長(zhǎng)江干線橋梁景觀照明與船舶航行安全研究＊

郭 辰 黃立文

（武漢理工大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院1） 武漢 430070） （武漢理工大學(xué)航運(yùn)學(xué)院2） 武漢 430070）

0 引 言

長(zhǎng)江干線是溝通我國東西部的重要水上運(yùn)輸大通道，運(yùn)量已居世界內(nèi)河之首，是密西西比河的兩倍、萊茵河的三倍，對(duì)沿江經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展起到重要作用.橋梁作為溝通河流兩岸之間陸路交通運(yùn)輸?shù)募~帶，對(duì)推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了巨大的作用.長(zhǎng)江干線已建在建的跨長(zhǎng)江橋梁已經(jīng)達(dá)到90余座，而規(guī)劃的橋梁到2020年將達(dá)到120余座，但橋梁在改善陸路交通的同時(shí)，也給船舶航行安全帶來了不可低估的影響，如果橋梁照明設(shè)計(jì)不合理，因航寬、航高的限制，當(dāng)船舶航行至橋區(qū)時(shí)，稍有不慎就可能會(huì)發(fā)生撞橋事故，威脅船舶航行安全.至今長(zhǎng)江干線上船撞橋事故共計(jì)172起，通過分析發(fā)現(xiàn)受橋梁照明和城市燈光的影響，船撞橋事故多發(fā)生在夜間21：00時(shí)左右.因此，合理設(shè)置橋梁夜間照明，可有效提高船舶通航安全，減少水上交通事故.

目前，國內(nèi)外關(guān)于橋梁夜間照明設(shè)計(jì)已有一些初步研究［1－3］，研究認(rèn)為橋梁照明應(yīng)對(duì)橋梁下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行照明，有時(shí)要對(duì)橋梁進(jìn)行泛光照明，而且橋梁照明要求功能性和裝飾性并重，而功能性具有其特殊性，在于需要重視照明對(duì)橋下行船的影響.更多的研究?jī)H局限于個(gè)別橋梁的設(shè)計(jì)［4－5］，或簡(jiǎn)要提到了對(duì)所研究的橋梁景觀照明設(shè)計(jì)要考慮到通航安全［6］，但并沒有進(jìn)行深入的研究探討，沒有得出一個(gè)統(tǒng)一橋梁景觀照明、通航安全和航標(biāo)設(shè)置的要求.

由此可見，系統(tǒng)研究兼顧航行安全的橋梁景觀照明設(shè)計(jì)，對(duì)橋梁美觀和通航安全有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義.本文在充分考慮船舶航行安全的基礎(chǔ)上，分析研究了長(zhǎng)江干線具有代表性的橋梁景觀照明設(shè)計(jì)，并結(jié)合橋區(qū)航標(biāo)的設(shè)計(jì)方法，提出了橋梁景觀照明設(shè)計(jì)時(shí)在船舶航行安全方面的注意事項(xiàng)與設(shè)計(jì)原則，為橋梁景觀照明設(shè)計(jì)提供一定的參考和借鑒.

1 橋區(qū)燈光與船舶航行安全的關(guān)系

橋區(qū)航道存在航標(biāo)多、航道窄、水流流速大等特點(diǎn)，特別是在惡劣氣候狀況下，船舶操縱性能下降，穿越橋區(qū)時(shí)碰撞航標(biāo)和橋墩的幾率增大，給船舶和橋梁帶來安全隱患.而能見度不良時(shí)橋區(qū)與船舶航行安全問題更突出，燈光起到關(guān)鍵的指引作用.

橋區(qū)的燈光較為復(fù)雜，主要有標(biāo)識(shí)橋柱和通航橋孔的燈光、安裝在某些航標(biāo)上的航標(biāo)燈、橋梁照明燈光和附近城市照明用的燈光.其中橋梁景觀照明燈光、助航設(shè)施燈光與船舶航行安全關(guān)系最為密切.

1.1 橋梁景觀照明燈光與船舶航行安全的關(guān)系

1）橋梁景觀燈從強(qiáng)度、射程、位置、方向、數(shù)量等方面與船舶航行安全密切相關(guān).

2）目前橋梁景觀照片燈光設(shè)置上可能對(duì)船舶航行安全的不利影響.

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅發(fā)生在我國長(zhǎng)江、珠江、黑龍江3大水系干線上的船撞橋事故就達(dá)到數(shù)百起，其中長(zhǎng)江干線172起，武漢長(zhǎng)江大橋82起，船撞橋事故多發(fā)生在能見度較差的情況下，與良好能見度情況相比，事故數(shù)量為8∶1，其中多起事故都與夜間橋梁照明設(shè)計(jì)不合理有關(guān).

經(jīng)分析，不科學(xué)的橋梁燈光設(shè)置對(duì)船舶航行安全帶來居多負(fù)面影響：（1）橋面燈光向江面照射，淹沒了航標(biāo)燈光；（2）景觀照明的強(qiáng)點(diǎn)光源或橋梁施工的強(qiáng)光干擾船舶駕駛?cè)藛T視線；（3）橋梁燈光過強(qiáng)造成橋梁另外一側(cè)江面情況難以觀察.

以上影響，都對(duì)船舶航行安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，容易造成船舶走錯(cuò)航路、造成船舶撞橋和船舶見的碰撞事故.比如2007年我國南方某大橋被船舶撞擊垮塌事故，其中重要原因就是船舶受燈光影響走錯(cuò)橋孔導(dǎo)致碰撞非通航孔橋墩.

1.2 橋區(qū)助航設(shè)施燈光與船舶航行安全的關(guān)系

橋區(qū)航標(biāo)是船舶安全航行和通過橋梁的重要助航設(shè)施，其主要功能是標(biāo)示橋區(qū)通航孔的方向、航道界限與橋墩等礙航物，揭示有關(guān)航道信息，為船舶航行指出安全的航道.橋區(qū)助航標(biāo)主要有橋涵標(biāo)、燈浮標(biāo)、橋墩警示標(biāo)志等，GB5863—93《內(nèi)河助航標(biāo)志》、GB5864—93《內(nèi)河助航標(biāo)志的主要外形尺寸》和《內(nèi)河航道維護(hù)技術(shù)規(guī)范》對(duì)橋區(qū)助航標(biāo)的設(shè)定都有規(guī)定，有關(guān)設(shè)置規(guī)定見表1.

表1 內(nèi)河通航河流橋梁助航標(biāo)志設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)比較

為了保證夜間或視線不良情況下船舶通過橋區(qū)水域的安全，必須要科學(xué)合理布設(shè)航標(biāo)和設(shè)置燈光，明確標(biāo)示航道界限、通航孔以及橋柱、橋梁凈空高度，保證航標(biāo)燈光一定的視距.航標(biāo)燈在夜間發(fā)出規(guī)定的燈光顏色和閃光頻率，達(dá)到規(guī)定的照射角度和能見距離.

2 典型橋梁景觀照明燈光實(shí)例分析

下面以長(zhǎng)江干線已有的二座景觀照明燈光設(shè)計(jì)優(yōu)秀橋梁，即南京長(zhǎng)江二橋和蘇通長(zhǎng)江大橋?yàn)槔治鰳蛄壕坝^照明燈光是如何在滿足功能照明的前提下，將環(huán)保節(jié)能、科技創(chuàng)新、施工便捷、維護(hù)簡(jiǎn)單等都融入設(shè)計(jì)思想中，其景觀照明清晰地展示了橋梁的重點(diǎn)部位的結(jié)構(gòu)和裝飾細(xì)部的特色，亮度適宜，視覺效果好，并且保持了過往船舶對(duì)通航孔及航道的識(shí)別，滿足了航行安全要求.

1）南京長(zhǎng)江二橋 全線設(shè)有監(jiān)控、通訊、收費(fèi)、照明、動(dòng)靜態(tài)稱重等系統(tǒng)，并在南汊主橋設(shè)有景觀照明，其路燈高度、功率經(jīng)過精密設(shè)計(jì)，既能保證路燈照射到大橋的有效寬度，又充分考慮到航標(biāo)燈光開啟時(shí)的效果；通航橋孔燈光，分別裝在橋梁兩側(cè)，使通航孔橋區(qū)下方燈光明亮，而航標(biāo)增強(qiáng)橋區(qū)航標(biāo)燈光亮度，可采用發(fā)光二極管或LED燈，讓下水船舶及時(shí)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)（航標(biāo)燈），并抓住目標(biāo)調(diào)整和修正航向，可有效減少船舶碰撞航標(biāo)，其夜景見圖1所示.

圖1 南京長(zhǎng)江二橋南汊橋夜景

2）蘇通長(zhǎng)江大橋 路線全長(zhǎng)32.4公里，主要由北岸接線工程、跨江大橋工程和南岸接線工程3部分組成，專用航道橋采用140m＋268m＋140m＝548m的T型剛構(gòu)梁橋.蘇通長(zhǎng)江大橋景觀燈不僅考慮大橋美觀，還考慮了車輛及航行船只安全，因此，蘇通長(zhǎng)江大橋在不同地段設(shè)有不同的景觀燈安排，景觀燈分4種類型：第1種南北引橋的輪廓燈安裝在橋身下側(cè)；第2種斜拉索投光燈，主要分布在南北航道橋，考慮到對(duì)行車的影響，投光燈沒有色彩變化，以防產(chǎn)生眩光，統(tǒng)一是單一白色光；第3種橋塔照明燈，主要為了顯示橋塔夜間輪廓；第4種航道橋梁夜燈，分別裝在橋梁兩側(cè)，一方面勾勒出橋身輪廓，另一方面也能提醒過往船只.蘇通長(zhǎng)江大橋夜景見圖2所示.

圖2 蘇通長(zhǎng)江大橋夜景

3 橋梁景觀照明設(shè)計(jì)的原理與要點(diǎn)

3.1 橋梁景觀照明設(shè)計(jì)原理

橋梁照明基于滿足景觀同時(shí)兼顧航行安全的前提，根據(jù)景觀照明美學(xué)原理，遵循如下設(shè)計(jì)原則.

1）結(jié)合橋梁美學(xué)以及景觀照明的基本原則突出大橋結(jié)構(gòu)特征.

2）運(yùn)用照明美學(xué)輔以橋梁的基本元素點(diǎn)、線、面相結(jié)合構(gòu)成照明體系.

3）以數(shù)碼動(dòng)態(tài)光色系統(tǒng)照明的形式增加橋梁夜間色彩層次.

4）充分考慮不同的方位和角度進(jìn)行橋梁景觀照明設(shè)計(jì)，選取適當(dāng)?shù)牧炼仁箻蝮w在三維空間的環(huán)境中凸現(xiàn)出它的局部或細(xì)部，以表現(xiàn)橋梁總體藝術(shù)造型與具有個(gè)性的結(jié)構(gòu)相結(jié)合.對(duì)橋梁的燈塔、橋墩等宜進(jìn)行泛光照明，以達(dá)到有效的藝術(shù)效果.索塔泛光照明則應(yīng)自下而上亮度逐漸減小且呈平穩(wěn)過渡，變化過程中無明顯亮（或暗）斑.橋墩泛光照明應(yīng)具有一定的均勻度，最小亮度（或明度）值與最大平均亮度（或明度）值之比大于0.4.對(duì)橋梁的局部進(jìn)行勾勒照明或重點(diǎn)照明，對(duì)梁體、護(hù)攔和纜索宜進(jìn)行泛光照明或輪廓勾勒照明而對(duì)雕塑或有特色構(gòu)筑物宜進(jìn)行重點(diǎn)照明.

5）功能照明與景觀照明的多種照明效果不致造成互相干擾，光或泛光、亂影或衍射等負(fù)面效應(yīng).橋梁的景觀照明應(yīng)確保在任何方向?qū)Ω鞣N交通運(yùn)載工具的駕駛?cè)藛T都不造成有害眩光，也不對(duì)各種信號(hào)燈的識(shí)別造成干擾.照明設(shè)施和照明管線盡可能隱蔽，不能影響橋梁白天的景觀；燈具造型應(yīng)新穎、照明高效均勻，安裝維護(hù)方便.

6）橋梁照明設(shè)計(jì)還應(yīng)遵循節(jié)能的原則并考慮降低照明費(fèi)用，包括初始投資和運(yùn)行費(fèi)用兩部分.同時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)充分考慮維護(hù)、維修、清洗、替換等全方位的管理因素.

3.2 橋梁景觀照明設(shè)計(jì)要點(diǎn)

雖然橋梁基本照明對(duì)夜間橋梁景觀能起到一定作用，但橋梁夜景照明與基本照明卻有著本質(zhì)區(qū)別.橋梁夜景照明是照明科學(xué)與橋梁建筑藝術(shù)的有機(jī)結(jié)合.它拓展了橋梁的景觀表現(xiàn)，全天候展示橋梁的美學(xué)特征，同時(shí)其對(duì)于表現(xiàn)城市夜間景觀的空間層次與景深，承擔(dān)著重要作用.因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著力表現(xiàn)其自身的特點(diǎn)，以點(diǎn)、線、面的表現(xiàn)方式，展示橋梁的個(gè)性美與本質(zhì)美.設(shè)計(jì)中體現(xiàn)照明與自然環(huán)境、人文環(huán)境的協(xié)調(diào)，突出重點(diǎn)，兼顧全面，充分運(yùn)用人工光的揚(yáng)抑、隱現(xiàn)、虛實(shí)、動(dòng)靜的表現(xiàn)特征.控制投光角度和范圍，以建立光的構(gòu)圖、秩序、節(jié)奏，渲染空間的變化效果，改善空間的比例，增加空間的層次，注重局部照明與整體環(huán)境的配合.選擇橋梁要素為照明表現(xiàn)對(duì)象；表現(xiàn)立體感；強(qiáng)調(diào)色彩表現(xiàn).同時(shí)，還要著重注意不影響橋下船舶航行，保證船舶航行安全.（1）防止燈光向江面照射.（2）橋腹照明很容易產(chǎn)生炫光，即使使用最小光束角的投光燈.因此需嚴(yán)格控制燈具的眩光.（3）橋墩的照明在保證橋體照明的完整性的同時(shí)，也要兼顧橋底通航的需要，通常的手法是泛光照明，控制好燈光強(qiáng)度，不能影響橋柱燈等交通型號(hào)標(biāo)志；特別注意有多個(gè)橋孔的橋墩照明時(shí)，要突出通航橋孔的橋柱航標(biāo)燈.（4）不能使用閃爍燈光，避免與航標(biāo)信號(hào)產(chǎn)生混淆.（5）航標(biāo)燈采用同步單閃燈，不僅增加了航標(biāo)維護(hù)的科技含量，更使夜間視覺效果人性化，過往船舶更易識(shí)別航道，增加了航道和橋梁的安全性，同時(shí)也給城市江段增添了一道美麗的風(fēng)景線.

4 結(jié) 束 語

橋梁景觀照明是橋梁美學(xué)的重要組成部分，特別是城市橋梁的建設(shè)，對(duì)城市的規(guī)劃和發(fā)展起著不可估量的作用，其中橋梁夜間景觀照明作為提升城市形象的靚點(diǎn)是不可忽視的.同時(shí)對(duì)大型橋梁設(shè)置合理的夜間照明還能增加橋區(qū)行船的安全性，減少水上交通事故，降低船撞橋風(fēng)險(xiǎn).因此在對(duì)橋梁景觀照明進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，加大對(duì)提高船舶航行安全和降低船撞橋風(fēng)險(xiǎn)的考慮是十分必要的.

目前，在我國橋梁景觀照明正處于發(fā)展階段，還有待于多學(xué)科領(lǐng)域的廣泛合作和研究，以達(dá)到更美觀、更安全的目的.

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