長(zhǎng)江干線船撞橋事件機(jī)理及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法集成研究.pdf

1、隨著長(zhǎng)江干線跨河橋梁日益增多和長(zhǎng)江黃金水道建設(shè)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(jī)理分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(jì)算兩個(gè)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(fēng)險(xiǎn)研究仍處于參照現(xiàn)行規(guī)范的被動(dòng)防護(hù)設(shè)計(jì)階段,基于風(fēng)險(xiǎn)的主動(dòng)防船撞研究尚處于初期研究階段。本選題正是在長(zhǎng)江干線跨河橋梁工程集中建設(shè)和加強(qiáng)橋區(qū)通航安全管理的背景下,對(duì)船撞橋事

2、件機(jī)理展開研究,探索適合長(zhǎng)江干線橋梁船撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的論證技術(shù)。本文以復(fù)雜性科學(xué)理論為手段,運(yùn)用事故致因理論、模糊層次分析法和集成理論等,對(duì)船撞橋事件機(jī)理和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法等內(nèi)容進(jìn)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(xì)分析國(guó)內(nèi)外相近領(lǐng)域船撞橋(SBC,Ship-bridgecollision)研究?jī)?nèi)

3、容基礎(chǔ)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(zhǎng)江干線船舶航行過橋系統(tǒng)的基本特征。
　　 (2)闡明了HSCM的風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)因素,提出和構(gòu)建了三維耦合致因機(jī)理模型?；谙到y(tǒng)工程理論,將管理因素作為人因素的一個(gè)組成部分,論述了HSCM系統(tǒng)中產(chǎn)生SBC風(fēng)險(xiǎn)因素的識(shí)別方法。在分析單因素、雙因素和三因素耦合致因機(jī)理以及現(xiàn)有船舶偏航和失控漂移理論基礎(chǔ)上,提出了三維軌跡交匯致因機(jī)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(jìn)一步的SBC數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)證實(shí):通航橋孔跨距偏小是導(dǎo)致橋梁易發(fā)生SBC的主要風(fēng)險(xiǎn)源。
　　 (3)在橋梁通航風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面,開展了長(zhǎng)江干線橋梁通航風(fēng)險(xiǎn)源數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)計(jì)工作；結(jié)合橋梁通航環(huán)境復(fù)雜性特征,建立了HSCM的等級(jí)全息模型。運(yùn)用等級(jí)全息建模方法對(duì)橋梁船舶通航環(huán)境復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別,對(duì)HSCM進(jìn)行復(fù)雜性分析后指出:氣象環(huán)境等自然條件和橋梁因素?cái)?shù)據(jù)危險(xiǎn)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(yùn)用復(fù)雜性理論對(duì)HSCM脆性定義的基礎(chǔ)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(yùn)用模糊層次分析法,通過蘇通長(zhǎng)江大橋的實(shí)例分析了基于FAHP的系統(tǒng)脆性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),該評(píng)價(jià)方法構(gòu)建了蘇通長(zhǎng)江大橋的系統(tǒng)脆性層次性指標(biāo)。評(píng)價(jià)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(fù)雜性產(chǎn)生的直接誘因。

6、以荊州長(zhǎng)江大橋?yàn)槔?本文運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)船舶到達(dá)規(guī)律進(jìn)行了實(shí)證研究,指出船舶到達(dá)橋區(qū)符合泊松分布,船舶到達(dá)間隔時(shí)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(jí)的船舶避讓規(guī)則,應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬實(shí)現(xiàn)了船舶過橋的三維動(dòng)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(wú)碰撞為目標(biāo),在滿足船舶順利過橋的前提下,對(duì)不同類型船舶過橋進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)度。在簡(jiǎn)化船舶交通流的情況下,建立了基于碰撞勢(shì)態(tài)的直航路船撞橋概率簡(jiǎn)化模型。該簡(jiǎn)化模型能夠較好地解

7、釋長(zhǎng)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(jī)理。
　　 (5)構(gòu)建了基于風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)的橋梁通航論證集成綜合評(píng)價(jià)方法。在橋梁通航凈寬尺度設(shè)計(jì)階段,提出了通航論證技術(shù)框架。以武漢鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋通航風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為實(shí)例,探討了基于規(guī)范設(shè)計(jì)、漂移計(jì)算和操縱模擬在通航論證中的具體應(yīng)用,驗(yàn)證了橋梁工程領(lǐng)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的技術(shù)方法。最后,由于長(zhǎng)江干線橋梁所處河段的差異性,在進(jìn)行橋梁通航凈寬尺度論證和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí),需要針對(duì)具