对我国桥梁技术发展战略的思考
2015-05-20
经过改革开放30多年的发展，我国公路桥梁建设取得了举世瞩目的成就。截至2014年年底，我国公路桥梁总数已达75.71万座，4257.89万延米。目前，仅黄河上已建和在建的大桥已达228座，长江上达到162座。我国建成的悬索桥、斜拉桥、拱桥和梁桥这四类桥梁的跨径均已居世界同类桥梁跨径的前列。从发展历程看，我国公路桥梁建设经历了从平原区向山岭重丘区、从一般江河湖泊到大江大河再向海湾及联岛工程建设的发展历程；桥梁结构从常规的以梁桥和拱桥为主，向大跨径斜拉桥、悬索桥、高墩、不对称结构、弯桥发展，再向离岸深海长联桥大型上下部预制结构、大型复合基础以及超大跨径结构发展。总体上，我国公路桥梁建设走过了一条自力更生、以我为主到技术引进、消化吸收再到注重原始创新、集成创新的技术发展道路，已逐步实现从最基本的注重强度、刚度、稳定性的设计方法向注重全寿命周期成本及环保、景观、品质、耐久的现代设计理念转变。这些成果来之不易，它得益于我国综合国力的极大提升和科技水平的快速发展；得益于国家经济社会发展对交通运输特别是桥梁建设不断提出新需求带来的机遇和挑战；得益于改革开放以来学习借鉴发达国家建设技术成果带来的新探索与实践；更凝聚了我国桥梁建设者攻坚克难、勇攀高峰、不懈追求高品质桥梁建设成果的智慧和心血。
一、当前我国桥梁建设发展与桥梁强国相比存在的主要差距
尽管我国在桥梁建设核心技术、桥型与结构体系、材料性能和装备水平、桥梁监测与评估技术、标准规范等方面都取得了长足进步，获得了一大批自主创新成果，但也要清醒地认识到，与桥梁强国相比，还存在以下主要技术差距：
（一）在大跨径桥梁设计方面：技术储备不够，如主跨3000米级悬索桥及1500米级斜拉桥等结构体系与关键结构问题有待解决；高性能材料方面的研究与应用滞后；与超大跨径相匹配的支座、伸缩和阻尼等装置、设备研究开发不足，与国外先进产品有差距。
（二）在设计规范和设计理论方面：结构全寿命周期设计理论、混凝土耐久性设计方法及钢结构疲劳荷载验算等基础性研究不够，技术储备不足；对传统材料的组合结构研究、新型材料组合结构的探索和积累有明显差距；主要设计规范中原始创新内容与建设规模不相匹配。
（三）在桥梁施工方面：深海基储抗震基础和装配式基础工厂预制化、整体化、大型化，以及现场施工大型、先进机械成套装备水平还有差距；钢构件下料、焊接、机加工等各工序的精度控制系统，混凝土构件模板以及相应的控制系统精度还不够高；中小跨径桥梁结构体系也需要改进。
（四）在旧桥检测、评估和维修加固方面：检测设备的自主创新、评估理论的基础性研究、加固机具的标准化和专业化，以及应急抢修装备的轻型化、小型化、系列化等方面差距明显。
（五）在桥梁养护管理方面：对大型桥梁、非常规结构桥梁的监管养护经验不足，专业机构和从业技术人员相对较少，技术手段和水平亦相对滞后。
上述五方面的差距，并不足以完全概括我国桥梁建设发展存在的全部问题，但都至少是较为基础和突出的问题。以问题为导向，才能更好地把握方向和目标，研究确立未来一个时期我国公路桥梁技术发展方向，尽快迈进世界桥梁强国的行列。
二、“十三五”我国公路桥梁发展要坚持“创新引领，建养并重”
中央经济工作会议作出了我国经济发展进入新常态的重大判断。如何在我国经济发展进入新常态下，切实落实“四个全面”的战略布局，加快推动综合交通、智慧交通、绿色交通、平安交通发展，是我们面临的重大问题。“十三五”期是全面建成小康社会的攻坚期，是落实国家“三大战略”的关键期，作为交通运输业来说，服务国家“三大战略”，适度超前完善交通基础设施网络布局，开工建设一批重大工程、重大项目，既是我们的发展机遇，更是我们必须承担的责任担当。编制好“十三五”规划，组织建设好“十三五”重大项目，就需要清醒认识我国经济社会发展对交通运输的需求和我们现在所处的发展方式与内容的阶段性特征，以战略思维来审视今后一个时期的发展重点，在桥梁工程领域，坚持“创新引领、建养并重”是至关重要的。
（一）创新桥梁建设技术，努力实现支撑保障能力的新跨越。
到2030年我国还需新建2万多公里的国家高速公路，这些高速公路上有许多关键性控制工程是跨越长江、黄河和海峡的大型桥梁，或复杂地质、地形条件下穿越沟壑和崇山峻岭的高架桥梁，如琼州海峡通道、渤海湾海峡通道等重大工程在采用什么工程结构特别是桥梁结构方面都还在进行研究论证，有许多难点和关键技术尚待突破。需要重点开展以下技术创新：
1.面对公路桥梁设计理念的提升和桥梁精细化设计的需求，需要完善公路桥梁抗风、抗震等减灾防灾设计方法，建立健全公路桥梁全寿命周期设计理论与相关规范，研发基于BIM（建筑信息模型）技术的桥梁设计系统，以推动我国公路桥梁设计技术的升级换代。
2.面对交通运输发展和长大桥梁建设的需求，需要解决长大桥梁适宜交通荷载、综合交通运输体系下的组合交通荷载，基于全寿命周期设计的耐久性作用、疲劳荷载等关键技术问题，以促进我国桥梁设计水平和可靠性的提升。
3.面对琼州海峡、渤海湾和西部山区大峡谷等超长、超大跨越建设需求，需要研发轻质、超高强的工程材料和水深超过70米的基础施工技术，以提高桥梁的跨越能力、支撑超大跨结构体系的创新。
4.随着综合交通运输体系的建立完善，以及城市群、城乡交通一体化的发展，需要研发多层承载结构桥梁，实现桥位资源和土地的集约化利用，以解决满足公路、市政道路、轨道交通与铁路共建的一桥多用问题。
5.面对我国中小跨径桥梁通病根治和服役可靠性提升的现实需求，改进创新现有中小跨径桥梁结构体系，提升整体化性能，发展钢结构、钢混结构和无缝桥梁，以推动我国中小型桥梁建设向工厂化、标准化以及结构耐久性方向提高。
6.面对公路桥梁标准化建设、工厂化制造和便捷化施工的需求，结合根治混凝土桥梁痼疾病害的需要，大力发展钢—混凝土组（混）合结构桥梁，以推动我国公路桥梁制造业的形成与发展，促进我国公路桥梁建设向资源节约、环境友好转型发展。
（二）改进桥梁养护技术，全面提升桥梁服役性能。
经过30多年的大规模基础设施建设，当前步入维修期的桥梁数量日益增多。据不完全统计，在我国公路网中，各类危桥数量达7.96万座，约占桥梁总数的10.5%，直接影响我国公路网的安全运行，尽管我们加大了改造力度，降低了国省干线的危桥数量，但农村公路上的危桥仍居高不下，未能从根本上控制和解决这一问题。随着经济社会的发展，交通运输量大幅度增长，行车密度及车辆载重越来越大，如何保障桥梁的安全性、耐久性和使用功能已成为目前桥梁工程界的巨大挑战。桥梁工程技术发展也面临以建设为主向建养并重转型，需要我们在桥梁养护理念、方式、设备与材料及养护设计方法等方面进行创新与改进，总体来说有以下几个方面：
1.面对我国桥梁工程材质、损伤、缺陷和受力状态的检测需求，需要研发桥梁永久荷载下桥梁受力状态非破损检测技术及装备，发展桥梁损伤和缺陷的可视化检测诊断方法及装备体系，构建服役桥梁材质状况高精度量化无损检测技术体系，以支撑我国桥梁养护和安全保障水平的提升。
2.面对我国桥梁长期性能研究和长大桥梁运营管理的技术需求，需要研发高精度、长寿命、智能化传感器，发展桥梁关键状态参数和性能指标长期跟踪监测技术，构建桥梁健康诊断以及性能和抗力衰变监测技术体系与标准，研发基于BIM技术的桥梁管养系统，以推动我国公路桥梁养护管理技术的发展。
3.面对服役桥梁养护科学决策的技术需求，需要进一步完善和发展桥梁技术状况评定、承载能力和减灾防灾能力鉴定方法，构建桥梁安全可靠性评估和使用寿命预测等的理论体系及技术方法，以推动我国桥梁服役可靠性的提升和使用寿命的延长。
4.面对我国服役桥梁养护管理和桥梁资产保全增效的技术需求，需要转变桥梁养护理念，发展桥梁预防性养护技术，提升桥梁机械化养护能力，构建符合我国国情的桥梁养护技术及装备体系，以促进我国桥梁技术向“建养并重”转型发展。
5.面对服役桥梁病害处治和提高使用荷载等级的实际需求，需要完善加固设计理论与方法，研发快速可靠的加固技术，发展模式化加固技术和整体替代技术，以保证公路网的畅通与高效。
6.面对灾后应急抢通和保通的需求，需要提升桥梁应急装备跨越和承载能力，拓展桥梁应急装备的品种，增强桥梁应急装备的施工便捷性，以提高我国公路的应急保障能力及水平。
此外，还要强化设计与施工精细化，提高桥梁建设的工程品质；要加大新结构、新材料、新工艺和新装备的研发与应用力度，为跨江跨海重大工程建设项目的建设提供技术支撑；要提升桥梁养护管理技术和水平，在开展桥梁常规检查、评价、维修与养护工作的同时，尤其要注重对特大型桥梁的安全运营与监测，确保重要桥梁的运营状况实时可控。
展望我国公路桥梁技术的发展，任重而道远，我们要坚持科学发展、安全发展的观念，要树立正确的桥梁建设目标，更加注重功能，更加注重质量安全，更加注重经济耐久，更加注重建筑美学，更加注重全寿命周期，更好地服务于国家经济社会发展和人民群众的安全便捷出行。
