探索“船撞桥”的破解 - 52监测网

近年来，我国船撞桥事件频频发生：在2019年，有广深高速东洲河桥、潮州广济桥、衡东洋塘河坝水电站桥、贵港平南西江桥遭船舶撞击；在2020年，有G72湘江大桥、鄱阳太阳埠大桥、赣江白鹭洲大桥；在2021年，有番禺北斗大桥、长沙猴子石大桥；在2022年，有舟山盘峙岛的一座梁桥、百色市田阳区那坡大桥、桃源沅水大桥、中山南头大桥、湘潭湘江一桥；在2023年，有杭州艮山桥、上海青浦区白鹤镇的一座桥梁。尽管撞击事件后果的严重程度大小不一，但肯定会给桥梁的结构安全性和完整性带来损害或威胁。

根据世界水运基础设施协会（PIANC）2018年的一份报告，从1960 年到 2015年，全球发生了35 起（其中18起事故发生在美国）因船舶撞击桥梁而导致的重大安全事故，共有 342 人丧生。接下来，发生了2016年德国的撞桥事故（死亡2人）、2019年巴西的撞桥事故（死亡3人）和2024年美国基桥和中国沥心沙大桥事故。重大安全事故数上升到39 起，死亡数增加到 358人。

2024年3月26日发生的基桥被撞场面令人触目惊心。这桥建成于1977年，总长2632m，主桥采用中跨呈拱形的三跨连续钢桁梁结构，主跨长365.76m；引桥均为三跨一联的梁结构，跨径分别为91.44m和30.48m。可能因设备故障，当一艘中等规模的集装箱货船（长约300m，空载约95000t，装载了近4700个标准集装箱）以大约7节（约13km/h）的速度失控撞向一个主跨桥墩时，主桥连带一侧的三跨引桥在短短的10多秒时间内便轰然倒塌（图1）。事故造成正在桥上维修作业的6人失踪/死亡。幸亏撞击前及时关闭了桥上交通，这才避免了更多的人员伤亡。

（a）船舶撞击主墩导致桥梁垮塌

早在1980年，美国佛州的阳光高架桥就被一艘两万吨货船撞断（图2），最终付出了35人丧生、拆除两座旧桥并另建一座新桥的巨大代价。第一座阳光高架桥建成于1954年，主桥采用三跨悬臂钢桁梁结构，锚跨和挂孔长度均为109.6m，主跨263.4m；主桥两端布置有两跨长76.3m的上承式桁梁。1971年紧邻第一座桥建成第二座桥，结构型式及尺寸与第一座类同。1980年5月9日，在一场猛烈的暴风雨中一艘货轮与第二座桥的主跨边墩相撞，导致主跨一侧的锚跨、中间挂孔以及邻近的一跨上承式桁梁（总长约365m）坍塌。1987年在原桥附近建成新的阳光高架桥（斜拉桥），旧桥则在1993年拆除。

1960年瑞典建成的阿尔默（Alm）桥，是世界上因垮塌事故而知名的一座单跨钢管拱桥（图3）。该桥主跨278m，拱圈由两根直径3.8m的钢管水平并列而成。1980年1月18日凌晨，在大雾笼罩中一艘散货轮偏航撞击到拱肋，导致拱跨结构彻底垮塌，8人丧生。这桥的通航净空逼仄，拱顶处的最大净高41m，净宽仅布置在中间50m范围内。1981年在原桥位另建主跨366m的混合梁斜拉桥，改名为特约恩（Tjrn）桥。

1964年建成的澳大利亚霍巴特的塔斯曼（Tasman）大桥，时为澳大利亚最长的预应力混凝土桥梁（图4）。这是一座有22跨的梁桥，西侧有13跨，东侧有6跨，跨度均为42.7m；中间三跨连续梁为通航跨，最大跨度95m。当时的工程师担心船舶碰撞的潜在风险，建议采用更昂贵的悬索桥方案，但未获政府认可。1975年1月5日晚，一艘140m长的万吨散装矿砂船因潮流影响和操作疏忽，偏离航线并接连撞击通航孔东侧的18、19号两个桥墩，导致长约127m的三跨梁体落水，12人丧命。

船舶撞击铁路桥，可能会诱发意料不到的重大安全事故。1983年6月5日深夜，前苏联的一艘客轮错误地高速驶入乌里扬诺夫斯基铁路桥的非通航孔（图5a），强烈的碰撞和挤压使桁架梁结构局部受损，也把该船的上面两层甲板完全摧毁，还导致正在桥上行驶的一列货车出轨倾覆。这次事故造成170余人死亡、50余人受伤的惨案。1993年9月22日凌晨，在大雾弥漫中，缺乏经验的驾驶员错误转向，把一艘重型驳船驶入美国亚拉巴马州大河口卡诺河（Big Bayou Canot），撞上河上的一座铁路桥梁并导致梁体移位和轨道变形。8分钟后一列客车以110 km/h的速度过桥并脱轨（图5b），酿成47 人死亡、103 人受伤的悲剧。

在我国，船舶撞击桥梁的事件也屡见不鲜。仅武汉长江大桥、南京长江大桥和（老）重庆白沙沱长江大桥这三桥，就曾分别发生过70起、30起和100起以上的船撞事件。据不完全统计，发生在长江、珠江、黑龙江三大水系上的船撞桥梁事件达到300 起以上。

2007年6月15日，一艘运沙船因雾天偏离主航道撞击到广东佛山九江大桥非通航孔的一个桥墩，导致紧邻通航孔桥（斜拉桥）一侧长约200m的4跨混凝土连续箱梁及3个桥墩垮塌（图6），造成8人身亡1人失踪，社会影响恶劣。2024年2月22日，一艘货船因操作失误撞歪沥心沙大桥（带挂孔的混凝土T形刚构桥）的一个边墩，导致主桥一侧端部25m长的挂孔坍塌（图7），5人遇难。

图8所示为20世纪60年代以来国内外船撞桥梁事故的不完全统计，数据来源于搜集到的已有文献和新闻报道。图8a为国外船撞桥梁严重事故数量统计，图8b为我国的船撞桥梁各种事故数量统计。总体看来，从20 世纪 80 年代起，船撞桥的问题日益突出，桥梁防撞事宜才益发得到桥梁界的重视和研究。

人为失误是船撞桥梁的主要原因。驾驶者的麻痹疏忽、航行知识/经验不足、违章作业和鲁莽驾驶（包括桥区水域船舶淌航、掉头、横越、违规追越、不按规定航路航行、船舶超高超宽超重航行等）、未能及时发现或误判风险等，会明显增加撞桥几率。随着全球贸易的发展，水上运输日益繁忙，船舶吨位和数量不断增加，这使得航道变得更加拥挤，也可能导致人为失误的增加。

主机或操纵系统故障、机械或电气设备故障等，可能导致船舶在航行中失控。例如，撞击基桥的DALI号货轮，曾在巴尔的摩港进行过“发动机例行维护”，但船驶离码头后就因失电而“失去动力”。这容易让人联想到设备故障可能是这次事故的主因。

自然环境因素也不容忽视。复杂的水文和气象条件会对船舶航行产生不利影响。例如，洪水、洋流、潮汐等水流变化可能导致船舶偏离航道或失控；狂风、暴雨、浓雾等会降低能见度，增加船舶操作难度。这些因素都可能增加船撞桥的风险。另外，船舶因洪水、台风等造成的走锚后撞桥，也时有发生。例如，位于美国佛罗里达的彭萨科拉湾（Pensacola Bay）大桥曾在1989年被在浓雾中迷航的驳船撞击受损，2020年9月的莎莉飓风又导致两艘驳船再次撞击了该桥（图9）。

PIANC的一个专业工作小组曾对世界上151起船撞桥梁事故进行过分析，认为事故肇因的70%为人为失误，20%为设备故障，10%为恶劣的环境影响。我国学者也曾对发生在1959～2000年间的155起船撞桥事故进行过原因分析，结果人为失误占78%，设备故障占6%，恶劣的自然环境影响占16%。可见，船舶撞击桥梁的主要原因是人为失误，而其他因素对导致人为失误存在一定影响。

从桥梁的角度，也值得注意结构因素对船撞桥的影响。一些位于通航水道中的桥梁（尤其是早年建设的桥梁），设计中未能充分考虑如何避免或减小船舶撞击的风险，如桥梁结构布置不尽合理、通航孔的桥下净空尺寸有限、下部结构（尤其是非通航引桥部分）的抗撞击能力不足、桥梁防撞设施欠缺或不完善等。

事实上，那些经历过船撞垮塌事故的重大桥梁，在其重建中无不对原有设计的不合理之处予以调整。例如，1981年在原位再建的瑞典特约恩大桥（图10），改原来的拱桥为斜拉桥，主跨从278m加大到366m（这样可把桥塔布置在岸边而非水中，显著增大通航净宽），通航净高从41m提高到45.7m，由此消除船撞风险。1987年在原桥附近再建的阳光高架桥（图11），改原来的悬臂桁架梁桥为斜拉桥，主跨从263m加大到366m，通航净高从45.7m提高到55m；更为重要的是增加了双重防撞措施，即桥塔底部的人工防撞岛和布置在主要塔墩周边的重力式护墩桩。这些插入海底的护墩桩为内填沙石的钢板桩，共有36根，直径14.3～18.3m，高出水面约4.6m，设计上可承受以10节（18.5km/h）速度行驶的、87000DWT（载重吨位）的船舶撞击。

另外，从航运管理的角度看，桥区水域航道维护尺度不足、航标缺失或功能失常，桥梁标志标牌设置维护不到位等，也会影响桥下航行安全。

梁是人工障碍物。从水运行业的角度看，大概是道路交通“侵占”了水运交通的地盘。随着桥梁与船舶的发展，两者的矛盾日趋明显，这或多或少会增大船撞桥的风险。

预防和减少船撞桥事故，是一项涉及诸多因素的复杂问题。船撞风险的管控措施，需要多管齐下，综合发力。主要可从防撞技术、航道管理、人员教育和法规约束等方面开展风险管控（图12）。限于篇幅，这里仅对防撞技术进行简要讨论。

防撞技术可划分防撞预警系统和物理防撞设施两类（图12）。防撞预警系统可做到主动提醒避撞，以降低船舶撞击桥梁的概率；物理防撞设施只是被动抵抗撞击，其目的是减轻撞击后果的严重性。

目前正在研发和应用各类桥梁防撞预警系统，有些已兼具智能特色。大体上，这些系统综合应用电子信息、物联网、自动化控制、无线电通信等技术，具有助航信息（水位、流速、气象等）发布、船舶超高检测与报警、船舶偏航检测与报警等功能；通过声音、闪光、文字、VTS（船舶交通管理系统）、AIS（船舶自动识别系统）、VHF（甚高频通讯）、CCTV（电视监控系统）多种手段与船舶（驾驶员）进行信息互动。

基于桥梁的预警系统，其一整套由信息采集单元、控制单元、发布单元组成的自动化电子装置，需要安装在桥梁上或附近。对不同航道上的不同桥梁，预警装置的布设可能需要调整优化。换位思考一下，也可结合正在推进的数字航道和智慧航道建设，通过电子海图和电子航道图，进一步补全桥区及桥梁信息。同时借鉴“智能汽车”的概念，让船舶能感知待穿过桥梁与自身位置的空间关系，并在特殊情况下发出预警。如此构想的基于船舶的预警系统，可把被动接受岸上传来的突发性预警信息，转变为主动监控船上的连续性实时信息。这既可为桥梁防撞任务减负，也可进一步减小撞击概率。

物理防撞设施的类型多样(图12)。根据设施的构造特点，国际桥梁和结构工程协会（IABSE）和美国各州公路与运输官员协会(AASHTO)将常用的防撞设施划分为5类——护舷防护系统、防撞岛、重力式护墩桩、桩支撑防护系统和漂浮防护系统。基于防撞设施与被防护对象的连接关系，我国公路桥梁抗撞设计规范将防撞设施划分为一体式、附着式和独立式，每一类包含的设施名称参见图12。

各类防撞设施的构造特点和受力特点不同，经济指标不一，各有适宜的应用场景。需要综合考虑航道、水文、结构、基础、船舶、环境等条件来选择经济合理的防撞设施。在我国，各类防撞设施均有应用，并发展出一些特色构造。例如，湛江海湾大桥的柔性钢浮箱（图13a），润扬长江公路大桥的GFRP 防撞浮筒，苏通长江公路大桥的防撞钢套/吊箱，青马大桥的防撞岛（图13b），东海大桥的大直径薄壁圆筒与橡胶护舷（图13c），杭州湾跨海大桥（非通航孔）的拦截索，万州长江大桥的“弧形水上升降式防撞装置”（图13d），等等。

对通航河流上的新建桥梁，防撞设计适宜与桥梁设计一并进行。对既有桥梁，视情况而定，需要重点防范的是更大的船舶撞上更老的桥梁。更大的船舶是航运发展的必然，更老的桥梁（其防撞能力大多不足）是历史遗留的结果。仍以基桥为例，1980 年 8 月，一艘穿越巴尔的摩港的日本集装箱船（船长约100m，总吨位约7600t）因失去推进力而以约6节（约11km/h）的速度撞上建成不久的基桥的一个桥墩，对桥梁造成了轻微损伤；几十年后，基桥却根本扛不住十万吨级的DALI号的致命一击。

对难以承担船撞桥毁后果的既有桥梁，就有必要及时增设防撞设施。在我国，长江船舶流量近20年增长了20倍，2020年南京长江大桥就发生过两起船撞事件。为此，2023年对南京长江大桥的全部桥墩完成了防撞设施安装，设施由两个浮动式U形钢覆复合材料箱体套接而成（图14a）。美国特拉华纪念大桥由两座横跨特拉华河的悬索桥组成，分别建成于1951年和1968年，主跨均为655m。1969 年一艘油轮曾撞坏过一座桥塔的木制护舷系统，险些酿成灾难。为防止船撞对桥梁造成重大破坏，2023年对该桥进行防撞升级，在桥塔靠主航道侧增设8个直径约24.4m的重力式护墩桩（图14b）。

作为一种潜在的、难以完全避免的风险，船撞桥梁需要引起我们的高度重视。通过分析船撞桥梁的状况和原因，针对降低发生风险的概率或减轻事故导致的后果，采取经济合理且可靠有效的技术和管理措施，以保障人们的生命财产安全。为营造出一个更加安全畅通的水陆交通环境，需要政府、社会、行业（桥梁、航运、船舶等）的共同持续努力。