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    基于港珠澳大橋的橋梁強國建設路徑

    時間:2021年08月24日 所屬分類:推薦論文 點擊次數:

    摘要:介紹了港珠澳大橋的建設背景、目標、橋梁結構和景觀文化設計方案;總結了港珠澳大橋建設成就及經驗;概述了在大型化、工廠化、標準化、裝配化建設理念下開展的橋梁工程新材料、新結構、新技術、新工藝、新設備等創新成果;提出了在建設交通強國時代背景下

      摘要:介紹了港珠澳大橋的建設背景、目標、橋梁結構和景觀文化設計方案;總結了港珠澳大橋建設成就及經驗;概述了在“大型化、工廠化、標準化、裝配化”建設理念下開展的橋梁工程新材料、新結構、新技術、新工藝、新設備等創新成果;提出了在建設交通強國時代背景下,我國橋梁強國建設的高質量發展理念、工業化技術路徑及建設要點、體制機制創新途徑。

      關鍵詞:橋梁工程;港珠澳大橋;景觀文化;理念;創新

    橋梁建設

      引言

      2018年10月23日,在中國伶仃洋這片神奇的海域,被譽為“新世界七大奇跡”之一的港珠澳大橋建成開通。港珠澳大橋是具有國家戰略意義的世界級跨海通道。項目的建成開通,完善了粵港澳三地高速公路網絡及綜合運輸體系,構建了三地一小時交通經濟生活圈,提升了大灣區的綜合競爭力;不僅顛覆了三地之間的時空距離,更是連接了三地的民心距離,對加強三地人文交流、貿易往來和經濟發展,以及“一國兩制”方針的實施,維護祖國繁榮昌盛,都具有重大意義。港珠澳大橋已不再是一般概念上的橋梁工程,她是一項“橋梁、海底隧道、橋隧轉換人工島”(以下簡稱“橋島隧”)一體化多專業的世界級超級集群工程,技術難度和風險挑戰巨大,建設標準高和建設條件復雜。

      建筑橋梁論文: 橋梁測繪項目管理信息系統的研究與實現

      鑒于項目面臨的工程技術、施工安全、環境保護、建設管理等方面的挑戰,提出并推行了“大型化、工廠化、標準化、裝配化”工程工業化建設理念,依靠當今先進的科學技術和國家強大的工業實力,取得了大量重大科技創新,解決了眾多重大工程挑戰,確保了“高品質、長壽命”重要目標的實現。港珠澳大橋的高質量建成,標志著我國已邁入世界超級跨海通道建設強國行列,她是我國土木工程和交通建設的一座豐碑。

      推動橋梁工程的高質量發展與創新實踐,是實現我國“交通強國”建設目標的重要抓手。這為我國“橋梁強國”發展帶來了全新的戰略機遇,也對橋梁建設提出了新要求。港珠澳大橋為新時代橋梁高質量建設發展的理念及技術創新提供了優良分析樣本和基礎平臺?偨Y分析其建設成就和經驗,進行思想、理念、技術、管理方面的認識再提升,為后續橋梁建設提供借鑒和指導,是港珠澳大橋建設者對我國橋梁強國建設義不容辭的責任與擔當。

      1港珠澳大橋工程

      1.1工程概況

      港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域,是《國家高速公路網規劃》中的重要交通建設項目。公路等級為雙向車道高速公路,設計行車速度100km/h,設計使用壽命120年。項目主線全長約56km,其中:主體工程長29.6km,包括橋梁長22.9km、海底隧道長約6km、個人工島各長625m(面積各約10萬);香港口岸人工島(面積約130萬);珠澳口岸人工島(面積約217萬);香港連接線長約12km;珠海連接線長約13.9km[1]。

      1.2建設理念

      項目提出了“建設世界級的跨海通道、為用戶提供優質服務、成為地標性建筑”3大建設目標。項目建設面對4方面巨大挑戰:工程技術、施工安全、環境保護及建設管理。為應對挑戰,針對項目建設條件、目標和需求,設計提出了基于“四化”即大型化、工廠化、標準化、裝配化的橋島隧建設理念、總體思想和指導方針,其本質是工業化。港珠澳大橋建設的工業化水平達到了空前的高度,“四化”建設理念將引領中國橋梁及交通建設領域的工業化革命[1]。

      1.3景觀文化

      作為集群工程,橋島隧組成有機整體。在路線線形上,橋島隧形似珠鏈玉璧,深刻蘊寓粵港澳三地的“珠聯璧合”文化內涵。以此為總體景觀文化設計主題,結合對橋梁特征以及中西、三地、古今交融的本土文化特點和元素的分析,最終確定了以海洋文化元素為基礎的“通力合作”“和諧共生”“揚帆順行”組合方案:“中國結”橋塔寓意三地通力合作,海豚形橋塔寓意人與自然和諧共生,風帆形橋塔寓意揚帆順行的大灣區建設發展。此外,人工島還采用了抽象的海洋“蠔貝”外形。項目設計充分體現了大型人工構筑物的文化性和景觀性,具有鮮明的地標性和獨特性[1]。

      1.4橋梁方案

      青州航道橋采用主跨458m雙塔斜拉橋,江海直達船航道橋采用個主跨258m三塔斜拉橋,九洲航道橋采用主跨268m雙塔斜拉橋。深、淺水區非通航孔橋分別采用110、85m跨徑大懸臂整幅鋼箱連續梁橋和分幅組合連續梁橋[12]。

      1.5橋梁創新技術

      項目開展了多項國家級科學攻關研究,取得了豐富的新結構、新材料、新技術、新工藝及新設備技術成果。主要包括:系統開展了考慮泥皮、防腐涂層及剪力環影響因素的大直徑鋼管復合樁承載性能和變形特征研究,揭示了受力與變形機理,提出了構造及設計方法[3];研發了工具式沉樁系統,實現了垂直度1/400的沉樁精度,研發了工具式墩臺定位安裝系統和柔性分離式止水系統,形成了3000噸級以上復雜海洋環境深水埋床法全預制墩臺設計施工成套關鍵技術;形成了基于模具定位件的墩臺豎向預制匹配方法。

      研制了全預制墩臺安裝專用φ75mm全螺紋高強鋼筋預應力系統,形成了海上裝配化橋梁全預制墩臺構件制造、安裝精度控制方法與標準;提出了基于荷載譜、構造細節、制造工藝、檢驗標準和試驗驗證的長壽命正交異性鋼橋面板抗疲勞系統解決方法[4];研發了鋼箱梁正交異性鋼橋面板板單元制造關鍵技術,突破了鋼箱梁形肋與橋面板焊接熔深控制及檢測的技術瓶頸;建立了鋼箱梁板單元制造自動化、智能化生產線[5]。

      研發了超大型長懸臂整體式與分離式鋼箱梁結構;形成了3000噸級以上鋼箱梁整體高精度制造與安裝技術,及超大型“中國結”形鋼結形撐設計、制造、施工關鍵技術[6]和超大型鋼塔設計、整體制造安裝成套關鍵技術;研發了鋼箱連續梁減隔震設計技術、斜拉橋整體靜動力受力性能最優的結構約束體系及鋼箱梁調諧質量阻尼器(TMD)渦激共振抑制技術[7,及抗拉強度1860MPa的鋅鋁合金鍍層平行鋼絲斜拉索和斜拉橋施工期取代臨時墩的拉索平衡技術10。

      形成了鋼橋面鋪裝足尺仿真加速加載精確控溫試驗技術;研發了鋪裝集料的生產加工與精細分級技術并建立了自動化生產線以及超大規模鋼橋面澆注式瀝青(GMA)鋪裝設計、施工、質量控制關鍵技術及裝備,以及全自動、全覆蓋的橋梁運營期管養裝備,建立了120年設計使用壽命結構耐久性綜合保障技術[1。上述成果應用,為提高大橋工程品質、確保設計使用壽命提供了堅實基礎和有力保障。港珠澳大橋踐行“四化”建設理念,裝配化率達95%,開啟了我國裝配化橋梁的新時代。

      2橋梁強國建設路徑

      2.1橋梁高質量發展建設理念

      交通強國建設目標對橋梁高質量建設與發展提出了新要求。高質量發展必須走創新、綠色、生態、環保、工業化、數字化、智慧化的發展道路[1。應通過推行系統創新設計理念,依靠當今先進的科學技術和國家強大的工業實力以實現橋梁的“高品質、長壽命、高智能”建設目標。“四化”作為大工業化的設計理念,從設計施工的根本上保障橋梁的高質量建設。必須終止傳統發展理念與模式,以體制機制為入手,在管理評價、技術升級、職業特征、產業協同、投資造價、行業短板等生產全要素上實施創新來實現高質量發展。

      2.2景觀文化與設計創意

      文化是工程活動中的重要因素,是工程的靈魂。橋梁是文化的重要載體,文化價值是重要的橋梁價值之一,其外在形象折射出工程文化的光芒。橋梁建設應把文化表達及景觀設計放在重要位置。橋梁景觀文化要充分展現優秀的民族和國家文化,處理好民族與世界、傳統與現代的關系。既要體現文化自信,又要反映開放包容;既要符合傳統審美價值,又要契合時代特征;要融會統籌工程科技創新與文化藝術創造,讓橋梁工程結構和建筑景觀文化融為一體,煥發出強大而持久的生命力[1。

      橋梁景觀設計應充分協調周圍環境,按照力學原則來體現橋梁自身的功能美和形式美;應通過一定的設計手段和措施來實現橋梁設計的理念,并賦予其文化的傳承,力求建筑風格與環境的和諧統一;應充分考慮“交通、人、環境”融合的理念,實現以人為本、功能完善、節能環保、環境優美的目標[1。

      2.3工業化技術路徑

      2.3.1設計標準化標準化設計即對常規橋梁本身以及大型橋梁的構件采用標準化的設計,是保障全產業鏈完整性的關鍵,是實現工廠化制造與施工、標準化管理的前提和基礎。以標準化、現代化的生產流水線來生產和管理橋梁構件,為提升工程質量、控制成本和工期提供根本保證,為構件的系列化、通用化至多樣化奠定基礎[1。鋼結構橋梁具有“綠色、循環、低碳、高端”發展的特別優勢,非常適合工業化建造,應積極推廣各類橋梁采用鋼結構進行建設。

      2.3.2生產工廠化將橋梁現場施工轉化為工廠內流水線制造,實現“空中的工作放到地上,地上的工作請到車間”,減少現場的作業時間和工作量。通過專業化生產來控制和保障構件質量和穩定性,提高橋梁整體品質和使用耐久性,最終實現減少運維工作和費用,支撐環境保護。

      2.3.3施工裝配化

      將工廠預制的橋梁構件運至現場進行匹配安裝。裝配化施工生產效率高、對自然和社會環境影響小、勞動力結構優,是有效提升橋梁建設工業化、產業化水平的根本路徑,極大地滿足了特殊條件下(如海上、交通繁忙的河道、城市等)橋梁快速化建造的需求。其核心是高效安裝與高精度控制技術及裝備的研發。

      2.3.4管理信息化

      傳統的項目管理模式越來越難以滿足現代橋梁工程的高質量、高效率建設目標要求。信息化已上升到國家戰略。在管理中采用信息化技術可以顯著提高橋梁建造的生產效率、性能水平及建養一體化水平,有效推動提升橋梁智能化、工業化水平。信息化還為橋梁建設全過程構建信息通道,可實現橋梁全壽命期的信息標準化和數字化。

      2.3.5穿透數字化

      建筑信息模型(BIM)是數字化技術的重要載體,BIM技術已得到國際國內和行業的高度重視,并已逐步推廣應用于橋梁的設計、施工模擬和施工管理的建設全過程中。必須將BIM與規劃、設計、制造、施工、管理、養護等全產業鏈實施穿透,推行“BIM+無人機+GIS+通用圖”勘察設計一體化技術,同時,BIM技術與虛擬現實(VR)/增強現實(AR)技術相結合,可開展橋梁方案研究和優化。此外,基于BIM的集成建模與計算分析技術、建設和運營管理平臺的建設也方興未艾。上述技術應用尚處于發展初級階段,需進一步大力發展,為橋梁工業化裝配化建設提供技術手段[1。

      2.4工業化的建設要點

      2.4.1高性能材料研發

      工程技術進步與建筑材料發展相互依賴和促進。隨著社會發展對工程安全、環保、低碳的要求越來越高,橋梁工程材料需向高強、輕質、耐久以及節能、環保、生態方向發展。在現已取得的材料研發成績基礎上,應大力加強輕質混凝土、高性能混凝土、超高性能混凝土、高強度和高性能鋼材、高強度鋼纜索、新型高性能復合材料、新型智能材料等的研究及應用,提高材料的耐久性、工作性、綠色環保和推廣應用高性能材料的研發和應用,將為橋梁的輕型化、大型化和高質量品質提供保障,為橋梁工業化裝配化建造奠定基礎。

      3結語

      中國橋梁已走出了一條自主建設和創新發展的成功道路,為未來將我國建設成為世界橋梁強國奠定了堅實基礎。介紹了港珠澳大橋的建設背景、目標、橋梁結構和景觀文化設計方案;總結了港珠澳大橋建設成就及經驗;概述了在“大型化、工廠化、標準化、裝配化”建設理念下開展的橋梁工程新材料、新結構、新技術、新工藝、新設備等創新成果;指出了今后我國橋梁建設的工業化技術路徑及要點;提出了體制機制創新方向,以期推動我國橋梁建設高質量可持續發展,更好支撐交通強國發展戰略,早日實現中國橋梁強國偉大夢想。

      參考文獻(References)

      [1]孟凡超劉明虎吳偉勝等港珠澳大橋設計理念及橋梁創新技術[J].中國工程科學2015,17(1):2735,41.MENGFanchao,LIUMinghu,WUWeisheng,etal.Thedesignphilosophyandbridge’stechnicalinnovationofHongKongZhuhaiMacauBridge[J].EngineeringScience2015,17(1):2735,41.

      [2]劉明虎孟凡超李國亮等港珠澳大橋青州航道橋設計[J]公路2014,59(1):4451.

      作者:孟凡超,劉明虎

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