交通部：研發(fā)基于BIM的橋梁設(shè)計與管養(yǎng)系統(tǒng)
2015-06-02
經(jīng)過改革開放30多年的發(fā)展，我國公路橋梁建設(shè)取得了舉世矚目的成就。截至2014年年底，我國公路橋梁總數(shù)已達(dá)75.71萬座，4257.89萬延米。目前，僅黃河上已建和在建的大橋已達(dá)228座，長江上達(dá)到162座。我國建成的懸索橋、斜拉橋、拱橋和梁橋這四類橋梁的跨徑均已居世界同類橋梁跨徑的前列。從發(fā)展歷程看，我國公路橋梁建設(shè)經(jīng)歷了從平原區(qū)向山嶺重丘區(qū)、從一般江河湖泊到大江大河再向海灣及聯(lián)島工程建設(shè)的發(fā)展歷程；橋梁結(jié)構(gòu)從常規(guī)的以梁橋和拱橋為主，向大跨徑斜拉橋、懸索橋、高墩、不對稱結(jié)構(gòu)、彎橋發(fā)展，再向離岸深海長聯(lián)橋大型上下部預(yù)制結(jié)構(gòu)、大型復(fù)合基礎(chǔ)以及超大跨徑結(jié)構(gòu)發(fā)展。
總體上，我國公路橋梁建設(shè)走過了一條自力更生、以我為主到技術(shù)引進(jìn)、消化吸收再到注重原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新的技術(shù)發(fā)展道路，已逐步實現(xiàn)從最基本的注重強度、剛度、穩(wěn)定性的設(shè)計方法向注重全壽命周期成本及環(huán)保、景觀、品質(zhì)、耐久的現(xiàn)代設(shè)計理念轉(zhuǎn)變。這些成果來之不易，它得益于我國綜合國力的極大提升和科技水平的快速發(fā)展；得益于國家經(jīng)濟社會發(fā)展對交通運輸特別是橋梁建設(shè)不斷提出新需求帶來的機遇和挑戰(zhàn)；得益于改革開放以來學(xué)習(xí)借鑒發(fā)達(dá)國家建設(shè)技術(shù)成果帶來的新探索與實踐；更凝聚了我國橋梁建設(shè)者攻堅克難、勇攀高峰、不懈追求高品質(zhì)橋梁建設(shè)成果的智慧和心血。
一、當(dāng)前我國橋梁建設(shè)發(fā)展與橋梁強國相比存在的主要差距
盡管我國在橋梁建設(shè)核心技術(shù)、橋型與結(jié)構(gòu)體系、材料性能和裝備水平、橋梁監(jiān)測與評估技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等方面都取得了長足進(jìn)步，獲得了一大批自主創(chuàng)新成果，但也要清醒地認(rèn)識到，與橋梁強國相比，還存在以下主要技術(shù)差距：
（一）在大跨徑橋梁設(shè)計方面：技術(shù)儲備不夠，如主跨3000米級懸索橋及1500米級斜拉橋等結(jié)構(gòu)體系與關(guān)鍵結(jié)構(gòu)問題有待解決；高性能材料方面的研究與應(yīng)用滯后；與超大跨徑相匹配的支座、伸縮和阻尼等裝置、設(shè)備研究開發(fā)不足，與國外先進(jìn)產(chǎn)品有差距。
（二）在設(shè)計規(guī)范和設(shè)計理論方面：結(jié)構(gòu)全壽命周期設(shè)計理論、混凝土耐久性設(shè)計方法及鋼結(jié)構(gòu)疲勞荷載驗算等基礎(chǔ)性研究不夠，技術(shù)儲備不足；對傳統(tǒng)材料的組合結(jié)構(gòu)研究、新型材料組合結(jié)構(gòu)的探索和積累有明顯差距；主要設(shè)計規(guī)范中原始創(chuàng)新內(nèi)容與建設(shè)規(guī)模不相匹配。
（三）在橋梁施工方面：深?；A(chǔ)、抗震基礎(chǔ)和裝配式基礎(chǔ)工廠預(yù)制化、整體化、大型化，以及現(xiàn)場施工大型、先進(jìn)機械成套裝備水平還有差距；鋼構(gòu)件下料、焊接、機加工等各工序的精度控制系統(tǒng)，混凝土構(gòu)件模板以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)精度還不夠高；中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu)體系也需要改進(jìn)。
（四）在舊橋檢測、評估和維修加固方面：檢測設(shè)備的自主創(chuàng)新、評估理論的基礎(chǔ)性研究、加固機具的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化，以及應(yīng)急搶修裝備的輕型化、小型化、系列化等方面差距明顯。
（五）在橋梁養(yǎng)護(hù)管理方面：對大型橋梁、非常規(guī)結(jié)構(gòu)橋梁的監(jiān)管養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗不足，專業(yè)機構(gòu)和從業(yè)技術(shù)人員相對較少，技術(shù)手段和水平亦相對滯后。
上述五方面的差距，并不足以完全概括我國橋梁建設(shè)發(fā)展存在的全部問題，但都至少是較為基礎(chǔ)和突出的問題。以問題為導(dǎo)向，才能更好地把握方向和目標(biāo)，研究確立未來一個時期我國公路橋梁技術(shù)發(fā)展方向，盡快邁進(jìn)世界橋梁強國的行列。
二、“十三五”我國公路橋梁發(fā)展要堅持“創(chuàng)新引領(lǐng)，建養(yǎng)并重”
中央經(jīng)濟工作會議作出了我國經(jīng)濟發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)的重大判斷。如何在我國經(jīng)濟發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)下，切實落實“四個全面”的戰(zhàn)略布局，加快推動綜合交通、智慧交通、綠色交通、平安交通發(fā)展，是我們面臨的重大問題。“十三五”期是全面建成小康社會的攻堅期，是落實國家“三大戰(zhàn)略”的關(guān)鍵期，作為交通運輸業(yè)來說，服務(wù)國家“三大戰(zhàn)略”，適度超前完善交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)布局，開工建設(shè)一批重大工程、重大項目，既是我們的發(fā)展機遇，更是我們必須承擔(dān)的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。編制好“十三五”規(guī)劃，組織建設(shè)好“十三五”重大項目，就需要清醒認(rèn)識我國經(jīng)濟社會發(fā)展對交通運輸?shù)男枨蠛臀覀儸F(xiàn)在所處的發(fā)展方式與內(nèi)容的階段性特征，以戰(zhàn)略思維來審視今后一個時期的發(fā)展重點，在橋梁工程領(lǐng)域，堅持“創(chuàng)新引領(lǐng)、建養(yǎng)并重”是至關(guān)重要的。
（一）創(chuàng)新橋梁建設(shè)技術(shù)，努力實現(xiàn)支撐保障能力的新跨越。
到2030年我國還需新建2萬多公里的國家高速公路，這些高速公路上有許多關(guān)鍵性控制工程是跨越長江、黃河和海峽的大型橋梁，或復(fù)雜地質(zhì)、地形條件下穿越溝壑和崇山峻嶺的高架橋梁，如瓊州海峽通道、渤海灣海峽通道等重大工程在采用什么工程結(jié)構(gòu)特別是橋梁結(jié)構(gòu)方面都還在進(jìn)行研究論證，有許多難點和關(guān)鍵技術(shù)尚待突破。需要重點開展以下技術(shù)創(chuàng)新：
1.面對公路橋梁設(shè)計理念的提升和橋梁精細(xì)化設(shè)計的需求，需要完善公路橋梁抗風(fēng)、抗震等減災(zāi)防災(zāi)設(shè)計方法，建立健全公路橋梁全壽命周期設(shè)計理論與相關(guān)規(guī)范，研發(fā)基于BIM（建筑信息模型）技術(shù)的橋梁設(shè)計系統(tǒng)，以推動我國公路橋梁設(shè)計技術(shù)的升級換代。
2.面對交通運輸發(fā)展和長大橋梁建設(shè)的需求，需要解決長大橋梁適宜交通荷載、綜合交通運輸體系下的組合交通荷載，基于全壽命周期設(shè)計的耐久性作用、疲勞荷載等關(guān)鍵技術(shù)問題，以促進(jìn)我國橋梁設(shè)計水平和可靠性的提升。
3.面對瓊州海峽、渤海灣和西部山區(qū)大峽谷等超長、超大跨越建設(shè)需求，需要研發(fā)輕質(zhì)、超高強的工程材料和水深超過70米的基礎(chǔ)施工技術(shù)，以提高橋梁的跨越能力、支撐超大跨結(jié)構(gòu)體系的創(chuàng)新。
4.隨著綜合交通運輸體系的建立完善，以及城市群、城鄉(xiāng)交通一體化的發(fā)展，需要研發(fā)多層承載結(jié)構(gòu)橋梁，實現(xiàn)橋位資源和土地的集約化利用，以解決滿足公路、市政道路、軌道交通與鐵路共建的一橋多用問題。
5.面對我國中小跨徑橋梁通病根治和服役可靠性提升的現(xiàn)實需求，改進(jìn)創(chuàng)新現(xiàn)有中小跨徑橋梁結(jié)構(gòu)體系，提升整體化性能，發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)、鋼混結(jié)構(gòu)和無縫橋梁，以推動我國中小型橋梁建設(shè)向工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化以及結(jié)構(gòu)耐久性方向提高。
6.面對公路橋梁標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、工廠化制造和便捷化施工的需求，結(jié)合根治混凝土橋梁痼疾病害的需要，大力發(fā)展鋼—混凝土組（混）合結(jié)構(gòu)橋梁，以推動我國公路橋梁制造業(yè)的形成與發(fā)展，促進(jìn)我國公路橋梁建設(shè)向資源節(jié)約、環(huán)境友好轉(zhuǎn)型發(fā)展。
（二）改進(jìn)橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)，全面提升橋梁服役性能。
經(jīng)過30多年的大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，當(dāng)前步入維修期的橋梁數(shù)量日益增多。據(jù)不完全統(tǒng)計，在我國公路網(wǎng)中，各類危橋數(shù)量達(dá)7.96萬座，約占橋梁總數(shù)的10.5%，直接影響我國公路網(wǎng)的安全運行，盡管我們加大了改造力度，降低了國省干線的危橋數(shù)量，但農(nóng)村公路上的危橋仍居高不下，未能從根本上控制和解決這一問題。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，交通運輸量大幅度增長，行車密度及車輛載重越來越大，如何保障橋梁的安全性、耐久性和使用功能已成為目前橋梁工程界的巨大挑戰(zhàn)。橋梁工程技術(shù)發(fā)展也面臨以建設(shè)為主向建養(yǎng)并重轉(zhuǎn)型，需要我們在橋梁養(yǎng)護(hù)理念、方式、設(shè)備與材料及養(yǎng)護(hù)設(shè)計方法等方面進(jìn)行創(chuàng)新與改進(jìn)，總體來說有以下幾個方面：
1.面對我國橋梁工程材質(zhì)、損傷、缺陷和受力狀態(tài)的檢測需求，需要研發(fā)橋梁永久荷載下橋梁受力狀態(tài)非破損檢測技術(shù)及裝備，發(fā)展橋梁損傷和缺陷的可視化檢測診斷方法及裝備體系，構(gòu)建服役橋梁材質(zhì)狀況高精度量化無損檢測技術(shù)體系，以支撐我國橋梁養(yǎng)護(hù)和安全保障水平的提升。
2.面對我國橋梁長期性能研究和長大橋梁運營管理的技術(shù)需求，需要研發(fā)高精度、長壽命、智能化傳感器，發(fā)展橋梁關(guān)鍵狀態(tài)參數(shù)和性能指標(biāo)長期跟蹤監(jiān)測技術(shù)，構(gòu)建橋梁健康診斷以及性能和抗力衰變監(jiān)測技術(shù)體系與標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)基于BIM技術(shù)的橋梁管養(yǎng)系統(tǒng)，以推動我國公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)的發(fā)展。
3.面對服役橋梁養(yǎng)護(hù)科學(xué)決策的技術(shù)需求，需要進(jìn)一步完善和發(fā)展橋梁技術(shù)狀況評定、承載能力和減災(zāi)防災(zāi)能力鑒定方法，構(gòu)建橋梁安全可靠性評估和使用壽命預(yù)測等的理論體系及技術(shù)方法，以推動我國橋梁服役可靠性的提升和使用壽命的延長。
4.面對我國服役橋梁養(yǎng)護(hù)管理和橋梁資產(chǎn)保全增效的技術(shù)需求，需要轉(zhuǎn)變橋梁養(yǎng)護(hù)理念，發(fā)展橋梁預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，提升橋梁機械化養(yǎng)護(hù)能力，構(gòu)建符合我國國情的橋梁養(yǎng)護(hù)技術(shù)及裝備體系，以促進(jìn)我國橋梁技術(shù)向“建養(yǎng)并重”轉(zhuǎn)型發(fā)展。
5.面對服役橋梁病害處治和提高使用荷載等級的實際需求，需要完善加固設(shè)計理論與方法，研發(fā)快速可靠的加固技術(shù)，發(fā)展模式化加固技術(shù)和整體替代技術(shù)，以保證公路網(wǎng)的暢通與高效。
6.面對災(zāi)后應(yīng)急搶通和保通的需求，需要提升橋梁應(yīng)急裝備跨越和承載能力，拓展橋梁應(yīng)急裝備的品種，增強橋梁應(yīng)急裝備的施工便捷性，以提高我國公路的應(yīng)急保障能力及水平。
此外，還要強化設(shè)計與施工精細(xì)化，提高橋梁建設(shè)的工程品質(zhì)；要加大新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝和新裝備的研發(fā)與應(yīng)用力度，為跨江跨海重大工程建設(shè)項目的建設(shè)提供技術(shù)支撐；要提升橋梁養(yǎng)護(hù)管理技術(shù)和水平，在開展橋梁常規(guī)檢查、評價、維修與養(yǎng)護(hù)工作的同時，尤其要注重對特大型橋梁的安全運營與監(jiān)測，確保重要橋梁的運營狀況實時可控。
文丨交通運輸部副部長 馮正霖
