(guān)研究內(nèi)容和脈絡(luò)已有系統(tǒng)介紹，此處不再贅述。

國內(nèi)的研究始于20世紀(jì)80年代，研究思路和脈絡(luò)與國外類似。趙勁松[1]以南京大橋為例，從危險分析、橋墩防護、VTS系統(tǒng)和助航設(shè)施等方面探討了船橋碰撞防控問題;戴彤宇[2]首次建立了我國的船撞橋數(shù)據(jù)庫;耿波[15]建立了橋梁船撞安全評估數(shù)據(jù)庫。隨著船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）和船舶自動識別系統(tǒng)的普及，海量船舶動態(tài)數(shù)據(jù)的獲取成為現(xiàn)實，徐言民[12]建立了船舶運動模型，開發(fā)橋梁主動防船撞預(yù)控系統(tǒng)，以應(yīng)對人為因素和突發(fā)失控事故造成的橋區(qū)水域船舶安全通航問題;陳明忠[14]基于AIS和VHF開發(fā)了跨海大橋橋區(qū)航道智能助航系統(tǒng);張文娟[16]開發(fā)了橋區(qū)水域預(yù)警系統(tǒng);劉磊[18]以長江武漢橋區(qū)水域歷史AIS數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以熱力圖對碰撞風(fēng)險進行了可視化呈現(xiàn)。以上研究多從微觀層面研究船與通航孔的碰撞問題，比較適用于內(nèi)河水域的橋梁或跨海大橋通航孔的防護，對于跨海大橋全橋段的防護則力有不足。張勝超等[9] [13] [19]介紹了主動和被動防撞體系的構(gòu)成和非通航孔防穿越技術(shù)，梳理了中國跨海大橋防撞體系的應(yīng)用現(xiàn)狀。方正平等[9-10]從船橋碰撞事故調(diào)查出發(fā)，以海事管理的角度，提出了實用性管理措施。邵帥則結(jié)合自身航海經(jīng)歷總結(jié)了日本跨海大橋防控的經(jīng)驗，并提出了相應(yīng)建議。

國內(nèi)外的理論研究成果，也大量被國家級的規(guī)范和指南所引用，促進了立法層面的科學(xué)性。如2009年AASHTO《船舶碰撞公路橋梁設(shè)計指南第2版》的內(nèi)容就被《美國公路橋梁設(shè)計規(guī)范》所引用;國內(nèi)也出臺了《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTJ 021-89，1989年）、《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTJ D60-2004，2004年）、《通航海輪橋梁通航標(biāo)準(zhǔn)》（1997年，目前已被《海輪航道通航標(biāo)準(zhǔn)》（JTS-180-3-2018）替代）。

2 跨海大橋船橋碰撞防控的難點

跨海大橋防控難度和工作量大于內(nèi)河橋梁，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

一是，水動力狀況更加復(fù)雜?？绾４髽蛞话闾幱诤?、河口，屬于江流、海流的交匯處，流急浪高、水深、潮大，喇叭口地段還容易形成涌潮[17]，以東海大橋為例，通航孔附近最大流速將近2m/s，且流向與船舶航向線夾角有5°到18°。

二是，氣象條件更加惡劣。海區(qū)大風(fēng)和能見度不良等惡劣氣象多發(fā)，以東海大橋為例，近12年預(yù)報風(fēng)力≥7級年均天數(shù)為289.75 d，其中預(yù)報風(fēng)力達到8級的年均天數(shù)約89.91 d，達到9級及以上的年均天數(shù)約54.08 d;能見度低于1 000 m的年均天數(shù)為42.75 d，其中低于500 m的年均天數(shù)為19.83 d。

三是，通航環(huán)境更加復(fù)雜?？绾４髽蛩幍乃蛞话銤O業(yè)資源豐富，是傳統(tǒng)漁業(yè)作業(yè)區(qū)，在漁業(yè)捕撈季節(jié)，大量漁船出現(xiàn)在橋區(qū)水域，增加了船舶的會遇風(fēng)險;大量礙航的漁船漁網(wǎng)還會侵占部分航道和習(xí)慣航路，使得船舶可航水域減少，避讓回旋余地不足。

四是，跨海大橋通過船舶船型復(fù)雜，船況良莠不齊，且受潮汐影響有明顯通航高峰時段。以東海大橋為例，每天通過東海大橋的船舶數(shù)量在200艘次左右，絕大倒數(shù)集中在2號通航孔，其中500總噸以下的小型船舶及漁船占比近90%，這些船舶多數(shù)為舟山籍小型運輸船舶，在船管系統(tǒng)里信息資料缺漏或不實，經(jīng)常不按規(guī)定航路行駛，不守聽或不回應(yīng)高頻呼叫，在監(jiān)控和管理上存在一定難度。

五是，跨海大橋附近水工項目多，水上設(shè)施多。以東海大橋為例，大橋3號孔東西兩側(cè)分布有東海大橋風(fēng)電一期和二期工程，已建成風(fēng)機62臺; 2號通航孔東側(cè)目前正在建設(shè)嵊泗風(fēng)電項目，計劃安裝6 MW風(fēng)機23臺。已建成的風(fēng)機會對VTS雷達有一定影響，導(dǎo)致部分水域出現(xiàn)雷達盲區(qū)，影響橋區(qū)船舶動態(tài)監(jiān)控;風(fēng)電場附近還會鋪設(shè)大量海底電纜，影響船舶應(yīng)急拋錨;風(fēng)電場規(guī)劃水域與目前船舶交通流有交會，施工期間有導(dǎo)致船舶碰擦水下沉樁后失控，威脅大橋安全的可能性。

六是，由開闊水域駛?cè)肟绾４髽驑騾^(qū)水域，會增加駕駛員心理壓力，導(dǎo)致操縱失誤。

七是，跨海大橋橋體跨度大，防控困難。以東海大橋為例，全長32.5 km，海上段有25.3 km，導(dǎo)致內(nèi)河水域常用的CCTV監(jiān)控和激光測距技術(shù)不能簡單復(fù)制在跨海大橋上。

八是，非通航孔占比高，防撞能力差。以東海大橋為例，非通航水域長度占比約92%，大橋僅在通航孔附近水域的橋墩設(shè)置了物理防撞裝置，且目前國內(nèi)尚未出臺關(guān)于橋梁非通航孔防撞設(shè)施建設(shè)的國家標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范[10]。

九是，跨海大橋施工周期長，建設(shè)期間風(fēng)險大。以東海大橋為例，2002年6月26日開始施工，2005年5月25日全線貫通，工期長達三年。東海大橋建成通車后尚未發(fā)生過船橋碰撞的事故，但發(fā)生過船橋碰撞險情約44次，其中建設(shè)期間23次。

十是，巡邏艇數(shù)量有限，執(zhí)法力量不足。海區(qū)巡航和應(yīng)急搜救工作繁忙，對巡邏艇抗風(fēng)等級要求較高，一般40米級巡邏艇只能防抗8級及以下大風(fēng)，不能滿足洋山水域惡劣氣象條件下保護東海大橋的要求。

十一是，應(yīng)急力量不足。橋區(qū)未配備專用的應(yīng)急大馬力拖輪，臨時從港區(qū)抽調(diào)需要1～2 h，無法及時有效執(zhí)行強制措施或?qū)κЭ卮斑M行處置。

十二是，跨海大橋造價高，社會關(guān)注程度高，一旦發(fā)生擦碰除了經(jīng)濟損失外，還要考慮社會影響和政治影響，主管機關(guān)管控壓力大。

除此之外，跨海大橋可能還面臨已有防撞設(shè)施失效的和橋墩附近沖刷，海底樁基埋深變淺[6]，導(dǎo)致防撞能力進一步下降的問題。東海大橋在2016年和2019年發(fā)生過3次主通航孔輔墩防撞設(shè)施脫離的事件;而據(jù)2019年的掃測結(jié)果，東海大橋橋墩處普遍沖深在5～10 m。

3 東海大橋碰撞防控的的經(jīng)驗

東海大橋是中國第一座真正意義上的外?？绾４髽?，設(shè)計和建設(shè)階段相關(guān)規(guī)范還不完善，船橋碰撞防控的技術(shù)尚不成熟，大橋在被動防撞設(shè)施方面只強化了通航水域的防控，非通航水域無額外防控措施，后來的杭州灣跨海大橋則設(shè)計了由獨立群柱防撞墩、系泊浮體和連接錨鏈組成的專用的船舶攔截體系[13]。在大橋建設(shè)和運行管理期間，國家相關(guān)法律法規(guī)、行業(yè)規(guī)范不斷健全，在海事部門的呼吁下，政府和業(yè)主單位也逐漸認識到船橋碰撞防控的必要性和嚴(yán)峻形勢，東海大橋水域逐漸建成了較為完善的航標(biāo)系統(tǒng)，海事管理部門也逐漸形成了不斷完善的管理體系，船橋碰撞的險情呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，再加上VTS升級改造、AIS電子圍欄、電子巡航、智能助航等理念的興起和技術(shù)的成熟，未來在主動防控方面還將有進一步的強化。

3.1 法律法規(guī)較為健全

2018年交通運輸部印發(fā)了《中華人民共和國橋區(qū)水域水上交通安全管理辦法》和《海輪航道通航標(biāo)準(zhǔn)》（JTS-180-3-2018），在政策上對橋區(qū)水域的導(dǎo)助航標(biāo)識和警示標(biāo)志的設(shè)置提出了明確要求。2019年交通運輸部海事局修訂了《上海洋山深水港區(qū)及其附近水域通航安全管理規(guī)定》，在航行、停泊、報告等方面對橋區(qū)水域的通航管理進行了規(guī)范。

3.2 航標(biāo)系統(tǒng)較為完善

東海大橋設(shè)置了較為完整的航標(biāo)系統(tǒng)[5]，在橋孔上設(shè)置了最佳通過點標(biāo)志，雙向通航的橋孔設(shè)置了禁航標(biāo)志確保各自向右單向通航;通航孔附近水域航道布設(shè)了對稱的引導(dǎo)側(cè)面標(biāo)，以引導(dǎo)船舶及早校正風(fēng)流壓差，調(diào)整航向，安全通過通航孔;東海大橋東西兩側(cè)各1 000 m水域為安全水域，在安全水域設(shè)置了警戒燈浮，燈浮間間距約1.1 km，禁止船舶在此安全水域錨泊、航行。除可視航標(biāo)外，還在大橋各通航孔安裝了雷達應(yīng)答器，全橋兩側(cè)安裝了5890套藍色LED燈具，布設(shè)間距為10 m，以勾勒出大橋整體輪廓，使船舶在遠距離判斷出通航孔位置。

3.3 風(fēng)險隱患治理及時

在海事管理部門和其他相關(guān)單位的呼吁下，2017年上海市將“東海大橋（含顆珠山大橋）非通航孔水上碰撞安全風(fēng)險”列為市級督辦事故隱患（風(fēng)險）治理項目，計劃在2 a內(nèi)完成非通航孔水上碰撞安全風(fēng)險治理。目前項目，更新安裝了5 890套藍色LED燈具，在大橋各通航孔和顆珠山段橋孔安裝了30個CCTV探頭，并完成了顆珠山段物理隔絕的方案設(shè)計和理論論證，今后還將進一步完善顆珠山橋域的警示標(biāo)志系統(tǒng)。

洋山港海事局也配合進行了船舶非法穿越非通航水域的整治，橋區(qū)通航秩序有所改善，以顆珠山段為例，2016年7月進行了21 d的觀測，日均通過船舶47.9艘次，其中30 m以上的有89艘次，50 m以上的有30艘次，最大的船長88 m，近5 000載重噸;治理后2019年日均通過船舶已下降至13艘左右，且95%以上為對橋墩威脅較小的小型漁船。

3.4 海事管理形成機制

洋山港海事局是東海大橋船舶通航管理的主管機關(guān)，近十五年來積累了大量的跨海大橋管理經(jīng)驗，形成了“一個機制五個制度”的長效機制，配套了VTS系統(tǒng)、還配置了電子巡航系統(tǒng)、電子圍欄系統(tǒng)和現(xiàn)場巡邏艇作為輔助手段，主要做法包括：

一是，做好東海大橋橋區(qū)水域安全宣貫工作。搜集東海大橋橋區(qū)水域相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)范性文件、典型案例等，制作宣貫材料，利用VHF、電話、微信公眾號、宣傳冊等方式，向社會公眾宣傳橋區(qū)水域安全知識，壓實企業(yè)安全主體責(zé)任。

二是，加強東海大橋橋區(qū)水域安全預(yù)警工作。收集可能影響船舶在東海大橋橋區(qū)水域航行安全的大風(fēng)、能見度不良等惡劣氣象信息， 以VHF信息廣播、電子圍欄系統(tǒng)AIS短報文為主要發(fā)布方式，以官方微信公眾號、手機短信為輔助發(fā)布方式向相關(guān)船舶、設(shè)施和單位推送，提醒其及早落實防抗措施。

三是，加強東海大橋水域遠程監(jiān)控能力。以VTS系統(tǒng)為中心，綜合利用電子巡航系統(tǒng)、電子圍欄系統(tǒng)、CCTV等多手段不斷提升對東海大橋橋區(qū)水域遠程監(jiān)控的有效性和全面性。在東海大橋軸線東西兩側(cè)，距離大橋分別約10 n mile和5 n mile位置設(shè)置兩條警戒線，在非通航水域設(shè)置報警區(qū)，以實現(xiàn)對動態(tài)不明船舶的預(yù)警預(yù)控。

四是，加強對東海大橋現(xiàn)場監(jiān)管工作。落實巡邏艇守護巡航制度，加強VTS和現(xiàn)場巡邏艇的聯(lián)動，強化船舶通航秩序的整治。

五是，通過體系化管理，規(guī)范做好大橋水域應(yīng)急處置工作。洋山港海事局在體系文件中納入了《應(yīng)急管理程序》，制定了東海大橋應(yīng)急處置的預(yù)案。

六是，多單位合作，建立安全共商機制。洋山港海事局牽頭與上海東海大橋管理有限公司等27家單位作為洋山深水港區(qū)安全共商機制成員單位，按照信息共享、資源共用、快速反應(yīng)、安全共商、聯(lián)動共治的基本原則，共同抵御洋山深水港區(qū)及其附近水域水上交通安全事故和污染事故，并制定了《洋山深水港區(qū)及其附近水域安全共商機制》。

4 提高跨海大橋碰撞防控水平的建議

結(jié)合東海大橋船橋碰撞防控的現(xiàn)狀，綜合考慮技術(shù)進步和費效平衡，建議當(dāng)前一段時期以主動防控措施的落實為主，建議：

一是，進一步完善和優(yōu)化助航設(shè)施。建議加強橋區(qū)水域的潮汐、潮流、風(fēng)力、能見度信息采集，以虛擬AIS或者AIS短報文的形式發(fā)送給船舶;在通航孔橋墩和附近非通航孔橋墩設(shè)置AIS虛擬標(biāo)，提示可航水域;在蔣公柱山設(shè)置電子指示牌，以保障靠離四期碼頭船舶與后港池進出船舶交會安全。

二是，加強大數(shù)據(jù)應(yīng)用，實施智慧監(jiān)管。將海事監(jiān)管數(shù)據(jù)與船舶動態(tài)數(shù)據(jù)相結(jié)合，以數(shù)據(jù)挖掘的方式查找重點船舶，實施精準(zhǔn)服務(wù)和重點監(jiān)管。如可通過交通流分析，查找通過大橋頻次較多的船舶及所屬船公司，建立檔案，加強點對點的信息推送;可通過在MIS系統(tǒng)接入船舶進出港報告信息、船舶安檢記錄和違章信息，對載運危險貨物船舶、低標(biāo)準(zhǔn)船舶予以識別，方便提前介入管控。

三是，關(guān)注新設(shè)備、新技術(shù)、新理念的應(yīng)用，做好監(jiān)管盲區(qū)的補點。如：遠程監(jiān)管和大部分智能監(jiān)控手段對AIS不開啟的船舶束手無策，常規(guī)的CCTV探頭監(jiān)控距離較近，應(yīng)急反應(yīng)時間不足，派遣巡邏艇現(xiàn)場查看成本過高，且受海況限制，全景攝像頭和鷹眼球機配合使用可有效解決這一難題;此外對超高船舶的監(jiān)測也是難點之一，香港海事處基于CCD攝錄機和冷卻熱像儀開發(fā)的船只高度檢測系統(tǒng)提供了一種新的思路。

四是，開發(fā)和完善跨海大橋橋區(qū)航道智能助航系統(tǒng)。陳明忠[14]開發(fā)的基于AIS的智能助航系統(tǒng)比較符合跨海大橋保護的實際，建議以此為基礎(chǔ)，接入雷達、CCTV和船舶管理信息，強化預(yù)警預(yù)控能力。

參 考 文 獻

[1] 趙勁松. 船—橋碰撞與南京長江大橋的防碰問題[J]. 大連海事大學(xué)學(xué)報， 1992（1）：77-81.

[2] 張景峰. 船舶—橋梁碰撞動力分析及船撞作用下橋梁結(jié)構(gòu)可靠度研究[D]. 2016.

[3] 方正平， 馬延輝. 船舶觸碰跨海大橋事故的調(diào)查和思考[J]. 中國水運（下半月）， 2009， 009（008）：38-41.

[4] 陳宏， 陳峰. 船舶碰撞大橋事故分析與對策[J]. 航海技術(shù)， 2011（01）：26-28.

[5] 李汶. 東海大橋安全通航的指路明燈[J]. 航海， 2006， 000（004）：17-18.

[6] 閆磊， 金永興. 東海大橋安全隱患與對策思考[J]. 中國水運：學(xué)術(shù)版， 2008， 008（001）：71-73.

[7] 姜朝， 孫守旺， 任亞磊. 東海大橋非通航孔船舶碰撞風(fēng)險量化分析與管理對策[J]. 上海海事大學(xué)學(xué)報， 2017（3）.

[8] 陳述.東海大橋橋墩基礎(chǔ)沖刷防護方案研究[J]. 世界橋梁， 2019（4）.

[9] 張勝超. 洞頭峽跨海大橋非通航孔攔截體系施工技術(shù)研究[D]. 2015.

[10] 吳忠華， 李鋒. 防止船舶碰撞金塘大橋的措施建議[J]. 中國水運（上半月）， 2010， 000（005）：26-27.

[11] 邵帥. 海事部門如何在防止船舶碰撞跨海橋梁中發(fā)揮有效作用[J]. 中國海事， 2008， 000（010）：42-45.

[12] 徐言民. 基于操縱模擬的橋區(qū)水域船舶通航安全預(yù)控研究[D]. 上海交通大學(xué)， 2010.

[13] 仇實. 跨海大橋非通航孔防止穿越技術(shù)研究[D]. 2016.

[14] 陳明忠. 跨海大橋橋區(qū)航道智能助航系統(tǒng)研發(fā)*[J]. 水運工程， 2020（1）：107-112.

[15] 耿波. 橋梁船撞安全評估[D]. 同濟大學(xué)土木工程學(xué)院， 2007.

[16] 張文娟. 橋區(qū)船舶航行風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)研究[D]. 武漢理工大學(xué)， 2013.

[17] 藍蘭. 我國跨海大橋建設(shè)情況分析[J]. 交通世界（19期）：24-30.

[18] 劉磊. 武漢橋區(qū)水域船舶航行碰撞風(fēng)險可視化研究[D]. 武漢理工大學(xué)， 2018.

[19] 馮忠居， 李維洲， 戴良軍， et al. 中國跨海大橋防撞體系的應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 筑路機械與施工機械化， 2017， 34（11）：40-45.

[20] 戴彤宇.船撞橋及其風(fēng)險分析[D].哈爾濱工程大學(xué)博士論文.2002.