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彩神APP对中国桥梁经济型问题的反思(文项海帆院士)

更新时间:2019-09-16 18:22点击:

  进入21世纪以来,由于对可持续发展、低碳经济和全寿命设计理念的重视,桥梁设计中应当遵循的“安全、适用、经济、美观、耐久和环保”六项原则已成为大家的共识。然而,随着中国经济的发展和国家投入的增加,经济性原则在中国桥梁界似乎愈来愈被忽视了。一些不经济和不合理的大跨度方案常常因业主的“好大喜功”和设计者盲目追求大跨度桥梁,误认为跨度的突破就是“创新”,就是世界领先水平而得以实现,并为此不惜付出成倍的代价,甚至造成严重比例失调,与相邻桥梁也极不相称的恶果。

  本文是作者对中国桥梁经济性问题的一点反思,希望能引起桥梁界同仁的讨论,使经济性原则能在方案比选中重新得到重视。并且,鼓励通过创新的努力,实现最优良的力学性能、最合理的构造细节、最方便的施工工艺,同时也是最经济和美观的桥梁,从而提高中国桥梁的声誉和竞争力。

  中国桥梁的造价从表面上看比欧美国家低,于是造成一种错觉,似乎中国桥梁的经济性是最好的。然而,仔细思考后感到事实并非如此。

  1.由于中国的人工低廉,许多桥梁工地都聚集了大量农民工,使用相对落后的装备建桥。虽然也能建成大桥,甚至是破纪录的大桥,但中国桥梁的设计标准偏低,施工质量存在隐患,这也是造成中国桥梁容易早期劣化和不耐久的最重要原因。此外,中国桥梁的施工标准也偏低,定额又偏低,业主还想尽量压低标价,使承建的施工企业没有利润空间来进行研发和更新先进装备,而只能使用和添置低效的落后设备,以人海战术来完成。而且,还通过层层分包以降低资质来节约成本,最终损害的还是工程质量和耐久性。因此,虽然中国桥梁的一次性投资较低,但如果使用寿命很短,日后的养护和加固费用又十分巨大,从全寿命的观点看,仍是很不经济的。

  2.中国的大桥建设常常由业主先选择设计单位,然后由一家做方案比选,通过专家咨询会议讨论决定最终实施方案。在方案的经济性比较中常会发现一些违反常理和人为的因素,甚至为了迎合业主的意愿而完全不顾经济性,使不经济的、怪异的、难以施工的不合理方案通过虚假的经济指标和不科学的“理由”得以实施。最后,只得再追加预算,使工程经济性原则形同虚设。

  3.桥梁的经济性的重要指标是每平方米桥面的材料用量,在国际设计竞赛中都十分重视这一体现竞争力和技术水平高低的指标。由于中国在材料工业方面的差距,大桥的材料等级是相对落后的。例如钢箱梁的设计,欧美各国主要采用HPS460(欧洲)、HPS480(美国)、BHS500(日本)的高性能钢材,甚至在局部的高应力区还用少量HPS560、HPS690,以减少厚板,简化构造和制造的难度。中国都是采用唯一的一种S345钢材,而且不同厚度钢板的焊接工艺又十分不便,也是很不经济的。在混凝土结构方面,中国大都用C50级,而国外的高性能HPC80已商品化。由此,中国的混凝土桥梁往往显得相对粗笨和肥胖,而国外的混凝土桥梁就纤细轻巧得多(外形尺寸较小,壁厚也较薄),使混凝土用量大大减少,存在明显的差距。

  4.国际桥协的同行曾多次问我[hide]:为什么在长江中游要造大跨度悬索桥?长江中游(南京-武汉)为内河一级航道(5000t级),通航净高24米,500米左右的一孔斜拉桥或2×250米的分孔通航也能满足要求,不宜追求大跨。武汉以上为二级航道(3000t级),通航净高18米,除地形地质条件不利而必须一跨过江外,更不应盲目追求大跨。至于湘江、赣江等支流均为内河三级航道(1000t级),通航净高仅10米,盲目追求大跨是完全不能接受的,也是极不经济的。

  5.目前,斜拉桥的跨度已突破千米,且尚有发展的潜力,在1200米跨度范围内,完全自锚的斜拉桥的经济性将明显优于悬索桥。而且,多跨斜拉桥的刚度,抗风稳定性和可施工性也优于多跨悬索桥。例如,法国设计的希腊Rion-Antirion桥(图1),水深65米,且位于地震区,通航18万吨海轮,采用了十分经济合理的多跨560米斜拉桥方案和创新的加筋土抗震基础,也没有采用多跨悬索桥方案。又如德国和丹麦之间的费马恩海峡的桥梁方案(Fehmarnsund Bridge)选用多跨780米的斜拉桥,可满足20万吨海轮的通航要求,是最经济的跨海工程方案,也为我国长江下游的越江工程和东南沿海的跨海连岛工程提供了重要的借鉴(图2)。

  1.首先,要慎用造价较昂贵、施工期也较长的悬索桥,无论在长江下游的越江工程、沿海的跨海连岛工程,以及中西部山区的跨谷工程中,都应优先考虑相对较经济且拉索可以更换的斜拉桥或者拱桥方案。如必须采用悬索桥时一定要提出充分的理由,而且,对于不可更换的主缆防腐要认真处理,以保证其寿命期中的耐久性。不能仅以追求跨度为由,不顾经济性原则而随意确定悬索桥方案。

  2.在大桥建设的规划或预可阶段,先由业主根据已建成桥梁的成熟经验制定一个最经济的方案(不一定是创新的和最美观的)作为基础性方案,用以确定投资预算的基准线。在随后的设计竞赛或征集方案中,为鼓励创新的目标或标志性的景观要求,可允许适当超过基础性方案的造价,但要有一个限度。德国的做法是不超过10%,对于城市小跨度桥梁,因投资较少,可因特殊的景观要求放宽至15%,超过15%的方案将不予接受,以体现经济性原则的重要性。

  3.重要的大桥工程应通过公开、公平、公正的设计竞赛体制,确定优胜方案和设计单位,避免由一家做方案比选的弊端。同时,也可鼓励各设计单位提高以创新和经济理念为基础的竞争动力,对中国桥梁的发展和进步是十分有益的。

  4.在方案比选中一定要列出每平方米桥面材料用量的指标,并和国外先进指标作比较,以鼓励使用高性能材料以及通过精细化的设计,使物尽其用,避免保守和浪费的设计,也可防止模仿、抄袭和不思进取的恶习,尽快缩小和发达国家的差距。

  5.在进行巨型跨海大桥工程的规划时,常常有“桥隧之争”,如琼州海峡工程、浙江沿海的连岛工程和崇明越江工程等,就要十分注意桥梁方案的经济性,以显示出对隧道方案的优势。同时,又要承认桥梁在耐久性方面的不足,采取切实措施保证150年甚至200年的使用寿命。对跨海工程的通航要求要进行科学的论证,如果只有少量大吨位的海轮偶尔通过桥孔,就应当采取限速的“约束航行”,降低通航标准,而不宜盲目追求造价昂贵的超大跨度悬索桥方案,从而失去对隧道方案的竞争力。

  6.前面提到中国的设计标准和施工定额偏低,这是因循苏联体制的规范遗留下来的问题。要解决中国桥梁的耐久性,实现全寿命的经济性,必须提高质量观念,依靠先进装备,加强耐久性设计和建立对全寿命的问责制等措施,做出优质和耐久的桥梁。要适当提高施工定额,保证施工企业有合理的工期和造价,以便让施工企业有利润空间进行创新的研发工作和装备的升级换代。用过低的“伪经济”造价做出“短命”的桥梁是中国桥梁不经济的要害。

  7.评审专家也要把经济性原则放在重要位置,以对人民负责的态度抵制一切不正常的“公关”活动,避免不经济的方案得以批准实施。对于随意浪费国家投资的极不经济的案例,要在业内进行批评、公开披露、汲取教训,以杜绝类似事例的蔓延,在桥梁界弘扬节约的美德。

  中国还是一个有十三亿人口的发展中国家,人均GDP仍在100位以外。桥梁建设的投资都是人民的血汗积累,容不得随意浪费。桥梁设计的六项原则中并没有要求设计者去追求跨度的突破以及多少“第一”和“之最”。尽管各种桥型目前的纪录跨度都还没有达到可行的跨度极限,但我们不能仅仅为了追求跨度第一而不顾经济原则。因此,桥梁工程师一定要把自己的创造力集中到创新、质量和美观这三个方面,同时还要十分重视经济性指标,努力建造出优质、耐久又美丽的桥梁,为民造福。

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