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摘要：從橋梁工程船撞設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，提出了一個(gè)橋梁船撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)的總體框架，共包括五部分內(nèi)容：船橋碰撞評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)、橋梁船撞安全評(píng)估模塊、可接受風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則、主動(dòng)防撞方案設(shè)計(jì)和被動(dòng)防撞方案設(shè)計(jì)，并闡明了各組成部分之間的邏輯關(guān)系。同時(shí)對(duì)各部分中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了闡述。...

從工程設(shè)計(jì)視角對(duì)船撞橋事故進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估總體研究

耿波 王君杰 汪 宏 范立礎(chǔ)

(1同濟(jì)大學(xué)，上海200092；2重慶交通科研設(shè)計(jì)院，重慶400067)

   一、概述

   隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，大量高投入、高技術(shù)、大跨徑的跨海跨江大橋紛紛修建起來(lái)。僅就五縱七橫中的同(江)一三(亞)線(xiàn)上就擬建5個(gè)跨海工程，分別是渤海灣跨海工程、長(zhǎng)江口跨海工程、杭州灣跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程以及瓊州海峽工程。此外，還有舟山大陸連島工程、青島至黃島、以及長(zhǎng)江、珠江、黃河上眾多的橋梁工程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2005年3月，僅長(zhǎng)江宜賓至上海江段就有已建成通車(chē)的特大型橋梁41座，在建橋梁l8座(不包括規(guī)劃中或設(shè)計(jì)中的橋梁)。如此眾多的橋梁，在給國(guó)家或地方帶來(lái)豐厚經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)的同時(shí)也影響著船舶運(yùn)輸安全。船舶運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展使得現(xiàn)在的通航船舶開(kāi)始變得愈來(lái)愈大、愈來(lái)愈快、愈來(lái)愈多，同時(shí)橋區(qū)環(huán)境的改變，如流速、風(fēng)速、彎道、沖刷、淤積、潮位等，也會(huì)影響著船舶的正常航行，因此船撞橋事故的發(fā)生是難以避免的，它不但涉及到船舶通行的安全，也嚴(yán)重影響著橋梁的安全運(yùn)營(yíng)，于是合理地對(duì)船撞橋事故進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估就成為工程界越來(lái)越關(guān)心的問(wèn)題。

   國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)資料表明，近幾十年來(lái)，世界上發(fā)生的船舶撞毀橋梁事故已超過(guò)l00次，造成了巨大的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失以及對(duì)環(huán)境的破壞，表l給出了國(guó)際上自1960年以來(lái)由于船撞導(dǎo)致的橋梁毀壞事故。

表1船撞導(dǎo)致的橋梁毀壞事故及后果

   在我國(guó)船撞橋的事故也頻繁發(fā)生，武漢長(zhǎng)江大橋白1957年建成以來(lái)已經(jīng)發(fā)生了70多起船撞橋事故，黃石長(zhǎng)江大橋僅1993年、l 994年兩年時(shí)間就連續(xù)發(fā)生19起船撞橋事故，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的政治影響。戴彤宇曾對(duì)我國(guó)長(zhǎng)江、珠江和黑龍江三大水系上的船撞橋事故進(jìn)行過(guò)統(tǒng)計(jì)，并給出了船撞橋事故的年度變化情況，見(jiàn)圖l。值得說(shuō)明的是，圖1不但包括了后果嚴(yán)重的大事故也包括了一些較小的碰撞事故，有些小的碰撞事故根本不會(huì)損傷橋梁，因此筆者建議將其剔除。

   鑒于船橋碰撞問(wèn)題的嚴(yán)重性，目前世界各國(guó)和地區(qū)已開(kāi)始針對(duì)該課題展開(kāi)了細(xì)致地研究。一些發(fā)達(dá)國(guó)家針對(duì)船橋碰撞問(wèn)題，編寫(xiě)了相關(guān)的規(guī)范條文，如美國(guó)AASHT0的《公路橋梁防撞設(shè)計(jì)指導(dǎo)文件》(1991)，內(nèi)容涵蓋了設(shè)計(jì)船舶的確定、碰撞概率分析、碰撞力的計(jì)算、船舶破損長(zhǎng)度的計(jì)算、防撞保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。此外，還有美國(guó)鐵路工程協(xié)會(huì)(AREA)的《防撞保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》和歐洲統(tǒng)一規(guī)范(Eurocode)第一卷(Eurocode l)第2．7分冊(cè)(1 997年試用)。我國(guó)的公路、鐵路橋梁規(guī)范目前只考慮了船撞力，如《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(2004)中將船舶分為輪船和內(nèi)河駁船兩類(lèi)分別進(jìn)行了設(shè)計(jì)船撞力的規(guī)定，對(duì)于橋梁船撞風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算并無(wú)說(shuō)明。

   在設(shè)計(jì)思想上，美國(guó)和歐洲規(guī)范都將船撞事件處理為風(fēng)險(xiǎn)事件，根據(jù)可接受風(fēng)險(xiǎn)的水平來(lái)確定設(shè)防船撞力的大小；我國(guó)規(guī)范是將船撞事件處理為偶然作用，根據(jù)航道和通航船舶情況給定設(shè)防船撞力。從設(shè)計(jì)實(shí)踐看，我國(guó)船撞力的確定主要以規(guī)范取值和計(jì)算機(jī)仿真分析為主，當(dāng)船撞力較小時(shí)二者矛盾并不明顯，但當(dāng)船撞力較大時(shí)，二者有時(shí)會(huì)相差很大，如何取值就會(huì)成為有爭(zhēng)議的問(wèn)題。設(shè)防船撞力取得越大，投資就會(huì)越大，橋墩以及防撞設(shè)施的設(shè)計(jì)難度也會(huì)加大，特別是近年來(lái)隨著下游跨江大橋以及跨海灣大橋的興建，這類(lèi)問(wèn)題顯得尤為突出，到底選擇多大的設(shè)防船撞力，選擇該設(shè)防船撞力后橋梁到底處于什么樣的安全水平，就成為很多工程師所關(guān)注的問(wèn)題。雖然我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)中有時(shí)也會(huì)借用到國(guó)外的船撞設(shè)計(jì)規(guī)范，但國(guó)外規(guī)范畢竟有許多不符合我國(guó)實(shí)際情況的因素存在，如通航船舶的特征、可接受的風(fēng)險(xiǎn)水平等。因此，為了更好地指導(dǎo)我國(guó)的橋梁船撞設(shè)計(jì)，建立符合我國(guó)自身情況的基于風(fēng)險(xiǎn)思想的船撞設(shè)計(jì)理論就顯得尤為必要。整體上看，我國(guó)的船撞設(shè)計(jì)規(guī)范還很不成熟，有待進(jìn)一步的發(fā)展和完善。

圖1我國(guó)船撞橋事故年度變化圖

   二、梁船撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)

   風(fēng)險(xiǎn)是指在一定時(shí)間內(nèi)，由于系統(tǒng)行為的不確定性(主要指發(fā)生了意料以外的事故)給人類(lèi)帶來(lái)危害的可能性6]根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的定義，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)解決下面兩個(gè)問(wèn)題：

   (1)意外事件發(fā)生的可能性或概率；

   (2)發(fā)生意外事件后會(huì)產(chǎn)生什么樣的后果。

   其一般的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

R=f(P，c，g，b) (1)

   式中：P為風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的概率；c為風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生造成的損失；q為目標(biāo)收益實(shí)現(xiàn)的概率；b為行動(dòng)的目標(biāo)收益。對(duì)于橋梁遭受船舶撞擊的風(fēng)險(xiǎn)R，由于并沒(méi)有目標(biāo)收益，因此應(yīng)主要考慮兩部分：橋梁遭受船舶撞擊的概率P和可能后果C，于是有：

R=f(P，C) (2)

   即橋梁遭受船舶撞擊的風(fēng)險(xiǎn)尺是P和C的某種函數(shù)形式，通常可采用組合乘積的方式來(lái)表示，于是(2)式寫(xiě)為：

R=PxC (3)

   橋梁船撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的目的在于明確橋梁遭受船舶撞擊的可能后果，并為橋梁方案的設(shè)計(jì)(對(duì)于擬建橋梁)和防撞方案的設(shè)計(jì)(對(duì)于擬建或已建橋梁)提供依據(jù)。管理部門(mén)借助于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估所獲得的數(shù)據(jù)和結(jié)論，并綜合考慮政治、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等因素，制定適當(dāng)?shù)亟档惋L(fēng)險(xiǎn)的措施，然后重新進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，直到滿(mǎn)足可接受的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

   筆者認(rèn)為，一個(gè)完整的船撞橋風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)應(yīng)包括以下幾個(gè)部分：船橋碰撞評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)、橋梁船撞安全評(píng)估模塊、可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的確定、主動(dòng)防撞方案的設(shè)計(jì)、被動(dòng)防撞方案的設(shè)計(jì)。本文建議的橋梁船撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)見(jiàn)圖2。

圖2橋梁船撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)流程圖

   2．1船橋碰撞評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)

   船橋碰撞風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算涉及多方面的數(shù)據(jù)資料，如橋梁的通航凈空、橋區(qū)的航道狀況、通航船舶的船型和通航量以及橋區(qū)自然環(huán)境等，這些都會(huì)影響到船撞橋的概率。評(píng)估時(shí)需要將這些信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)量化，并轉(zhuǎn)化為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型所用的數(shù)據(jù)信息。由于主動(dòng)防撞措施，如設(shè)置導(dǎo)航標(biāo)、設(shè)置航行警戒區(qū)、安裝VTS系統(tǒng)等都會(huì)影響到船撞橋的概率，同時(shí)被動(dòng)防撞，如設(shè)置防撞墩、安裝防撞套箱等也會(huì)降低船撞橋的后果嚴(yán)重程度，因此，考慮到主動(dòng)防撞與被動(dòng)防撞對(duì)船撞橋風(fēng)險(xiǎn)的影響，在建庫(kù)時(shí)也應(yīng)建立相應(yīng)的主動(dòng)和被動(dòng)防撞措施庫(kù)。

   由于船橋碰撞問(wèn)題的特殊性，很多數(shù)據(jù)我們需要從以往的船橋碰撞事故中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)獲得，例如，船舶在接近不同橋區(qū)時(shí)的偏航概率。在沒(méi)有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可用的情況下，美國(guó)AASHT0船撞設(shè)計(jì)指南[3]給出了一個(gè)估算偏航概率的替代方法，其中考慮了橋位、水流以及船只交通密度的影響，但有些因素，諸如風(fēng)、能見(jiàn)度條件、助航設(shè)備、領(lǐng)航技術(shù)等均未包括在這種方法中，因?yàn)檫@些因素的影響難以定量確定，因此就需要借助于事故記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。2002年，戴彤宇針對(duì)我國(guó)的黑龍江、珠江和長(zhǎng)江三大水系，建立了我國(guó)第一個(gè)船撞橋事故數(shù)據(jù)庫(kù)，其應(yīng)用還需進(jìn)一步完善。

   在建立數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，一個(gè)重要的問(wèn)題就是對(duì)橋區(qū)通航船舶的船型進(jìn)行歸類(lèi)統(tǒng)計(jì)，因?yàn)椴煌�的船舶分�?lèi)標(biāo)準(zhǔn)將直接影響到橋梁遭受船舶撞擊風(fēng)險(xiǎn)的不同。由于目前我國(guó)關(guān)于船舶標(biāo)準(zhǔn)化的工作剛剛起步，內(nèi)河以及海峽海灣中航行的船舶也是形形色色，如何對(duì)這些船舶進(jìn)行分類(lèi)以期得到橋梁船撞設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)代表船型就是一項(xiàng)十分有意義的工作。美國(guó)AASHT0船撞設(shè)計(jì)指南對(duì)于船舶的分類(lèi)主要是以船舶的DWT作為分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，這樣將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)河中位于淺水區(qū)的橋墩仍有被吃水較深但載重不算太大的船舶撞擊的可能，從而影響船撞橋的概率。且目前內(nèi)河中通航的船舶很大一部分為船隊(duì)的形式，統(tǒng)計(jì)分析表明船隊(duì)相對(duì)于單船來(lái)說(shuō)更容易發(fā)生撞橋事故，由于組成船隊(duì)的駁船的多樣性，也應(yīng)對(duì)其提出相應(yīng)的劃分依據(jù)。因此，如何確定一個(gè)合理的船舶分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)尚需進(jìn)一步的研究。

圖3船橋碰撞評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)

   例如，在建立船舶信息庫(kù)時(shí)，可將船舶按不同類(lèi)別、不同噸位、不同長(zhǎng)寬吃水等建立起數(shù)據(jù)庫(kù)，并建立船舶噸位與長(zhǎng)寬吃水等的關(guān)系曲線(xiàn)，以供風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)使用，且以后隨著數(shù)據(jù)的增多還可對(duì)船舶數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新。建立橋梁通航信息庫(kù)時(shí)可將與船撞問(wèn)題有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理入庫(kù)。表2和表3分別給出了船舶和橋梁通航信息庫(kù)，由于篇幅關(guān)系，此處僅給出了少部分主要信息。

表2船舶信息庫(kù)

表3橋梁通航信息庫(kù)

   2．2船橋碰撞安全評(píng)估

   船橋碰撞的安全評(píng)估流程圖見(jiàn)圖4。在船撞橋的概率計(jì)算方面，分別有美國(guó)的AASHT0模型、歐洲規(guī)范模型、德國(guó)昆茲模型、英國(guó)模型和佩德森模型等，國(guó)內(nèi)主要有戴彤宇的簡(jiǎn)化模型和黃平明的直航路模型。目前這些模型對(duì)船橋碰撞的概率計(jì)算主要采用數(shù)學(xué)模型的方法，美國(guó)的AASHT0模型和戴彤宇的簡(jiǎn)化模型主要考慮了船橋碰撞的偏航概率和幾何概率，德國(guó)昆茲模型則與歐洲模型相似，都是從船撞橋的發(fā)生機(jī)理出發(fā)，考慮了船舶在橋區(qū)的航跡、所處位置對(duì)事故率的影響，而且考慮了單位航程事故率的變化。英國(guó)模型和黃平明的直航路模型則兼收了上述模型的特點(diǎn)。無(wú)論國(guó)外方法還是國(guó)內(nèi)方法，在建立模型時(shí)，模型中各參數(shù)的確定仍是一項(xiàng)比較困難的工作，需要以大量的實(shí)際船橋碰撞數(shù)據(jù)作為支持，但在船撞橋數(shù)據(jù)資料方面由于事故處理部門(mén)所關(guān)心的側(cè)重點(diǎn)不同，目前船橋碰撞有效資料地收集仍然尊在很大的困難。

   對(duì)于橋梁的損傷，美國(guó)AASHT0船撞設(shè)計(jì)指南僅給出了根據(jù)橋墩和橋跨的極限側(cè)向抗力Hp和Hs與船舶撞擊力P之比來(lái)確定橋梁倒塌概率的方法，其倒塌分布概率見(jiàn)圖5。

圖4船橋碰撞安全評(píng)估

圖5倒塌概率分布

   橋梁的損傷狀態(tài)評(píng)估是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，取決于船舶的船型、大小、外形、船速、撞擊角度、船舶質(zhì)量及碰撞特性，還取決于橋墩和上部結(jié)構(gòu)抵抗碰撞沖擊荷載的剛度和強(qiáng)度特性等。因此，筆者提出一種新的橋梁船撞損傷狀態(tài)的評(píng)估思路，即對(duì)于船撞橋的損傷情況，可基于可靠度的思想，針對(duì)某種破壞模式，研究船撞力概率分布與抗力概率分布的關(guān)系，利用極限狀態(tài)方程求得該破壞模式的可靠指標(biāo)，于是也就求得了該破壞模式下的失效概率。

   結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力可用抗力函數(shù)R(M，G，C)來(lái)表示，其中M、G、C分別表示構(gòu)件的材料、幾何尺寸、計(jì)算模式等設(shè)計(jì)變量。船舶的撞擊力可用荷載函數(shù)P(v，φ，W，h，λ)表示，其中v、φ、W、h、λ分別表示船速、撞擊角度、船舶大小、撞擊位置、承臺(tái)形狀等影響船撞力的參數(shù)，且假定這些參數(shù)之間相互獨(dú)立。于是，極限狀態(tài)方程可寫(xiě)為：

R(M，G，C)一P(v，φ，W，h，λ)=0 (4)

   這樣，問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為確定抗力與荷載函數(shù)中的參數(shù)分布問(wèn)題，這不僅涉及船舶碰撞動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，也涉及橋梁基礎(chǔ)的可靠性設(shè)計(jì)問(wèn)題，是船撞橋風(fēng)險(xiǎn)分析的重要內(nèi)容。

   橋梁的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估在于考慮其失效概率與后果的乘積。對(duì)于失效后果，主要考慮橋梁構(gòu)件失效和整體失效的后果。對(duì)于構(gòu)件失效，主要的后果費(fèi)用為交通延遲費(fèi)用、交通管理費(fèi)用和維修費(fèi)用。對(duì)于系統(tǒng)失效，主要的后果費(fèi)用則為重建費(fèi)用、人員傷亡費(fèi)用和由于分流導(dǎo)致的交通延遲費(fèi)用。除此，對(duì)于兩種失效，也應(yīng)考慮船舶的損失費(fèi)用和環(huán)境破壞修復(fù)費(fèi)用。

圖6橋梁安全狀態(tài)概率評(píng)估

   2．3可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)

   船撞橋事故跟其他事故一樣，都會(huì)導(dǎo)致人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境破壞和其他有害事件，理想狀態(tài)是任何事故的后果都被業(yè)主、政府部門(mén)和公眾所接受。對(duì)于橋梁船撞風(fēng)險(xiǎn)的可接受標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)的 AASHT0船撞設(shè)計(jì)指南規(guī)定，橋梁的倒塌概率對(duì)于一般橋梁取10-3／年，對(duì)于重要橋梁取l0-4/年，并建議將全橋的年倒塌可接受頻率根據(jù)位于水中的各墩在橋梁重建費(fèi)用中所占的百分比分配到各墩上。歐洲的 Eurocode l給出了處于不同安全等級(jí)的結(jié)構(gòu)的目標(biāo)可靠度，見(jiàn)表4，一座典型的橋梁最有可能處于 RC2，所以采用年失效概率l0-6/年。l996年，John Men：ies1提出了跨徑小于20 m的橋梁的目標(biāo)失效概率為2x10-6，與歐洲規(guī)范的取值比較接近。可見(jiàn)，歐洲規(guī)范對(duì)于橋梁失效的可接受標(biāo)準(zhǔn)要比美國(guó)AASHTO規(guī)范高得多。

   可接受風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則的確定一直以來(lái)都是有爭(zhēng)議的問(wèn)題，目前確定可接受風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則的方法主要有： ALARP原則、F-N曲線(xiàn)、風(fēng)險(xiǎn)矩陣、PLL值等方法。按照風(fēng)險(xiǎn)主體的不同，可接受風(fēng)險(xiǎn)通常由以下準(zhǔn)則確定：

表4 Eurocode l目標(biāo)可靠度與失效概率

圖7社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)

   (1)個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)。個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)是指?jìng)�(gè)體在指定水平事故中受到傷害的頻率，通常與個(gè)人偏好有很大的關(guān)系，一般常用年死亡率量度；

   (2)社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)。社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)是指遭受事故的人中，受到傷害的人數(shù)與事故發(fā)生頻率之間的關(guān)系，以年死亡人數(shù)量度，一般常用F-N曲線(xiàn)表示社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)，圖7列出了各個(gè)國(guó)家的社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)曲線(xiàn)。

   (3)環(huán)境可接受風(fēng)險(xiǎn)。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)指各種活動(dòng)對(duì)環(huán)境造成的影響程度。

   (4)廣義造價(jià)最小原則。該方法是單純從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)，采用初始造價(jià)與受災(zāi)后損失之和最小的原則來(lái)確定橋梁結(jié)構(gòu)合理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

   風(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則可由以上一種或幾種準(zhǔn)則確定，分別對(duì)應(yīng)單目標(biāo)或多目標(biāo)決策。由于橋梁為公共設(shè)施，從社會(huì)安全的角度來(lái)講，必須保證橋梁使用者的安全，也即公眾過(guò)橋的安全，且橋梁失效一般都會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡和惡劣的政治影響，因此在建立風(fēng)險(xiǎn)的可接受準(zhǔn)則時(shí)，筆者建議將人的安全作為首要考慮因素。但同時(shí)我們也應(yīng)注意到，可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)定得越高，即橋梁失效概率越低，那么我們需要付出的，費(fèi)用也就越多，如何在付出與收益之間取得平衡，也應(yīng)是制定可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)該考慮的問(wèn)題。

   在建立可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可參考國(guó)際上各個(gè)國(guó)家各行業(yè)的可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)以及各種自然災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)水平，并綜合考慮社會(huì)支付意愿，結(jié)合我國(guó)的政治、經(jīng)濟(jì)狀況進(jìn)行確定。DIS 2394和美國(guó)的CIRIA都給出了計(jì)算可接受風(fēng)險(xiǎn)的估算公式。各種常見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)的 F-N曲線(xiàn)見(jiàn)圖8。目前，船撞橋的可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)在我國(guó)的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范中并沒(méi)有體現(xiàn)出來(lái)，因此確定一個(gè)合適的可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于橋梁的船撞設(shè)計(jì)將起到積極的指導(dǎo)作用。

圖8各種常見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)的F—N曲線(xiàn)

   2．4風(fēng)險(xiǎn)處置對(duì)策

   對(duì)于評(píng)估出的不符合可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的橋梁(或方案)，將采取進(jìn)一步的降低風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)策，主要包括：主動(dòng)防撞設(shè)計(jì)、被動(dòng)防撞設(shè)計(jì)和更改橋梁設(shè)計(jì)。主動(dòng)防撞是指為了避免船舶在航行過(guò)程中撞擊到橋梁而采取的一系列人為改善措施，如對(duì)橋下通航船舶的引導(dǎo)和警告等。當(dāng)然，采取了主動(dòng)防撞也許并不能完全杜絕船撞橋事故的發(fā)生，因此對(duì)于一些特別重要的橋梁就需要考慮被動(dòng)防撞，即加設(shè)防撞裝置。對(duì)于擬建的橋梁，如有必要可對(duì)其設(shè)計(jì)方案進(jìn)行更改，如橋型的選擇、跨徑的布置、基礎(chǔ)形式的改變等等。

   目前，主動(dòng)防撞采取的防船撞措施主要包括：

   (1)設(shè)置導(dǎo)航標(biāo)；

   (2)施行船舶航行定線(xiàn)制；

   (3)設(shè)置船舶航行警戒區(qū)；

   (4)加強(qiáng)船員的培訓(xùn)工作；

   (5)對(duì)特殊船舶實(shí)行引航措施；

   (6)船舶安裝AIS導(dǎo)航系統(tǒng)；

   (7)橋區(qū)設(shè)置船舶交通管理系統(tǒng)VTS等。

   具體采用哪種防撞措施需根據(jù)橋梁所處的風(fēng)險(xiǎn)水平、經(jīng)濟(jì)代價(jià)以及各種主動(dòng)防撞措施對(duì)于減小事故發(fā)生率的作用大小而定。由于目前我國(guó)很少開(kāi)展這方面的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作，因此，可對(duì)船橋碰撞因素進(jìn)行故障樹(shù)分析(FEA)，找出機(jī)械故障、人為因素、自然環(huán)境等影響因素中各因素的影響程度，在FEA的基礎(chǔ)上。提出初步的主動(dòng)防撞方案，為管理部門(mén)提供決策支持，如圖9所示。

   對(duì)于遭受船舶撞擊有較大風(fēng)險(xiǎn)的橋梁，也可考慮采用被動(dòng)防撞系統(tǒng)，主要包括：

   (1)附著式防撞系統(tǒng)；

   (2)重力擺式防撞系統(tǒng)；

   (3)薄殼筑沙圍堰防撞系統(tǒng)；

   (4)膠囊沙袋防撞系統(tǒng)；

   (5)人工島防撞系統(tǒng)；

   (6)集群式護(hù)墩樁；

   (7)漂浮網(wǎng)狀防撞系統(tǒng)；

   (8)非結(jié)構(gòu)物防撞系統(tǒng)等。

圖9主動(dòng)防撞方案的設(shè)計(jì)

   從減小船撞橋風(fēng)險(xiǎn)的角度出發(fā)，采用什么樣的被動(dòng)防撞設(shè)施以及如何優(yōu)化布置(特別對(duì)于水中有多墩的情況)等都是需要進(jìn)一步研究的課題。實(shí)際中，無(wú)論采用主動(dòng)還是被動(dòng)防撞，都需要根據(jù)橋區(qū)的具體情況和經(jīng)濟(jì)代價(jià)經(jīng)專(zhuān)家討論后決定，因此在此風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)中，并未明確規(guī)定主被動(dòng)防撞方案采用的先后順序，也即決策權(quán)仍在于人。

   三、結(jié)語(yǔ)

   橋梁遭受船舶撞擊的風(fēng)險(xiǎn)是一個(gè)涉及范圍較廣、難度較大的研究課題，具有重要的工程背景和現(xiàn)實(shí)意義。本文從工程設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，提出了一個(gè)橋梁船撞安全評(píng)估系統(tǒng)的框架，共包括五個(gè)部分：船橋碰撞評(píng)估數(shù)據(jù)庫(kù)、橋梁船撞安全評(píng)估模塊、可接受風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則以及主動(dòng)和被動(dòng)防撞方案設(shè)計(jì)，并闡明了它們之間的關(guān)系。然而仍有許多問(wèn)題值得進(jìn)一步的研究，主要有：

   (1)針對(duì)目前我國(guó)內(nèi)河和海峽海灣中眾多的船舶形式，如何確定一個(gè)用于船橋碰撞風(fēng)險(xiǎn)分析的合理的船舶分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)；

   (2)針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事件，引入了概率設(shè)計(jì)的思想和方法，在橋梁的安全狀態(tài)評(píng)估中，采用可靠度研究船撞力荷載與結(jié)構(gòu)抗力的分布函數(shù)。影響船撞力荷載和結(jié)構(gòu)抗力函數(shù)的各參數(shù)的概率分布情況仍需進(jìn)一步的探討，這不僅涉及船舶碰撞動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，也涉及結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)問(wèn)題；

   (3)確定橋梁船撞風(fēng)險(xiǎn)的可接受標(biāo)準(zhǔn)，也即目標(biāo)失效概率，不僅是—個(gè)技術(shù)問(wèn)題，更與政治、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)密不可分，需要綜合考慮各個(gè)方面的因素而定；

   (4)進(jìn)一步研究各種防撞措施對(duì)減小事故發(fā)生率的作用或防撞效果，為不同風(fēng)險(xiǎn)水平的橋梁進(jìn)行合理防撞方案的選擇與優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

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(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)   文徑網(wǎng)絡(luò)：呂琳琳 尹維維 編輯   文徑 審核)

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