基于港珠澳大桥的桥梁强国建设路径

　　摘要：介绍了港珠澳大桥的建设背景、目标、桥梁结构和景观文化设计方案;总结了港珠澳大桥建设成就及经验;概述了在“大型化、工厂化、标准化、装配化”建设理念下开展的桥梁工程新材料、新结构、新技术、新工艺、新设备等创新成果;提出了在建设交通强国时代背景下，我国桥梁强国建设的高质量发展理念、工业化技术路径及建设要点、体制机制创新途径。

　　关键词：桥梁工程;港珠澳大桥;景观文化;理念;创新

　　引言

　　2018年10月23日，在中国伶仃洋这片神奇的海域，被誉为“新世界七大奇迹”之一的港珠澳大桥建成开通。港珠澳大桥是具有国家战略意义的世界级跨海通道。项目的建成开通，完善了粤港澳三地高速公路网络及综合运输体系，构建了三地一小时交通经济生活圈，提升了大湾区的综合竞争力;不仅颠覆了三地之间的时空距离，更是连接了三地的民心距离，对加强三地人文交流、贸易往来和经济发展，以及“一国两制”方针的实施，维护祖国繁荣昌盛，都具有重大意义。港珠澳大桥已不再是一般概念上的桥梁工程，她是一项“桥梁、海底隧道、桥隧转换人工岛”(以下简称“桥岛隧”)一体化多专业的世界级超级集群工程，技术难度和风险挑战巨大，建设标准高和建设条件复杂。

　　建筑桥梁论文： 桥梁测绘项目管理信息系统的研究与实现

　　鉴于项目面临的工程技术、施工安全、环境保护、建设管理等方面的挑战，提出并推行了“大型化、工厂化、标准化、装配化”工程工业化建设理念，依靠当今先进的科学技术和国家强大的工业实力，取得了大量重大科技创新，解决了众多重大工程挑战，确保了“高品质、长寿命”重要目标的实现。港珠澳大桥的高质量建成，标志着我国已迈入世界超级跨海通道建设强国行列，她是我国土木工程和交通建设的一座丰碑。

　　推动桥梁工程的高质量发展与创新实践，是实现我国“交通强国”建设目标的重要抓手。这为我国“桥梁强国”发展带来了全新的战略机遇，也对桥梁建设提出了新要求。港珠澳大桥为新时代桥梁高质量建设发展的理念及技术创新提供了优良分析样本和基础平台。总结分析其建设成就和经验，进行思想、理念、技术、管理方面的认识再提升，为后续桥梁建设提供借鉴和指导，是港珠澳大桥建设者对我国桥梁强国建设义不容辞的责任与担当。

　　1港珠澳大桥工程

　　1.1工程概况

　　港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，是《国家高速公路网规划》中的重要交通建设项目。公路等级为双向车道高速公路，设计行车速度100km/h，设计使用寿命120年。项目主线全长约56km，其中：主体工程长29.6km，包括桥梁长22.9km、海底隧道长约6km、个人工岛各长625m(面积各约10万);香港口岸人工岛(面积约130万);珠澳口岸人工岛(面积约217万);香港连接线长约12km;珠海连接线长约13.9km[1]。

　　1.2建设理念

　　项目提出了“建设世界级的跨海通道、为用户提供优质服务、成为地标性建筑”3大建设目标。项目建设面对4方面巨大挑战：工程技术、施工安全、环境保护及建设管理。为应对挑战，针对项目建设条件、目标和需求，设计提出了基于“四化”即大型化、工厂化、标准化、装配化的桥岛隧建设理念、总体思想和指导方针，其本质是工业化。港珠澳大桥建设的工业化水平达到了空前的高度，“四化”建设理念将引领中国桥梁及交通建设领域的工业化革命[1]。

　　1.3景观文化

　　作为集群工程，桥岛隧组成有机整体。在路线线形上，桥岛隧形似珠链玉璧，深刻蕴寓粤港澳三地的“珠联璧合”文化内涵。以此为总体景观文化设计主题，结合对桥梁特征以及中西、三地、古今交融的本土文化特点和元素的分析，最终确定了以海洋文化元素为基础的“通力合作”“和谐共生”“扬帆顺行”组合方案：“中国结”桥塔寓意三地通力合作，海豚形桥塔寓意人与自然和谐共生，风帆形桥塔寓意扬帆顺行的大湾区建设发展。此外，人工岛还采用了抽象的海洋“蚝贝”外形。项目设计充分体现了大型人工构筑物的文化性和景观性，具有鲜明的地标性和独特性[1]。

　　1.4桥梁方案

　　青州航道桥采用主跨458m双塔斜拉桥，江海直达船航道桥采用个主跨258m三塔斜拉桥，九洲航道桥采用主跨268m双塔斜拉桥。深、浅水区非通航孔桥分别采用110、85m跨径大悬臂整幅钢箱连续梁桥和分幅组合连续梁桥[12]。

　　1.5桥梁创新技术

　　项目开展了多项国家级科学攻关研究，取得了丰富的新结构、新材料、新技术、新工艺及新设备技术成果。主要包括：系统开展了考虑泥皮、防腐涂层及剪力环影响因素的大直径钢管复合桩承载性能和变形特征研究，揭示了受力与变形机理，提出了构造及设计方法[3];研发了工具式沉桩系统，实现了垂直度1/400的沉桩精度，研发了工具式墩台定位安装系统和柔性分离式止水系统，形成了3000吨级以上复杂海洋环境深水埋床法全预制墩台设计施工成套关键技术;形成了基于模具定位件的墩台竖向预制匹配方法。

　　研制了全预制墩台安装专用φ75mm全螺纹高强钢筋预应力系统，形成了海上装配化桥梁全预制墩台构件制造、安装精度控制方法与标准;提出了基于荷载谱、构造细节、制造工艺、检验标准和试验验证的长寿命正交异性钢桥面板抗疲劳系统解决方法[4];研发了钢箱梁正交异性钢桥面板板单元制造关键技术，突破了钢箱梁形肋与桥面板焊接熔深控制及检测的技术瓶颈;建立了钢箱梁板单元制造自动化、智能化生产线[5]。

　　研发了超大型长悬臂整体式与分离式钢箱梁结构;形成了3000吨级以上钢箱梁整体高精度制造与安装技术，及超大型“中国结”形钢结形撑设计、制造、施工关键技术[6]和超大型钢塔设计、整体制造安装成套关键技术;研发了钢箱连续梁减隔震设计技术、斜拉桥整体静动力受力性能最优的结构约束体系及钢箱梁调谐质量阻尼器(TMD)涡激共振抑制技术[7，及抗拉强度1860MPa的锌铝合金镀层平行钢丝斜拉索和斜拉桥施工期取代临时墩的拉索平衡技术10。

　　形成了钢桥面铺装足尺仿真加速加载精确控温试验技术;研发了铺装集料的生产加工与精细分级技术并建立了自动化生产线以及超大规模钢桥面浇注式沥青(GMA)铺装设计、施工、质量控制关键技术及装备，以及全自动、全覆盖的桥梁运营期管养装备，建立了120年设计使用寿命结构耐久性综合保障技术[1。上述成果应用，为提高大桥工程品质、确保设计使用寿命提供了坚实基础和有力保障。港珠澳大桥践行“四化”建设理念，装配化率达95%，开启了我国装配化桥梁的新时代。

　　2桥梁强国建设路径

　　2.1桥梁高质量发展建设理念

　　交通强国建设目标对桥梁高质量建设与发展提出了新要求。高质量发展必须走创新、绿色、生态、环保、工业化、数字化、智慧化的发展道路[1。应通过推行系统创新设计理念，依靠当今先进的科学技术和国家强大的工业实力以实现桥梁的“高品质、长寿命、高智能”建设目标。“四化”作为大工业化的设计理念，从设计施工的根本上保障桥梁的高质量建设。必须终止传统发展理念与模式，以体制机制为入手，在管理评价、技术升级、职业特征、产业协同、投资造价、行业短板等生产全要素上实施创新来实现高质量发展。

　　2.2景观文化与设计创意

　　文化是工程活动中的重要因素，是工程的灵魂。桥梁是文化的重要载体，文化价值是重要的桥梁价值之一，其外在形象折射出工程文化的光芒。桥梁建设应把文化表达及景观设计放在重要位置。桥梁景观文化要充分展现优秀的民族和国家文化，处理好民族与世界、传统与现代的关系。既要体现文化自信，又要反映开放包容;既要符合传统审美价值，又要契合时代特征;要融会统筹工程科技创新与文化艺术创造，让桥梁工程结构和建筑景观文化融为一体，焕发出强大而持久的生命力[1。

　　桥梁景观设计应充分协调周围环境，按照力学原则来体现桥梁自身的功能美和形式美;应通过一定的设计手段和措施来实现桥梁设计的理念，并赋予其文化的传承，力求建筑风格与环境的和谐统一;应充分考虑“交通、人、环境”融合的理念，实现以人为本、功能完善、节能环保、环境优美的目标[1。

　　2.3工业化技术路径

　　2.3.1设计标准化标准化设计即对常规桥梁本身以及大型桥梁的构件采用标准化的设计，是保障全产业链完整性的关键，是实现工厂化制造与施工、标准化管理的前提和基础。以标准化、现代化的生产流水线来生产和管理桥梁构件，为提升工程质量、控制成本和工期提供根本保证，为构件的系列化、通用化至多样化奠定基础[1。钢结构桥梁具有“绿色、循环、低碳、高端”发展的特别优势，非常适合工业化建造，应积极推广各类桥梁采用钢结构进行建设。

　　2.3.2生产工厂化将桥梁现场施工转化为工厂内流水线制造，实现“空中的工作放到地上，地上的工作请到车间”，减少现场的作业时间和工作量。通过专业化生产来控制和保障构件质量和稳定性，提高桥梁整体品质和使用耐久性，最终实现减少运维工作和费用，支撑环境保护。

　　2.3.3施工装配化

　　将工厂预制的桥梁构件运至现场进行匹配安装。装配化施工生产效率高、对自然和社会环境影响小、劳动力结构优，是有效提升桥梁建设工业化、产业化水平的根本路径，极大地满足了特殊条件下(如海上、交通繁忙的河道、城市等)桥梁快速化建造的需求。其核心是高效安装与高精度控制技术及装备的研发。

　　2.3.4管理信息化

　　传统的项目管理模式越来越难以满足现代桥梁工程的高质量、高效率建设目标要求。信息化已上升到国家战略。在管理中采用信息化技术可以显著提高桥梁建造的生产效率、性能水平及建养一体化水平，有效推动提升桥梁智能化、工业化水平。信息化还为桥梁建设全过程构建信息通道，可实现桥梁全寿命期的信息标准化和数字化。

　　2.3.5穿透数字化

　　建筑信息模型(BIM)是数字化技术的重要载体，BIM技术已得到国际国内和行业的高度重视，并已逐步推广应用于桥梁的设计、施工模拟和施工管理的建设全过程中。必须将BIM与规划、设计、制造、施工、管理、养护等全产业链实施穿透，推行“BIM+无人机+GIS+通用图”勘察设计一体化技术，同时，BIM技术与虚拟现实(VR)/增强现实(AR)技术相结合，可开展桥梁方案研究和优化。此外，基于BIM的集成建模与计算分析技术、建设和运营管理平台的建设也方兴未艾。上述技术应用尚处于发展初级阶段，需进一步大力发展，为桥梁工业化装配化建设提供技术手段[1。

　　2.4工业化的建设要点

　　2.4.1高性能材料研发

　　工程技术进步与建筑材料发展相互依赖和促进。随着社会发展对工程安全、环保、低碳的要求越来越高，桥梁工程材料需向高强、轻质、耐久以及节能、环保、生态方向发展。在现已取得的材料研发成绩基础上，应大力加强轻质混凝土、高性能混凝土、超高性能混凝土、高强度和高性能钢材、高强度钢缆索、新型高性能复合材料、新型智能材料等的研究及应用，提高材料的耐久性、工作性、绿色环保和推广应用高性能材料的研发和应用，将为桥梁的轻型化、大型化和高质量品质提供保障，为桥梁工业化装配化建造奠定基础。

　　3结语

　　中国桥梁已走出了一条自主建设和创新发展的成功道路，为未来将我国建设成为世界桥梁强国奠定了坚实基础。介绍了港珠澳大桥的建设背景、目标、桥梁结构和景观文化设计方案;总结了港珠澳大桥建设成就及经验;概述了在“大型化、工厂化、标准化、装配化”建设理念下开展的桥梁工程新材料、新结构、新技术、新工艺、新设备等创新成果;指出了今后我国桥梁建设的工业化技术路径及要点;提出了体制机制创新方向，以期推动我国桥梁建设高质量可持续发展，更好支撑交通强国发展战略，早日实现中国桥梁强国伟大梦想。

　　参考文献(References)

　　[1]孟凡超刘明虎吴伟胜等港珠澳大桥设计理念及桥梁创新技术[J].中国工程科学2015,17(1):2735,41.MENGFanchao,LIUMinghu,WUWeisheng,etal.Thedesignphilosophyandbridge’stechnicalinnovationofHongKongZhuhaiMacauBridge[J].EngineeringScience2015,17(1):2735,41.

　　[2]刘明虎孟凡超李国亮等港珠澳大桥青州航道桥设计[J]公路2014,59(1):4451.

　　作者：孟凡超，刘明虎