巴添

【摘 要】目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于船撞橋概率的計(jì)算方法很多，但難以滿(mǎn)足不同的航道條件下船撞橋概率的研究。本文著重分析了建橋影響以及航道條件對(duì)船撞橋概率的影響，可為計(jì)算船撞橋概率的研究及設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考。

【關(guān)鍵詞】概率模型;橋梁選址;船撞概率;通航安全

中圖分類(lèi)號(hào)： U441.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）35-0225-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.35.110

0 引言

由于船撞橋是一個(gè)偶然事件，而且船撞橋概率計(jì)算的參數(shù)選取涉及的因素很多，航道上建設(shè)的眾多橋梁，不僅對(duì)船舶航道、航道尺度和通航水流條件的改變很大。而且其產(chǎn)生的后果在一定程度上可誘發(fā)河勢(shì)及河床的演變，同時(shí)也較大程度的增加了船舶撞擊橋梁的風(fēng)險(xiǎn)及通航安全隱患，所以船撞橋概率計(jì)算是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程?，F(xiàn)有的模型主要有AASHTO模型[1]，KUNZI模型，歐洲規(guī)范模型[2]，但是他們的使用有一定的局限性。本文首先分析了三大模型存在的問(wèn)題，而后分析建橋影響以及航道條件對(duì)船撞橋概率的影響。

1 現(xiàn)有的船撞橋概率模型

1.1 AASHTO規(guī)范模型（基于偏航概率與幾何概率）

（1）未反應(yīng)水位的變化對(duì)船撞橋概率的影響。

（2）在無(wú)法獲得當(dāng)?shù)刭Y料時(shí)，未對(duì)與統(tǒng)計(jì)概率之間的關(guān)系作明確的規(guī)定。

（3）規(guī)范用理想航道為中心線(xiàn)，船長(zhǎng)為標(biāo)準(zhǔn)差的正態(tài)分布模型來(lái)計(jì)算幾何概率，但實(shí)際上包含更多的事件順序和復(fù)合概率。

（4）參數(shù)取值是根據(jù)歷史上美國(guó)和歐洲的船撞和擱淺資料，未考慮其他的國(guó)家的實(shí)際情況，故不全面。

（5）雖然強(qiáng)調(diào)了狹窄和寬闊水域的區(qū)別，但忽略了停船因素的影響。

（6）經(jīng)驗(yàn)公式中但并不包括風(fēng)，能見(jiàn)度條件，助航設(shè)備等因素的影響，意味著船舶進(jìn)入船橋撞擊區(qū)，這種狀態(tài)就會(huì)持續(xù)到發(fā)生事故，與實(shí)際上人發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)后就減速，調(diào)整航向等實(shí)際情況不符。

1.2 KUNZI模型（基于船撞橋事故發(fā)生前船與橋墩相互位置）

（1）雖然提出了偏航角和停泊距離，并采用積分來(lái)計(jì)算碰撞概率，物理意義較明確，但忽略了船舶在橋區(qū)的橫向分布，只考慮了針對(duì)船舶的單條航跡。

（2）有關(guān)船舶的參數(shù)，只給出了建議值和參考值，未給出具體的估算方法。

（3）未考慮水位對(duì)船撞橋概率的影響。

（4）模型認(rèn)為船舶偏航后，人會(huì)對(duì)航向采取措施，忽視了人可能處于無(wú)意識(shí)狀態(tài)情況。

1.3 歐洲規(guī)范模型（基于失效路徑的積分算法）

歐洲規(guī)范模型雖然考慮了船舶在橋區(qū)的橫向分布，所處位置對(duì)事故的影響以及單位航程事故率的變化，理論推導(dǎo)嚴(yán)謹(jǐn)，但是計(jì)算時(shí)缺乏較為合理的定量表達(dá)式。

上述三種模型普遍存在以下缺陷：

（1）由于當(dāng)時(shí)事故資料不足，模型不能全面反映各種因素的影響。

（2）未充分體現(xiàn)不同航道上橋梁的主要風(fēng)險(xiǎn)源的區(qū)別。大量的船撞橋事故表明，各種影響因素不是獨(dú)立的起作用，它們之間會(huì)互相影響，產(chǎn)生耦合效應(yīng)。現(xiàn)實(shí)中，大船撞橋次數(shù)很少，相比之下，小船撞橋較頻繁，其中一個(gè)重要原因是大噸位船舶撞橋后果嚴(yán)重程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于小船，因此船舶操縱人員過(guò)橋時(shí)常常保持很高的警惕性.因而，準(zhǔn)確把握船撞橋概率需要考慮各種影響因素的綜合效果，考察其如何影響船撞橋事故的發(fā)生。

綜上所述，各模型的適用條件有一定的局限性，不能適用于所有情況[3-6]，所以，建立一個(gè)完善的全面考慮各參數(shù)與條件的船撞概率計(jì)算模型是迫在眉睫的。

2 修正AASHTO模型

現(xiàn)有的AASHTO模型中，并未考慮建橋因素和航道條件。對(duì)于在不同類(lèi)型河道和不同跨度情況下船撞橋概率等相關(guān)的研究甚少，其物理意義和反映的參數(shù)不全。

2.1 建橋因素對(duì)船撞橋概率的影響

在橋梁對(duì)航運(yùn)產(chǎn)生影響的諸多因素中，通航橋孔墩位的布設(shè)位置和橋墩形狀的設(shè)計(jì)是其中重要的因素。在計(jì)算中可以通過(guò)引入墩型系數(shù)來(lái)考慮橋墩墩型對(duì)船撞橋概率的影響。橋墩附近沖刷后，橋墩附近水流結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變化，往往會(huì)產(chǎn)生較為激烈的紊流和渦流，使過(guò)往船舶難于操控。

影響橋區(qū)流速、流態(tài)的因素多而復(fù)雜，河道流速在橫向（順橋向）的分布是呈拋物線(xiàn)狀，即主航道（主通航橋孔）區(qū)域流速較大，航道邊緣及外側(cè)的（輔助橋孔）的流速較小，這在山區(qū)河流上體現(xiàn)的尤為突出。同時(shí)由于橋墩的阻水作用，導(dǎo)致橋墩上游水位壅高，流速減緩，墩間流速加大，墩側(cè)出現(xiàn)流速梯度較大區(qū)域。

當(dāng)河道中建有多座橋梁時(shí)，航行難度明顯增加。當(dāng)橋梁之間間距足夠大時(shí)，船舶有充分的時(shí)間和航行距離來(lái)調(diào)整航向，因而發(fā)生船舶偏離航線(xiàn)的幾率較小;若橋梁之間間距較小，不但對(duì)船舶航路、航道尺度和通航水流條件的改變很大，在一定程度上可誘發(fā)河勢(shì)及河床的演變，而且也較大程度地增加了船撞橋的風(fēng)險(xiǎn)及通航安全隱患;當(dāng)船舶在不同橋型和橋垮的橋群下航行時(shí)，需要連續(xù)駕駛船舶躲避多座橋梁的橋墩，因船舶航行視線(xiàn)較差，同時(shí)缺少足夠的時(shí)間和距離調(diào)整航向，極易因操縱不當(dāng)或失控撞上橋梁。特別對(duì)于洪水期高速下行的船舶來(lái)講，因船舶對(duì)岸航速較高，很難保證船舶沿正常航路航行，稍有不慎就將發(fā)生船撞橋事故。

當(dāng)橋梁間距無(wú)法滿(mǎn)足要求時(shí)，若加大橋梁跨度或采用“一跨過(guò)江”的橋梁方案，可有效避免建橋影響，但由于空間與資金的限制，常常需要充分驗(yàn)證不同橋梁間距與橋梁布設(shè)方案對(duì)通航環(huán)境的影響，以采取經(jīng)濟(jì)合理的布設(shè)方案。

對(duì)于船撞橋概率的計(jì)算，船舶操縱人員的作用是不可忽略也是很難預(yù)測(cè)的，船舶操縱人員根據(jù)實(shí)際水流等情況采取的航行方式反過(guò)來(lái)影響水流的流速與夾角等，所以對(duì)于船撞橋概率的計(jì)算是一個(gè)涉及因素極多而又復(fù)雜的過(guò)程。

因此要考慮建橋因素中橋墩橋型以及橋墩對(duì)水流條件的影響，以及橋梁之間的間距大小，對(duì)AASHTO中幾何概率與偏航概率的影響才能更加準(zhǔn)確的反映船撞橋概率的大小。

2.2 航道條件對(duì)船撞橋概率的影響

順直河道、彎曲河道以及分汊河道等典型河段，最大舵角隨彎曲半徑的減小而逐漸增加，說(shuō)明隨著彎曲半徑的減小，船隊(duì)越不易于操縱。最大漂角隨彎曲半徑的增大而逐漸減小，說(shuō)明隨著彎曲半徑的增加，所需航寬減小，橋梁通航凈寬減小。

彎曲河流在彎道環(huán)流作用下常伴有泡漩、回流、橫流等，引起流速分布不均，水流條件復(fù)雜;同時(shí)在洪、中、枯水位時(shí)，水流流向和主流線(xiàn)位置是變化無(wú)常的，因而船舶航線(xiàn)是變化的，這對(duì)橋墩的布置和橋跨的確定造成了較大的困難，甚至難以滿(mǎn)足船舶航行的條件。因此，在橋群河段上布置橋跨時(shí)，應(yīng)充分考慮河槽的水流條件和船舶航跡線(xiàn)等因素。

對(duì)于分汊河道，常見(jiàn)的是橫流，在洲頭分流區(qū)，在洲尾匯流區(qū)，兩汊水流交匯，相互碰撞、擠壓、摩擦，產(chǎn)生一系列旋渦，汊道對(duì)通航條件的影響主要表現(xiàn)在分流比、分汊比以及橫向挑流等導(dǎo)致的航道水流變化，其形式多樣且十分復(fù)雜。

由于航道條件涉及的因素也很多，在以后的研究中應(yīng)收集并完善航道條件對(duì)船撞橋概率影響的經(jīng)驗(yàn)。

3 結(jié)論

由于船撞橋是一個(gè)偶然事件，我們應(yīng)充分考慮各種因素及情況，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，合理的觀(guān)測(cè)并統(tǒng)計(jì)出符合實(shí)際的數(shù)據(jù)，從而全面并較準(zhǔn)確的計(jì)算出船撞橋概率。因此，在計(jì)算船撞橋概率中，建橋因素以及航道條件是不得不考慮的因素。

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