高等级航道防范船舶碰撞桥梁对策研究

高等级航道防范船舶碰撞桥梁对策研究

万长征 廖瑾平

江西省赣中航道事务中心，江西抚州344000

摘要：航道防范船舶碰撞桥梁是航运安全领域中至关重要的议题，特别是在高等级航道上。高等级航道作为连接不同港口的重要通道，承担着大量船舶的通行任务，船舶与桥梁之间的安全问题显得尤为突出。碰撞事故不仅会造成桥梁和船舶的损坏，也可能导致人员伤亡和环境污染等严重后果。为了减少这类事故的发生，各国纷纷提出了各种防范措施，同时不断探索创新技术和方法，以提升航道安全水平。基于此，本文深入探讨高等级航道防范船舶碰撞桥梁对策，以供参考。

关键词：高等级航道；防范船舶碰撞桥梁；智能监控

前言：高等级航道防范船舶碰撞桥梁的对策涉及多方面因素，包括航道规划设计、桥梁结构建设、船舶导航技术以及交通管理监控等。有效的对策既需要技术手段的支持，也需要各个环节的协调配合。在当前数字化技术迅速发展的背景下，数字航道、智能导航等新概念也逐渐成为防范船舶碰撞桥梁的重要手段。

1.船舶驾驶智能监控

在高等级航道上，船舶驾驶智能监控系统是防范船舶碰撞桥梁的重要技术手段。这一系统通常集成了多种传感器、数据处理单元、通信设备以及决策支持功能，以确保船舶在高风险区域的安全导航。智能监控系统依赖于对船舶动态的精确捕捉，这通常由全球定位系统（GPS）、自动识别系统（AIS）（图1）及雷达等技术提供支持。GPS可以实时提供船舶的准确位置信息，AIS系统则能提供周围船舶的身份、位置、航向和速度等信息。雷达则用于绘制航道周围的实时图像，特别是在能见度不高的情况下。这些数据被实时传输到船舶驾驶室及岸基监控中心。在此基础上，船舶的电子海图显示和信息系统（ECDIS）能够实时地将这些动态数据与预存的航道、桥梁结构数据及航行规则相结合，为船员提供综合的导航信息。

除了基本的位置和导航信息外，船舶驾驶智能监控系统还整合了各种传感器，如风速风向仪、流速流向仪、深度探测器以及船舶本身的动力系统监控传感器等。这些传感器提供的数据能够帮助系统评估当前航行环境和船舶性能状态，预测潜在的风险并提供预警。智能监控系统的核心是其决策支持模块，该模块通常包含复杂的算法，如机器学习和人工智能算法。这些算法可以学习船舶过往的航行数据，包括成功避免桥梁碰撞的案例，从而预测并识别潜在的碰撞风险。当系统评估到风险时，它可以通过多种方式向船员发出预警，如视觉和声音警报，并提出建议的避碰措施。在极端情况下，系统甚至可以启动自动纠偏程序，通过船舶的自动驾驶系统调整船舶航向和速度，避免碰撞的发生。

岸基监控中心也是整个系统的重要组成部分。智能监控系统实时传输的数据不仅供船舶驾驶员使用，还会传输到岸基监控中心。中心的工作人员会对这些数据进行进一步的分析和评估，他们可以在发现潜在碰撞风险时及时与船舶驾驶员联系，提供协助和指导。同时，当船舶驾驶员未能及时响应系统预警时，中心的工作人员可以采取远程控制措施，确保船舶安全。

图1 自动识别系统示意图

2.设置桥梁防撞设施

在桥梁设计初期，需要对所在水域的船舶流量、类型、尺寸以及航行速度等数据进行详尽的调研。例如，一个高等级的航道可能平均每天有数十到数百艘船舶通过，其中不乏大型的集装箱船和油轮。这些船舶的尺寸可能从几十米到几百米不等，航速从几节到二十几节。这些数据对于确定桥梁的防撞措施至关重要。基于收集的数据，桥梁设计者会采用结构工程和碰撞力学的原理，来计算桥梁在受到不同类型船舶碰撞时所需的抵抗力。结构工程师会根据计算结果设计桥墩的尺寸和形状，使用能够吸收碰撞能量的材料，比如钢筋混凝土或高性能钢材。此外，需要在桥墩周围设置特定的防撞结构，如橡胶防撞护舷、能量吸收装置或者设计专门的防撞墩。

防撞护舷（图2）是一种吸收撞击能量的装置，它通过减低冲击力来保护桥梁结构。它通常由高强度、高弹性的材料制成，比如强化橡胶或聚合物材料。这些结构在被撞击时能发生形变，吸收撞击能量，并在撞击后恢复形状。防撞护舷的设计需要根据船舶的尺寸和航速进行优化。例如，对于一艘五千吨级的船舶，以5节的速度行驶时，所产生的碰撞能量大约在1.5到2.5兆焦之间，防撞护舷需要设计成能够吸收至少这个数量级的能量。能量吸收装置则更加复杂，它可能包括液压或机械式的减震系统。这些系统在船舶撞击时，能迅速转化和分散能量，减轻对桥墩的直接冲击。设计时，需要考虑不同撞击角度和力量的情况，以确保从任意方向来的撞击都能得到有效地缓冲。

图2 防撞护舷示意图

3.整治航道维护尺度

航道宽度的维护是确保船舶安全通过的基础条件。在设计航道宽度时，需要考虑到船舶的最大宽度和两船并行通过的需求。一般来说，航道的宽度应至少是最大船舶宽度的三到五倍。例如，如果航道主要通过的最大船舶宽度为32米，则航道的最小宽度应为96至160米。这样的设计标准旨在防止因为航道过窄导致的擦撞桥梁事故。此外，考虑到可能的船舶失控或操纵失误的情况，航道的宽度设计也应留有足够的安全余地。航道深度必须能够适应最大吃水深度的船舶通过，通常航道深度至少要比船舶的最大吃水深度多出20%。这是为了确保在低潮时船舶仍旧可以安全通过，同时避免船底触及航道底部。例如，如果最大吃水深度为10米的船舶是航道的常客，那么该航道的理论最小深度应为12米。这样的深度设置可以减少因深度不足而导致的船舶搁浅和可能的桥梁碰撞事件。

除了宽度和深度，航道的直线度也是一个关键因素。曲线过多的航道会增加船舶导航的难度，尤其是在大型船舶操作时更是如此。因此，在航道整治中，应尽可能优化航道的走向，减少不必要的弯曲，使航道尽量直线化。这可以通过使用现代测绘技术和水下地形调整技术实现，确保航道走向的最优化，从而降低船舶操作的难度和碰撞桥梁的风险。航道的标识系统也是确保航道安全的一个重要组成部分。这包括安装足够数量的航道标志、灯塔和浮标，以及确保它们的可见性和功能性。这些导航标志应清晰标示出航道的边界、转向点和任何可能的障碍。它们应该配备以夜间照明设施和反射材料，确保在任何天气条件下都能为船舶提供明确的导航信息。

结束语：综合考虑航道、桥梁和船舶等多方面因素，制定并实施有效的防范措施至关重要，可以有效减少船舶碰撞桥梁事故的发生，提升航道运输的安全性和效率。未来，随着科技的不断进步和创新，数字化技术、智能导航系统、无人船舶等新技术将进一步应用于航道安全管理中，为防范船舶碰撞桥梁提供更加全面和精准的保障。

参考文献：

[1]王洋. 船舶碰撞事故的防范和应急措施[J]. 中国水运, 2022, (04): 21-24.

[2]王辉. 长江干线船舶碰撞桥梁风险防控对策研究[J]. 交通运输部管理干部学院学报, 2021, 31 (02): 28-32.