文/本刊記者 王楠楠

規(guī)劃設(shè)計

劉明虎：設(shè)計是工程的靈魂

文/本刊記者 王楠楠

港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域，是連接香港特別行政區(qū)、廣東省珠海市及澳門特別行政區(qū)的大型跨海通道，是列入《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》的重要交通建設(shè)項目。大橋設(shè)計使用壽命120年，主體工程采用橋隧組合方式，全長約29.6公里，其中橋梁長約22.9km，海底隧道長約6.7公里。

5月6日，港珠澳大橋島隧工程第一節(jié)沉管精確安裝到位。3年之后，這個當(dāng)今世界上最大的橋隧組合工程，將串起香港大嶼山、澳門半島和廣東省珠海市，締造出一個新的“一小時生活圈”。

事實上，這個備受關(guān)注的“超級工程”，早在2009年就已經(jīng)進入勘察設(shè)計階段。在由中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司擔(dān)任主辦人的港珠澳大橋勘察設(shè)計聯(lián)合體中，丹麥科威國際咨詢公司、香港奧雅納工程顧問、上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院、中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司均位列其中。

“設(shè)計是工程的靈魂，全壽命周期設(shè)計理念不僅僅應(yīng)貫穿整個工程建造過程，而是要從時間上延展，針對施工建造、運營維養(yǎng)直至報廢拆除各個階段進行全壽命工程方案設(shè)計和成本分析。”中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司副總工程師劉明虎表示，全壽命周期設(shè)計意味著，在勘察設(shè)計階段就要考慮到橋梁壽命歷程的所有環(huán)節(jié)，以利于全壽命周期所有相關(guān)因素在橋梁建造和運營階段都能得到綜合規(guī)劃和優(yōu)化。

需求引導(dǎo)設(shè)計

從建設(shè)目標(biāo)被定位為“建設(shè)世界級跨海通道、為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)、成為地標(biāo)性建筑”的那一刻起，就意味著港珠澳大橋?qū)⒃趪H一流的設(shè)計團隊及設(shè)計文件支撐下，一橋飛躍西東，西接京港澳高速公路，東接香港大嶼山高速公路，連接素有“東方明珠”之美譽的香港、珠海、澳門城市群，連貫三地，是具有國家戰(zhàn)略意義的世界級跨海通道。港珠澳大橋肩負著進一步完善國家和粵港澳三地的綜合運輸體系和高速公路網(wǎng)絡(luò)，密切珠江兩岸地區(qū)與香港地區(qū)的經(jīng)濟、社會聯(lián)系，改善投資環(huán)境，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和布局優(yōu)化，拓展經(jīng)濟發(fā)展空間的使命，同時改變珠三角城市群的時空觀，提升區(qū)域綜合競爭力，保持港澳地區(qū)的持續(xù)繁榮和穩(wěn)定，加速珠江三角洲社會、經(jīng)濟一體化進程，經(jīng)濟價值顯著，社會影響深遠。

設(shè)計者希望，未來的120年，或者更長時間，港珠澳大橋能夠“一次成功”，并在當(dāng)?shù)氐馁Y源環(huán)境下達到最優(yōu)，而不必返工。

“一個項目的設(shè)計主要是針對建設(shè)條件和建設(shè)需求來響應(yīng)?！眲⒚骰⒄f，在進行港珠澳大橋的勘察設(shè)計工作期間，除了考慮其根據(jù)項目特點提出的三大建設(shè)目標(biāo)之外，自然地理條件亦被著重圈出。

“項目將分別在珠江口伶仃洋海域中部的東西兩側(cè)，通過填海建造2個隧道人工島！”劉明虎介紹，人工島間將通過海底隧道予以連接，隧道、橋梁間通過人工島完美結(jié)合。每座人工島都將會成為集交通、管理、服務(wù)、救援及觀光功能為一體的綜合運營中心，除了造型外，亦極度重視島區(qū)范圍內(nèi)的綠化工程，在海景較美的地方設(shè)置“觀景平臺”。除人工島之外，還設(shè)計了中華白海豚觀賞區(qū)和海上觀景平臺。同時，作為近海的跨海通道工程，港珠澳大橋腐蝕環(huán)境惡劣，氣象條件復(fù)雜，臺風(fēng)更經(jīng)常光臨。正因為如此，在大橋主橋凈跨幅度最大的青州航道區(qū)段，大橋初步設(shè)計推薦采用主跨“雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋”，這種造型及斷面形式除了滿足抗風(fēng)、抗震等高要求外，還將充分考慮景觀效果。此外，大橋?qū)⒋┰街腥A白海豚保護區(qū)，如何最大限度的保護海洋生態(tài)環(huán)境，又成為設(shè)計的另一個重點。

“橋梁的設(shè)計方案關(guān)系到施工的管理。” 劉明虎認為，建設(shè)需求、建設(shè)目標(biāo)決定了設(shè)計思路，“設(shè)計方案和施工方案是密切相關(guān)的。”

“四化”的本質(zhì)是工業(yè)化

劉明虎告訴記者，港珠澳大橋的建設(shè)面臨四個方面的挑戰(zhàn)，建設(shè)管理挑戰(zhàn)、工程技術(shù)挑戰(zhàn)、環(huán)境保護挑戰(zhàn)、施工安全挑戰(zhàn)，“或者說，這就是大橋建設(shè)的建設(shè)條件和建設(shè)需求。大橋設(shè)計思想和理念是依據(jù)大橋建設(shè)條件和建設(shè)需求提出來的，也服務(wù)于大橋建設(shè)條件和建設(shè)需求。此外，三地政府也對港珠澳大橋提出了很高的要求，即建設(shè)世界級的跨海通道，向用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，成為地標(biāo)性建筑。”

“在這個基礎(chǔ)上，在港珠澳大橋總設(shè)計師、中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司副總經(jīng)理、國家勘察設(shè)計大師孟凡超的領(lǐng)銜下，我們提出了設(shè)計思想也就是大橋的建設(shè)理念，即大型化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化?！边@就是現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛理解和接受的“四化”理念。

“四化”理念是工程設(shè)計追求的最高境界，也是當(dāng)今世界工程建設(shè)的最新理念和最高境界。西方國家就此已經(jīng)開展了多年的實踐。但是在工程建設(shè)中，把它們系統(tǒng)地提出來，港珠澳大橋建設(shè)是第一次。

可以預(yù)見的是，在“四化”理念指導(dǎo)下的港珠澳大橋的施工現(xiàn)場，肯定看不到人頭攢動、千軍萬馬的施工景象，而是為數(shù)不多的大型裝備在生產(chǎn)作業(yè)。

劉明虎解釋道，大型化，是指大橋的建設(shè)將采用大型的施工船舶，大噸位的重型施工裝備，大尺度的橋梁、隧道構(gòu)件等等。

例如，非通航孔橋墩身節(jié)段及承臺整體預(yù)制最大吊裝重量約2850噸；深水區(qū)非通航孔橋及通航孔橋采用的鋼箱梁大節(jié)段預(yù)制安裝，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段吊重約2600噸，最大吊重達3600噸；通航孔橋整體鋼塔最大吊重約2500噸，這些均靠大型浮吊予以實現(xiàn)。此外，還有人工島、海底隧道施工用的8錘聯(lián)動鋼圓筒振沉系統(tǒng)、擠密砂樁船、深水整平船等。這些大型裝備，過去我們是沒有的，現(xiàn)在逐步開始使用。在世界范圍也是很少的?！?/p>

工廠化，是指將現(xiàn)場施工轉(zhuǎn)化為工廠化制造，減少現(xiàn)場的作業(yè)時間和工作量。對比傳統(tǒng)方式的大量的人員下海作業(yè)，大量的裝備下海作業(yè)，長時間在海上高強度地生產(chǎn)活動對白海豚等大型水生生物帶來較大影響，這種做法的最大好處是利于環(huán)境保護。

標(biāo)準(zhǔn)化，是指對橋梁構(gòu)件和隧道構(gòu)件等采用標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)代生產(chǎn)流水線來生產(chǎn)管理，這從根本上保證了工程質(zhì)量，同時也能有效控制成本和工期。

裝配化，是指把工廠化預(yù)制和生產(chǎn)的構(gòu)件，采用大型的裝備在現(xiàn)場進行搭積木式的裝配化安裝。這將大大縮短海上作業(yè)時間。

【數(shù)字解讀】

1、“1國2制”建設(shè)背景，連接“粵、港、澳”3地

2、3大“高遠”建設(shè)目標(biāo)

3、“橋、島、遂”3大分項工程組成的集群項目

4、“4化”建設(shè)理念和總方針

5、4大挑戰(zhàn)

5、橋梁由5個部分組成

6、6項重點自然建設(shè)條件（阻水、臺風(fēng)、地震、通航、航空、保護區(qū)）

7、18大關(guān)鍵技術(shù)（橋3、隧5、島2、耐久性3、管理5）

8、120年設(shè)計使用壽命

9、1000年夢想、億萬人祈盼

港珠澳大橋技術(shù)創(chuàng)新點

1. 地標(biāo)性橋梁建筑設(shè)計

2. 大直徑鋼管復(fù)合樁研究及應(yīng)用

3. 埋床法全預(yù)制墩臺設(shè)計與施工技術(shù)

4. 全預(yù)制墩身設(shè)計、安裝和連接技術(shù)及Φ75mm預(yù)應(yīng)力螺紋粗鋼筋研發(fā)

5. 鋼箱梁正交異性鋼橋面板抗疲勞構(gòu)造細節(jié)設(shè)計技術(shù)

6. 鋼箱梁制造關(guān)鍵工藝及技術(shù)創(chuàng)新

7. 鋼塔整體制造與安裝技術(shù)

8. 抗拉強度1860MPa斜拉索研發(fā)與應(yīng)用

9. 跨海超長鋼箱梁長壽命橋面鋪裝技術(shù)

10.全自動、全覆蓋的運營管養(yǎng)裝備技術(shù)

11.基于120年設(shè)計使用壽命目標(biāo)的結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計技術(shù)12.減隔震設(shè)計技術(shù)(橋梁抗震設(shè)計和性能優(yōu)化)

13.鋼箱連續(xù)梁渦激共振抑制技術(shù)

其實，“四化”的本質(zhì)是工業(yè)化。大型化、工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化，都是工業(yè)化的表現(xiàn)。

“在交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)乃至于工程建設(shè)中，采用‘四化’理念或者工業(yè)化的建設(shè)模式，將是一場深刻的革命。認識這一點尤為重要?！眲⒚骰⒈硎尽?/p>

港珠澳大橋在“一國兩制”條件下跨越粵港澳三地，使之成為國內(nèi)外具有空前影響力的跨海通道工程。以之為平臺，建立推動工程技術(shù)創(chuàng)新的激勵機制，把跨海通道技術(shù)創(chuàng)新貫穿工程建設(shè)的全過程，形成具有領(lǐng)先地位的創(chuàng)新性技術(shù)，促進我國工程建設(shè)全面發(fā)展，為后續(xù)特大型跨海通道工程建設(shè)提供范本。標(biāo)是為使用者提供快捷、舒適、完善、人性化的通行服務(wù)，“通過科學(xué)的設(shè)計、建設(shè)和養(yǎng)護管理，實現(xiàn)大橋線性順暢、平整，交通安全和救援設(shè)施齊備完善，交通信息服務(wù)全面到位，應(yīng)急救援服務(wù)及時、高效，附加增值服務(wù)人性化、專業(yè)化、規(guī)范化，通行環(huán)境質(zhì)量優(yōu)良，通行自然景觀和諧、舒適?！?/p>

也正是基于這些考慮，“滿足需求的機電系統(tǒng)和交通安全設(shè)施；便利快捷的管理、養(yǎng)護、服務(wù)設(shè)施；設(shè)計時應(yīng)為維護人員、車輛和設(shè)備設(shè)置順暢的通道，并為維護、操作及臨時安裝機具預(yù)留必要的空間和預(yù)埋件；所有非永久性構(gòu)件都可以方便地替換。如果可能，結(jié)構(gòu)內(nèi)部必須有預(yù)留的空間，不僅有利于維護，又可使得大橋具有一定的包容性，以備未來可預(yù)見或不可預(yù)見之需?！眲⒚骰⒄f。

必須為運營服務(wù)預(yù)留“空間”

劉明虎表示，港珠澳大橋最終目中國夢之橋梁強國夢

我國著名的橋梁及結(jié)構(gòu)工程專家項海帆院士在《中國橋梁產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及其發(fā)展之路》中寫道：“中國橋梁強國之夢的實現(xiàn)在很大程度上將取決于橋梁產(chǎn)業(yè)（包括設(shè)計公司和施工產(chǎn)業(yè)）研發(fā)技術(shù)中心的水平和自主創(chuàng)造能力?！?/p>

中國近20年來建設(shè)了很多橋梁，其中不乏世界頂級橋梁，但在勞動密集型的生產(chǎn)組織方式下，很難有工業(yè)化的充分實踐。這種現(xiàn)象可以簡單的形容為：有業(yè)績但水平不高。

港珠澳大橋?qū)崿F(xiàn)了交通行業(yè)上的突破，成為交通建設(shè)工程的典范，促進我國交通建設(shè)科技發(fā)展水平。更是中國交通建設(shè)史上規(guī)模最大、技術(shù)最復(fù)雜、標(biāo)準(zhǔn)最高的工程，“四化”創(chuàng)新建設(shè)理念將引領(lǐng)中國橋梁及交通建設(shè)領(lǐng)域的工業(yè)化革命，是中國邁向橋梁強國的里程碑項目,它無疑是中國交通人的驕傲與夢想。

“從當(dāng)今我國橋梁建設(shè)技術(shù)水平來看，僅從某方面而言，港珠澳大橋橋梁工程的技術(shù)難度并不算很大，但結(jié)合本項目的建設(shè)條件、目標(biāo)和需求來看，其綜合建設(shè)技術(shù)難度和水平卻是世界級的。如何建成‘景觀美、品質(zhì)高、壽命長’的精品工程，甚至成為經(jīng)典的傳世之作？必須積極主動、因地制宜、實事求是地提升建設(shè)理念、踐行創(chuàng)新技術(shù)、深化細節(jié)設(shè)計，這也是我國橋梁建設(shè)水平與發(fā)達國家的差距所在。”

交通運輸部副部長馮正霖曾說，現(xiàn)階段，我國只能說是一個橋梁大國，還不是真正的橋梁強國：“之最”和“第一”是成績，但不代表是強國。中國應(yīng)該堅決走出盲目追求“之最”和“第一”的誤區(qū)：讓橋梁建設(shè)回歸到“安全性、經(jīng)濟性、耐久性和建筑藝術(shù)美”的追求上來，拋棄空洞口號，把質(zhì)量、安全和耐久性作為基本目標(biāo)，加強基礎(chǔ)性研究和工程技術(shù)人才培養(yǎng)，“工程品質(zhì)主導(dǎo)建設(shè)任務(wù)”，加強在新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝的研究和成果應(yīng)用推廣，項目管理創(chuàng)新，不斷提高橋梁養(yǎng)護科學(xué)化水平。

這樣才能實現(xiàn)名副其實的中國橋梁強國之夢吧。