我國橋梁抗災科研現狀與發展研究

○陳 雪宋英華

（1、武漢理工大學管理學院；2、武漢理工大學危機與災害研究中心 湖北 武漢 430070）

我國橋梁抗災科研現狀與發展研究

○陳 雪1宋英華2

（1、武漢理工大學管理學院；2、武漢理工大學危機與災害研究中心 湖北 武漢 430070）

提高橋梁自身的抗災能力是世界橋梁建筑的重要課題，也是我國發展現代橋梁建設事業的重要環節。本文通過對“十一五”建設期間我國橋梁抗災科研現狀的分析，以及對近年來我國橋梁重大塌陷事件原因的分析，指出我國橋梁建設在防災、抗災等科研工作中的問題與不足，并提出了一些改善的意見和建議，以供相關部門參考。

橋梁 抗災 科研能力 重點實驗室

一、概述

我國是一個擁有數千年橋梁建設歷史的國家，在這漫長的橋梁建設發展過程中，我國歷代的工匠們積累了大量的實踐經驗，尤其在抵抗自然災害和人為災害對橋梁造成的破壞、增強橋梁使用安全性和延長橋梁使用壽命等方面，做出了最早的探索和研究。但在19世紀，由于現代煉鋼法和人造混凝土石料的廣泛應用，使西方國家修建出橋體更穩固、通行更安全、抗災耐用性能更強的橋梁，而我國的橋梁事業卻因戰爭等因素停滯不前。新中國成立后，黨和國家領導人充分認識到我國橋梁事業與西方國家之間的差距，積極制定相關政策、增加科研投入、培養專業人才、擴大交流合作，通過近半個世紀的不斷努力，從最初的聯合建設，到20世紀70年代的深入探索，最終迎來了20世紀90年代我國橋梁事業的騰飛。如排名世界第一的大跨徑斜拉橋蘇通大橋，排名世界第二的大跨懸索橋西堠門大橋等均是由我國設計建筑而成，取得了舉世矚目的成就。然而，隨著人類社會的不斷發展和對自然界環境的破壞，人們對橋梁抵抗災害的能力提出了更高的要求，如何使橋梁能夠對抗日益頻繁嚴重的各類自然、人為災害，延長使用壽命，保證通行安全，已成為世界各國橋梁建設事業的重大課題。

二、橋梁抗災科研現狀分析

1、國內外橋梁抗災科研現狀

世界各國，尤其是經濟發達的國家對橋梁抗災技術歷來十分重視。他們一方面采取科學的標準來量化防災程度，另一方面在橋體設計、建設材料、施工工藝和研究領域上也不斷推陳出新，如美國加利福尼亞州交通廳資助加州大學內置實驗室實施科研，采取先進的復合材料（玻璃纖維、碳纖維）加固舊橋和設計新橋，以提高抵抗地震的延性和韌度。德國采用斜拉設計和風洞試驗增加大橋剛性梁的剛度，以減少風動力穩定性不良帶來的災害。日本使用箱型橋體設計擴大抗扭剛度和承受偏載重能力，并積極研發具有抗風、抗震、抗大氣潮汐侵蝕的結合梁，取得了先進的科研成果。

我國在發展橋梁建設事業的過程中，一直將提高橋梁抗擊自然、人為災害的能力、提高橋梁通行安全性能和延長橋梁使用壽命作為重點科研環節。政府不僅制定了相關政策，從交通行業的戰略發展層面來提出我國橋梁抗災科研的階段性建設方向和目標，同時也投入大量人力、物力和科研經費來建設橋梁專項科研國家重點實驗室，并加大國際交流合作，重視具有自主知識產權的我國橋梁抗災技術的研發、創新性科研成果的轉化和國際橋梁抗災難點項目的攻克。如在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》中，我國規定將注重大型橋梁的研發、建設和養護，重點研究大型交通基礎設施（橋梁）抵抗地震、臺風、暴雨、洪水等自然災害的能力，發展災害監測、預警、應急處置、風險分析評估的關鍵技術。在《公路水路交通中長期科技發展規劃綱要》中，我國提出了重點支持交通防災減災技術、特殊氣候條件下的交通安全技術和公路水路安全技術標準等方向的技術開發。在《公路水路交通“十一五”科技發展規劃》中規定，重點發展橋梁建設的科研關鍵技術，提高橋梁抗風抗震抗潮汐性能，超大跨徑橋梁施工技術與質量控制技術以及橋梁耐久性和舊橋檢測、評定、加固成套技術。這些政策為提高我國橋梁抗災技術科研能力提供了有力的支持。

在“十一五”建設期間，我國在上海、重慶、江蘇、北京、西安、黑龍江等重點省市針對各類自然災害，如風災、雪災、雷電、暴雨、潮汐、地震等以及各類人為災害，如撞擊、超載、建設質量、金屬疲勞、水工建筑物損耗、長大橋梁安全檢測和舊橋加固等方面形成專項科研院所。目前為止主要有8所交通行業重點實驗室進行著對我國橋梁抗災能力的科學研究。這些國家重點實驗室有些依托于國家政府部門（如交通部），有些根據所處地理位置和科研實力，依托于重點大學和知名企業，其科研專項比例和科研方向如圖1所示。

圖1 我國“十一五”橋梁專項科研分類比例

如圖1可知，我國交通行業重點實驗室橋梁抗災專項科研中，舊橋加固與檢測和水工構造物性能這兩個科研方面占據最大比例，各達到25%，橋梁抗震和交通安全特種材料這兩個科研方面各達到13%，長大橋梁檢測和抗風技術這兩個方面各達到12%。這是根據我國目前的橋梁建設現狀來設置的。

我國歷年建設的橋梁隨著時間的推移逐漸老化，通過舊橋承重監測、橋體加固和水下構造物檢測來增強橋梁通行的安全性將成為重中之重，因此舊橋加固與檢測和水工構造物性能占據最大比例。我國國土遼闊、地質復雜、氣候多變，一些地區恰處于地震頻繁或氣候嚴酷的地區，橋梁建設需要在抗震技術和橋梁路面特種材料（利于除冰、除雪、防滑、高延展性）的方面投入科研力量，使橋梁在地震情況和惡劣天氣時仍能保證安全通行，因此橋梁抗震和交通安全特種材料所占比例為第二。在“十二五”建設期間，我國橋梁事業發展將注重長大橋梁、大跨徑、跨海大橋的修建，對其抗風性能和即時安全檢測的能力十分重視，因此長大橋梁檢測和抗風技術所占比例為第三。由于這些交通行業橋梁抗災專項科研實驗室均根據我國橋梁發展的實際需求和現狀來進行投入建設，具有較強的針對性，如表1所示。

由表1可知，我國目前交通行業這8個橋梁抗災專項重點實驗室均是在“十一五”建設期間獲得認定的，經管認定時間不長，但由于國家在政策、資金上重點扶植和投入，均取得了較大的成績。如依托于江蘇省交通科學研究院股份有限公司的長大橋梁健康監測與診斷技術重點實驗室，僅2008年就新購置設備（10萬元人民幣以上）19臺，引進碩、博高學歷人才12名，新增科研項目18項，完成重要項目6項，參與或組織專項學術交流與技術培訓72次，發表各類核心期刊論文36篇；如依托于交通部天津水運工程科學研究院的水工構造物檢測、診斷與加固技術重點實驗室，在2008年就完成各類研究成果報告31項；如依托于交通部公路科學研究院的舊橋檢測與加固技術重點實驗室，在人員管理、設備管理、成果管理、學術交流管理等方面制定詳細的管理條例，購置了國際一流的實驗儀器設備和其他大型橋梁實驗檢測設備，對橋梁相關部件的生產企業進行標準化審查，編寫成行業規程、技術指南，對橋梁建筑實施方的施工能力進行審查和評價，確保其具有建設的資格。在2008年雪災和汶川地震等自然災害發生后，及時組織科研隊伍現場考察，獲取災后第一手信息數據資料。如依托于長安大學的舊橋檢測與加固技術重點實驗室，建立了儀器設備有償使用管理辦法與經費管理辦法，以促進資源共享，提高大型儀器和平臺設備的對外開放程度和利用率等。

表2 我國近年來橋梁塌陷事故一覽

表1 我國交通行業橋梁抗災專項重點實驗室一覽

2、問題與不足

盡管我國對橋梁抗災科研能力十分重視，各實驗室在短時間內也取得了較大的科研成績，但近年來因各種自然、人為災害導致的塌橋事件仍然層出不窮。

分析表2可知，近年來我國橋梁倒塌原因主要來自于人為災害，具體體現在橋梁建設行業規范不統一不健全（如橋梁設計、水文地質、建設材料、承建方能力、施工人員技術、建設監督管理等規范不健全）和舊橋維護不重視不及時（如橋體安全性監測、橋墩加固、提高耐撞抗震性等、橋體維護、橋梁附近區域保障）這兩個方面。同時，也沒有采取完善的法律法規對橋梁建設整個過程進行監督認定和對所承擔責任方進行約束和控制。在橋梁建設過程中，如果沒有科學嚴謹的行業規范可遵循，在建設前的地質考察上、建設時的資金投入保障上、在承建方的施工技能上、在建設過程中的監督管理上、在建設完成后的定期監測修復上就不可能得到全面的控制和把握，那么橋梁倒塌事故的發生將是必然的，不但威脅人民生命安全，也使國家和社會蒙受巨大的經濟損失。因此，交通行業橋梁抗災專項重點實驗室應憑借國家相關部門、企業和高校的有利扶持，根據自身領域的科研專長和優勢，通過現場勘測和實驗模擬仿真技術，撰寫統一的行業規范，確保橋梁建設的每一步驟，包括選址、設計、材料、施工等應達到的要求，建立起完善的對設計方、承建方、維護方能力的評價考核體系和定期安全監測評估管理制度，突出重大關鍵技術的攻關，著重科研專利成果的研發，并積極地將其運用到解決橋梁抗災的實際問題上，實現以科研能力規范和領導行業進步的目的。

三、提高我國橋梁抗災科研能力的建議

目前，我國交通行業橋梁抗災專項實驗室主要是根據自身科研專長進行增強橋梁抗災能力，在實驗室數量、研究深度和廣度、科研項目數量、專利成果轉化、人才引進和培養、經費來源渠道和國內外學術交流合作等方面還需要進一步的提高。

從事橋梁抗災基礎研究、前沿技術研究和社會公益研究的科研機構，是提高我國橋梁抗災科研能力的重要力量。我國交通行業橋梁抗災科研能力發展目前仍重點依托于專項實驗室。而“職責明確、評價科學、開放有序、管理規范”將是其應達到的目標。因此需明確實驗室應完成哪些工作，其工作的內涵有哪些以及應達到哪些目標，才能權責清晰地推進發展并使國家相關行業部門建立完善的考核評價體系進行監督，成為科學、規范、開放、資源共享的專項科研機構。本文通過歸納分析，按照職能分類的方式，將交通行業橋梁抗災專項重點實驗室所應完成的內容歸納為實驗室發展、實驗室專項科研、實驗室人才培養、實驗室學術交流和實驗室運作保障這五個方面。

1、實驗室發展

實驗室發展是提高實驗室科研能力的前提，主要是由實驗室高層管理人員根據國家行業發展和市場需求制定實驗室發展戰略規劃和階段性所應完成的目標。并深化科研機構改革，建立現代科研院所運營和管理制度。同時編寫年報和工作總結，接受國家考核。從而明晰職責定位，優化資源配置，集中力量形成優勢學科領域和研究基地。

2、實驗室專項科研

主要是研發具有自主知識產權的創新性科研成果。編寫行業規范，保證行業科學權威性。同時重視基礎研究，促進專利和科研成果的轉化和應用。對受災地區進行現場勘測，獲取科研數據和急需解決的問題。重點應放在科研與實際的結合上來，實現以科研指導行業，行業推動科研的目的，以工程項目中的實地勘探、災后地區的第一手數據分析、提高橋梁抗災能力的疑難問題入手，通過實驗室仿真模擬來獲取我國橋梁建筑行業的各項指標和合格標準，確立科學有效的行業規范，使得橋梁建設和維護的每一個環節都有據可循。同時，結合工程實際，積極研發專利產品和具有自主知識產權的創新性科研成果并加以推廣和轉化，解決我國橋梁抗災的關鍵問題。

3、實驗室人才培養

主要是引入和培養行業人才以及留住專業人才。吸引和培養專業學術帶頭人，可以采取產學研合作、交換培養、社會招聘等方式，匯聚一批專業科研人才，并采取固定人員與流動人員相結合的用人制度，保證實驗室科研實力的穩定性和知識、信息的流動性。

4、實驗室學術交流

積極與國際、國內社會合作，舉辦和參與學術會議及國際交流會議，發表專著和論文，增強自主選題科研能力，倡導原創性科研。

5、實驗室運作保障

主要是開拓融資渠道，穩定支持科研活動的實驗經費，購買必須的實驗儀器和設備。擴大實驗面積，優化科研環境，完善后勤系統和信息共享平臺，使得設備等資源獲得最大程度的利用以及獲得人才、專利、市場挖掘的提高。各專項科研院所在“十二五”期間如能做到上述建議，我國橋梁抗災技術科研水平必將得到質的飛躍，從而以科學技術指導行業實踐，保障國家和人民的生命財產安全。

（注：本論文得到中國交通部科技司相關課題和資料支持。）

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