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港珠澳大桥总工程师:交出答卷 中国标准走向世界

苏权科,港珠澳大桥总设计师,十三届全国政协委员

  

改革开放后,国家大力投资基础设施建设,使我国近几十年的道桥数量超过过去几千年的总和,各种结构型式应有尽有,我国桥梁技术突飞猛进,“中国桥梁”这张名片逐渐为世界所熟知。作为一名桥梁人,我见证了改革开放后中国桥梁奋起直追、迅猛发展的历史,切身感受到了中国桥梁技术、品质的发展变化。近期,港珠澳大桥即将通车。这项备受世人瞩目的世纪工程,凝聚了几代中国桥梁人的智慧与心血,也汇集了国内外各领域最前沿的技术成果,可谓实现了几代中国桥梁人的梦想。我很荣幸参与了从前期论证到建设的全过程,抚今追昔,感慨万千。


港珠澳大桥(局部)

改革开放后,我国桥梁技术突飞猛进,“中国桥梁”这张名片逐渐为世界所熟知。即将全线通车的港珠澳大桥 总长55公里是迄今为止世界上最长的跨海大桥。这项世纪工程,无论是建设规划、设计理念还是材料装备,都具有世界一流水平。

  

“建一座好桥”:每一个中国桥梁人的情怀与梦想

历史上,我国古代桥梁曾经取得过非常辉煌的成就,无论是技术水平还是艺术价值都令世人叹为观止。现代桥梁问世后,建一座像赵州桥那样美观并历经一千多年不倒的高水平大桥,对于每一个中国桥梁人来说,都是毕生的追求与梦想。

  

近代,我国第一批真正现代意义上的通汽车的桥梁,比如郑州的黄河大桥、天津的海河桥、上海的外白渡桥等,都是由外国的工程师、技术人员、施工单位用外国的材料建成的,中国人只能在里面“打打工”,根本接触不到核心技术。直到1937年,茅以升先生主持建成了钱塘江大桥,这才是中国人自己组织建设的第一座双层式公路、铁路两用桥1955年,在苏联顾问的帮助下,中国人设计建造了武汉长江大桥,这是1949年后我们国家最早修建的大桥,但使用的主要材料是由苏联制造的。20世纪60年代,中国人自己设计建造了南京长江大桥,使用的主要材料都是我们自己研发的。但那时国家的实力相对薄弱,各个方面都跟不上,因而建造高品质大桥是非常艰难的。

  

六七十年代,由于物资短缺,只能用比较简易的材料和设备来建桥。比如,钢材紧缺就尽量想办法减少钢材的使用,甚至最极端的时候曾用竹子代替钢筋。没有先进的设备、没有机械化生产,国家就号召民众参与建设。我小时候在农村,记得那时各个生产队都会征集一些农民去参加建设,给他们记工分,这样国家可以省一些工钱。计划经济时代修水利工程、公路、大桥等都是这样,国家出材料费、出技术人员,当地出劳力、出地材。记得小时候国家从村子里的每家每户收大量碎石子拿去修桥、修公路,家里没有劳力的,弄点石头砸成要求的规格交上去,也给记工分。这一般都是我们小孩子做的事情。可想而知,这样建造起来的桥梁多半寿命很短,质量不够高。

  

改革开放初期,国家开展大规模建设,为了尽快解决发展的需要,中国桥梁的发展偏重于速度,此时建造的大桥虽然很多,但是技术比较落后,使用的材料也很差,有的大桥被诟病为“豆腐渣工程”“短命工程”。1987年,我到广东省交通科学研究所工作。那个年代我们坐汽车去深圳等地要过好多渡口,汽车都堵在那里等着过轮渡,路非常不好走。为了尽快解决这一问题,当时速度很快地建了很多桥,但由于工艺粗糙,有的连十几年寿命都达不到,只能拆了重建。

  

1990年,我担任广东省工程质量监督站副站长后,分管全省桥梁质量监督工作,实地检查了很多桥。一次我到某地检查桥梁工程质量,地方政府坚持要用当地生产的水泥,说要用自己的钱在当地建桥,不用自己生产的水泥没办法促进地方发展。我对他们说,不是不让你们用,但国家有规定,水泥的质量要满足相关规范要求。当地生产的水泥并没有达到这个要求:不仅不同批次的水泥质量差别比较大,并且性能也参差不齐。正常来说,水泥的拌和要有一定的作用时间,要振捣、成型,做好后才能凝固,但当地的水泥还没等做好就凝固了,工具还没等拔出来就黏在里头了。按理说做好之后过一天就可以拆模板,但有的水泥等了两天模板一拆里头还是软的,直接就塌了下来。达不到标准的水泥拿来修桥,肯定会有安全隐患,所以我坚决不同意。

  

按照国家规定,混凝土至少应该拿滚筒式拌和机拌和好后再倒在路面上进行振捣。有一次,我半夜突击检查时看到,某地为了赶工程进度,直接把石头砸了,连同水泥一起铺到地面上,洒上水,工人拿着锄头手工拌和混凝土。这样造出来的大桥,质量可想而知。

  

那些年,工程任务比较多,加上设计能力不够强,为了尽快连通、解决交通问题,桥梁设计建设只能保证最基本的功能。比如只把桥的主体部分修起来,至于桥梁跟周边路网的顺接,以及人行道、护栏、管道、排水、通讯等方面都很少考虑,甚至没办法对桥进行扩展或检查、维修:有的桥支座坏了想换掉,连放千斤顶的地方都没有;有的桥没有建维修用的通道,没有办法到达桥梁的内部,既检查不了,也不能加固。至于其他优化功能,特别是美观方面则更是没有考虑过。

  

随着我国经济发展,业界提出加强对桥梁建筑的景观设计。1996年,厦门海沧大桥第一次提出了景观建设要求,我是这个项目的监理。这座桥是建在城市里的,如果太难看,厦门那么漂亮的城市不答应。于是,设计院从结构美观方面提出了设想,业主又请来厦门大学的老师,从艺术角度对桥墩、桥塔等各种构件的造型加工进行指导。这样,搞结构的专家与搞艺术的专家一同造出了我国公路桥中的第一架景观桥梁。

  

尽管人们对于美的标准仁者见仁、智者见智,但具体到桥梁建筑,仍有一些基本规律可以遵循。比如在设计构件造型时,不能在不该拐弯的时候拐弯、不该粗的地方变粗,就像人一样,要长得匀称才好看,黄金分割法会让比例更协调、线条更流畅。厦门海沧大桥的比例、线型、塔的造型、墩的造型等都很出色。比如桥墩,以前的大桥桥墩多是上下一样粗,很臃肿,和桥梁不搭配,看起来不够美观。厦门海沧大桥的桥墩设计成了花瓶的形状,上面伸开刚好当帽梁,底下两根柱子,整体形状像字母“π”一样。这种桥墩很难做,但做好了以后非常漂亮,称为花瓶型桥墩,又因为设计负责人是现代桥梁设计大师孟凡超,所以又叫“孟氏桥墩”。当时国内很少见到造型这么优美的桥梁,所以社会评价很高。后来,不论哪座城市建桥,都想要做美学方案、做造型。这座桥为新中国桥梁的景观设计开创了先河。

  

进入新世纪以来,随着技术的逐渐成熟以及综合实力的增强,我们国家具备了建造高品质桥梁的基础,中国桥梁人都有着切身的体会和认识——提高桥梁的寿命和综合景观价值的时候到了。这时,造一座能够展现中国实力的好桥,把想解决的问题都通过这座桥予以解决,成为中国桥梁人最迫切的期盼。很快,机会来了——2004年3月,港珠澳大桥前期工作协调小组办公室(以下简称前期办)成立,全面启动港珠澳大桥建设前期工作。

  

来之不易:曲折的立项之路

港珠澳大桥的立项是一个漫长的过程。早在1983年,香港企业家胡应湘便提出在伶仃洋上建一座大桥连接香港、珠海的设想。那时这座桥的名字拟叫“伶仃洋大桥”,选择的线路与现在不同,是从香港的屯门建桥连接到珠海的内伶仃岛再到淇澳岛。珠海对这一设想的态度也很积极。以前深圳跟珠海都是同样规模的小渔村,改革开放后,香港给珠江三角洲东岸的深圳、东莞等地的发展创造了很多有利条件。珠海位于珠江三角洲西岸,邻近的澳门产业相对单一,两者之间没办法像香港与深圳、东莞那样形成前店后厂的模式,因此澳门对珠海经济的辐射作用没有那么大,随着与深圳等地经济发展差距的增大,珠海很着急。为了打通珠江西岸直通香港的通道、加快自身发展,1989年,珠海对外公布拟建伶仃洋大桥计划,并提出了南北两个方案:南线方案是在香港大屿山与珠海、澳门之间的海域设人工岛,由该岛分两路分别进入珠海和澳门,类似今天所说的Y型路线;北线方案是由珠海金鼎至淇澳岛,跨过内伶仃岛至香港屯门烂角咀。1989—1992年,珠海就伶仃洋大桥项目开展初步规划和研究,并编制可行性报告。经过多年论证工作之后,1997年,伶仃洋大桥的立项报告得到了中央的批准,由广东省来牵头,正式成立了业主机构,盖了一栋办公楼,几十个人入驻正式办公。但是紧接着由于1998年亚洲金融危机爆发等种种原因,项目搁浅了。2003年,香港认为金融危机后自身缺乏经济活力,希望能够通过基础设施建设来拉动新的经济增长点,并且因自身腹地也已饱和,因此希望尽快建设港珠澳大桥,打造连接香港、澳门和珠海的跨海陆路通道。这一建议获得了中央的支持。

  

自珠海提出修建伶仃洋大桥的设想起,我就一直在关注这个项目的进展,也一直想参与建这座桥。尽管此前我已参与建过两座跨海大桥,但是长度有限,难度也不算大。而在伶仃洋上建起这样一座大桥则不同。从虎门口到珠江出海口的伶仃洋有60多公里,上面没有任何建筑,这里的地质情况、水文情况等,我们都不太清楚。并且这是“一国两制”下粤港澳三地首次合作共建的超大型基础设施项目,三地的政治制度、管理体制、技术标准等不同,挑战极大。另外,随着我国装备能力、材料、技术等各方面的进步,我们有条件将港珠澳大桥建成一座更高品质的桥,甚至可以成为中国桥梁的标杆。所以,当我得知自己被选为前期办成员之后,深感自己遇到了千载难逢的历史机遇。

  

前期办的成员选自粤港澳三地,都是有冲劲的年轻人。大家一同作了长达七年的前期论证,比如三地有什么需求,方案怎么确定,建一个怎样的标准,等等。


2009年3月12日, 港珠澳大桥前期办从广州移师珠海。前排居中为苏权科

对于大桥的选址,我们充分考虑了三地的需求。当时,香港从它的路网连接以及物流发展的考虑,在香港的落脚点定的是香港机场旁边的散石湾。对于珠海,可供选择的落脚点很多。有人建议珠海把九洲列岛推平,几个岛连起来设为口岸,通过港珠澳大桥接到九洲大道上。可九洲大道作为珠海唯一的主通道,本来就已经很繁忙了,这样设计不利于城市交通。再者从城市上空接高架桥过去很难看,珠海反对这样设计。它希望港珠澳大桥能够连到横琴岛,但是横琴岛在澳门西边,澳门面积很小,不到20平方公里,从地面上建桥根本不可能;如果建座高架桥,就把它弄成两半了,以后要想修别的基础设施就不方便了;澳门以后要修地铁,从它的地下钻过去,甚至从澳门半岛和氹仔岛之间的水域底下穿过来也不行。我们沿着澳门海岸从头至尾都跑了一遍都没找到合适的地点,很失望地往回走的时候,刚好走到澳门口岸和拱北口岸之间,发现有一块地方。我们拿步子来回量了一下,有六七十米的样子,就想:如果从这地底下走,穿过拱北以后,再从前面出来连到横琴,不就不会影响澳门了吗?我们把这个方案拿出来,经过专家论证,三方都表示接受,终于把路线走向定了下来。

  

最后确定的路线是:香港大屿山经大澳跨越珠江口,最后分成Y字形,一端连接珠海,一端连接澳门,全长55公里,其中主体工程“海中桥隧”长35.578公里,海底隧道长约6.75公里,建成后将成为有史以来世界最长的跨海大桥。

  

打造一流:“把最好的东西都拿来”

三地合建一个工程,必须要指定以某一方为主。香港的积极性最高,于是中央指令由它来牵头,这样带来的好处是,整个工程一下子就拥有了国际化的视野。此前香港修建的青马大桥、汲水门大桥等都是按照国际标准,采用最好的材料、设备和技术来修建的,属于世界一流水平的桥梁,因此它希望港珠澳大桥也是一座世界一流的大桥。港珠澳大桥地处国家经济比较发达的珠江三角洲地区,如果不是一座世界一流的大桥,对我们国家交通形象影响太大。最终,我们定的目标就是要建世界一流即长寿命、高品质的大桥,这得到了三地政府的认可,中央也比较支持。

  

世界一流的大桥什么样?我们要把它量化。如果按传统做法,用一般的规范、材料和装备肯定做不成。因此,港珠澳大桥的建设规划、设计理念,包括我们采用的技术、研发的材料装备,品质管理、创新管理以及建立起来的一整套标准体系,都是围绕建造长寿命、高品质跨海大桥这一目标服务的。

  

七年间,我们查阅了大量资料。看完内地前人积累的资料后,香港同行又把以往桥梁的规划资料、设计资料、施工管理文件等都拿来给我们看,我们一点一点地对比,一点一点地确定方案。

  

三地的标准差别还是很大的,一般来说我们选择就高不就低,谁家标准高就用谁的。举例来讲,关于跨海大桥的使用寿命,香港主要是沿用英国标准,为120年;澳门主要采用葡萄牙标准,为100年;而内地没有对使用寿命的规定,而是设定了100年的基准期,那只是为设计选定的时间参数。于是在这一点上,我们就选择使用香港的标准,明确提出港珠澳大桥的使用寿命为120年,这在内地业界还是头一回。再比如,内地的车道是3.75米宽,香港的是3.36米宽;内地的紧急停车带是2.5米宽,香港的是3.0米宽。港珠澳大桥是双向六车道,如果按内地标准来造,桥面宽31.5米就行了,但我们全部按高标准来设计,最终桥面宽度为33.1米,足足多了2.6米。但还有一些标准的差异性不是高低的问题。比如大桥上的消防水龙头,内地规定一圈上要有四个螺栓,香港则是三个,遇到这类问题就要具体问题具体分析,要么采用国际上通用的样式,要么看怎么改更容易操作,实在不行就设两个水龙头或者另搞一个样式,总之双方用起来方便、安全、没问题就可以。

  

要造一座高品质的大桥,必须使用大型设备进行机械化操作,此外还有一整套控制技术以及管理要求。为此我们去了很多国家调研,学习人家的做法。

  

过去我们内地造跨海大桥,桥梁构件都是在现场浇筑,一旦有风浪就干不成了,施工还特别辛苦,晴天一身灰、雨天一身泥的