呂霞 鄧燁 廣東交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院

新中國(guó)成立以來(lái)，幾代人逢山開(kāi)路、遇水架橋，建成了交通大國(guó)，正在加快建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)。隨著我國(guó)綜合運(yùn)輸體系的不斷完善發(fā)展，經(jīng)過(guò)建國(guó)初期水運(yùn)大發(fā)展、改革開(kāi)放初期公路橋梁快速發(fā)展，到現(xiàn)在公路水路同步快速發(fā)展，而且正在逐步補(bǔ)齊水運(yùn)發(fā)展的短板，水運(yùn)建設(shè)處于補(bǔ)償性發(fā)展新階段，但是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不同步帶來(lái)了規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)同性出現(xiàn)了問(wèn)題，集中表現(xiàn)在跨河橋梁與通航安全的矛盾日益嚴(yán)峻，船舶碰撞橋梁的險(xiǎn)情不斷出現(xiàn)、事故不斷發(fā)生，橋區(qū)的通航安全隱患問(wèn)題被提升到了關(guān)乎人民生命財(cái)產(chǎn)安全的高度，2020年交通運(yùn)輸部牽頭制定了《船舶碰撞橋梁隱患治理三年行動(dòng)實(shí)施方案》要求全面排查和治理船舶碰撞橋梁安全隱患，綜合施策，建立健全防范化解安全風(fēng)險(xiǎn)的長(zhǎng)效機(jī)制，確保橋區(qū)水域航行安全。本文以廣東北江高等級(jí)航道為例分析防范船舶碰撞橋梁對(duì)策。

1.廣東北江高等級(jí)航道基本情況

北江航道擴(kuò)能升級(jí)完成后，全長(zhǎng)258km的高等級(jí)航道與西江連通匯入珠三角高等級(jí)航道網(wǎng)，千噸級(jí)船舶能通達(dá)韶關(guān)，成為粵北地區(qū)與珠三角核心區(qū)樞紐港口互聯(lián)互通的重要通道。全線按照內(nèi)河III級(jí)通航1000t級(jí)船舶標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，航道設(shè)計(jì)尺度為2.5m×60m×330m（水深×航寬×最小彎曲半徑），沿線建設(shè)五級(jí)樞紐船閘包括清遠(yuǎn)、飛來(lái)峽、白石窯、蒙浬、孟洲壩，實(shí)現(xiàn)了北江的全線渠化千噸級(jí)通航。

2.跨河橋梁水域通航安全風(fēng)險(xiǎn)隱患

一是橋梁防撞能力不滿足實(shí)際需要。北江沿線橋梁最早建于1973年，歷年來(lái)隨著路網(wǎng)的不斷完善共建設(shè)了30座橋梁，基于不同年代通航船舶等級(jí)不同，各橋梁的防撞設(shè)計(jì)能力不一，特別是2000年以前建成的橋梁，防撞能力均不能滿足高等級(jí)航道千噸級(jí)船舶航行的需要。雖然大部分已經(jīng)采取了加設(shè)防撞墩等措施，但由于各種客觀條件所限，有些橋梁不具備相應(yīng)設(shè)置條件，橋梁防撞能力未全面得到提升。

二是橋梁凈空尺度不滿足規(guī)范要求。根據(jù)廣東省航道管理部門(mén)公布的北江三水河口至韶關(guān)的橋梁凈空尺度，北江高等級(jí)航道30座橋梁，有三座橋梁通航凈空寬度僅40m，即白土大橋、英德人民橋、韶關(guān)北江大橋，不滿足現(xiàn)行《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范不小于55m的要求。有11座橋梁凈空高度不滿足規(guī)范10m的要求，除三座橋梁白土大橋、英德人民橋、韶關(guān)北江大橋差距較大外，其他橋梁差距均不大于2m，僅達(dá)到8m凈高要求。

三是橋區(qū)水域通航環(huán)境復(fù)雜。盡管北江已經(jīng)全線實(shí)現(xiàn)渠化，但汛期和水庫(kù)調(diào)度等特殊情況下橋區(qū)水域水流環(huán)境趨于復(fù)雜。如位于飛來(lái)峽水庫(kù)上游的黎溪大橋，橋位兩岸巖石裸露，河面狹窄僅200余米，汛期流速大，且存在橫流，船舶操縱困難。

四是超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)船舶通航帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)飛來(lái)峽樞紐過(guò)閘船舶超過(guò)1000噸級(jí)的接近20%，個(gè)別船舶達(dá)到3000載重噸。營(yíng)運(yùn)船舶以干散貨為主，另有部分運(yùn)砂船，對(duì)運(yùn)砂船還要重點(diǎn)關(guān)注高度問(wèn)題，未來(lái)隨著韶關(guān)港口的投入使用，集裝箱船舶將會(huì)有明顯的增加，需要關(guān)注限高的影響。

3.防范船舶碰撞橋梁對(duì)策

3.1 橋梁本體安全措施

橋梁安全的根本是橋墩被動(dòng)防撞能力要滿足區(qū)段通航代表船型的要求，同時(shí)凈空尺度和橋梁標(biāo)志標(biāo)識(shí)必須符合規(guī)范規(guī)定。

對(duì)防撞能力不達(dá)標(biāo)的橋梁，應(yīng)優(yōu)先采取設(shè)置防撞設(shè)施、加固或者改造橋梁，提升橋梁防撞性能。北江橋梁受到凈寬限制，一般采用在橋梁上下游通航孔外側(cè)設(shè)置固定的分離式防撞墩，對(duì)條件受限無(wú)法設(shè)置分離式防撞墩的橋梁，應(yīng)考慮加固或者改造橋梁，以徹底消除安全隱患?，F(xiàn)實(shí)中由于資金、交通管理等原因，暫時(shí)無(wú)法提升橋梁本體安全的，可臨時(shí)采取加裝主動(dòng)預(yù)警裝置，輔助降低風(fēng)險(xiǎn)。

主動(dòng)預(yù)警裝置主要包括激光雷達(dá)視頻跟蹤防碰撞預(yù)警系統(tǒng)和橋梁凈高顯示裝置。

激光雷達(dá)視頻跟蹤防碰撞預(yù)警系統(tǒng)基于電子航道圖進(jìn)行偏航檢測(cè)，通過(guò)橋梁安裝的雷達(dá)及后臺(tái)船舶避碰系統(tǒng)AIS信息，對(duì)橋區(qū)水域船舶進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，使用航道球形、槍形攝像機(jī)對(duì)橋區(qū)水域開(kāi)展全要素視頻監(jiān)測(cè)，運(yùn)用激光交叉檢測(cè)技術(shù)，防止超高船舶進(jìn)入橋區(qū)刮碰通航孔橋梁梁底。當(dāng)系統(tǒng)判斷出船舶有偏航等異常行為，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)橋側(cè)安裝的三色大型警示燈板和高音喇叭進(jìn)行警示與干預(yù)。

橋梁凈高顯示裝置通過(guò)水位傳感器采集實(shí)時(shí)水位數(shù)據(jù)，與橋梁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息、橋梁通航要求，根據(jù)邏輯運(yùn)算形成橋梁實(shí)時(shí)凈高數(shù)據(jù)，通過(guò)安裝在通航孔上方的液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示。另外比較直觀的方法就是在橋柱上安裝凈高倒水尺。水尺在夜間會(huì)存在可視性較差的問(wèn)題，而且受到橋柱尺寸的限制，字體大小受限，可視距離短。但液晶顯示屏系統(tǒng)對(duì)維護(hù)提出了很高的要求，存在誤報(bào)誤顯的問(wèn)題，目前在遠(yuǎn)程控制方面已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)屏幕、遠(yuǎn)程修正補(bǔ)償、數(shù)據(jù)異常自動(dòng)息屏、設(shè)備異常自動(dòng)息屏等功能，避免了誤報(bào)誤顯可能造成的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 橋區(qū)水域通航保障措施

必須確保整治航道維護(hù)尺度滿足規(guī)范要求，航標(biāo)設(shè)置規(guī)范、發(fā)光正常，要按照航道養(yǎng)護(hù)規(guī)定和技術(shù)規(guī)范加強(qiáng)橋區(qū)水域水上航標(biāo)的維護(hù)與管理，加強(qiáng)航道水深測(cè)量與保障橋區(qū)航道維護(hù)水深年保證率、水上航標(biāo)維護(hù)正常率達(dá)到規(guī)范要求。特別要注意汛期對(duì)受損、漂移的航標(biāo)要及時(shí)修復(fù)、復(fù)位，確保橋區(qū)水域助航設(shè)施安全隱患“動(dòng)態(tài)清零”。

3.3 船舶航行安全措施

船舶航經(jīng)橋區(qū)水域時(shí)，駕駛?cè)藛T應(yīng)掌握通航橋孔凈空尺度等參數(shù)，從限定的通航橋孔通過(guò)。船舶通過(guò)橋區(qū)水域，應(yīng)當(dāng)保持主機(jī)、舵、錨、航行信號(hào)、導(dǎo)航設(shè)備、拖帶設(shè)備及應(yīng)急設(shè)備處于良好技術(shù)狀態(tài)，遵守橋區(qū)水域的限速規(guī)定，保持安全航速航行。

基于船舶駕駛員的不安全駕駛行為是引起水上安全事故的重要原因，要推進(jìn)船舶駕駛智能監(jiān)控，重點(diǎn)關(guān)注駕駛艙駕駛行為安全監(jiān)控。在汽車領(lǐng)域，已經(jīng)有基于物聯(lián)網(wǎng)的檢測(cè)系統(tǒng)，這種數(shù)字化系統(tǒng)通過(guò)對(duì)人眼睛的凝視角度及其動(dòng)態(tài)變化、頭部位置和方向的變化、身體姿態(tài)變化等進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和測(cè)量，建立駕駛?cè)搜鄄款^部特征與疲勞狀態(tài)的關(guān)系判斷模型，及時(shí)提醒駕駛?cè)?。在船舶駕駛艙同樣可以引入該監(jiān)控設(shè)施避免疲勞駕駛可能引發(fā)的偏航事故，特別是船舶經(jīng)常會(huì)夜間航行，更加需要對(duì)船舶駕駛行為進(jìn)行智能提醒干預(yù)。

3.4 履行部門(mén)職責(zé)加強(qiáng)管理服務(wù)

防范船舶碰撞橋梁工作涉及到橋梁業(yè)主和船舶企業(yè)，更是相關(guān)交通運(yùn)輸、航道、海事部門(mén)的應(yīng)盡職責(zé)，需要各部門(mén)各單位協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，強(qiáng)化監(jiān)管，提升服務(wù)水平，共同營(yíng)造安全有序的橋區(qū)通航環(huán)境。

管理部門(mén)要加強(qiáng)普遍的和個(gè)性化的信息推送服務(wù)工作。如依托智慧海事，可以強(qiáng)化橋區(qū)通航船舶的動(dòng)態(tài)信息服務(wù)；智慧航道建設(shè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)航道、航標(biāo)、水位、船閘、船舶和橋梁的泛在物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，形成了航道全要素一體化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系，滿足電子航道圖、船閘聯(lián)合調(diào)度信息、船舶動(dòng)靜態(tài)信息、橋梁凈空高度的聯(lián)合發(fā)布要求，要充分挖掘數(shù)據(jù)應(yīng)用，為船舶通過(guò)橋區(qū)的航行提供實(shí)時(shí)信息服務(wù)。另外，在汛期等特殊時(shí)段，可以對(duì)重點(diǎn)航段測(cè)繪流速流向，及時(shí)向船舶提供，為預(yù)防性駕駛服務(wù)。

4.需要關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題

4.1 橋梁實(shí)時(shí)凈高遠(yuǎn)程信息服務(wù)

橋梁凈高信息通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)顯示屏發(fā)布，存在可視距離有限、顯示設(shè)備可能異常等問(wèn)題。隨著智能技術(shù)的應(yīng)用和公眾智能手機(jī)的普及，下一步要重點(diǎn)開(kāi)發(fā)APP或者小程序推送信息服務(wù)，將現(xiàn)場(chǎng)感知終端的實(shí)時(shí)凈高數(shù)據(jù)推送到客戶手機(jī)端，讓船舶駕駛者隨時(shí)能掌握橋梁通航凈高信息，而且還可以通過(guò)觀察現(xiàn)場(chǎng)的水尺相互驗(yàn)證，確保信息準(zhǔn)確無(wú)誤。

4.2 橋梁通航凈空高度的冗余設(shè)計(jì)

通航凈空高度起算面對(duì)內(nèi)河航道一般采用10-20年洪水重現(xiàn)期的水位，按規(guī)范計(jì)算的凈空高度與每年實(shí)際運(yùn)行時(shí)橋下可通航的高度存在比較大的偏差，尤其是在水位差比較大的山區(qū)丘陵地帶內(nèi)河水域更加明顯，為提高橋下可通航高度空間的利用率，在橋區(qū)通航孔安裝凈高顯示裝置，可有效適應(yīng)部分超設(shè)計(jì)高度船舶安全通過(guò)橋區(qū)。橋梁實(shí)際通航高度要通過(guò)實(shí)時(shí)水位測(cè)量并考慮安全富裕高度后確定。這里要特別注意安全富裕高度的確定，規(guī)范規(guī)定通航海輪的內(nèi)河水域或有掩護(hù)的海域取2 m，波浪較大的開(kāi)敞海域且建在重要航道上的橋梁取4m，《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》中未明確相關(guān)規(guī)定，因凈高顯示系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)測(cè)量的水位計(jì)算，本身安全富裕較小，再加上測(cè)量可能存在的誤差，所以，需研究論證明確安全富裕高度，確保凈高信息的準(zhǔn)確，當(dāng)前北江一般按1m富裕高度預(yù)留。

4.3 橋梁通航凈空寬度要求變化

橋梁通航凈空寬度是保障橋區(qū)水域航行安全最重要的指標(biāo)之一，而且一經(jīng)確定，無(wú)法通過(guò)后續(xù)工程措施或者管理措施進(jìn)行變更。在《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》90版中以船隊(duì)隊(duì)形尺度確定通航橋梁凈空寬度最低要求，規(guī)定1000噸級(jí)航道通航孔凈空寬度不小于40m，同時(shí)規(guī)定橋墩處如有顯著的紊流則要增加兩側(cè)紊流的寬度。在《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》2004版和2014版中增大單孔單向通航孔凈空寬度為不小于55m，這主要是為了保證船舶和橋梁的安全，并考慮了橋梁相關(guān)工程技術(shù)進(jìn)步情況。這就造成了在2004年以前建成的橋梁將由于規(guī)范的變化成為不滿足通航要求的橋梁，尤其是航道擴(kuò)能升級(jí)時(shí)對(duì)這些橋梁的處置成為難點(diǎn)，既要確保安全又要實(shí)事求是。建議在此情況下要充分考慮橋梁的歷史實(shí)際情況，統(tǒng)籌考慮橋梁和通航安全，結(jié)合《內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)》附錄C中有關(guān)天然和渠化河流水上過(guò)河建筑物通航凈寬的計(jì)算方法確定，如現(xiàn)狀橋梁滿足計(jì)算要求但達(dá)不到新規(guī)范規(guī)定的55m要求，可以暫不考慮拆除重建，避免增加投資負(fù)擔(dān)。

4.4 橋墩移動(dòng)式柔性防撞設(shè)施的可靠性

在橋墩上下游設(shè)置分離式被動(dòng)防撞墩是可靠安全的方式，但是也面臨著成本高、施工難度大、周期長(zhǎng)的問(wèn)題，有時(shí)可能還會(huì)使橋區(qū)水域出現(xiàn)新的紊流。當(dāng)在通航凈空寬度足夠的情況下，在橋墩上設(shè)置柔性防撞設(shè)施成為一種選擇，尤其是在水位差比較大的情況下可以沿著橋柱導(dǎo)軌上下移動(dòng)，能以較低的成本實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁的防護(hù)。但是從實(shí)際使用情況看，一旦出現(xiàn)船舶碰撞橋梁的情況，雖然橋梁和船舶都得到了保護(hù)，但柔性防撞設(shè)施可能成為“一次性”產(chǎn)品，在修復(fù)期間橋區(qū)水域的航行安全存在很大的隱患，這個(gè)時(shí)間短則3個(gè)月，有時(shí)需要半年。因此對(duì)柔性防撞設(shè)施需要從結(jié)構(gòu)、材料等方面進(jìn)行深入的研究和試驗(yàn)，力爭(zhēng)做到小碰不破、中碰可修、大碰不毀，只此才能使柔性防撞設(shè)施得到更多的應(yīng)用。

4.5 橋區(qū)水域船舶偏航檢測(cè)

橋區(qū)水域船舶偏航檢測(cè)要與電子航道圖應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，應(yīng)用VTS系統(tǒng)通過(guò)雷達(dá)掃描，并基于電子航道圖的航跡線，跟蹤進(jìn)入橋區(qū)船舶的位置、航速、航向等參數(shù)，對(duì)橋區(qū)水域出現(xiàn)的異常情況作出快速響應(yīng)。進(jìn)一步分析船舶通過(guò)橋區(qū)的空間航跡線分布規(guī)律，尤其是不同水文季節(jié)的相關(guān)情況，有針對(duì)性地提醒過(guò)往船舶采取必要的措施，將可以提高響應(yīng)干預(yù)的精準(zhǔn)性和及時(shí)性，有效減少和避免橋區(qū)水域事故發(fā)生。另外橋區(qū)電子航道圖還可以增加橋區(qū)特設(shè)虛擬航標(biāo)輔助航行或者開(kāi)發(fā)三維仿真應(yīng)用。

4.6 類“橋洞式通航”問(wèn)題

由于交通流量的加大，在舊橋邊上擴(kuò)建新橋，或者在兩側(cè)加建橋梁的情況時(shí)有發(fā)生，此時(shí)重點(diǎn)考慮了交通路網(wǎng)的需求，對(duì)船舶航行安全往往會(huì)產(chǎn)生不利的影響。橋群出現(xiàn)的情況下，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范沒(méi)有對(duì)類似橋梁通航凈寬尺度的計(jì)算提出明確要求，船舶在類似“橋洞式通航”情況下，建議進(jìn)行仿真試驗(yàn)，驗(yàn)證相關(guān)通航保障措施的可靠性和可操作性。

4.7 船舶失控撞擊非通航孔的防范

船舶失控撞擊將導(dǎo)致被動(dòng)防撞系統(tǒng)和主動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)均不能有效發(fā)揮作用，如2018年9月24日，廣清高速連接線跨白坭河大橋左岸第一跨的橋墩受到舵機(jī)失效船舶的撞擊，造成該繁忙路段交通管制封閉超過(guò)4個(gè)月，對(duì)廣州西北部的交通造成了比較大的影響。對(duì)于這樣的情況，提醒我們要對(duì)特別重要橋梁且通航密度較大的橋區(qū)水域研究采取一些非常規(guī)的特殊措施，避免小概率事件可能造成對(duì)橋梁運(yùn)行的嚴(yán)重影響。

5.結(jié)語(yǔ)

防范船舶碰撞橋梁是水運(yùn)安全領(lǐng)域的重要課題，涉及橋梁、交通、海事、航道多個(gè)管理部門(mén)，必須加強(qiáng)協(xié)調(diào)，建立健全安全管理責(zé)任體系，完善橋區(qū)標(biāo)志標(biāo)識(shí)，提高航道通航服務(wù)水平，規(guī)范橋區(qū)水域船舶通航秩序，提升橋梁防撞能力，確保橋區(qū)水域航行安全。