航空兵打擊橋梁目標部位選擇研究

潘長鵬 劉陽 孫守福 曾松林

摘 要：橋梁雖為大型土木工程，但因其結(jié)構(gòu)特點，航空兵攻擊橋梁非常困難，在攻擊方法上也存在較大爭議。 本文基于灰色關(guān)聯(lián)理論，突出作戰(zhàn)思維和作戰(zhàn)規(guī)律，結(jié)合層次分析法對關(guān)聯(lián)度權(quán)重進行改進，研究形成符合客觀和實戰(zhàn)需要的橋梁類目標打擊部位選擇方法，并通過算例予以舉證。 該方法可以為戰(zhàn)時打擊橋梁目標選擇決策提供定性與定量相結(jié)合的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：灰色關(guān)聯(lián);層次分析;航空兵;橋梁目標;部位選擇

中圖分類號：TJ760;V19? 文獻標識碼：?? A?? 文章編號：1673-5048（2022）01-0074-05[SQ0]

0 引? 言

橋梁通常是戰(zhàn)場交通樞紐和關(guān)鍵節(jié)點，突擊關(guān)鍵橋梁會有效遲滯作戰(zhàn)進程，甚至使整個交通系統(tǒng)癱瘓，作戰(zhàn)效用明顯。 突擊橋梁是航空兵空中封鎖、近距空中支援作戰(zhàn)中的典型行動樣式。 橋梁目標種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常可分為梁式橋、拱式橋、懸索橋、斜拉橋、鋼構(gòu)橋和組合體系橋。 由于不同目標的受力結(jié)構(gòu)、易損性能、修復(fù)性能等差異較大，因此在作戰(zhàn)行動發(fā)起前，需要通過科學(xué)規(guī)范的計算評估，精選橋梁打擊部位，以提高作戰(zhàn)行動效益。

本文采用灰色關(guān)聯(lián)理論[1-2]與層次分析法[3]相結(jié)合的方法研究橋梁目標的要害打擊部位。 灰色關(guān)聯(lián)分析是以各因素的樣本數(shù)據(jù)為依據(jù)，用灰色關(guān)聯(lián)度來描述因素間關(guān)系的強弱、大小和次序的方法[4]。 其核心是對因素所對應(yīng)的曲線間的幾何形狀進行分析比較，計算各因素關(guān)聯(lián)度。 原有的關(guān)聯(lián)度計算公式對各樣本采用等權(quán)處理，客觀性相對較差，當實際問題中各樣本的權(quán)重存在差異時，原有的關(guān)聯(lián)度計算方法難以真實反映實際情況。 本文基于層次分析法，對關(guān)聯(lián)度的計算進行改進，從而很好地解決了這一問題，使得分析結(jié)論更加具備參考價值。

1 橋梁目標構(gòu)造描述

橋梁通常由上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、支座和附屬設(shè)施組成。

1.1 上部結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)指橋梁支座以上的部分，包括橋面構(gòu)造和橋跨結(jié)構(gòu)兩個部分。 橋跨結(jié)構(gòu)是橋梁中直接承載橋上的交通載荷、架空的主體結(jié)構(gòu)部分，該部分的主要研究對象是主梁。 廣義上講，主梁指承受全橋載荷的主結(jié)構(gòu)，包括梁式橋中的梁、拱式橋中的拱、懸索橋中的懸索等;狹義上講，主梁專指梁式橋中用于承受全橋載荷的一根或幾根梁體，通常置于支座與橋面之間。 橋面構(gòu)造是為了保證橋跨結(jié)構(gòu)上方能夠正常通行而建造的各種設(shè)施或附屬結(jié)構(gòu)，如公路橋的行車道鋪裝， 鐵路橋的枕木、鋼軌、欄桿等。

1.2 下部結(jié)構(gòu)

下部結(jié)構(gòu)指橋梁支座以下的部分，也叫支承結(jié)構(gòu)，包括橋墩、橋臺以及墩臺的基礎(chǔ)，是支撐上部結(jié)構(gòu)、向下傳遞載荷的結(jié)構(gòu)物。 橋臺設(shè)在橋跨結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，橋墩則均勻設(shè)置在兩側(cè)橋臺之間。 橋臺除了起到支撐和傳力作用外，還起到與路堤銜接、加固路堤防滑塌的作用。 因此，通常在橋臺周圍設(shè)置錐形護坡。

1.3 支座

支座設(shè)置在橋跨結(jié)構(gòu)與墩臺之間，連接橋跨結(jié)構(gòu)和橋梁墩臺，以提供載荷傳遞路徑。

1.4 附屬設(shè)施

附屬設(shè)施是指除上部、下部結(jié)構(gòu)以外的其他橋梁結(jié)構(gòu)部分，包括橋頭錐形護坡、橋頭引道、橋頭建筑、導(dǎo)流構(gòu)造物、綠化及美化設(shè)計等。

以上是針對典型橋梁的構(gòu)造介紹，不同類型的橋梁又有不同的應(yīng)力結(jié)構(gòu)和載荷傳遞途徑。 如梁橋的主要受力構(gòu)件是主梁與橋墩，載荷傳遞途徑是：載荷→主梁→支座→橋墩→地基。 拱橋的主要受力構(gòu)件是拱圈，載荷傳遞途徑是：汽車→橋面→吊桿（或立柱）→拱圈→基礎(chǔ)。 斜拉橋的主要受力構(gòu)件有橋塔、拉索、主梁，載荷傳遞途徑是：載荷→主梁→拉索→橋塔→基礎(chǔ)。 懸索橋的主要受力構(gòu)件是大纜、橋塔和錨定，載荷傳遞途徑是：載荷→加勁梁→吊桿→大纜→橋塔→錨定。

2 改進灰色關(guān)聯(lián)度分析的模型與步驟

2.1 運用層次分析法評估橋梁體系的指標權(quán)重

2.1.1 建立橋梁目標的層次結(jié)構(gòu)模型

在作戰(zhàn)行動中，對橋梁目標打擊的目的是在規(guī)定時間內(nèi)限制或削弱橋梁功能，以達成阻斷敵交通運輸、遲滯敵行動、切斷敵前后方聯(lián)系等作戰(zhàn)目的。 在任務(wù)規(guī)劃過程中，需要根據(jù)作戰(zhàn)企圖、作戰(zhàn)環(huán)境、目標特性等具體情況，精選打擊部位。 本文選取子目標的抗毀傷能力、修復(fù)時間、武器命中難易程度和需要實現(xiàn)的戰(zhàn)術(shù)意圖等4個主要因素進行分析決策。 橋梁目標的層次結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

3 實例分析

3.1 作戰(zhàn)任務(wù)

根據(jù)作戰(zhàn)命令，出動航空兵支援地面兵力實施空中遮斷作戰(zhàn)，對敵占區(qū)某公路橋梁實施突擊。 據(jù)情報掌握，該橋梁為鋼筋混凝土材質(zhì)的連續(xù)梁橋，橋長150 m， 橋面寬50 m，3根橋墩均勻支撐。 要求對橋梁達成中度毀傷，遲滯敵運輸行動。

3.2 打擊部位選擇分析

（1） 分析該橋梁結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等特性，可選擇的打擊部位包括橋墩、主梁、橋面跨體、支座（橋墩與主梁結(jié)合部位）、橋臺5個子目標，建立層次結(jié)構(gòu)模型，如圖3所示。

指標層元素權(quán)重比較如表3所示。

（12）

W=（0.20， 0.07， 0.20， 0.53）T（13）

對權(quán)值進行一致性檢查，利用式（2）～（3）計算可得：CI=0.007 3;CR=0.007 3/0.9=0.008 1<0.1。

經(jīng)計算，指標層要素權(quán)值通過一致性檢查。

（2） 確定參考序列和比較序列

毀傷一座橋梁的經(jīng)驗戰(zhàn)術(shù)是毀傷橋面或支撐橋面的結(jié)構(gòu)組件[7]。 一般來說，橋墩非常堅固，而且彈藥回彈的可能性很高，毀傷橋墩將直接摧毀橋梁，重建也非常困難;主梁是橋梁的重要支撐部件，結(jié)構(gòu)堅固，打斷主梁通常導(dǎo)致橋梁重度毀傷;橋面跨體相對其他部位較為容易命中，但若只在橋面穿洞，則修復(fù)較為容易;支座作為橋墩和主梁的結(jié)合部位一般比較容易被損毀，但處在橋墩與主梁之間，暴露面積小，不易被命中;橋臺較為厚重結(jié)實，較難摧毀，但正面面積大，比較容易命中。 基于以上基本認識，確定參考序列和比較序列，如表4所示。

需要說明的是，易損性、修復(fù)性、攻擊難易性由橋梁自身特性和彈藥毀傷性能決定，而橋梁結(jié)構(gòu)分析涉及結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)、流體力學(xué)等很多領(lǐng)域[8]，需要針對具體對象、借助專業(yè)的有限元分析軟件進行計算。 本文重在探索打擊部位選擇的分析方法，對各個序列進行概略賦值，其數(shù)值的科學(xué)性論證從略。

（3） 由于該問題中參考序列和比較序列數(shù)據(jù)均為無量綱評價數(shù)據(jù)，直接給出初值像數(shù)據(jù)X′0（k）和X′i（k）， 如表5所示。

（4） 由式（7）計算X′0（k）與X′i（k）對應(yīng)分量差的絕對值序列矩陣，如表6所示。

由式（8）～（9）計算得：M=4;m=0 。

（5） 由式（10）計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣，如表7所示。

（6） 由式（11）計算比較序列對參考序列的灰色關(guān)聯(lián)度，如表8所示。

3.3 打擊部位選擇結(jié)論

根據(jù)以上灰色關(guān)聯(lián)度分析，打擊該鋼筋混凝土材質(zhì)連續(xù)梁橋的部位選擇優(yōu)先順序為支座、橋面跨體或橋臺（并列）、主梁、橋墩。 需要說明的是，上述打擊順序是針對具體橋梁類型、材質(zhì)結(jié)構(gòu)、毀傷程度指標、攻擊武器等因素的特定分析結(jié)果，因此，本文得出的具體結(jié)論不具備普適性，但基于改進的灰色關(guān)聯(lián)度方法可普遍用于橋梁類目標打擊部位選擇分析。

4 結(jié)? 論

影響橋梁目標打擊部位選擇的因素較多，既包括目標特性、武器特性等靜態(tài)因素，也包括作戰(zhàn)意圖、作戰(zhàn)環(huán)境等動態(tài)因素，因此，在部位選擇上需要綜合兩類因素具體分析，研究的實質(zhì)是動態(tài)條件下的策略選擇問題。 本文采用改進的灰色關(guān)聯(lián)度分析方法進行研究，主要有2個創(chuàng)新點：一是將層次分析法與灰色關(guān)聯(lián)度分析相結(jié)合，改進各因素的關(guān)聯(lián)度權(quán)重，更加真實地反映各因素對決策的影響效果;二是在灰色關(guān)聯(lián)度分析中，虛擬設(shè)置一個基準序列，該基準序列反映的是作戰(zhàn)人員理想中的最佳目標模型，并且基準序列的賦值可以根據(jù)作戰(zhàn)意圖的變化而實時調(diào)整，解決策略選擇中影響因素的動態(tài)變化問題。 本文選取了目標易損性、修復(fù)性、攻擊難易性和預(yù)期戰(zhàn)術(shù)效果4個主要因素進行分析，以作示例，給出的分析方法具有可拓展性。 在實際運用過程中，可以根據(jù)需要增加因素變量，使決策更加科學(xué)實用。 下一步還需系統(tǒng)結(jié)合橋梁工程知識，對序列賦值的科學(xué)性進行深入的論證研究。

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Research on the Selection of Bridge Attacking Position for Aviation

Pan Changpeng1，Liu Yang1， 2*，Sun Shoufu1，Zeng Songlin1

（1. Naval Aviation University，Yantai 264000，China;2. Unit 91286 of PLA，Qingdao 266000，China）

Abstract： Although the bridge is a large civil engineering，it is very difficult for air force to attack? because of its structural characteristics，and there is a big controversy on the attack methods. Based on the grey correlation theory，the operational thinking and operational law are highlighted，and the weight of the correlation degree is improved by combining with analytic hierarchy process. A method for selecting the strike position of bridge targets is studied，which meets the objective and actual combat need. The method is proved by an example， and it can provide a combination of qualitative and quantitative reference for the decision-making of attacking bridge targets in wartime.

Key words：? grey correlation;analytic hierarchy process;aviation;bridge target;position selection

收稿日期：2021-05-14

作者簡介：潘長鵬（1977-），男，山東龍口人，教授。

通訊作者：劉陽（1985-），男，遼寧阜新人，碩士研究生。