大桥如何防船撞？船舶拦截智能黑科技“上新”
不久前，宁波大学实验团队在浙江象山石浦海域，开展了一次智能潜浮式防船撞阻拦实验。即尝试在水面上拉起一道智能防护链，防止大船撞大桥。
(资料图片仅供参考)
实验中，科研人员驾驶一艘500吨级的大型船舶模拟撞向大桥，却在事故发生之前，被水面的数个橡胶气囊拦截下来。这种“潜浮式船舶拦截”究竟是什么样的新技术？当大船撞大桥事故不幸发生时，如何才能避免桥损船毁、两败俱伤？
如何给拦阻装置装上“智慧大脑”？
智能潜浮式船舶拦截新技术用来阻拦失控船舶的橡胶气囊，平时并不在水面上，只有事故即将发生时，才会迅速弹出组成防护链。
智能潜浮式防船撞拦阻技术是2018年，由港珠澳大桥管理局联合宁波大学等单位共同研发，目的是利用柔性防护理念，解决大桥防船撞这一难题。
宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室副主任 王永刚：这个技术是为港珠澳大桥研发，港珠澳大桥希望我们这个设施有“智能性”，跟大桥的智能化管养能够结合起来。另外对它的景观性不要有太大的影响。
中铁大桥勘测设计院教授级高工 贾恩实：还有一个是港珠澳大桥海域生存着国家的保护动物白海豚，对水域环境要求非常高，我们的拦阻设施也不能影响白海豚的生活环境。
传统的阻拦方式是在水面安装拦截网，守株待兔式地被动防护。新技术则给拦阻装置装上了“智慧大脑”，这些拦阻装置日常沉于水下，主要包括橡胶气囊、拦阻带和高分子材料做成的绳索。气囊先跟拦阻带串联，两端分别跟固定在海床上的两个浮体相连，高分子绳索也用同样的方式跟浮体连接。防撞区域都安装了雷达、视频识别系统以及AIS（船舶自动识别系统），这套拦阻系统就像安装在汽车里的安全气囊，只有遇到危险时才会迅速弹出。
宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室副主任 王永刚：首先雷达可以判别它的速度、距离是多少，视频可以看它的尺寸，如果是船舶的话AIS可以提供船名、载重量等一些具体信息。多种数据互相交合下，最后来识别它到底是船还是别的漂流物或者是其他的一些东西。
什么是非通航孔桥与通航孔桥？
“拉链式”防撞技术主要是用来防护非通航孔桥的。一座大型桥梁通常由通航孔桥和非通航孔桥两大部分组成。可以通航的部分称为通航孔桥，其他不通航的部分则是非通航孔桥，两者均存在船撞风险。由于通航孔桥和非通航孔桥所处位置、水文环境、桥墩结构均不相同，因此安装的防船撞系统也有所不同。
通航孔桥允许船舶通过，防撞设施主要安装在桥墩上。而非通航孔桥不允许船舶通过，且因自身抗撞击能力差、桥下“净空较小”等特点，一旦发生撞击易造成桥梁结构失效，因此防撞系统主要采用拦阻方式，也就是拉起隔离“栅栏”。
高科技如何给大桥穿上
防撞“铠甲”？
大型桥梁上用于船舶通行的通航孔桥，桥墩被撞的风险最大，因此需要特殊防护。
“铠甲”式防船撞装置是由外钢围、柔性防撞圈和内钢围三部分构成，包裹在桥墩外侧。据实船撞击实验结果显示，它可有效减少55%~75%撞击力，实现了桥梁、船舶、防撞设施“三不坏”，就像打太极一样。
宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室副主任 王永刚：以柔克刚，刚柔共济。船撞过来之后，这个装置能够有往后退的一个比较大的变形，一边往后退，一边给船一个反撞力，让它改变航向，来沿着我们的防撞设施外侧滑走。
设计该装置的受力区间，要根据大桥通航船舶的最大吨位、最大航速以及日常的风力、水流速度等，来设计桥梁通航孔的防船撞装置的最大承受撞击能力。以已经应用了该装置的宁波象山港大桥为例，它的通航等级是5万吨的船舶，防撞设施要能抵抗航速7节、5万吨船舶的撞击。
宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室副主任 王永刚：结构的设计改变，主要是改变在外钢围的刚度和柔性防撞圈的柔度。如果防10万吨的船，外钢围的尺寸更大，刚度更强，防撞圈的变形能力也就更大。这样最后我们要找到一个最佳的匹配关系，叫做刚柔匹配度。
如何“刚柔并济”防止船桥相撞?
要达到“刚柔并济”的防撞效果，这套“铠甲”还有一项关键技术。
宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室副主任 王永刚：关键技术就是中间的防撞圈，防撞圈外面包裹的是一层橡胶，主要作用是防腐蚀，因为防撞设施主要用在跨海大桥，而海洋环境下对腐蚀的要求比较高。经过大量的研究和实验，我们最后选择抗海水腐蚀能力比较高的氯丁橡胶。而里面更关键的是钢丝绳，它是一圈一圈，绕成一个圈。通过钢丝绳它能有大变形的能力。在撞击过程中，钢丝绳跟钢丝绳之间有摩擦，摩擦也会消耗小部分的能量，这样就可以起到缓冲的作用。
“船桥相撞”的后果有多严重？
一直以来，大桥防撞都是困扰工程界的难题之一。“船桥相撞”事故后果有多严重？对于大桥防撞技术的需求又有多迫切？
数据显示，2007年以来，我国已发生重大船撞桥事故90多起，对交通大动脉造成严重危害。2020年颁布的《公路桥梁抗撞设计规范》明确指出，“船舶撞击非通航孔引起的桥梁垮塌事故的数量约为撞击主通航孔的两倍，非通航孔桥的船撞问题需要引起重视”。2020年交通运输部与国家铁路局、国铁集团联合发布了《船舶碰撞桥梁隐患治理三年行动实施方案》，要求全面排查和治理船舶碰撞桥梁安全隐患。与此同时，《交通运输部交通运输科技“十三五”规划》把跨航道桥梁防船撞关键技术与设施的研发列为交通安全应急领域的研究重点，交通运输部要求可能遭受大型船舶撞击的通航桥梁必须建桥梁防撞设施。
目前，宁波大学的这项“铠甲式”防撞技术已应用于广东湛江海湾大桥、浙江宁波象山港公路大桥、福建平潭海峡大桥等重大工程。而“拉链式”的大桥防撞技术，未来还可能运用于港口码头、海上风电、大坝以及岛礁的安全防护等。
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