[分享]桥梁工业化的春天还有多远

第二次世界大战后，欧洲的基础设施重建和经济发展，为桥梁结构的技术发展提供了机遇。大规模的桥梁建设，催生了桥梁设计和建设新理念的产生，开创出许多经济高效的自动化桥梁工法，如移动模架法、节段预制拼装法等。

20世纪50年代，伴随预应力技术的成熟和发展，标准化设计的预应力混凝土梁桥得到了推广和应用。1950～1965年间，欧洲各国使用预制节段拼装技术，修建了300多座此类桥梁。

在20世纪60、70年代欧美的基建大潮中，包括架桥机悬拼、预制顶推等新颖的施工工艺，如雨后春笋般涌现，钢-混组合梁桥技术也渐渐成熟。进入80年代，体外预应力技术在国外得到了广泛的应用。在这个时期，预应力混凝土桥梁工业化技术不仅应用到了简支梁桥，同时也在连续梁、连续刚构、拱桥与斜拉桥中得到广泛应用。在这波建设浪潮中，包括FIB、PCI、AASHTO等相关机构，对上部结构的预制和拼装技术做了大量的研究，并形成了相关的技术手册。美国节段法桥梁协会(American SegmentalBridge Institute—ASBI)于1989年成立。ASBI的成立在业主、设计咨询、承包商与专项产品分包商之间建立了技术交流的桥梁，并协助美国各州公路和运输工作者协会(AASHTO)编制了全球第一部节段预制块桥梁设计规范，从而使这项工业化技术得到了极大的发展。

20世纪80年代后期，桥梁工业化技术传播至亚太地区，并在泰国曼谷、澳大利亚，新西兰、日本，中国香港、澳门等国家和地区的桥梁建设中广为使用。

中铁大桥勘测设计院集团有限公司副总经理张强告诉记者，预制节段拼装技术进入我国的时间较晚。1965年修建的盐河桥，是我国第一座采用预制拼装法施工的预应力混凝土刚构桥。

尽管我国预制拼装技术起步较晚，但一直都在积极地研究与尝试。20世纪90年代，北京积水潭桥试验工程的5座桥梁中，墩柱与承台率先采用承插式连接方式，实现了下部结构装配式施工的试验性应用。1998年，在科技部攻关项目“山区公路高架桥新结构施工方法”的研究报告中，同济大学在国内首次提出了一种适合山区高架桥的全预制拼装桥梁结构方案及架桥设备，其中上部结构采用节段预制拼装体外预应力混凝土梁，下部结构为预应力钢绞线和预应力螺纹钢筋混合的节段预制拼装预应力墩柱方案。

进入21世纪后，伴随着东海大桥、杭州湾跨海大桥、苏通大桥、港珠澳大桥等工程的建设，我国从跨海、跨江桥梁入手，桥梁全预制拼装技术有了较大发展。由于海上运输和架设条件的优势，同时为克服海上现浇混凝土施工和养护的困难，我国发展并优化了上部整孔预制吊装、节段预制拼装，下部大节段预制拼装等预制装配化技术，相关设计和建造技术已经达到了世界先进水平。

陆域桥梁下部结构的预制装配化技术的飞跃，始于2014年上海S6公路的建设。其采用了国外方兴未艾的波纹管灌浆套筒连接技术，并联合同济大学开展了大量基础性研究。随后，相关技术在全国铺天盖地展开，同时开展了大量的技术创新。例如2017年开工的宁波舟山港主通道，陆域采用了创新性的一体化架设工艺，统一了上下部的施工工法，成为了一种真正的绿色快速施工工法。“目前，伴随国内公路、铁路和市政领域基础建设的开展，上下部的预制装配化技术有着极为广阔的前景。” 浙江省交通规划设计研究院有限公司副总工程师史方华介绍说。

传统的现场立模、现场钢筋绑扎、现场混凝土浇筑的桥梁建造工艺，已经沿用了上百年，是一种人员密集型、资源粗放型、效率低下的施工方式。桥梁的现场施工需要占用大量的临时场地，进行钢筋的加工、模板的存放、混凝土的运输或拌和等；混凝土的浇筑不可避免地会对周边环境造成不利影响。由于现场作业条件限制，大量工序需要“看天施工”，且施工工人流动性大，整体素质不高。现场各工序基本属于纯人力手工制造，施工效率低下，标准化程度低，施工质量难以保证。

张强表示，预制装配化施工彻底摒弃了传统现浇施工的缺陷，优势非常明显。“一是把传统的现场浇筑工作换成了车间工作，使现场多工面的施工作业经过统一分解，并集成了工业化的、可以重复优化的制造工序，混凝土节段的质量与稳定得到了保证，安全、质量、耐久、经济。第二个特点就是速度快，可以将巨大的永久结构合理分块，现场作业量小，对于大型工程可以多点施工组装架设，施工速度之快是其他施工工法难以比拟的。第三大特点是施工工法适应性强。预制节段的现场拼装方法多种多样，其中比较典型的有简支单跨架设法、悬臂平衡架设法、推顶架设法、支架架设法、整孔架设法等。对于不同的工点情况，可以灵活处理。其次，对自然与社会环境冲击小。由于将现场浇筑换成了车间工作，现场架设施工基本不受白天、黑夜与天气条件的限制。运梁、吊梁大多在夜间进行，张拉成梁多在白天实施，这种施工方式大大缓解了现场施工给周边自然环境（工业尘土、噪声、废水、废气等）与社会环境（交通堵塞、人力时间资源浪费、破坏城市景观等）带来的冲击。同时，可以做到资源合理重复利用。”

尽管优势明显，但该技术的应用在我国还处于起步阶段。由于架桥机和启动资金较大，体外预应力造价偏高等原因，预制拼装、装配化施工技术在造价方面的优势还难以体现。张强认为，只有当桥梁工程的规模越大，用该项技术进行桥梁建设的经济效益就越高；工程规模越小，经济效益也越低。随着技术发展的成熟，在满足一定建设规模的基础上，采用装配化施工方法，可以节约10%～20%的资金。“依据过去几十年的实践工作经验，在欧美等工业发达地区，总长超过1．5 km的桥梁建设工程，短线法节段预制技术所带来的经济效益开始体现。在亚洲中等发达地区（如港、澳）以及我国大型都市（如上海、深圳、北京、广州)地区，经济工程最小桥梁长度一般应在2.0km左右。而在我国国内中等发达城市（如大多数省会城市），经济工程最小桥长可能在2.5km左右。”

上海市政工程设计研究总院总裁助理、副总工程师颜海认为，发展新型工业化是国家战略，具体体现在建筑行业，无论是桥梁、道路、轨道交通，工业化的需求都是很大的。“可能具体实施起来，各地区差异比较大。在上海，我们现在规定在环线以内的高架桥，百分之百都要进行预制装配。当然了，在一些落后地区不能‘一刀切’，需要有一个过程。而且预制装配的工业化核心是标准化设计，标准化设计要上升到国家标准，也需要有一个过程。但是我觉得，它本身是一个趋势，而且是一个重点。”

颜海认为，尽管过程是漫长的，技术升级也是无止境的，但其过程是甜蜜的。因为老百姓在智慧建造、绿色建造的过程中，会切身感受到环境的效益、工期的效益。每一个脚印，都会有不同的收获。

依托于大量的工程实践，国内的预制装配化技术正在飞速发展中。工程师们对品质、技术的追求，社会对质量、耐久和环保的要求是桥梁技术进步的动力之源。

张强认为，目前，桥梁工业化发展面临几个重要的难点问题，包括结构连接的新材料研发、专用运架设备的研究、国家级预制基地的建设，以及如何降低工程造价。

“虽然目前预制装配结构的应用已经比较普遍，但仍存在着一些问题需要攻关。首先，对于上部结构，如何优化和改进传统的T梁、小箱梁等的设计和施工工艺，加强其纵横向整体性，简化其预制和现场施工流程，加强其曲线适应性，是我们努力的一个方向。对于海域桥梁，如何进一步提高接缝的受力性能和耐久性，进一步简化施工工艺，进一步向大型化、整体化发展，也是一个重要研究课题。此外，对于护栏的预制装配，目前仍未找到满意的方法，当前的护栏预制装配仍存在现场连接繁琐，线形较差的问题。”史方华向记者介绍了目前发展中存在的困境，“对于下部结构，关键问题在于节点，即如何实现各构件之间快速、可靠、耐久的连接。当前经常采用的连接方式有灌浆套筒、预应力连接和湿接缝连接三种方式，但是三种方式都存在一定的缺点：灌浆套筒价格高，安装精度要求高，且灌浆质量检测手段不多；预应力连接构造较为复杂，且现场安装步骤也很繁琐，钢绞线连接需要设置齿块，现场安装困难；湿接缝连接现场浇筑方量大，施工周期长，养护条件差。因此，发展更加快速有效的连接方式还是非常有必要的。”

此外，伴随着国家经济实力的增强，人民生活水平的提高，对于绿色施工的呼声也越来越高。如何改进预制和装配工艺，使得桥梁施工尽量降低对周边环境的影响，也是一个亟待解决的课题。特别是对位于山区和自然保护区内的桥梁工程，绿色预制装配化技术很有必要。

史方华同时指出，对于目前兴起的UHPC等新材料，国内目前的应用还仅限于桥面铺装、桥面板等构造，这主要是由于其基础研究，特别是缺少耐久性研究的缘故。由于其性能优越，如果诸多疑难问题得到解决，必将掀起桥梁结构的一场变革。

上海市政工程设计研究总院副总工程师卢永成认为，桥梁建造要全面实现工业化，标准化非常重要。“通过几年时间，把一些结构都定型化、标准化，以此来提高效率。只有标准化了，才能实现工业化，如果每个构件标准都不一样，是不可持续的，就没有办法工业化，必须实现工厂流水线作业。”

早在20世纪六七十年代，我国在跨江跨海桥梁上，就开始了预制装配技术的尝试，也编制了相关标准。然而，新时期的全预制化装配理念，从根本上发生了变革，需要新的标准来支撑。“基于工业化、标准化，基于机器制造，还有人工智能、信息化管理，这些方面需要大量新技术的支撑，不再是原来简单地把它装配起来，而是真正实现以人为本，把人从繁重劳力中脱离出来的智慧化建造。这些新的领域，我觉得它的标准规范都是非常缺乏。”颜海说，“为此，同济大学也设立了‘智慧建造’专业，今年是第一年。这也可以说明，新时代的预制装配，是新时代的需求和发展方向。”

尽管在建造业领域，我国的产业链相对完整，从设计理论的研究、设备的开发，到安装、施工，都有一套相对完整的产业链来支撑，这是实现桥梁工业化建造的前提与保障。然而，随着标准的提高，产业链的升级与转型也迫在眉睫。

“因为工业化的标准是把预制件做成产品级，比如说我觉得现在产品很标准，但新的技术出来，比如机器人、人工智能的出现，可能又会演化成更新的标准。那么在逐步演进的过程中，标准的内涵也不一样。可能原来是1.0到1.5的标准，现在是5.0的标准。都是标准，但水平不一样，需要整个产业链的支撑。比如说一个很先进的设计，但设备制造跟不上也不行，安装跟不上也不行。包括工人也是一样，现在1.0版需要他把连接技术质量做好，以后出现了更高级的机器人加工，就要求他把按钮按好，计算机控制好；再往后出现更高级的，可能就需要他做好整条生产线的质量控制管理。现在的农民工和建筑工人，要向产业化工人转型，这也是适应智慧建造、绿色建造自身转型的过程和需求。”颜海说道。

目前，我国桥梁预制拼装技术的推广主要从大城市开始。面临的障碍集中在两个方面：管理和人才。“由于传统的建造方式是设计、施工、管理三方，常常出现脱节的情况，设计做出来了，就按图施工，管理也就是监督一下。预制拼装要提高效率，要求设计、施工、管理一体化考虑。设计要考虑施工，要标准化，这个过程的工作，要相互沟通才能确定下来，协同越来越密切。”卢永成告诉记者，工业化建造后，“制造”成为一个关键环节。“以前预制厂跟现场是不协同的，预制厂管预制厂，现场管现场，现在是一个大协同，所有的过程都要有一整套的管理来保证。因为现在的装配精度和连接要求都比较高，如果缺乏管理，以后肯定要出大事。而我们国家很多地区恰恰缺少这方面的管理人才，包括施工需要的专业团队。”

工业化作为国家战略，仅靠一个行业、几个项目的努力远远不够，需要政府层面的统筹与支持。颜海呼吁，各地政府能够积极支持相关项目的策划、标准的建设，引导桥梁行业的转型。“一项工程建设，政府是核心，下面还有立项的发改委，验收的质监站。只有在政府的支持下，这个事才做得了，单靠一家是没办法做的。政府把整个产业链列总起来，进行合理的策划之后，才能实施。仅仅把一个项目变成了预制结构，从我个人角度来讲是没有意义的，对工业化的升级起不到太大的作用。需要整个产业链的升级，建筑业的转型。”

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