馮正霖：對(duì)我國(guó)橋梁技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略的思考
2015-05-20
經(jīng)過(guò)改革開(kāi)放30多年的發(fā)展，我國(guó)公路橋梁建設(shè)取得了舉世矚目的成就。截至2014年年底，我國(guó)公路橋梁總數(shù)已達(dá)75.71萬(wàn)座，4257.89萬(wàn)延米。目前，僅黃河上已建和在建的大橋已達(dá)228座，長(zhǎng)江上達(dá)到162座。我國(guó)建成的懸索橋、斜拉橋、拱橋和梁橋這四類橋梁的跨徑均已居世界同類橋梁跨徑的前列。從發(fā)展歷程看，我國(guó)公路橋梁建設(shè)經(jīng)歷了從平原區(qū)向山嶺重丘區(qū)、從一般江河湖泊到大江大河再向海灣及聯(lián)島工程建設(shè)的發(fā)展歷程；橋梁結(jié)構(gòu)從常規(guī)的以梁橋和拱橋?yàn)橹鳎虼罂鐝叫崩瓨颉宜鳂?、高墩、不?duì)稱結(jié)構(gòu)、彎橋發(fā)展，再向離岸深海長(zhǎng)聯(lián)橋大型上下部預(yù)制結(jié)構(gòu)、大型復(fù)合基礎(chǔ)以及超大跨徑結(jié)構(gòu)發(fā)展?？傮w上，我國(guó)公路橋梁建設(shè)走過(guò)了一條自力更生、以我為主到技術(shù)引進(jìn)、消化吸收再到注重原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新的技術(shù)發(fā)展道路，已逐步實(shí)現(xiàn)從最基本的注重強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)方法向注重全壽命周期成本及環(huán)保、景觀、品質(zhì)、耐久的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)變。這些成果來(lái)之不易，它得益于我國(guó)綜合國(guó)力的極大提升和科技水平的快速發(fā)展；得益于國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)交通運(yùn)輸特別是橋梁建設(shè)不斷提出新需求帶來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)；得益于改革開(kāi)放以來(lái)學(xué)習(xí)借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家建設(shè)技術(shù)成果帶來(lái)的新探索與實(shí)踐；更凝聚了我國(guó)橋梁建設(shè)者攻堅(jiān)克難、勇攀高峰、不懈追求高品質(zhì)橋梁建設(shè)成果的智慧和心血。
一、當(dāng)前我國(guó)橋梁建設(shè)發(fā)展與橋梁強(qiáng)國(guó)相比存在的主要差距
盡管我國(guó)在橋梁建設(shè)核心技術(shù)、橋型與結(jié)構(gòu)體系、材料性能和裝備水平、橋梁監(jiān)測(cè)與評(píng)估技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等方面都取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，獲得了一大批自主創(chuàng)新成果，但也要清醒地認(rèn)識(shí)到，與橋梁強(qiáng)國(guó)相比，還存在以下主要技術(shù)差距：
?。ㄒ唬┰诖罂鐝綐蛄涸O(shè)計(jì)方面：技術(shù)儲(chǔ)備不夠，如主跨3000米級(jí)懸索橋及1500米級(jí)斜拉橋等結(jié)構(gòu)體系與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)問(wèn)題有待解決；高性能材料方面的研究與應(yīng)用滯后；與超大跨徑相匹配的支座、伸縮和阻尼等裝置、設(shè)備研究開(kāi)發(fā)不足，與國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品有差距。
?。ǘ┰谠O(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)理論方面：結(jié)構(gòu)全壽命周期設(shè)計(jì)理論、混凝土耐久性設(shè)計(jì)方法及鋼結(jié)構(gòu)疲勞荷載驗(yàn)算等基礎(chǔ)性研究不夠，技術(shù)儲(chǔ)備不足；對(duì)傳統(tǒng)材料的組合結(jié)構(gòu)研究、新型材料組合結(jié)構(gòu)的探索和積累有明顯差距；主要設(shè)計(jì)規(guī)范中原始創(chuàng)新內(nèi)容與建設(shè)規(guī)模不相匹配。
?。ㄈ┰跇蛄菏┕し矫妫荷詈；鶅?chǔ)抗震基礎(chǔ)和裝配式基礎(chǔ)工廠預(yù)制化、整體化、大型化，以及現(xiàn)場(chǎng)施工大型、先進(jìn)機(jī)械成套裝備水平還有差距；鋼構(gòu)件下料、焊接、機(jī)加工等各工序的精度控制系統(tǒng)，混凝土構(gòu)件模板以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)精度還不夠高；中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu)體系也需要改進(jìn)。
（四）在舊橋檢測(cè)、評(píng)估和維修加固方面：檢測(cè)設(shè)備的自主創(chuàng)新、評(píng)估理論的基礎(chǔ)性研究、加固機(jī)具的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化，以及應(yīng)急搶修裝備的輕型化、小型化、系列化等方面差距明顯。
?。ㄎ澹┰跇蛄吼B(yǎng)護(hù)管理方面：對(duì)大型橋梁、非常規(guī)結(jié)構(gòu)橋梁的監(jiān)管養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)不足，專業(yè)機(jī)構(gòu)和從業(yè)技術(shù)人員相對(duì)較少，技術(shù)手段和水平亦相對(duì)滯后。
上述五方面的差距，并不足以完全概括我國(guó)橋梁建設(shè)發(fā)展存在的全部問(wèn)題，但都至少是較為基礎(chǔ)和突出的問(wèn)題。以問(wèn)題為導(dǎo)向，才能更好地把握方向和目標(biāo)，研究確立未來(lái)一個(gè)時(shí)期我國(guó)公路橋梁技術(shù)發(fā)展方向，盡快邁進(jìn)世界橋梁強(qiáng)國(guó)的行列。
二、“十三五”我國(guó)公路橋梁發(fā)展要堅(jiān)持“創(chuàng)新引領(lǐng)，建養(yǎng)并重”
中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議作出了我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)的重大判斷。如何在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)下，切實(shí)落實(shí)“四個(gè)全面”的戰(zhàn)略布局，加快推動(dòng)綜合交通、智慧交通、綠色交通、平安交通發(fā)展，是我們面臨的重大問(wèn)題。“十三五”期是全面建成小康社會(huì)的攻堅(jiān)期，是落實(shí)國(guó)家“三大戰(zhàn)略”的關(guān)鍵期，作為交通運(yùn)輸業(yè)來(lái)說(shuō)，服務(wù)國(guó)家“三大戰(zhàn)略”，適度超前完善交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)布局，開(kāi)工建設(shè)一批重大工程、重大項(xiàng)目，既是我們的發(fā)展機(jī)遇，更是我們必須承擔(dān)的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。編制好“十三五”規(guī)劃，組織建設(shè)好“十三五”重大項(xiàng)目，就需要清醒認(rèn)識(shí)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)交通運(yùn)輸?shù)男枨蠛臀覀儸F(xiàn)在所處的發(fā)展方式與內(nèi)容的階段性特征，以戰(zhàn)略思維來(lái)審視今后一個(gè)時(shí)期的發(fā)展重點(diǎn)，在橋梁工程領(lǐng)域，堅(jiān)持“創(chuàng)新引領(lǐng)、建養(yǎng)并重”是至關(guān)重要的。
?。ㄒ唬﹦?chuàng)新橋梁建設(shè)技術(shù)，努力實(shí)現(xiàn)支撐保障能力的新跨越。
到2030年我國(guó)還需新建2萬(wàn)多公里的國(guó)家高速公路，這些高速公路上有許多關(guān)鍵性控制工程是跨越長(zhǎng)江、黃河和海峽的大型橋梁，或復(fù)雜地質(zhì)、地形條件下穿越溝壑和崇山峻嶺的高架橋梁，如瓊州海峽通道、渤海灣海峽通道等重大工程在采用什么工程結(jié)構(gòu)特別是橋梁結(jié)構(gòu)方面都還在進(jìn)行研究論證，有許多難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)尚待突破。需要重點(diǎn)開(kāi)展以下技術(shù)創(chuàng)新：
1.面對(duì)公路橋梁設(shè)計(jì)理念的提升和橋梁精細(xì)化設(shè)計(jì)的需求，需要完善公路橋梁抗風(fēng)、抗震等減災(zāi)防災(zāi)設(shè)計(jì)方法，建立健全公路橋梁全壽命周期設(shè)計(jì)理論與相關(guān)規(guī)范，研發(fā)基于BIM（建筑信息模型）技術(shù)的橋梁設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以推動(dòng)我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)的升級(jí)換代。
2.面對(duì)交通運(yùn)輸發(fā)展和長(zhǎng)大橋梁建設(shè)的需求，需要解決長(zhǎng)大橋梁適宜交通荷載、綜合交通運(yùn)輸體系下的組合交通荷載，基于全壽命周期設(shè)計(jì)的耐久性作用、疲勞荷載等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，以促進(jìn)我國(guó)橋梁設(shè)計(jì)水平和可靠性的提升。
3.面對(duì)瓊州海峽、渤海灣和西部山區(qū)大峽谷等超長(zhǎng)、超大跨越建設(shè)需求，需要研發(fā)輕質(zhì)、超高強(qiáng)的工程材料和水深超過(guò)70米的基礎(chǔ)施工技術(shù)，以提高橋梁的跨越能力、支撐超大跨結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)新。
4.隨著綜合交通運(yùn)輸體系的建立完善，以及城市群、城鄉(xiāng)交通一體化的發(fā)展，需要研發(fā)多層承載結(jié)構(gòu)橋梁，實(shí)現(xiàn)橋位資源和土地的集約化利用，以解決滿足公路、市政道路、軌道交通與鐵路共建的一橋多用問(wèn)題。
5.面對(duì)我國(guó)中小跨徑橋梁通病根治和服役可靠性提升的現(xiàn)實(shí)需求，改進(jìn)創(chuàng)新現(xiàn)有中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu)體系，提升整體化性能，發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)、鋼混結(jié)構(gòu)和無(wú)縫橋梁，以推動(dòng)我國(guó)中小型橋梁建設(shè)向工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化以及結(jié)構(gòu)耐久性方向提高。
6.面對(duì)公路橋梁標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、工廠化制造和便捷化施工的需求，結(jié)合根治混凝土橋梁痼疾病害的需要，大力發(fā)展鋼—混凝土組（混）合結(jié)構(gòu)橋梁，以推動(dòng)我國(guó)公路橋梁制造業(yè)的形成與發(fā)展，促進(jìn)我國(guó)公路橋梁建設(shè)向資源節(jié)約、環(huán)境友好轉(zhuǎn)型發(fā)展。
（二）改進(jìn)橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)，全面提升橋梁服役性能。
經(jīng)過(guò)30多年的大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，當(dāng)前步入維修期的橋梁數(shù)量日益增多。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)公路網(wǎng)中，各類危橋數(shù)量達(dá)7.96萬(wàn)座，約占橋梁總數(shù)的10.5%，直接影響我國(guó)公路網(wǎng)的安全運(yùn)行，盡管我們加大了改造力度，降低了國(guó)省干線的危橋數(shù)量，但農(nóng)村公路上的危橋仍居高不下，未能從根本上控制和解決這一問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸量大幅度增長(zhǎng)，行車密度及車輛載重越來(lái)越大，如何保障橋梁的安全性、耐久性和使用功能已成為目前橋梁工程界的巨大挑戰(zhàn)。橋梁工程技術(shù)發(fā)展也面臨以建設(shè)為主向建養(yǎng)并重轉(zhuǎn)型，需要我們?cè)跇蛄吼B(yǎng)護(hù)理念、方式、設(shè)備與材料及養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)方法等方面進(jìn)行創(chuàng)新與改進(jìn)，總體來(lái)說(shuō)有以下幾個(gè)方面：
1.面對(duì)我國(guó)橋梁工程材質(zhì)、損傷、缺陷和受力狀態(tài)的檢測(cè)需求，需要研發(fā)橋梁永久荷載下橋梁受力狀態(tài)非破損檢測(cè)技術(shù)及裝備，發(fā)展橋梁損傷和缺陷的可視化檢測(cè)診斷方法及裝備體系，構(gòu)建服役橋梁材質(zhì)狀況高精度量化無(wú)損檢測(cè)技術(shù)體系，以支撐我國(guó)橋梁養(yǎng)護(hù)和安全保障水平的提升。
2.面對(duì)我國(guó)橋梁長(zhǎng)期性能研究和長(zhǎng)大橋梁運(yùn)營(yíng)管理的技術(shù)需求，需要研發(fā)高精度、長(zhǎng)壽命、智能化傳感器，發(fā)展橋梁關(guān)鍵狀態(tài)參數(shù)和性能指標(biāo)長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)技術(shù)，構(gòu)建橋梁健康診斷以及性能和抗力衰變監(jiān)測(cè)技術(shù)體系與標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)基于BIM技術(shù)的橋梁管養(yǎng)系統(tǒng)，以推動(dòng)我國(guó)公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)的發(fā)展。
3.面對(duì)服役橋梁養(yǎng)護(hù)科學(xué)決策的技術(shù)需求，需要進(jìn)一步完善和發(fā)展橋梁技術(shù)狀況評(píng)定、承載能力和減災(zāi)防災(zāi)能力鑒定方法，構(gòu)建橋梁安全可靠性評(píng)估和使用壽命預(yù)測(cè)等的理論體系及技術(shù)方法，以推動(dòng)我國(guó)橋梁服役可靠性的提升和使用壽命的延長(zhǎng)。
4.面對(duì)我國(guó)服役橋梁養(yǎng)護(hù)管理和橋梁資產(chǎn)保全增效的技術(shù)需求，需要轉(zhuǎn)變橋梁養(yǎng)護(hù)理念，發(fā)展橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，提升橋梁機(jī)械化養(yǎng)護(hù)能力，構(gòu)建符合我國(guó)國(guó)情的橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)及裝備體系，以促進(jìn)我國(guó)橋梁技術(shù)向“建養(yǎng)并重”轉(zhuǎn)型發(fā)展。
5.面對(duì)服役橋梁病害處治和提高使用荷載等級(jí)的實(shí)際需求，需要完善加固設(shè)計(jì)理論與方法，研發(fā)快速可靠的加固技術(shù)，發(fā)展模式化加固技術(shù)和整體替代技術(shù)，以保證公路網(wǎng)的暢通與高效。
6.面對(duì)災(zāi)后應(yīng)急搶通和保通的需求，需要提升橋梁應(yīng)急裝備跨越和承載能力，拓展橋梁應(yīng)急裝備的品種，增強(qiáng)橋梁應(yīng)急裝備的施工便捷性，以提高我國(guó)公路的應(yīng)急保障能力及水平。
此外，還要強(qiáng)化設(shè)計(jì)與施工精細(xì)化，提高橋梁建設(shè)的工程品質(zhì)；要加大新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝和新裝備的研發(fā)與應(yīng)用力度，為跨江跨海重大工程建設(shè)項(xiàng)目的建設(shè)提供技術(shù)支撐；要提升橋梁養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)和水平，在開(kāi)展橋梁常規(guī)檢查、評(píng)價(jià)、維修與養(yǎng)護(hù)工作的同時(shí)，尤其要注重對(duì)特大型橋梁的安全運(yùn)營(yíng)與監(jiān)測(cè)，確保重要橋梁的運(yùn)營(yíng)狀況實(shí)時(shí)可控。
展望我國(guó)公路橋梁技術(shù)的發(fā)展，任重而道遠(yuǎn)，我們要堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展、安全發(fā)展的觀念，要樹(shù)立正確的橋梁建設(shè)目標(biāo)，更加注重功能，更加注重質(zhì)量安全，更加注重經(jīng)濟(jì)耐久，更加注重建筑美學(xué)，更加注重全壽命周期，更好地服務(wù)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民群眾的安全便捷出行。
