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汽車沖撞恐襲如何應對?反恐防撞神器:防撞升降柱,智能反恐翻轉路障機不服來戰

文章來源: 守門神 人氣:553 發表時間:2017-11-02 09:28:58

周二(10月31日)在美國曼哈頓又雙叒叕發生了卡車沖撞人群襲擊事件,現場有六人被宣布死亡,另有兩人在醫院被宣布死亡,其中十一人被送往醫院,傷勢嚴重。案發地點發生在人流眾多的曼哈頓下城西街與錢伯斯街之間,靠近世貿中心、911國家紀念博物館和一所高中 。當天正值萬圣節,紐約萬圣節游行的出發聚集地距離案發地只有1公里左右的距離。




針對高密集人群的卡車襲擊近幾年頻發,慘案新聞持續不斷:


2009年10月25日,伊拉克巴格達市中心遭遇兩起自殺式汽車炸彈襲擊,當地司法部和省政府建筑受損嚴重,至少160人死亡,超過500人受傷;


2010年9月9日俄羅斯南部奧賽第共和國首府的中央市場遭遇汽車炸彈襲擊,17人死亡,133 人受傷;


2011年1月1日,埃及北部城市亞歷山大一座基督教堂門前遭遇汽車炸彈襲擊,至少21人死亡,79人死亡;2017年7月2日大馬士革東部城區解放廣場發生自殺式汽車炸彈爆炸襲擊,造成至少20人死亡、30人受傷;


2013年8月15日時,一枚安置于黎巴嫩貝魯特的汽車炸彈爆炸并且殺死27人造成超過200人受傷。


2015年8月13日,發生了一宗由伊斯蘭國發動、對象為什葉派武裝分子的恐怖主義襲擊事件,有汽車炸彈在一所批發市場爆炸,造成76人死亡、212人受傷。


2016年12月18日,土耳其中南部城市開塞利周六發生汽車炸彈襲擊,造成13名士兵喪命,56人受傷。


2017年5月31日,喀布爾市區瓦濟爾阿克巴汗區發生了汽車炸彈襲擊。事發地點接近德國大使館正門,附近有他國使館和多個政府部門,死亡超過90人,傷者超過400人。


一般而言,恐怖分子實施車輛沖撞恐怖襲擊的意圖,是盡可能最大規模的殺傷平民,以吸引媒體關注,制造恐慌和轟動效應。諸如商店、廣場、抗議示威隊伍等人員密集的場所,非常容易遭到恐怖分子沖撞襲擊。而橋梁、市場這樣相對封閉的場所,由于民眾在遭遇車輛沖撞時往往無處可躲,更有可能成為恐怖分子的襲擊重點。今年倫敦之前發生的兩起沖撞恐怖襲擊,恐怖分子都是以橋上的行人,和橋附近市場中的普通民眾為襲擊目標。


目前應對恐襲車輛仍然是世界難題,保護建筑物或減輕汽車炸彈損害的方法主要分為兩大類:結構抗暴加固設計(比如固定式隔離柱或護欄)和車輛進入控制系統(如電動檔桿)。無論是哪一種,強度不一定夠不說,一旦安裝就無法撤走或者需要人力物力維護其開啟或關閉。特別是在一些車輛經常通過的公共區域,設置路障也是造成交通阻塞的原因之一。




圖1帶釘刺鐵絲網 (來源:Metropolitan Police)


英國警方引進了一種利用鎢鋼打造的刺釘網,專門應對汽車恐襲等。如果汽車行駛到刺釘網上,刺釘會很快扎破汽車輪胎,使得汽車與刺釘網纏結在一起,達到短時間內束縛車輛繼續前進的效果。該裝置還能使得車輛在停下來前一直沿直線行駛,最大程度減輕人員傷亡。然而不得不隨時安置或撤走,耗時耗力,一般用于特殊情況,不可能一直鋪設。



圖2.防撞桿 (來源:コーエイ工業)



在一些西方國家以及日本已經有一些企業研發了一種可以迅速阻擋高速汽車的防撞柱,抵抗力非凡,汽車撞在這種欄桿上,直接散架了,速度越快,自損越嚴重。即使是面對大卡車的沖擊也毫無壓力。這種自動升降式防撞柱系統既不會完全阻擋建筑物的主要通道,又能有效保護建筑物或人群區域免收汽車襲擊。而且風格多變,和周圍的環境適應好,可以搭配周圍的建筑風格,由于可以自動升降,可以保證特定車輛通過,在恐怖襲擊頻發的今天,是很好的防護工具。



圖3 反恐立柱 (來源:コーエイ工業)


這是針對世界各國恐怖襲擊車輛的防御而專門研發的,只是直徑不超過40cm的空心鋼柱,卻能夠阻擋高速行駛的汽車或卡車。乍一看,上圖中的這些圓柱體沒什么特殊的,到底是什么結構會有如何功效,我們來詳細了解了解這些立柱的功能是怎樣實現的,制作原理又是什么?


1 安置場所

這種防撞桿是一種自動升降、水平保持加強的欄桿,材料一般為結構鋼,直徑為200至300mm、厚度約3-6mm的空心圓柱。在步行街口、機場、海港、高層建筑、購物中心、大劇院、運動場、機關單位、學校、公園等公共場所安置,平時不用時儲存在地面以下,有突發事件時,升至地面以上,防護啟動一般在3-5秒內完成,如果加入緊急快速啟動控制可以在2秒內完成。コーエイ工業生產的防撞桿可以阻擋自重約7500kg、速度為80km/h的車輛。其最新設計的產品可以實現“淺安裝”—僅需安置在地下0.3m即可,防護啟動后,在地面的高度可達到0.8-1.1m之間。



圖4(上下) 自動升降式防撞欄桿 (來源:コーエイ工業)


2 材料和結構(并不是表面看上去那么簡單?。?/span>

防撞柱系統包括鋼柱體、連接底座、外套筒體和外套筒蓋板等。



圖5 坑體內整體構造立面圖 (來源:專利CN103510480 B)


防撞柱系統核心部分鋼柱體一般是Q345低合金鋼所制,可以用于橋梁、車輛、船舶、建筑、壓力容器、特種設備的制造。Q表示屈服強度,345表示這種鋼材的屈服強度為345MPa。高度為1m左右,下部連接的是底座,一般為不超過1平方米的矩形鋼板。鋼管的壁厚一般是3-6mm。與底座相連,能夠良好地傳遞汽車的沖擊力。具有高強的承重和抗撞能力;柱體內無電源設計,防水、安全。外套筒和蓋板等一般也是用Q345低合金鋼所制。



圖6 防撞柱部分構造圖 (來源:專利CN103510480 B)


保護外套筒:這個套筒設置在鋼管防撞柱的外圍,一般是矩形形狀,埋在地下,設計的目的就是保護防撞柱。



圖7 外套筒部分構造圖 (來源:專利CN103510480 B)


加勁裝置:包括橫向加勁片和縱向加勁片,原理很簡單,我們知道在北方的寒冬,暖氣片是必不可少的,特有的形狀是為了增加與空氣接觸的面積而傳遞熱量。加勁片增加了與地基的接觸面積而增大了摩擦力,達到加勁效果。


升降裝置:這是這個產品的一個亮點,使用的時候升高,不用的時候降到地下,目前有液壓控制的,最新的產品中有電動控制的,控制越來越迅速,方法越來越靠譜。


坑體:說白了就是挖個坑,把整個防撞柱系統放進去。


在使用這套系統時,先把縱向、橫向加勁板和外套筒焊接在一起,再把升降導軌焊接在外套筒中;把升降頂升部分和鋼柱體底座連接,挖足夠大小的坑位,把外套筒放在坑里作簡單的固定。然后向坑里澆筑混凝土,再把鋼柱體放在外套筒里,最后把外套筒蓋板蓋上,通過連接螺栓與外套筒良好連接。


這種可自動升降式防撞柱能夠在短時間內通過遙控設施實現自動升降,鋼柱體完全降下時,路面暢通無阻,防撞柱升起后,對車輛進行阻攔,鋼柱體底座和外套筒都在地下,通過傳力作用,把中央柱體所受的沖擊力和彎矩傳到地基里。


3 怎么防撞?

鋼管防撞柱當然就是整個系統的核心部件了,受到汽車的水平沖擊力和彎矩,在水平方向底座的兩側會受到兩個約束力,與汽車的水平沖擊力平衡。為了阻止鋼柱體底座的移動,外套筒蓋板會對底座有個向下的壓力,相對應頂升裝置對底座有個向上的支撐力,這兩個力平衡。 通過防撞柱底座側壁與外套筒側壁的水平壓力相互作用平衡,另一小部分彎矩則通過防撞柱底座與外套筒蓋板的豎直相互壓力、圓柱體與外套筒蓋板的豎直相互壓力作用平衡。而在底座上部,水平約束力產生的力矩和豎直約束力產生的力矩可以抵抗汽車沖擊力產生的彎矩。



簡單來說,兩條傳遞力的途徑,可以把汽車的沖擊力傳遞到地基中,特殊的結構可以把系統局部的集中力降低,在多平面上受均衡力,防止了材料的失效,安全性大大增加。


圖8(上下) 受力分析 (來源:東南大學學報)



相關領域的研究學者當然需要對這種結構的合理性作出分析判斷。LS-DYNA等軟件可以分析多剛體動力學問題,借助這類軟件,得到技術支持,相關企業開發出產品,通過試驗可以確保產品的安全性能。美國和英國分別在2003年和2007年頒布了汽車防護欄的質量標準。如果仿真或者試驗結果能夠達到相關標準,就可以投入研發生產。在數值模型中,通過防撞柱系統、周邊的混凝土、周邊的普通地基、路面、汽車動量等進行建模計算,可以預測分析結果。






圖9(上下 )受力分析仿真模型 (源:Journal of Structural Engineeri



圖10 汽車沖擊分析仿真模型 (來源同圖9)


4 “碎如紙片”的反沖力

防撞柱系統投入使用時,按照操作規程埋入地下,第一個亮點功能在于自動升降。


      在政府機關、倉庫等可電動、遙控或刷卡控制升降,阻止外單位車輛進入和不法車輛闖入;在步行街口等安裝升降式路障,平時路障處于升起狀態,限制車輛進出,如遇緊急或特殊情況(如火災、急救等)可迅速降下路障,以便車輛通行;還可以作為道路隔離帶:在非全封閉式道路隔離帶中可采用升降式路障,平時阻止車輛左轉或掉頭行駛。如遇道路施工、道路阻塞等特殊情況,可放下路障,使車輛改道通行。


而第二個最重要的亮點功能在于反恐!在公共場所,平時收存在地下,不影響通行,出現突然襲擊時,可以手動迅速升起防護。系統以電動馬達驅動空氣壓縮機,能以1.8秒的上升速度及1.4秒的下降速度完成自動升降,上升后可完全抵擋時速80公里的卡車沖撞,反彈力足以讓汽車直接報廢。從生產廠家提供的試驗中可以看到,汽車撞在鋼柱上,時速80公里載滿鐵桶的卡車沖向防撞柱,撞擊瞬間整個車頭與車身如紙做的一般擠壓在一起,車殼零件四處噴飛,車身幾乎破碎全毀,而防撞柱幾乎毫無損傷。


目前除了美國國務院有設置該項產品外,日本大使館、機場、發電廠等重要設施也有配置,以自動升降防撞柱來確保大眾安全。近年來面對如此頻發的恐怖襲擊,以“社會環境安全度較高”的日本也不得不考慮這些問題,特別是2020年的東京奧運,本來人口密度就很高的關東圈,將會迎來人口密集度的高峰!相信這個「防恐襲神器」的關注度也將會越來越高。









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