來源:人民網-人民日報海外版
港珠澳大橋雄姿。
蘇權科肖像畫。 本版畫家 張武昌繪
蘇權科在港珠澳大橋留影。
2018年10月23日,現代橋梁和交通發展迎來曆史性時刻:當今世界上總體跨度最長、鋼結構橋體最長、海底公路沉管隧道最長的跨海通道——港珠澳大橋通車儀式舉行。出席儀式并宣布大橋正式開通。在儀式後巡覽大橋時,指出,港珠澳大橋是一座“圓夢橋、同心橋、自信橋、複興橋”,是“國家工程、國之重器”。
港珠澳大橋總長約55公裡,工程設計使用壽命120年,總投資超1200億元。通車後,香港、廣東珠海、澳門間的交通效率大幅提升:珠海至香港國際機場的車程由約4小時縮短至約45分鐘,至香港葵湧貨櫃碼頭的車程由約3.5小時縮短至約75分鐘。
港珠澳大橋是世界公路建設史上技術最複雜、施工難度最大、工程規模最龐大的跨海工程。廣大建設者懷着高度使命感、責任感,弘揚創新精神、工匠精神、奉獻精神,以逢山開路、遇水搭橋的氣魄,用心、用情,實現了管理機制、建設理念、工程技術、科研模式等一系列創新,把不可能變為可能,把平凡的工作做到極緻,成就了這一讓國人自豪、讓世界驚歎的超級工程。
依托國家科技支撐計劃,以全面創新應對挑戰
港珠澳大橋工程涉及水文泥沙、地形地質、海洋生物保護、防洪防台、航運海事、航空限高等複雜建設環境;同時,工程建設面臨無标準、無技術、無裝備、無經驗等一系列挑戰。
具體來說,這些挑戰主要包括以下幾個方面:一是建設條件極其不利,橋位區地質複雜,回淤量大;面臨深水深槽、氣象水文海事等引起的一系列困難。二是施工難度極大,海底隧道密水性要求高,重達8萬噸的巨型管節要在45米水下實現高精度對接,難度極大。三是高标準要求給建設和運營提出了新課題,特别是生态環保、節能減排、120年超長使用壽命等“必答題”給工程團隊帶來了巨大壓力。同時,長達6公裡的海底沉管隧道的安全運營也是塊“硬骨頭”。此外,由粵港澳三地共建共管,不同的政治社會體制賦予了工程管理新的内涵,也平添了協調難度。
為應對上述挑戰,實現“建設世界級跨海通道,為用戶提供優質服務,成為地标性建築”的目标,我們工程團隊開創性地提出了四大建設理念:全壽命周期規劃,需求引導設計;大型化,标準化,工廠化,裝配化;綠色環保,可持續發展;立足自主創新,整合全球資源,推行夥伴關系。
工業化建造模式是超大體量現代交通基礎設施建設的主流趨勢,是交通強國建設的重要支撐。建設過程中,我們以工程技術、材料裝備、壽命保障、工程管理、安全運營及綠色環保等一系列問題的攻關成果為依托,構建了跨海集群工程工業化建造技術體系,主要包括工業化建造模式下的目标決策體系、技術管理體系、創新生态體系以及品質保障體系等。
通過對該技術體系的探索與實踐,我們實現了對質量安全、生态環保與工程建設、項目運營之間關系的進一步平衡,推動我國超大體量現代交通基礎設施建設技術水平與工程品質的提升。
我們堅持“問題來源于工程、研究依托于工程、成果應用于工程”的原則,注重科研與生産的緊密結合,開展了300多項協同攻關、集成應用課題研究,形成了海上人工島、深埋沉管隧道、裝配化橋梁、120年耐久性和跨境工程建設運營5大創新技術群及60餘部标準規範。全面實現跨海集群工程工業化建造和鋼橋面鋪裝的準工業化建造,橋島隧工程3000噸至8萬噸級超大型構件的水上、水下拼裝,促進了橋隧工程産業鍊的升級換代。
整合全球資源,實現高效率、高質量建設
吸收人類工程科技文明成果,形成融合開放的建設理念、管理技術是建成世界級的跨海集群工程的前提條件和必然選擇。我們港珠澳大橋工程團隊向日本、德國學習現場管理,向汽車行業學習工廠化制造,向核電行業學習信息化管理,向海洋石化行業學習健康、安全和環境管理,向香港學習維養設施設備、環保管理。此外,工程團隊還高度集成了國内外大型項目管理經驗,建立了高端咨詢機制。
為了保障海洋腐蝕環境下結構耐久性,工程團隊借助相似環境長期暴露數據,研究提出了混凝土耐久性定量設計新方法,創造了百萬方大體積混凝土不開裂的紀錄,該設計分析理論被國際同行稱為“港珠澳模型”。
面對深埋沉管隧道的技術禁區,我們首創了深埋沉管設計理論和方法,解決了隧道變形和接頭安全等難題,創新性提出“半剛性”新型沉管結構。
面對關鍵施工設備主要依賴國外進口的局面,我們研發建造了具有自主知識産權的水下高精度碎石整平船、擠密砂樁船等數十台套專用裝備,其中包括用于隧道精準安裝的核心裝置即沉管水下對接調整系統。在航天、海洋、氣象等多部門協同配合下,我們最終實現突破,形成自主技術,完成了33個管節海底對接。
借助我國自主研制的、世界最大(1.2萬噸)的全回轉起重船,我們創新采用風險更小、工期更短的主動止水最終接頭新工法,為世界沉管隧道貢獻了“中國方案”。特别值得一提的是,我們集成創新了八錘聯動深插式大圓筒快速成島技術,大大提高了施工效率,保證了島體穩定性要求,節約了近兩年工期。
此外,我們研發建成了國内首條自動化鋼橋梁單元生産流水線,把傳統在露天和海上施工的橋墩、鋼梁,在工廠制造;與香港品質保證局和澳門土木工程試驗室合作,對混凝土施工開展獨立第三方質量認證,聚三方優勢,創一流品質。高品質的建設确保了大橋在建設期經受住了包括“天鴿”“山竹”等超強台風在内的38次台風考驗。
創新技術試驗驗證,打造科學、嚴格的質量管理體系
新研制的裝備和新開發的技術必須經過嚴格試驗驗證,才能保障工程建設安全高效推進,實現長期安全運營目标。這一點對于設計使用壽命長達120年的港珠澳大橋來說尤其重要。針對一系列創新裝備和技術的應用問題,我們在全國十幾個地點,組織開展了30多項大型足尺或縮尺模型試驗,其中包括港珠澳大橋沉管隧道1︰1全尺寸隧道綜合防災試驗平台。
該試驗平台由我們自行設計、建造,全長150米,3車道,可對隧道火災場景、結構防火、通風與排煙、消防救援、火災實時監測、隧道逃生疏散、隧道智能監控等設施及系統進行全面、系統的綜合性試驗。利用該平台,我們完成了港珠澳大橋沉管隧道火源設計與場景設置、火災規模标定試驗、隧道火災場景試驗、隧道通風與排煙試驗,系統分析了不同工況下的火源規模标定方法、火災溫度與煙霧場景時空分布規律、不同通風排煙口組合的排煙效率,并将試驗研究成果納入《港珠澳大橋沉管隧道通風、消防設計咨詢報告》,為隧道通風、消防系統設計提供了技術支持。
百年工程,質量第一,我們矢志不渝打造經得起曆史和實踐檢驗的經典工程。為此,我們積極借鑒制造業質量管理模式,建立了過硬的質量管理體系;引進了香港、澳門和内地高鐵建設對混凝土生産推行的産品認證制度,實行首制件工程認可制;引進質量管理顧問、試驗檢測中心、測控中心,充實法人質量管理力量。
堅持生态優先,保持功能、景觀、環境協調統一
20世紀末,曾有專家預言,150年後,伶仃洋将變成伶仃河。由于410平方公裡的伶仃洋水動力很弱,潮差很小,難以帶走沖刷下來的泥沙。如果不加克制地在洋區修造建築物,将增大阻水面積,加速淤積。為了最大限度減少大橋工程對水流的阻礙,我們分别聯合廣東珠江水利科學研究院、江蘇南京水利科學研究院、天津水運科學研究院,同時開展相關試驗。不僅如此,我們還加速模拟10年後、30年後的狀況,探索長期演變的規律……我們最終得出結論,大橋全線的整體阻水比必須控制在10%以内。
盡量減少施工範圍和強度、降低對環境的擾動是“綠色”施工的一大原則。基于此,我們優化隧道基槽開挖邊坡坡比,減少挖泥量約2000萬立方;把東、西人工島長度從1300米縮短到625米;加大橋梁跨徑,淺水區從50米加到85米,深水區從70米加大到110米;把所有非通航孔橋梁承台置于海床面以下;化水上施工為陸地施工,化工地現澆為工廠預制……
我們以全球視野、長遠眼光,統籌謀劃港珠澳大橋工程,追求“綠色”、人本、景觀文化和高品質發展的高度統一。為此,我們引進海洋石油化工行業職業健康、安全與環境一體化管理體系,組建跨境環保聯絡小組,構建近程遠程相結合、24小時全覆蓋的海上通航安全監管網,為水上大型拖帶及大規模吊裝作業提供專業通航保障服務,實現了9年建設過程安全生産“零”事故和中華白海豚“零”死亡的記錄。
港珠澳大橋成為伶仃洋上一道亮麗的風景:海上橋塔的“揚帆遠航”“海豚出水”“中國結”造型靈動飄逸,人工島和隧道建築質樸大氣,數十公裡的鋼結構橋梁氣勢恢弘。
生态優先、尊重自然環境是粵港澳共同追求,三地相關機構成立了跨境環保聯合工作組,對珠江口的水質監測技術和标準進行聯合攻關,定期交換水質、空氣、噪聲等實測數據并接受公衆咨詢。為了保護珠江口的中華白海豚,我們聯合有關方面經過300多次出海調查,首次繪制了它們的行為譜,研究了聲學驅趕保護技術,兌現了“大橋建成、白海豚不搬家”的承諾。
推動智能化運維,繼續貢獻“中國方案”“中國标準”
經過15年籌備和建設,港珠澳大橋終于巍然挺立在伶仃洋上,成為新時代标志性工程,取得現代橋梁設計建設系列重大成就并形成了“港珠澳标準”,為國際業界廣泛認可和推廣。
據統計,港珠澳大橋工程團隊共創新工法31項、創新軟件13項、創新裝備31項、創新産品3項,獲得專利454項;出版專著37本、論文649篇。作為現代橋梁的經典之作,港珠澳大橋獲得了諸多國際榮譽,其中包括國際隧道協會2018年重大工程獎、英國土木工程師學會核心期刊NCE2018年度隧道工程獎、國際橋梁與結構工程協會傑出結構獎、國際橋梁大會超級工程獎和國際咨詢工程師聯合會大獎,獲評《美國工程新聞紀錄》(ENR)“全球最佳橋隧項目”。
目前,港珠澳大橋智能化運營維護技術裝備和智聯平台開發工作正在緊鑼密鼓推進中,旨在突破跨海交通工程安全高效運行技術瓶頸,形成易推廣的智能化運維成套技術及标準體系,為落實标準化綱要,推動交通行業新基建和大灣區基礎設施數字化與互聯互通,實現交通強國戰略目标提供支撐。
雄關漫道真如鐵,而今邁步從頭越。中國橋梁人将牢記的囑托,逐夢前行,繼續努力把港珠澳大橋打造成為香港、澳門和内地協同創新、融合發展的樣闆工程,打造成為中國橋梁“走出去”的亮麗名片,在世界橋梁建設工業化、智能化征途上探索新的“中國方案”,貢獻更多“中國标準”。
[作者蘇權科為全國政協委員、港珠澳大橋工程總工程師,香港科技大學(廣州)教授]
中國科協科學技術傳播中心、科學出版社與本報合作推出
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