如何建好一座跨海大桥——跨海大桥建设的品质规划

编者按

今年4月19日，港珠澳大桥主体工程通过交通运输部、国家发展改革委、国务院港澳办组织的竣工验收。竣工验收委员会评价认为，大桥主体工程创下多项世界之最，工程质量等级和综合评价等级均为优良，打造了一座“精品工程、样板工程、平安工程、廉洁工程”，为超大型跨海通道工程建设积累了宝贵经验。

本文起草于2006年。时任港珠澳大桥前期工作协调小组办公室总工程师苏权科和工程技术组主管张劲文等团队人员，在初步调研国内外重点跨海工程，查阅相关技术和管理文献基础上，构思和谋划拟建的港珠澳大桥目标定位及实施路径，提出从品质规划和风险管理两个途径探索的方向，得到朱永灵主任的支持并持续大力推动。之后相继形成一系列项目管理创新和技术进步，推动了我国跨海桥梁上下游产业链升级换代和重大交通基础设施建造方式的变革。

由于项海帆院士推荐，本文内容曾在2008年青岛国际桥梁学术会议上介绍，也在部分行业专家及高校老师中间流传。

21世纪世界跨海大桥建设的重心已经转移到中国。我们面临的跨海项目，大部分都属于超级工程，跨越的海面宽阔，建设条件复杂，技术要求高，造价巨大。要使拟建的工程全面满足发展的需求，成为高品质的、世界一流的项目，还存在不少问题，需要系统的规划部署，逐步落实解决。

近30年以来，我们建设了各种类型的桥梁，积累了丰富的经验。但是，仍然存在一些较为普遍的问题。一是常见各类早期病害，如梁板、墩台开裂变形，支座、伸缩缝等构件破坏；二是结构退化严重，桥梁寿命普遍较短；三是承受意外风险的能力不足，维护和运营管理跟不上。尽管对一些重大项目格外重视，采取了不少方法和措施力求克服这些问题，情况有所改观。由于缺乏系统的技术支持和体系法规等方面的综合原因，按现有的技术和管理水平建造的桥梁，难以从根本上解决以上普遍问题。进入大规模的跨海大桥建设阶段，这些问题将变得更为突出。

差距及原因

我们与世界一流的跨海大桥之间的差距是系统性的。其中包含了建设理念、规范水平、材料差异、设计理论和方法、工艺设备以及管理、维护策略等。

建设理念

与发达国家相比较，我国在跨海大桥建设的理念上仍存在着许多不足。比如，缺乏规范、系统、科学的前期论证和基础资料的积累；在规划目标和重大决策方面的长官意志；在工期安排上较多地考虑政治因素，短期行为，政绩意识较强，科技创新能力不足；对风险估计不足，对养护与维修重视程度不够；缺乏针对运营管理和维护标准的要求，以及全寿命周期成本核算的考虑等。

规范水平

对技术标准研究不够，技术标准、规程及规范等更新滞后。我国的结构设计规范仅依靠过去的统计数据，不考虑结构在建成后的长期使用过程中，由于生产和生活水平的发展与提高所带来的可能需要，也未系统地考虑气候分区及海洋环境等因素的影响。例如，对车辆荷载来说，我国桥梁的设计承载能力仅为美英的68%和60%；反复冻融和盐类侵蚀的环境中，钢筋保护层最小设计厚度尚不到国际通用规范规定的一半；对结构材料的品质、公差等方面的要求较宽；与国际通用的设计规范相比，按我国规范设计的混凝土结构锈蚀的实际使用年限，除了室内长期干燥的环境条件外，大概仅及国外的1/4。

一方面是规范需要尽快修改；另一方面，我国幅员辽阔，经济、技术的发展差异很大，设计施工规范中的要求都是照顾平均水平下的最低限度要求。针对具体工程，业主或设计部门可能需要在设计中采用新的先进技术，或需对材料及施工质量提出更高的要求。由于规范标准低，部分内容缺失，现在我国很多新建的特大型桥梁的疑难问题，都是通过立项目、搞科研的方式解决。

材料差异

结构施工质量和材料质量有很大的关系。首先是国产钢筋的强度等级偏低（国外的主体钢筋强度要比我国高出约100MPa），由于钢筋过密得不到充分振捣而严重影响混凝土质量；我国混凝土技术落后，混凝土生产仅能提供强度和坍落度两个指标；商品混凝土生产，达不到提供不同技术性能的混凝土，符合不同用途和不同环境条件的需要；充斥市场的添加剂产品，许多性能不稳定，缺乏检验手段；结构使用的成品、半成品材料和构件，其公差和均匀性难以保证；砂石料等地材的加工和供应，问题更加突出。

设计理论和方法

桥梁的使用年限国外通常称为“目标使用年限”，它体现了对社会公共利益的追求。但在我国的建筑法内，未能对不同类型建筑物的合理使用寿命(或年限)规定具体的量值。我国公路桥涵的设计规范至今（指2016年当时）尚未明确提出设计使用年限的要求。而欧洲规范规定桥梁等各种土木工程结构物的设计工作寿命不小于100年。美国规范则按75-100年考虑。随着社会经济的高速发展，人们对桥梁等生命线工程的依赖更加突出，任何阻碍和终止交通所造成的损失远非工程本身的造价所能比拟，所以对这些工程的使用年限要求也愈来愈高。

在我国，桥梁设计规范所采用的承载能力安全设置水准要比国际上低20%左右，加上设计取用的常用车载重量又比国际上一般取用值低，使得桥梁本身承受车载的能力仅为国际通用设计规范给出的2/3左右，再加上公路车辆违规超载十分严重，更加促使桥面结构过早损坏。全寿命周期成本设计和系统的耐久性设计已经成为国际上跨海大桥设计中一个重要内容，但在我国还属于起步阶段。

工艺、设备和管理

施工工艺、质量控制与质量保证是我国土建工程中的薄弱环节。

跨海大桥的主要施工设备还是依赖进口，同时在大型设备的掌握、运用和管理方面，仍待加强。

层层转包、装备落后、人海战术、节约造价，会以牺牲质量为代价。

我国土建工程施工一线工人的素质较低，施工管理水平不高，难以及时和有效消除人为差错。

造价与工期

我国工程建设的一个突出问题就是往往缺乏必要的前期预研、勘察与论证，一旦决定建设就仓促动工，并不惜以牺牲工程质量为代价，追求施工进度，压缩施工工期。这种施工方式不仅带来安全隐患，同时受害最深的是结构的耐久性，更不能保证结构的外观效果。片面追求施工进度的结果还导致了早强水泥的普遍应用。用这种水泥配制的混凝土虽然早期强度增长很快，但内部微结构和后期强度发展不良，耐久性变差，色泽不均。

长期以来，我国实行的控制造价、限额设计政策，在条件复杂的跨海大桥建设上，也难以适应。

维护策略与耐久性

对结构进行科学系统的维护管理及相应的控制监测方面与发达国家差距很大，长期得不到足够的重视，注定了我国已建工程的早期劣化比国外更加严重。

由于工程的耐久性设计标准过低，施工质量又较差，运营管理和养护技术很不规范，建成的工程经历二三十年甚至在更短的时间内翻修或拆除重建的事例经常出现。

我国在混凝土结构耐久性前沿理论研究方面并不落后。劣势主要在于——

1.基础研究薄弱，重安全性设计，轻适用性设计。

2.可供研究的基础资料缺乏积累和梳理，无法从不同环境作用下已有工程实践中，得出较系统完善的经验性结论供相同区域后续工程参考。

3.缺乏对结构耐久性方面的系统设计。

4.对材料的使用及施工工艺控制差异很大。

5.业主在项目管理中对耐久性方面思维及措施均不到位。全寿命周期项目管理理念未形成，各环节脱节，尤其在运营期的维护上存在明显的差距，导致结构无法达到设计使用寿命。

同时，传统的基础设施设计、施工、管理及养护理念还引发资源浪费、环境污染等诸多问题，与建设“节约型社会”“可持续发展”的目标差距较大。

建设高品质跨海大桥的管理思路

一座跨海大桥造价昂贵，耗费资源巨大，运营管理条件恶劣，养护维修十分困难，一旦交通中断，损失严重，影响面广，往往是社会关注度很高的公共形象。在规划建设的时候，应当把握正确的思路。

1、较高的目标：根据经济发展和承受能力，在现有建桥技术基础上，充分吸收、引进国外的设计理念、工艺、设备和方法，建设世界一流的跨海大桥。

2、科学地计划：在前期论证中，全面收集查清区域建设条件；根据区域社会、经济交通发展需求，确定既适用又具前瞻性的建设功能、技术标准；组织跨海大桥建设技术与项目管理集成研究，形成系统的技术和管理文件，为跨海大桥建设过程管理提供有效支撑；尽早规划建设项目资源的运用和开发，研究建设过程中的后勤保障管理、建设环境管理；从全寿命周期的目标、环保节能的角度，研究运营维护的标准及方案，实现项目建设及管理目标。

3、务实的方针：需求引导、科学统筹、重点突破；立足国内、全球视野、系统提高；总体规划、分期实施、及时推进。

品质规划的方法和途径

树立高品质建设

跨海大桥项目的理念

高品质的桥梁应表征一个民族的文化取向和审美观念，能体现一个国家、一个地区社会经济技术发展的水平，能持续、方便地满足交通运输和人民的出行需求。因此，在整体功能以及任何一个细节上，都必须符合以人为本。

跨海桥梁项目种类繁多，而且每一个工程项目其条件也不尽相同，存有不同的风险。如何借鉴先进国家在规划、设计、施工过程中的经验，在跨海桥梁的规划、设计、施工过程中树立起风险管理的意识，即对建设和运营过程中可能出现的风险进行预测、评估，提出消除风险的措施，尽量降低工程项目的风险，减少意外损失，并提高工程质量和水平。

要建设高品质的跨海大桥必须有工程规划建设的理论创新，管理机制和体制的创新，以及结构、设备、材料方面的创新。

研究编制项目

全寿命周期标准体系

预先制定拟建跨海大桥的设计标准、施工规范、验收评定标准、运营维护标准、费用标准，是建设高品质跨海大桥的基础。这些标准是相互依存，不可分割的。在编制标准时，一些基本原则必须首先明确。比如，设计基准期与设计使用寿命的选取；耐久性与景观工程相结合的设计目标；对结构选型、材料和构造方面的要求；品质管理流程、工艺过程控制；资源获取的途径；运营管理规划；维修养护方案；使用过程中需要定期维修和更换部件的名称及预期需要更换或修复的年限等。

合约模式的设定

针对跨海大桥的具体情况，采用设计－施工－运营管理一体化合约模式是一种较好的选择。设计的理念和水平对施工和运营维护有很大的影响，从施工和维护的角度又可以对设计提出改进和修正的意见。施工质量决定了养护维修的频率和成本，养护维修的能力和发展水平又可以影响设计方案及材料构件的选用。因此，必须从全寿命周期考虑建设规划。不论是BOT项目或者BT项目，都可以在合约中规定，移交后仍然由原承办商负责维护管理，并统筹核定相关费用。

合同是政府、项目法人及其他各方联系的纽带，在合同中必须发展创新更为有效的约束机制。除了经济杠杆，还应约定严格的监管制度，比如设计复核程序、施工监理程序、运营维护考核标准与程序。在建设过程中推行无缝隙管理，设计中贯彻全寿命周期理念，施工中引入品质管理方法，从招标文件到施工组织设计，都体现品质计划，包括管理人员和一线工人培训考核的要求，真正实现标准化生产、精细化施工、专业化维护。

设计管理的改进

在我国基建程序中增加概念设计阶段，针对整体路网的发展规划，充分研究项目满足各方面、各层次、各阶段的要求，并进行结构功能的综合论证。

在大型跨海大桥项目设计中如何落实综合节能、环保、可持续发展、景观价值（香港政府设立“桥梁及有关建筑物外貌审核委员会”(ACABAS)的做法值得借鉴)，以及区域历史文化内涵，应在招标文件中提出具体的要求。

对设计的总体把握和有效管理，是建设高品质工程的核心。在国家目前推行的合理设计周期、两院制设计复核审查等大原则的基础上，针对跨海大桥的特殊情况，相关部门和管理单位应通过制度创新和管理创新，研究制定更加有效的管理程序和方法，保障设计质量和水平。

关键技术、专用设备和

资源准备

为了保证跨海大桥工程建设的工程质量，提高构造物的耐久性、使用功能与使用寿命，必须重视工程的结构设计，注重新材料的应用，采用先进的施工装备，改进传统的施工工艺，强化微观决策技术，从设计、施工、养护各个环节做好规划和控制工作。尤其对设计、施工的关键技术和巨大的资源需求，要提前进行论证和研究。

通过每一座跨海大桥的建设，积累经验，发展创新，逐步提高整个行业的水平和国家在跨海工程建设领域的竞争力。风、浪、流、腐蚀等恶劣的海洋环境条件，对桥梁建设的常规方法、设备、工艺和材料等等，提出了革命性的挑战。必须将大量的海上作业变为岸上作业，将野外分散施工变为工厂化集中施工，将人工和小型机械操作变为大型机械整体化操作。工程实施的好坏首先取决于海上大型设备；施工水平的提高基于有计划的、系统的经验和数据积累。在已有的基础上，依靠技术人员的智慧，吸收、引用，发展、创新，形成具有中国特色的专有技术；同时，培养一批海上施工专业队伍，大幅度地提高一线工人的素质和技能，才能建造世界一流的跨海大桥。

监管策略

对项目的监管与合约模式紧密联系。在市场经济的环境下，政府对项目的期望和要求，首先必须通过完善的合同文件来实现。项目前期制定的设计标准、施工规范、验收标准、运营维护标准等文件，政府应组织严格的审查。为了使拟建的跨海大桥有一个较高的起点，向国际水平看齐，有必要先邀请国内外有相关工程经验的咨询公司复核审查，结合咨询审查的意见，再通过专家评审，部门批准。

对设计施工中的重大技术问题，除了组织全国范围的专家委员会之外，应该在整个系统中设置一个审查把关、消除隐患的序列。由设计、施工、监理单位，分别联合国内外最有经验的咨询机构组成互相校核的团队，从基础上保障过程的正确。为了从整体功能、社会利益和长远发展的角度把握建设中的问题，政府或业主也应依靠自己的专业顾问进行审核与监管。专业顾问可以在规划、建设及运营维护阶段，以各种方式为政府、业主的决策管理服务。

通过科学合理的监管机制，可以实现无缝化管理、精细化设计、精细化施工、专业化维护。运用创新的理念，对建设过程中的监管决策机构设置，运营维护阶段的监管方案和评价制度，进行深入的研究策划，更是建设高品质跨海大桥的一个先决条件。

建设世界一流的跨海大桥，必须解放思想，加强国际交流，拓宽眼界，了解国际桥梁工程学科领域的发展趋势，通过设计理论和方法、工艺技术、专用设备、用人机制的改革，促进创新体制的发展。

政府对重大工程建设功能和目标的把握，可以通过在项目前期做好系统的品质规划，项目建设期科学的合约安排及严格的监管制度来实现。

在基本建设领域贯彻全寿命周期理念，推行品质规划，实现体制创新，是提高行业竞争能力的重要途径。

本文刊载 / 《桥梁》杂志

2023年 第2期 总第112期

作者 / 苏权科 张劲文

作者单位 / （前）港珠澳大桥前期工作协调小组办公室、港珠澳大桥管理局

（现）香港科技大学（广州），广州交通大学（筹）

编辑 / 陈晨

美编 / 赵雯

责编 / 李诗韵

审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲

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