高宗余：设计世界一流大桥

文|本刊记者 周 琳

高宗余：设计世界一流大桥

文|本刊记者 周 琳

作为中铁大桥勘测设计院集团有限公司总工程师，高宗余常说自己的人生就是由二十几座桥梁连接起来的。

上海市与江苏省南通市是两座公路里程相距近130公里的城市。在规划蓝图上，这两座城市将被一座跨度为1092米的公铁两用斜拉桥连通。这座被称为沪通铁路长江大桥的斜拉桥，建成后将是当今世界上跨度最大的公铁两用斜拉桥。大桥从2003年规划到2014年破土动工，计划到2019年建成。届时，上海和南通两市的车程将缩减为1小时。

用整整15年时间孕育这座大桥的人叫高宗余，他是中铁大桥勘测设计院集团有限公司总工程师。他说，自己的人生就是由二十几座桥梁连接起来的。

跨度决定难度

“桥梁建设20世纪70年代以前看欧美，90年代看日本，21世纪看中国。”这是在桥梁建设行业流行的一句话。现代建桥看中国，不仅指中国建桥数量上的优势，而且在质的指标上，衡量桥梁技术水平和建设能力的标志是看桥梁的主跨长度。跨径越大，技术难度也就越大。另外一个标准就是创新。

在2012武汉国际桥梁科技论坛上，高宗余难以抑制激动的心情，对外发布了一条喜讯：沪通铁路长江大桥将采用主跨达1092米的公铁两用斜拉桥方案，这将两倍超过刚刚刷新跨度世界纪录的武汉天兴洲公铁两用长江大桥，成为世界上首座超过千米跨度的公铁两用桥梁。

作为沪通铁路全线的控制性工程，沪通长江大桥主塔高达325米，为世界上最高公铁两用斜拉桥主塔；主航道桥主跨1092米，是目前世界上最大跨度公铁两用斜拉桥；大桥工程所用钢筋约48万吨，相当于12个“鸟巢”所用钢材；混凝土230万立方米，相当于8个国家大剧院的用量。大桥建成后能抵御14级台风、8级地震、10万吨级船舶的撞击。大桥的两个主塔桥墩建设，也就是28号桥墩和29号桥墩，是整个大桥建设工程的重要节点性工程。29号钢沉井共有56米高，总重量超过了15000吨，比28号钢沉井重500吨，再次刷新世界最大钢沉井纪录。

高宗余总工程师在大桥建设施工现场勘察

因为大桥的工程规模之大，施工难度之大，创造了世界桥梁和中国桥梁建设的多个之最，代表着当前中国乃至世界桥梁建设的最高水平。

从2003年起的十余年间，高宗余就开始为沪通铁路长江大桥的设计做准备，勘察选址，频繁往返武汉与南通、上海。

“光是桥位，先后就考察了十多个，重点研究了五个桥位，这个实际上是最难的事情。”高宗余说：“桥修在哪里太关键了，要保障长江航道畅通，要考虑当地的地质、水文特点，具备防洪功能，要考虑公路铁路的接洽点和周围的建设拆迁用地，越是经济发达的地区制约因素越多。从经济效益上说，这座大桥集沪通铁路、城际铁路、高速公路‘三位一体’，如果三条线分开修的话，估计要多花100个亿。”

面对如此多的挑战，高宗余看起来总是那么淡定。提起高宗余，院里每个人也都竖起大拇指，一张图纸交到他手上，他一眼就能看出哪里不对。高宗余说：“科学家可以试错，工程师绝不允许失败，所有工程建设的底线就是质量和安全。”中铁大桥勘测设计院集团有限公司第一设计院院长刘汉顺说：“这么多年来，无论工程大小，他（高宗余）给人的感觉都是胸有成竹。”

扎实的专业基础和严谨的工作态度成就了高宗余。身为“中国工程设计大师”，他不仅是中国首批设计跨越长江黄河高速铁路大桥的技术负责人，也是杭州湾大桥和东海大桥的主要设计负责人之一，更是“公铁两用特大型桥梁”设计的行家里手。

2014年初，由高宗余自主创新的“三索面三主桁公铁两用斜拉桥建造技术”项目获得国家科技进步一等奖。

在质疑声中坚持技术创新

“三索面三主桁公铁两用斜拉桥建造技术”的创新，最早是用在武汉天兴洲公铁两用长江大桥上，那曾是高宗余桥梁生命中的一座里程碑。

所谓公铁两用大桥通常就是“上面跑汽车，下面跑火车”，这种结构的难度远大于普通的公路桥。“一列火车的重量相当于八车道的公路。”武汉天兴洲大桥从开始时的一条双线铁路逐渐变成三线铁道，直到最后确定为四线铁路，其中还有一条双线高铁。“四线铁路加上六车道公路，总体重量便相当于34车道公路。”

高宗余说，天兴洲大桥成功的秘诀在于创新，而创新之路从来都饱受争议。

天兴洲大桥是当时世界跨度第一的公铁两用斜拉桥，也是全世界第一座通行四线铁路的公铁两用桥梁，而且通行有高速铁路，也是中国高速铁路第一次跨越长江。

荷载剧增，传统的两面拉索桥若要达到承重要求，必须整体抬高桥梁，加大杆件尺寸，从而造成工程量剧增。能否找到一种新的解决方案？

高宗余和团队提出“三索面三主桁”方案：在大桥中部增加一面斜拉索，同时增加一个主桁，主桁改成横卧着的“日”字型。增加一个承力面，也可以提高桥梁刚度，有利于高速铁路列车运行。

方案刚一提出，就有专家表示质疑，原因是：该方案在世界上没有先例；增加一面斜拉索后，大桥结构受力复杂，计算分析困难；悬臂安装时对接点多，施工架设难度大，面临较大风险。

张家界大峡谷玻璃桥—世界最大跨度玻璃桥

新方案是否可行，关键是要摸清大桥新增一面斜拉索后结构受力变化。

设计组攻克的第一个难关，是大桥受力分析和计算。天兴洲大桥双层桥面跑车，跑的是汽车、货运列车、高铁动车组三种车型，为此，高宗余和团队自主开发了3D桥梁设计软件（3Dbrdige），针对天兴洲大桥进行全过程空间仿真分析计算。设计组耗费半年反复进行试验和计算，得出一个出乎意料的结论：中间桁受力，跟两边桁大致相同，差别最大不超过10%。这一结论颠覆了很多人的惯性思维，有力支持了“三索面三主桁”方案。

三片主桁施工难度很大，悬臂安装对接点多，有专家担心，即使设计从理论上过关了，但实践中却安装不上去。为此，高宗余和团队又夜以继日地寻找解决办法，最终把目标聚焦在架梁吊机上—专门研制700吨荷载自动控制架梁吊机，实现桁段架设中的多点起吊和精确对位。

与传统的双索面结构相比，“三索面三主桁桥梁结构”方案的技术经济可行，节省用钢3330吨，铁路和公路桥面高度降低1米，两岸引桥也可相应降低高度、缩短长度，节省工程造价1.1亿多元。

高宗余说，否定的声音、质疑的声音是他听过最多的声音。但所谓创新就是在克服困难的过程中产生的，“创新就是为了满足工程需求，不是为了标新立异而创新”。

武汉鹦鹉洲长江大桥

自主创新是使命

高宗余说，创新是永恒的概念，不同的历史时期有不同的侧重点。“50-60年代，目的就是建成学会，当时建设万里长江第一桥的武汉长江大桥，请的苏联专家，毛泽东主席亲自视察了三次，每次都问中方技术人员：‘看懂了吗？学会了吗？’现如今，中国的桥梁技术突飞猛进，在安全、质量、经济合理的基础上，更加注重耐久性、低碳绿色环保、信息化智能化。”

在中铁大桥勘测设计院，高宗余20世纪90年代初研发的“斜拉结构软件系统”一直沿用至今，但却不断改进，“以前只能计算小桥，现在可以计算大桥；以前做化简计算，现在可以做详细计算；以前只能做静力，现在可以做动力。”

1998年，高宗余设计的福州市青州闽江大桥，主跨达605米的结合梁斜拉桥，在同类桥梁中居世界第一。高宗余带领团队花1年时间设计出新计算软件。由此获得的高精度计算，为青州大桥节省钢材20%，节省资金3000多万元。

2001年，高宗余设计中国首座跨海大桥—东海大桥时碰到一个新难题：海水对桥梁结构有腐蚀性，一年中有180天刮着6级以上大风。他大胆设想将两桥墩间70米跨度的混凝土箱梁，全部在陆地上工厂化整体预制。完成每片重达2000吨的巨梁后，再由专用船舶直接运到海上拼装。不仅推出了桥梁建设的“预制、整体、工厂”概念，还大大提高了建桥效率。全长32.5公里的东海大桥，不到4年就完工，让国内同行叹服。

新世纪，随着中国高铁的迅猛发展，高宗余又将精力投放到时速超过200公里的高铁大跨度桥梁上。京广高铁上的武汉天兴洲大桥和郑州黄河公铁两用特大桥就是高宗余主持设计的。其中，主跨设计504米的天兴洲大桥在2010年获得第27届国际桥梁大会授予的“乔治·理查德森”大奖。

回溯高宗余的职业生涯，创新思维带来的创新成果数不胜数，共获得国际国内各种奖项20余项，包括2项国际桥梁大会“乔治·理查德森”奖，6项国家科技进步奖、1项国家优秀工程设计金奖和第十届詹天佑铁道科学技术奖大奖；发明专利12项；发表论文30余篇；已建成主要作品24项，最远的是北非摩洛哥的穆罕默德六世大桥。

1964年出生的高宗余说自己退休前的心愿，一是建设中国三大海峡（琼州、渤海和台湾海峡）跨海大桥；二是让中国的桥梁走向世界，积极地参与“一带一路”建设，在设计、施工、制造、研发、咨询等各领域与欧美等西方发达国家同台竞争。