刘明虎：设计是工程的灵魂

文/本刊记者 王楠楠

规划设计

刘明虎：设计是工程的灵魂

文/本刊记者 王楠楠

港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，是连接香港特别行政区、广东省珠海市及澳门特别行政区的大型跨海通道，是列入《国家高速公路网规划》的重要交通建设项目。大桥设计使用寿命120年，主体工程采用桥隧组合方式，全长约29.6公里，其中桥梁长约22.9km，海底隧道长约6.7公里。

5月6日，港珠澳大桥岛隧工程第一节沉管精确安装到位。3年之后，这个当今世界上最大的桥隧组合工程，将串起香港大屿山、澳门半岛和广东省珠海市，缔造出一个新的“一小时生活圈”。

事实上，这个备受关注的“超级工程”，早在2009年就已经进入勘察设计阶段。在由中交公路规划设计院有限公司担任主办人的港珠澳大桥勘察设计联合体中，丹麦科威国际咨询公司、香港奥雅纳工程顾问、上海市隧道工程轨道交通设计研究院、中交第一航务工程勘察设计院有限公司均位列其中。

“设计是工程的灵魂，全寿命周期设计理念不仅仅应贯穿整个工程建造过程，而是要从时间上延展，针对施工建造、运营维养直至报废拆除各个阶段进行全寿命工程方案设计和成本分析。”中交公路规划设计院有限公司副总工程师刘明虎表示，全寿命周期设计意味着，在勘察设计阶段就要考虑到桥梁寿命历程的所有环节，以利于全寿命周期所有相关因素在桥梁建造和运营阶段都能得到综合规划和优化。

需求引导设计

从建设目标被定位为“建设世界级跨海通道、为用户提供优质服务、成为地标性建筑”的那一刻起，就意味着港珠澳大桥将在国际一流的设计团队及设计文件支撑下，一桥飞跃西东，西接京港澳高速公路，东接香港大屿山高速公路，连接素有“东方明珠”之美誉的香港、珠海、澳门城市群，连贯三地，是具有国家战略意义的世界级跨海通道。港珠澳大桥肩负着进一步完善国家和粤港澳三地的综合运输体系和高速公路网络，密切珠江两岸地区与香港地区的经济、社会联系，改善投资环境，加快产业结构调整和布局优化，拓展经济发展空间的使命，同时改变珠三角城市群的时空观，提升区域综合竞争力，保持港澳地区的持续繁荣和稳定，加速珠江三角洲社会、经济一体化进程，经济价值显著，社会影响深远。

设计者希望，未来的120年，或者更长时间，港珠澳大桥能够“一次成功”，并在当地的资源环境下达到最优，而不必返工。

“一个项目的设计主要是针对建设条件和建设需求来响应。”刘明虎说，在进行港珠澳大桥的勘察设计工作期间，除了考虑其根据项目特点提出的三大建设目标之外，自然地理条件亦被着重圈出。

“项目将分别在珠江口伶仃洋海域中部的东西两侧，通过填海建造2个隧道人工岛！”刘明虎介绍，人工岛间将通过海底隧道予以连接，隧道、桥梁间通过人工岛完美结合。每座人工岛都将会成为集交通、管理、服务、救援及观光功能为一体的综合运营中心，除了造型外，亦极度重视岛区范围内的绿化工程，在海景较美的地方设置“观景平台”。除人工岛之外，还设计了中华白海豚观赏区和海上观景平台。同时，作为近海的跨海通道工程，港珠澳大桥腐蚀环境恶劣，气象条件复杂，台风更经常光临。正因为如此，在大桥主桥净跨幅度最大的青州航道区段，大桥初步设计推荐采用主跨“双塔双索面钢箱梁斜拉桥”，这种造型及断面形式除了满足抗风、抗震等高要求外，还将充分考虑景观效果。此外，大桥将穿越中华白海豚保护区，如何最大限度的保护海洋生态环境，又成为设计的另一个重点。

“桥梁的设计方案关系到施工的管理。” 刘明虎认为，建设需求、建设目标决定了设计思路，“设计方案和施工方案是密切相关的。”

“四化”的本质是工业化

刘明虎告诉记者，港珠澳大桥的建设面临四个方面的挑战，建设管理挑战、工程技术挑战、环境保护挑战、施工安全挑战，“或者说，这就是大桥建设的建设条件和建设需求。大桥设计思想和理念是依据大桥建设条件和建设需求提出来的，也服务于大桥建设条件和建设需求。此外，三地政府也对港珠澳大桥提出了很高的要求，即建设世界级的跨海通道，向用户提供优质服务，成为地标性建筑。”

“在这个基础上，在港珠澳大桥总设计师、中交公路规划设计院有限公司副总经理、国家勘察设计大师孟凡超的领衔下，我们提出了设计思想也就是大桥的建设理念，即大型化、工厂化、标准化、装配化。”这就是现在已经被广泛理解和接受的“四化”理念。

“四化”理念是工程设计追求的最高境界，也是当今世界工程建设的最新理念和最高境界。西方国家就此已经开展了多年的实践。但是在工程建设中，把它们系统地提出来，港珠澳大桥建设是第一次。

可以预见的是，在“四化”理念指导下的港珠澳大桥的施工现场，肯定看不到人头攒动、千军万马的施工景象，而是为数不多的大型装备在生产作业。

刘明虎解释道，大型化，是指大桥的建设将采用大型的施工船舶，大吨位的重型施工装备，大尺度的桥梁、隧道构件等等。

例如，非通航孔桥墩身节段及承台整体预制最大吊装重量约2850吨；深水区非通航孔桥及通航孔桥采用的钢箱梁大节段预制安装，标准节段吊重约2600吨，最大吊重达3600吨；通航孔桥整体钢塔最大吊重约2500吨，这些均靠大型浮吊予以实现。此外，还有人工岛、海底隧道施工用的8锤联动钢圆筒振沉系统、挤密砂桩船、深水整平船等。这些大型装备，过去我们是没有的，现在逐步开始使用。在世界范围也是很少的。”

工厂化，是指将现场施工转化为工厂化制造，减少现场的作业时间和工作量。对比传统方式的大量的人员下海作业，大量的装备下海作业，长时间在海上高强度地生产活动对白海豚等大型水生生物带来较大影响，这种做法的最大好处是利于环境保护。

标准化，是指对桥梁构件和隧道构件等采用标准化的现代生产流水线来生产管理，这从根本上保证了工程质量，同时也能有效控制成本和工期。

装配化，是指把工厂化预制和生产的构件，采用大型的装备在现场进行搭积木式的装配化安装。这将大大缩短海上作业时间。

【数字解读】

1、“1国2制”建设背景，连接“粤、港、澳”3地

2、3大“高远”建设目标

3、“桥、岛、遂”3大分项工程组成的集群项目

4、“4化”建设理念和总方针

5、4大挑战

5、桥梁由5个部分组成

6、6项重点自然建设条件（阻水、台风、地震、通航、航空、保护区）

7、18大关键技术（桥3、隧5、岛2、耐久性3、管理5）

8、120年设计使用寿命

9、1000年梦想、亿万人祈盼

港珠澳大桥技术创新点

1. 地标性桥梁建筑设计

2. 大直径钢管复合桩研究及应用

3. 埋床法全预制墩台设计与施工技术

4. 全预制墩身设计、安装和连接技术及Φ75mm预应力螺纹粗钢筋研发

5. 钢箱梁正交异性钢桥面板抗疲劳构造细节设计技术

6. 钢箱梁制造关键工艺及技术创新

7. 钢塔整体制造与安装技术

8. 抗拉强度1860MPa斜拉索研发与应用

9. 跨海超长钢箱梁长寿命桥面铺装技术

10.全自动、全覆盖的运营管养装备技术

11.基于120年设计使用寿命目标的结构耐久性设计技术12.减隔震设计技术(桥梁抗震设计和性能优化)

13.钢箱连续梁涡激共振抑制技术

其实，“四化”的本质是工业化。大型化、工业化、标准化、装配化，都是工业化的表现。

“在交通基础设施建设乃至于工程建设中，采用‘四化’理念或者工业化的建设模式，将是一场深刻的革命。认识这一点尤为重要。”刘明虎表示。

港珠澳大桥在“一国两制”条件下跨越粤港澳三地，使之成为国内外具有空前影响力的跨海通道工程。以之为平台，建立推动工程技术创新的激励机制，把跨海通道技术创新贯穿工程建设的全过程，形成具有领先地位的创新性技术，促进我国工程建设全面发展，为后续特大型跨海通道工程建设提供范本。标是为使用者提供快捷、舒适、完善、人性化的通行服务，“通过科学的设计、建设和养护管理，实现大桥线性顺畅、平整，交通安全和救援设施齐备完善，交通信息服务全面到位，应急救援服务及时、高效，附加增值服务人性化、专业化、规范化，通行环境质量优良，通行自然景观和谐、舒适。”

也正是基于这些考虑，“满足需求的机电系统和交通安全设施；便利快捷的管理、养护、服务设施；设计时应为维护人员、车辆和设备设置顺畅的通道，并为维护、操作及临时安装机具预留必要的空间和预埋件；所有非永久性构件都可以方便地替换。如果可能，结构内部必须有预留的空间，不仅有利于维护，又可使得大桥具有一定的包容性，以备未来可预见或不可预见之需。”刘明虎说。

必须为运营服务预留“空间”

刘明虎表示，港珠澳大桥最终目中国梦之桥梁强国梦

我国著名的桥梁及结构工程专家项海帆院士在《中国桥梁产业的现状及其发展之路》中写道：“中国桥梁强国之梦的实现在很大程度上将取决于桥梁产业（包括设计公司和施工产业）研发技术中心的水平和自主创造能力。”

中国近20年来建设了很多桥梁，其中不乏世界顶级桥梁，但在劳动密集型的生产组织方式下，很难有工业化的充分实践。这种现象可以简单的形容为：有业绩但水平不高。

港珠澳大桥实现了交通行业上的突破，成为交通建设工程的典范，促进我国交通建设科技发展水平。更是中国交通建设史上规模最大、技术最复杂、标准最高的工程，“四化”创新建设理念将引领中国桥梁及交通建设领域的工业化革命，是中国迈向桥梁强国的里程碑项目,它无疑是中国交通人的骄傲与梦想。

“从当今我国桥梁建设技术水平来看，仅从某方面而言，港珠澳大桥桥梁工程的技术难度并不算很大，但结合本项目的建设条件、目标和需求来看，其综合建设技术难度和水平却是世界级的。如何建成‘景观美、品质高、寿命长’的精品工程，甚至成为经典的传世之作？必须积极主动、因地制宜、实事求是地提升建设理念、践行创新技术、深化细节设计，这也是我国桥梁建设水平与发达国家的差距所在。”

交通运输部副部长冯正霖曾说，现阶段，我国只能说是一个桥梁大国，还不是真正的桥梁强国：“之最”和“第一”是成绩，但不代表是强国。中国应该坚决走出盲目追求“之最”和“第一”的误区：让桥梁建设回归到“安全性、经济性、耐久性和建筑艺术美”的追求上来，抛弃空洞口号，把质量、安全和耐久性作为基本目标，加强基础性研究和工程技术人才培养，“工程品质主导建设任务”，加强在新技术、新结构、新材料、新工艺的研究和成果应用推广，项目管理创新，不断提高桥梁养护科学化水平。

这样才能实现名副其实的中国桥梁强国之梦吧。