長江干線船撞橋事件機理及風險評估方法集成研究.pdf

1、隨著長江干線跨河橋梁日益增多和長江黃金水道建設的快速發(fā)展,橋區(qū)水域的船舶通航安全問題日益突出。因此,船撞橋事件的機理分析和風險評估研究顯得日益重要。目前,船撞橋研究多集中在船撞概率模型和船撞力有限元計算兩個方面,側(cè)重于船舶與橋墩的相互關(guān)系。整體上,現(xiàn)階段的橋梁工程船撞風險研究仍處于參照現(xiàn)行規(guī)范的被動防護設計階段,基于風險的主動防船撞研究尚處于初期研究階段。本選題正是在長江干線跨河橋梁工程集中建設和加強橋區(qū)通航安全管理的背景下,對船撞橋事

2、件機理展開研究,探索適合長江干線橋梁船撞風險評估的論證技術(shù)。本文以復雜性科學理論為手段,運用事故致因理論、模糊層次分析法和集成理論等,對船撞橋事件機理和風險評估方法等內(nèi)容進行了多角度的研究和論證。全文內(nèi)容概括如下:
　　 (1)提出和定義了船舶航行過橋系統(tǒng)(HSCM,“Human-Ship-Channel-Management”)的概念。本文在詳細分析國內(nèi)外相近領(lǐng)域船撞橋(SBC,Ship-bridgecollision)研究內(nèi)

3、容基礎上,提出基于系統(tǒng)安全的船舶航行過橋系統(tǒng)。其次,確立了船舶航行過橋系統(tǒng)的構(gòu)成要素,并闡述了長江干線船舶航行過橋系統(tǒng)的基本特征。
　　 (2)闡明了HSCM的風險辨識因素,提出和構(gòu)建了三維耦合致因機理模型?；谙到y(tǒng)工程理論,將管理因素作為人因素的一個組成部分,論述了HSCM系統(tǒng)中產(chǎn)生SBC風險因素的識別方法。在分析單因素、雙因素和三因素耦合致因機理以及現(xiàn)有船舶偏航和失控漂移理論基礎上,提出了三維軌跡交匯致因機理,并建立了耦合致

4、因模型。該模型揭示了HSCM的因素之間的內(nèi)在耦合關(guān)系,進一步的SBC數(shù)據(jù)統(tǒng)計證實:通航橋孔跨距偏小是導致橋梁易發(fā)生SBC的主要風險源。
　　 (3)在橋梁通航風險評估方面,開展了長江干線橋梁通航風險源數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計工作；結(jié)合橋梁通航環(huán)境復雜性特征,建立了HSCM的等級全息模型。運用等級全息建模方法對橋梁船舶通航環(huán)境復雜系統(tǒng)進行了風險識別,對HSCM進行復雜性分析后指出:氣象環(huán)境等自然條件和橋梁因素數(shù)據(jù)危險源；人為因素和管理因素屬于

5、事故隱患；船舶因素和橋區(qū)航道屬于脆性源。HSCM的脆性聯(lián)系符合層次脆性關(guān)系。在運用復雜性理論對HSCM脆性定義的基礎上,明確了系統(tǒng)的脆性源和脆性接受者,建立了HSCM脆性結(jié)構(gòu)。運用模糊層次分析法,通過蘇通長江大橋的實例分析了基于FAHP的系統(tǒng)脆性風險評價,該評價方法構(gòu)建了蘇通長江大橋的系統(tǒng)脆性層次性指標。評價結(jié)果表明:影響蘇通大橋的主要脆性因子是船舶交通流和自然條件。
　　 (4)船舶交通流是橋區(qū)SBC致因復雜性產(chǎn)生的直接誘因。

6、以荊州長江大橋為例,本文運用數(shù)理統(tǒng)計方法對船舶到達規(guī)律進行了實證研究,指出船舶到達橋區(qū)符合泊松分布,船舶到達間隔時間符合二次分布。結(jié)合橋區(qū)航道數(shù)據(jù)建立了基于優(yōu)先級的船舶避讓規(guī)則,應用計算機模擬實現(xiàn)了船舶過橋的三維動態(tài)模擬。模型將橋墩視為靜止船舶,以船舶交通流組成單元之間無碰撞為目標,在滿足船舶順利過橋的前提下,對不同類型船舶過橋進行了優(yōu)化調(diào)度。在簡化船舶交通流的情況下,建立了基于碰撞勢態(tài)的直航路船撞橋概率簡化模型。該簡化模型能夠較好地解

7、釋長江干線船撞橋事故在洪水期、航道寬度窄和橋墩形狀等因素條件下影響事故頻度的事故機理。
　　 (5)構(gòu)建了基于風險設計的橋梁通航論證集成綜合評價方法。在橋梁通航凈寬尺度設計階段,提出了通航論證技術(shù)框架。以武漢鸚鵡洲長江大橋通航風險評估為實例,探討了基于規(guī)范設計、漂移計算和操縱模擬在通航論證中的具體應用,驗證了橋梁工程領(lǐng)域風險評估的技術(shù)方法。最后,由于長江干線橋梁所處河段的差異性,在進行橋梁通航凈寬尺度論證和風險評估時,需要針對具