不久前，寧波大學(xué)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在浙江象山石浦海域，開展了一次智能潛浮式防船撞阻攔實(shí)驗(yàn)。即嘗試在水面上拉起一道智能防護(hù)鏈，防止大船撞大橋。

(資料圖片)

實(shí)驗(yàn)中，科研人員駕駛一艘500噸級(jí)的大型船舶模擬撞向大橋，卻在事故發(fā)生之前，被水面的數(shù)個(gè)橡膠氣囊攔截下來。這種“潛浮式船舶攔截”究竟是什么樣的新技術(shù)？當(dāng)大船撞大橋事故不幸發(fā)生時(shí)，如何才能避免橋損船毀、兩敗俱傷？

如何給攔阻裝置裝上“智慧大腦”？

智能潛浮式船舶攔截新技術(shù)用來阻攔失控船舶的橡膠氣囊，平時(shí)并不在水面上，只有事故即將發(fā)生時(shí)，才會(huì)迅速?gòu)棾鼋M成防護(hù)鏈。

智能潛浮式防船撞攔阻技術(shù)是2018年，由港珠澳大橋管理局聯(lián)合寧波大學(xué)等單位共同研發(fā)，目的是利用柔性防護(hù)理念，解決大橋防船撞這一難題。

寧波大學(xué)沖擊與安全工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 王永剛：這個(gè)技術(shù)是為港珠澳大橋研發(fā)，港珠澳大橋希望我們這個(gè)設(shè)施有“智能性”，跟大橋的智能化管養(yǎng)能夠結(jié)合起來。另外對(duì)它的景觀性不要有太大的影響。

中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院教授級(jí)高工 賈恩實(shí)：還有一個(gè)是港珠澳大橋海域生存著國(guó)家的保護(hù)動(dòng)物白海豚，對(duì)水域環(huán)境要求非常高，我們的攔阻設(shè)施也不能影響白海豚的生活環(huán)境。

傳統(tǒng)的阻攔方式是在水面安裝攔截網(wǎng)，守株待兔式地被動(dòng)防護(hù)。新技術(shù)則給攔阻裝置裝上了“智慧大腦”，這些攔阻裝置日常沉于水下，主要包括橡膠氣囊、攔阻帶和高分子材料做成的繩索。氣囊先跟攔阻帶串聯(lián)，兩端分別跟固定在海床上的兩個(gè)浮體相連，高分子繩索也用同樣的方式跟浮體連接。防撞區(qū)域都安裝了雷達(dá)、視頻識(shí)別系統(tǒng)以及AIS（船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)），這套攔阻系統(tǒng)就像安裝在汽車?yán)锏陌踩珰饽遥挥杏龅轿ｋU(xiǎn)時(shí)才會(huì)迅速?gòu)棾觥?/p>

寧波大學(xué)沖擊與安全工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 王永剛：首先雷達(dá)可以判別它的速度、距離是多少，視頻可以看它的尺寸，如果是船舶的話AIS可以提供船名、載重量等一些具體信息。多種數(shù)據(jù)互相交合下，最后來識(shí)別它到底是船還是別的漂流物或者是其他的一些東西。

什么是非通航孔橋與通航孔橋？

“拉鏈?zhǔn)健狈雷布夹g(shù)主要是用來防護(hù)非通航孔橋的。一座大型橋梁通常由通航孔橋和非通航孔橋兩大部分組成。可以通航的部分稱為通航孔橋，其他不通航的部分則是非通航孔橋，兩者均存在船撞風(fēng)險(xiǎn)。由于通航孔橋和非通航孔橋所處位置、水文環(huán)境、橋墩結(jié)構(gòu)均不相同，因此安裝的防船撞系統(tǒng)也有所不同。

通航孔橋允許船舶通過，防撞設(shè)施主要安裝在橋墩上。而非通航孔橋不允許船舶通過，且因自身抗撞擊能力差、橋下“凈空較小”等特點(diǎn)，一旦發(fā)生撞擊易造成橋梁結(jié)構(gòu)失效，因此防撞系統(tǒng)主要采用攔阻方式，也就是拉起隔離“柵欄”。

高科技如何給大橋穿上

防撞“鎧甲”？

大型橋梁上用于船舶通行的通航孔橋，橋墩被撞的風(fēng)險(xiǎn)最大，因此需要特殊防護(hù)。

“鎧甲”式防船撞裝置是由外鋼圍、柔性防撞圈和內(nèi)鋼圍三部分構(gòu)成，包裹在橋墩外側(cè)。據(jù)實(shí)船撞擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，它可有效減少55%~75%撞擊力，實(shí)現(xiàn)了橋梁、船舶、防撞設(shè)施“三不壞”，就像打太極一樣。

寧波大學(xué)沖擊與安全工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 王永剛：以柔克剛，剛?cè)峁矟?jì)。船撞過來之后，這個(gè)裝置能夠有往后退的一個(gè)比較大的變形，一邊往后退，一邊給船一個(gè)反撞力，讓它改變航向，來沿著我們的防撞設(shè)施外側(cè)滑走。

設(shè)計(jì)該裝置的受力區(qū)間，要根據(jù)大橋通航船舶的最大噸位、最大航速以及日常的風(fēng)力、水流速度等，來設(shè)計(jì)橋梁通航孔的防船撞裝置的最大承受撞擊能力。以已經(jīng)應(yīng)用了該裝置的寧波象山港大橋?yàn)槔耐ê降燃?jí)是5萬噸的船舶，防撞設(shè)施要能抵抗航速7節(jié)、5萬噸船舶的撞擊。

寧波大學(xué)沖擊與安全工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 王永剛：結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)改變，主要是改變?cè)谕怃搰膭偠群腿嵝苑雷踩Φ娜岫取Ｈ绻?0萬噸的船，外鋼圍的尺寸更大，剛度更強(qiáng)，防撞圈的變形能力也就更大。這樣最后我們要找到一個(gè)最佳的匹配關(guān)系，叫做剛?cè)崞ヅ涠取?/p>

如何“剛?cè)岵?jì)”防止船橋相撞?

要達(dá)到“剛?cè)岵?jì)”的防撞效果，這套“鎧甲”還有一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

寧波大學(xué)沖擊與安全工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 王永剛：關(guān)鍵技術(shù)就是中間的防撞圈，防撞圈外面包裹的是一層橡膠，主要作用是防腐蝕，因?yàn)榉雷苍O(shè)施主要用在跨海大橋，而海洋環(huán)境下對(duì)腐蝕的要求比較高。經(jīng)過大量的研究和實(shí)驗(yàn)，我們最后選擇抗海水腐蝕能力比較高的氯丁橡膠。而里面更關(guān)鍵的是鋼絲繩，它是一圈一圈，繞成一個(gè)圈。通過鋼絲繩它能有大變形的能力。在撞擊過程中，鋼絲繩跟鋼絲繩之間有摩擦，摩擦也會(huì)消耗小部分的能量，這樣就可以起到緩沖的作用。

“船橋相撞”的后果有多嚴(yán)重？

一直以來，大橋防撞都是困擾工程界的難題之一。“船橋相撞”事故后果有多嚴(yán)重？對(duì)于大橋防撞技術(shù)的需求又有多迫切？

數(shù)據(jù)顯示，2007年以來，我國(guó)已發(fā)生重大船撞橋事故90多起，對(duì)交通大動(dòng)脈造成嚴(yán)重危害。2020年頒布的《公路橋梁抗撞設(shè)計(jì)規(guī)范》明確指出，“船舶撞擊非通航孔引起的橋梁垮塌事故的數(shù)量約為撞擊主通航孔的兩倍，非通航孔橋的船撞問題需要引起重視”。2020年交通運(yùn)輸部與國(guó)家鐵路局、國(guó)鐵集團(tuán)聯(lián)合發(fā)布了《船舶碰撞橋梁隱患治理三年行動(dòng)實(shí)施方案》，要求全面排查和治理船舶碰撞橋梁安全隱患。與此同時(shí)，《交通運(yùn)輸部交通運(yùn)輸科技“十三五”規(guī)劃》把跨航道橋梁防船撞關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)施的研發(fā)列為交通安全應(yīng)急領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，交通運(yùn)輸部要求可能遭受大型船舶撞擊的通航橋梁必須建橋梁防撞設(shè)施。

目前，寧波大學(xué)的這項(xiàng)“鎧甲式”防撞技術(shù)已應(yīng)用于廣東湛江海灣大橋、浙江寧波象山港公路大橋、福建平潭海峽大橋等重大工程。而“拉鏈?zhǔn)健钡拇髽蚍雷布夹g(shù)，未來還可能運(yùn)用于港口碼頭、海上風(fēng)電、大壩以及島礁的安全防護(hù)等。