桥梁工程建造方法论凤懋润1，赵正松2 （1. 交通运输部，北京100736； 2. 交通运输部科学研究院，北京 100029） 摘 要：工程全寿命周期包括规划、建造和运营维护三个主要阶段。其中，建造阶段是工程抽象到工程具象的转化过程。本文以我国跨江海桥梁工程为典型案例，通过案例研究法系统阐述了桥梁工程建造阶段的主要方法、路径和规律性认识。本文认为，“创造性设计”是工程理念转化为工程实体的关键环节，是实现功能定位契合千变万化工程现场实况的创造性智力劳作；“精细化建造”是工程分解与重构的核心原则，是锻造精品工程亘古不变的唯一方法，是工程安全和耐久的根本保障；“综合集成”是桥梁工程活动的哲学方法，是实现工程寿命周期、管理职能、工程共同体“三位一体”的基本路径。 关键词：桥梁；工程；方法论；建造；创造性设计；精细化建造；综合集成 引言工程最基本的属性在于它的实践性。世界上不存在两项建设条件完全相同的工程，也不可能有一项工程可以完全照搬其他工程的做法，每项工程都必须根据当时当地的条件，结合自身特点进行不同程度的改变。工程的建造要在具体项目层面走出具有个体特性的技术进步之路。 工程方法是随时代发展而演变的，直接反映了不同时代生产力与生产关系的变化。不同的时代有不同的理念，有不同的技术和认识水平，时代的更迭推动工程方法与时俱进。总体而言，工程方法的演变朝着结构化、功能化、效率化、程序化、协同化、和谐化的方向发展。 众所周知，我国曾拥有以赵州桥为代表的古代桥梁文明，而自18世纪中期英国工业革命与炼钢法发明之后的近两个世纪，欧、美国家“领跑”了世界桥梁技术的发展，涌现出了一批在理论与分析、体系与结构、材料与连接、工艺与机具等方面具有开拓意义的桥梁工程，奠定了桥梁工程理论、标准与管理的基础。桥梁工程突破了木、石、混凝土材料的束缚，铸铁、熟铁、钢和混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土等材料得到了创新发展，钢桁架式结构曾在大跨径桥梁中扮演了长达一个世纪的主角。［1］中国人设计与监造的第一座现代化大桥是 1937年建成的钱塘江大桥，随后，我国在1957年与1968年先后建设了具有自力更生标志性意义的武汉与南京两座长江公铁大桥。在世纪之交伴随着经济社会持续发展的30年中，中国桥梁实现了从“学习与追赶”到“提高与紧跟”再到“创新与超越”的技术进步，在梁、拱、斜拉和悬索式四种类型的最大跨径桥梁工程中，中国桥梁占据了“半壁江山”，最近八年国际最高桥梁技术奖项中有 1/3的奖项花落我国。 桥梁建造不允许失败，工程建造要确保“万无一失”。桥梁建造技术是伴随着“精益求精”的理念而逐步得到发展的，结构设计的“精准”、建造技术的“精细”、管理方法的“精益”提高了工程的品质。 1 三阶段式设计——“创造性设计”是工程理念转化为工程实体的关键环节，是实现功能定位契合千变万化工程现场实况的创造性智力劳作。 桥梁工程属于土木工程领域，桥梁构造物的基本功能是承受桥上的车辆荷载。由于工程置身于大自然，因此还受到气象、水文、地质等环境的影响。例如，对于东南沿海三角洲地区的跨江海桥梁，工程实体要具有“抗风、抗震、抗船撞”和“防冲刷、防腐蚀、防疲劳”的能力。 桥梁分为梁式、拱式和缆索承重式（斜拉和悬索）三种类型。桥梁工程一般划分为下部工程与上部工程两大组成部分，其下部工程的基础与墩台“扎根于大地，挺立于水中”，设计与建造依托岩土工程、水工工程等知识与理论支撑；上部工程通过梁、拱、索等结构实现空间跨越，设计与建造依托结构工程的知识与理论支撑。桥梁结构要满足静态、动态荷载作用下的“强度、刚度、稳定性”要求，以及构件之间变形的协调一致。稳定平衡和变形协调的力学原理是桥梁工程理论的精髓。 工程设计的成果是蓝图，是工程建造的依据。工程设计是工程品质的灵魂，是工程师因地制宜发挥经验与才智，体现可持续发展理念的创新舞台。从古代工匠凭借大自然的启示和个体悟性，用石木砌筑小桥起步发展到今天，桥梁设计已经成为集现代工程理论、材料科学、综合技术手段为一体，并依靠群体性协作进行渐进式创新的实践活动。 桥梁设计文件是建设项目审批、投资控制、招标文件编制、施工组织、竣工验收和运营期检测、维护的重要依据。设计文件按照基本建设程序、管理办法、项目批准文件，以及有关标准、规范、规程进行编制。 技术复杂的桥梁项目按照三阶段开展设计，即初步设计、技术设计和施工图设计。初步设计的目的是基本确定设计方案；技术设计则解决重大、复杂的关键技术难题；施工图设计详细确定了总体设计、主桥、引桥、接线工程等设计方案、结构类型及施工详图，同时，确定全线环境保护措施及实施方案、结构耐久性与桥梁景观设计实施方案，明确桥梁安全风险分析结论与对策措施。设计工作的要点是通过方案比选确定合理的设计方案。各比选方案应进行同等深度的技术、经济（全寿命周期成本）等多方面的比选。 实例1 泰州长江大桥上部工程和下部工程设计 实例1-1 上部工程体系、结构、材料方案的选择 泰州大桥经过前期的论证与决策，主桥采用2×1080米的三塔连续悬索桥方案。三塔索桥与常规双塔悬索桥的区别在于体系的不同，设计难点在于处理中间桥塔顺桥向的可挠性，以保持极端（不对称）荷载条件下主缆水平拉力的平衡传递问题。换句话说，掌控中间桥塔的力学行为和纵向刚度是三塔索桥体系的技术突破点。 泰州大桥的设计工作由研究三塔悬索桥的静力、动力特性开始，查明在各种工况下的受力变形特征，找出控制性工况下结构之间的约束关系，探明从总体上解决技术问题的途径、找出最佳的设计参数，选取最合理的结构支承体系。设计中比较了顺桥向A型、人字型、独柱型三种中塔结构型式（如图1所示），以及钢筋混凝土、钢结构和钢/混组合三种中塔材料的适应程度，结合设计目标，最终选定了纵向人字形的钢结构中塔。  图1 三塔连续悬索桥中塔塔形比选/泰州大桥人字形中塔 顺桥向人字型主塔在分叉点以上是单柱结构，分叉点以下为双柱，通过调整分叉点高度、塔柱张开量和柱体截面尺寸实现中塔纵向刚度的调节，以兼顾中塔纵向刚度和主缆抗滑移安全度的要求。［2］与钢筋混凝土结构、钢/混组合结构相比，钢结构的适应变形能力强，特别是分叉点以上的独柱结构具备较好的可挠性，改善了中塔的受力；由于降低了极端工况下中塔两侧主缆拉力的不平衡差值，主缆与中塔顶部鞍座之间的抗滑移问题得以妥善解决。 基于理论分析和科学实验研究的泰州大桥最终选定了顺桥向人字形、横桥向门式框架形的全钢结构中塔，总高度 200米，用钢量达到13000吨。 泰州大桥建成之后，我国又建设了多座各具技术特色的三塔悬索桥，依据每座桥的建设条件和技术要求，在体系与结构、材料与构造等方面做出了新的探索。 实例 1-2 下部工程沉井基础的方案选择和实践反馈 泰州大桥中塔坐落于江中的水下地基之上，基础的刚度及稳定性直接关系到其上主塔的力学行为，基础类型选择与施工安全性考量成为本桥设计需解决的关键性技术难点。经过群桩基础与整体式沉井基础的比选，本桥最终选择了平面尺寸为58×44米、总高度76米的圆角型矩形沉井，将沉入19米深水和55米河床覆盖层中（如图2所示）。  图2 泰州大桥沉井图示 实践中，设计方案的比选确定，还要考虑实施的可实现性。泰州大桥中塔沉井体量国内最大，施工难度前所未遇：受水文、气象、航运、冲刷等综合因素影响，沉井精确定位、着床等难度大；受水流及河床局部冲刷影响，在下沉过程中可能会发生突沉、倾斜、扭转，沉井几何姿态控制难度增大；沉井下沉到接近设计标高时下沉系数仍然较大，若采用常规陆上施工清基封底的方式，则有可能引起超沉。为此，开展了水中沉井施工关键技术的研究，包括：掌控施工期河床冲淤变化，制定沉井下沉施工预案；38米高大型钢壳沉井浮运技术和稳定性保障；沉井精确调位、定位，平稳着床技术；沉井稳定下沉、安全封底技术；沉井下沉数字化动态监控技术（实时掌控沉井几何姿态及物理参数）等（参见图3）。本桥从沉井入水浮运到定位、着床、接高、下沉、清基、封底完成共历时14个月，终沉后刃脚标高、平面偏位、扭角、倾斜度都满足了设计要求（参见表1）。 表1 沉井终沉几何状态  表格来源：文献［3］。 序号 项目 允许偏差 封底前状态 封底后状态1 平面偏位 沉井底 ≤5 0 c m偏上游2 8 . 4 c m；偏南1 4 . 4 c m沉井顶 ≤5 0 c m偏上游1 1 . 4 c m；偏南2 . 4 c m偏上游1 2 . 7 c m；偏南6 . 5 c m偏上游2 9 . 8 c m；偏南1 8 . 4 c m i x ≤1 / 1 5 0 1 / 6 3 0 1 / 6 3 8 i y ≤1 / 1 5 0 1 / 4 4 4 . 1 1 / 4 4 4 . 1 2 垂直度整体垂直度 ≤1 / 1 5 0 1 / 3 6 3 1 / 3 6 4 . 5 3 扭角 ≤1 ° 1 0 . 8′ 1 4 . 9′  图3 泰州大桥沉井施工 泰州大桥因技术创新获得了国际桥梁协会2014年度“杰出结构工程大奖”，获奖评价为“泰州大桥创造了跨越长大距离的工程建设新突破，引领了多塔连续长大悬索桥建设新时代”。此外，英国结构工程师协会将 2013年结构工程上的最高奖项授予了泰州大桥，并评价泰州大桥取得了非凡的成就。工程实践证明，今天的创新技术将是明天广为使用的先进技术，创新助推着土木工程的跨越式演化。 如上所述，方案比选是设计的“重头戏”。无论总体设计、工程的构件设计还是连接细部构造的设计，均要在选择时对多个方案进行比较和权衡。实践表明，工程创新性活动中既要考虑技术要素，也要顾及非技术要素。在出现两个方案都是合理的、可行的情况时，最后的抉择就取决于安全风险的可控性和具体施工单位的经验、装备、实力等要素。 实例 2 苏通长江大桥基础方案和比选——创新设计与施工风险考量 按照通航净空要求，经过前期方案研究和初步设计多方案比选，苏通大桥最终选定主桥为1088米跨径的斜拉桥方案，这意味着苏通大桥将超越当时的世界记录——890米跨径的日本多多罗大桥，成为国际上首座跨径超过千米的斜拉桥。 苏通大桥300米高的桥塔通过68对（136根）斜拉索拉住桥面钢箱梁，桥塔承受总计20万吨的竖向力，这些力经由塔下基础传递至地基（基础的自重也将达到20万吨级）。此外，基础还要计及水平向1.3万吨的船舶撞击力。 大桥建设面对的第一道难题是：桥梁基础坐落在270米厚的软弱覆盖层中，该软土层由长江水中夹带的泥沙逐年淤积而成（第四系冲积层）。因此，基础工程的稳定性就成为无法回避的挑战。为此，基础工程设计提出了两个方案：①整体沉井方案，沉井顶口尺寸 88×44米，底口 78×40米，平面面积相当于9个篮球场；沉井高90米，相当于30层高楼；②群桩基础方案，每座塔基由131根变直径钻孔灌注桩组成，直径2.8/2.5米，平均桩长120米，桩顶有114×48米承台（平面面积相当于13个篮球场）将群桩联系起来整合承力，并采取桩端压浆工艺提高桩的承载力。两个基础方案的实体体量都属世界最大型之一，工程的技术含量与施工难度均为国际先进水平，体现出了集成创新性。经由国内外权威专家咨询会议评议，两种基础方案均是合理的和可行的（如图4所示）。 事实上，两个方案各有优缺利弊：沉井方案整体性好、刚度大，但在长江江口区段流速大、地基软、冲刷深度达到29米的工况下，沉井下沉垂直精度难于控制，偏斜与突降的施工风险很大；群桩方案是单根桩施工，风险易于控制，施工队伍具有百米长桩施工经验和机具设备。方案比选时，基于具体问题具体分析的认识论、成功把握来自于经验积累的实践论和不允许失败的风险分析理念相结合的辩证思维，按照施工风险可控性的基本原则思辨，最终选择了超大型群桩方案，将整体风险化解为局部风险，将难于控制的风险化解为可控风险。经过长达两年的精心施工，总计262根长桩全部达到优良目标，超大规模群桩基础建设成功。 苏通大桥作为世界上首座跨径超过千米的斜拉桥，获得了国家科技进步一等奖、美国土木工程师学会等授予的多项国际奖项，为世界斜拉桥的技术进步做出了重要贡献。  图4 苏通大桥主桥基础型式比选（沉井基础/群桩基础） 建设者对桥梁工程的技术创新有着朴素的认识，即工程建设不是为创新而创新，而是为了解决自然界的各种新难题而必须创新。以最新的技术实现更大的跨越始终是桥梁技术发展的主题。根据工程设计的需要，特殊结构桥梁总是提前开展科学技术研究，在科研的基础上开展创新活动。 实例 3 港珠澳大桥大圆筒快速成岛技术——生态保护驱动创新 港珠澳大桥设有两座离岸的人工岛，实现了水下隧道与桥梁工程相互连接并转换场地的功能。这两座人工岛长度625米，最宽处分别为183和225米，面积各约10万平方米。岛壁建设按照常规抛石围岛作业方法，需两年时间，而且施工中需上万艘次船只运送砂石，对施工现场周围白海豚的干扰很大。工程创新性地采用了直径22米的钢结构大圆筒作为护壁结构的新技术（如图 5所示）。  图5 港珠澳大桥大圆筒护壁筑岛施工 由工厂加工制造的 40-50米高的大圆筒通过专用船只直接运到施工现场，平均 2.5天震动插打下沉一个，创造了 7.5个月完成120个圆筒围筑两岛的纪录，较世界上常规抛石围岛作业缩短了 1.5年工期。大圆筒快速成岛技术是筑岛工程实践的重要创新，是缩短现场施工时间、减少施工现场风险、保护现场施工环境的一次成功实践。这一工法最大限度地降低了施工给白海豚带来的干扰，有效实现了在施工海域保护白海豚的目标。 桥梁工程体系、结构、构造、材料、连接等技术进步支撑起工程设计的新发展。结构工程技术进步的历史表明，结构力学理论与计算分析技术的提高（有限元计算分析技术）使得工程师对静、动荷载作用下结构的力学与变形行为越来越“了如指掌、一清二楚”。精准的理论分析保证了结构安全、体系稳定的基本需求，为设计奠定了基础。 按照工程全寿命周期设计的理念，桥梁寿命周期的成本应该包括从规划、设计、建造、使用、维护，到最终拆除的全过程期间可能发生的总成本，因此，要建立起“全寿命成本优化”的概念，以工程全寿命期内的综合效益成本最优为目标。基于此，在设计阶段就应一并考虑工程建成后养护、维修和管理的问题，力求达到总体资源消耗最小的目的。降低初期建设成本不能以增加后期维修成本为代价，要克服追求建造成本较低而招致服务维护期高额养管费用的弊病。［4］设计工程师要考虑维护工作的“可到达、可检查、可维修、可更换”需求。事实上，这些原则都应该在设计中得到体现，在建造中得以落实。 2 集零为整式施工——“精细化建造”是工程分解与重构的核心原则，是锻造精品工程亘古不变的唯一方法，是工程安全和耐久的根本保障。 土木工程是在大自然环境下进行的造物活动，建造本身就是挑战自然。“化整为零”（分解工程整体为节段/构件、零件）再“集零为整”（整合零件、构件为工程整体）是土木工程建造的通用方法，古代工匠就是通过在土胎（堆）上或木支架上砌筑一块块的石料来建造桥梁。随着桥梁跨距的需求越来越大，在支架上建桥的方法已行不通，现实情况中许多地方也无法搭建支撑物。需求牵引、难题导向、实践创新是工程建设的内在源动力。在工程造物的历史进程中，先进的方法不断被创造出来，同时落后的方法被淘汰，针对不同的各类具体工程，建设者不断集成有效的方法，组成方法集（工程界也称为工法或成套方法）应用于工程实践。比如，在预应力技术的支撑下，20世纪中叶“节段悬臂工法”应运而生，随后挂篮施工、缆索吊装等不断更新的工艺、工法，推动着桥梁技术的新发展。 体量硕大、挺拔高耸、纤柔细长的各类桥梁结构都是先划分成节段筑制（或现场浇筑，或工厂预制），而后逐节连接成整体。这一过程蕴涵了“分解”与“重构”、“还原”与“整体”的哲理。现代桥梁工程的演化史就是由“小”单元到“大”构件、由“分体”加工到“整体”建造。为了工程品质的提升，工程演化走出了理念、技术、管理不断追求精细的进步过程，其发展永无止境。 实例4 港珠澳大桥桥梁工程“工业化”的探索与实践 在港珠澳大桥集群工程中，桥梁长度有23公里，共有135孔110米跨径的整体式全钢结构箱梁，和74孔（分幅式148片）85米跨径混凝土面板/钢结构梁的组合梁。桥梁梁体用钢总量达到42.5万吨，等同于 10座“鸟巢”、8座苏通大桥和12座香港昂船洲大桥钢结构的工程量。由于大桥设计使用寿命为120年（满足香港标准要求，与英国 BS标准一致），因此对钢梁质量要求很高。在工期上，香港昂船洲大桥3万吨钢梁制造用时3年，而在同等质量标准要求下，港珠澳大桥要在同样时间内完成42.5万吨的钢梁制造。钢结构加工制造的质量一致性（稳定性）是港珠澳大桥面临的前所未有的严峻挑战。 钢箱梁的加工制造由最小的板单元加工开始（如图6所示）。当时国内桥梁钢结构制造企业的板单元下料、组装、焊接等关键工序主要依靠手工或半机械化作业，自动化水平低，钢梁质量受焊工水平和机械设备的制约，质量稳定性较差，生产效率较低。而且，短时间内无法组织起足够的高水平一线焊工，更无法保证焊工在完成如此大数量的钢梁焊接任务中，始终保持稳定的高质量。此外，对于钢箱梁的整体拼装，除人力方面要保证足够数量的高素质一线工人外，同时还要尽可能地避免天气等环境因素及开放式生产方式对工程的不利影响。  图6 钢箱梁正交异性板的板单元生产流程 港珠澳大桥钢梁制造唯一的出路是基于“大型化、标准化、工厂化、装配化”的理念，走“工业化”制造之路。港珠澳大桥钢梁制造工厂化、自动化与智能化技术创新的决策和实践，不仅有力保证了大桥钢箱梁质量的高标准、稳定性与制造进度要求，而且有力地推动了中国钢结构制造行业的技术进步（如图7所示）。  图7 钢箱梁结构的现场拼装 大桥钢箱梁制造“工业化”实践的内核是精细化的提升。“精细”是工程安全和耐久的根本保障，是对工程品质的无止境的追求。加工、制造、建造工艺的发展史就是由“粗放”到“精细”的过程。从人的手工劳作发展到机器加工，从自动化生产到智能化制造，产品质量有了“质”的提升。 无论大桥建造，还是构件制造，“标准、程序、控制”是精细化建造的三个管理点。“高标准，细程序，严监控”是高品质产品制作方法的要点。从中国制造企业承担美国旧金山新海湾大桥 4.5万吨钢塔、钢箱梁结构制造的实践中，可以对比得到切实的体会和“刻骨铭心”的启示。 实例 5 美国旧金山新海湾大桥工程“高标准、细程序、严监控”的启示 美国旧金山新海湾大桥是一座自锚式悬索桥，设计使用寿命为150年，抗震等级为8级，是世界上标准最高的桥梁工程。因此，对钢结构设计与加工制造有着“极高标准、极细程序、极严监控”的要求（如图8所示）。总计4.5万吨的钢结构在我国长江口长兴岛上的工厂加工制造，大型钢塔、钢箱梁的节段和施工用浮吊装备等分八批装船横渡太平洋，先后运往美国西海岸的旧金山海湾桥梁工地，再由美国工人完成拼装架设。在中国完成的焊缝总计100万条，累计长度超过1000公里。按照美国总包方的质量管理制度，焊接质量控制实施每天、每个班组加工试件的“首件认可制”（而非整个分项工程的“首件认可制”），监测采用先进的“相控阵”技术，120名外国检验工程师实施监测认定。历经了六年中外合作的“精细化”实践，全部钢结构加工制造提前5个月完成制作；全部钢塔与钢箱梁上的 146.6万个螺栓孔实现完美对接，没有一处错位返工；由八节段预制段拼装而成的160米高钢塔的垂直度远低于合同约定的1/1000误差，达到1/2500，产品质量获得美方的高度认可。 中方制造企业的管理者总结六年经历，体会最深刻的是中外理念与实践的冲突与差异：其一，中方习惯性的工作特点是“求快”，希望在最短的时间取得最大的效益，而往往忽视“程序化”的要求；相反，外方严把“程序关”，如果没有按照规定的程序去做，监控者绝不通过。因为程序是对标准操作全过程的分解，是对每一步质量要求的过程控制。相比之下，中方过去在这方面做得比较粗放。其二，中方在管理上，缺乏严谨性，常常用灵活性、潜规则、甚至个人意志的影响而使标准、程序、合同受到冲击；而外方“按规范执行，按规程操作，按合同履约”，拒绝任何变通。其三，人员整体素质方面存在差距，特别是当面对高标准的产品时，需要人的素质和行为标准以及对事物的判断都具备一定的水准，技术工人在制造业发挥着最关键的作用。 30年来，我国桥梁工程建设的成功经验和失败教训铸就了共识，即工程品质的提升取决于建设“精细化”的程度。精细化管理不仅代表制造企业的管理水平，更是提升产品核心竞争优势的必由之路。工程实践者的素质是实现工程品质的基础。  图8 美国旧金山新海湾大桥钢塔、钢箱梁结构加工制造 综上所述，桥梁建设实践升华的建造方法可以概括为：转变观念是提升精细化管理的前提，采用精细化的工作理念规范各种行为。“精细化”是降低风险、厘清责任、组合创新、优化系统的唯一的实践方法。 3 全程式建设管理——“综合集成”是桥梁工程活动的哲学方法，是实现工程寿命周期、管理职能、工程共同体“三位一体”的基本路径。 我国桥梁工程建设成功的经验表明，工程品质的提高，与自然科学领域先进技术和社会科学领域现代人文管理方法的集成运用密切相关。纯技术的应用本身并不能确保工程，特别是大型复杂工程的建设品质。 工程方法的整体结构一般包括三个部分：硬件（hardware）、软件（software）和斡件（orgware）。“一般地说，工程活动是工程共同体的集体活动，这就使得工程活动中必须进行工程管理。没有特定的工程管理等组织措施，工程活动就会陷于混乱状态，工程活动就不可能顺利进行。这个关于工程组织和工程管理的方面就是‘斡件’。在管理科学和工程管理学兴起之前，人们往往忽视了斡件的重要性。在管理科学和工程管理学兴起之后，愈来愈多的人开始认识到了斡件的重要性。” 我国特大型桥梁的建设将“系统工程”理论与桥梁建设管理实践相结合，使理论“落地生根”，不断发展出集成管理的新模式。其中，综合集成方法论是具有中国特色的关于系统复杂性管理的方法论，同时也是解决复杂问题的有效途径之一。 实例6 苏通长江大桥工程管理体系的构建［5］ 苏通大桥工程管理体系的构建包括基础层、管理层和控制层三个层面（如图9所示）： 基础层包括组织、制度和工程文化建设三个方面，构建并稳定工程建设的组织环境，为工程活动提供组织制度保障与基础服务； 管理层包括决策、设计、招标采购、技术创新、风险和信息化管理六个方面，为工程建设提供各项协调与支撑，指导工程操作与执行； 控制层包括安全、质量、进度和投资控制四个方面，对关键管理环节实施监控。 三层管理体系互相协调，在三个基础条件下，六项管理实施对资源的有效整合，支撑四大控制任务的完成，最终实现工程目标。这一管理体系的设计体现了苏通大桥工程管理中系统分解与系统重构的统一。  图9 苏通大桥工程管理体系构建图 建设现代化的桥梁工程，必须要有现代化的管理理念，以及现代化的管理方法和手段。事实上，在特大型桥梁工程建设管理中可作为综合集成工具、方法和技术使用的要素有许多，例如，制度、机制、文化、规章、协议、程序、细则、条件、规范、标准、约定、会议、平台、联想、衔接、界面、接口、划分、模型等等，以及由它们组合成的工具、技术和方法。 实例 7 黄埔珠江公路大桥建设管理——执行控制管理体系的提出与运行［6］ 黄埔大桥位于广州东南部经济产业带（工厂、学校、公园、码头、交通干线、高压线网等密布），是京港澳和沈海高速公路并线的控制性工程。大桥全长7016.5米，包括主跨383米独塔斜拉桥、主跨1108米钢箱悬索桥（宽度达 41.69米）、以及连续梁和连续刚构桥引桥。项目建设面临地质复杂、珠江航道净空标准高、地形地物限制、交叉结构重叠等难题。大桥于2005年4月开工，2008年10月建成（如图10所示）。 黄埔大桥针对工程建设过程中执行力不足、责权利不清和管理模式可复制性低等难题，基于执行力理论和管理控制原理，深度剖析“执行”与“控制”既相对独立又相互作用的内在机理，提出了“执行控制”的理念，提炼出执行控制的关键基因，构建了由文化子系统、目标子系统、组织子系统、CPF（合同+程序+格式）子系统、信息化子系统和评价子系统构成的执行控制管理体系（图11），体系中各子系统既相互独立又相互支撑，是一个动态、开放的有机整体，将“执行与控制”和“凡事重在落实”作为所有行为的最高准则和终极目标，贯穿于项目建设的全过程。  图10 黄埔珠江公路大桥 图11 执行控制管理体系的运行模型 执行是指实施和实行管理计划中规定的事项；控制是指通过事前预防、过程跟踪和事后考核来保障执行效果、确保目标计划落实，并落实控制主体对工程建设的全过程管理和监督。执行控制是将项目建设相关的各种技术、人力、物力、财力及信息进行合理配置，树立正确的工程世界观和方法论，保证项目组织架构内参建主体各单位和各岗位人员严格遵守国家颁布的各项法律、法规和项目管理制度，应用工程建造技术规范、标准，开展公益创新，并采用先进管理技术信息平台，实现项目预期目标的一整套管理理念、方法、措施。在执行控制管理体系中，提出了以管理目标合同化、管理内容格式化、内容执行程序化、执行手段信息化为核心内容的工程“CPFI”管理技术和目标内容规范、内容格式规范、格式执行规范、执行手段规范的规范化管理内涵。 通过对相关合同、制度规范、技术标准的有效执行和实施计划的有效控制，黄埔大桥实现了3年半快速建成和建设过程无技术停顿及零质量事故的目标。 正如其他复杂工程系统一样，桥梁工程建设管理问题繁多，从逻辑关系看，其中既包含技术性、结构性问题，也包含非技术性、非结构性问题。工程涉及经济、社会、工程技术及人文各个领域。即使在同一领域内，也不能仅依赖一种理念、从一个角度、用一种方法、使用一种工具、依靠一部分人就试图解决工程建设管理中全部的复杂问题。因此，在处理大桥工程建设管理问题时，将自然科学与社会科学相结合、政府职能与市场职能相结合、专家经验与科学理论相结合、定性方法与定量方法相结合，并且使这些结合相互渗透，融为一体，形成新的“融合”力量，这基本上就是“综合”的内涵。［7］上述各个领域、各个方面的相互结合，产生新的“非此非彼”的能力“涌现”，这基本上就是“集成”的内涵。 古今中外在社会大发展的阶段都会伴随着大规模的工程建设，留下了一些因弱化建设管理而导致工程失败的教训（见图12）。2007年国际《桥梁》杂志的主编“寄语”中写道，“刚过去的3个月对桥梁界来说应该保持高度的警惕。美国明尼阿波利斯的I-35W桥梁、中国在建的桥梁、印度、巴基斯坦和越南相继出现戏剧性的和骇人听闻的桥梁倒塌事件。粗略估计一下，仅在两个月内由于桥梁倒塌就造成约140人死亡，这还不包括世界各地在建工程意外事故造成的人员伤亡。”［8］ 图12 2007年世界各地主要桥梁坍塌事件 “寄语”中提及的美国明尼阿波利斯的I-35 W桥梁，建于美国高速公路“大干快上”的1964年。桥梁已经运行了40多年，其坍塌夺走了12条生命，坍塌原因被归结为钢桁梁关键性节点板强度不足（属设计失误，维护期也未及时发现）的安全隐患导致的破坏。而“寄语”中提及的“中国在建的桥梁”指的是地方二级公路上的连续石拱桥，该事故调查表明，倒塌的直接原因是主拱圈砌筑材料未满足规范和设计要求，上部构造施工工序不合理，主拱圈砌筑质量差，降低了拱圈砌体的整体性和强度。随着拱上施工荷载的不断增加，造成一侧边孔主拱圈最薄弱部位强度达到破坏极限而坍塌，受连拱效应影响，整个大桥迅速坍塌。而究其建设管理的深层次原因，是工程为了赶期“献礼”，盲目抢工，倒排工期，把最关键的主拱圈施工由3个月压缩成1.5个月；与此同时，下达20次之多的要求整改或停工的“监理工作指令”没有得到执行。塌桥惨剧导致64人丧生，22人受伤。 我国桥梁工程项目绝大多数都是国家投资的工程，行政领导直接插手工程建设决策、强制压缩合理工期等违反科学规律和粗放管理的现象层出不穷、屡禁不止。1998年建设高潮到来之际，“合理工期、合理造价、合理标段”的技术政策适时出台，针对的就是当时建设管理中的各种乱象。 桥梁工程失败的教训揭示，如果违反了科学规律，如果科学理论和技术标准的基石不牢，如果建设管理缺位、粗放设计与施工，工程就会留下质量隐患，且迟早会暴露出来。建设管理的根本任务就是抓住成桥质量，以避免工程“体质先天不足”为其安全服务埋下的祸根。成功的经验与失败的教训均证明了桥梁工程建设管理的重要性。“工程活动不是自发的活动，工程活动是人类有目的、有计划、有组织、有理想的造物活动。”“建设管理就是造物中，为了实现预期的目标，以工程共同体的人为中心进行的系统协调活动，以释放生产力。” 结语一张白纸，构思出美好的桥梁蓝图，由总体到结构再到构造细部、细节、连接部，“设计”实现了由工程整体到局部再到细部的层层分解； 一片山水，造物出融入自然的桥梁工程，由细部到局部再到整体，“施工”实现了由构件到结构再到总体的步步构建。 “对工程的认知和经验都源自对工程实践的学习。经验是要积累的，技术的发展也是没有止境的。发现问题，研究和解决新的问题，才能推动桥梁技术的发展。”［9］ 桥梁工程建造中的失误是实现桥梁服务交通职能的最大安全隐患，无论是设计的缺欠，还是粗放的施工，都无法在后期通过维护完全补救。因此，可以说规划阶段是战略上的行动部署，而建造则是实实在在实现工程品质的关键环节。集成管理释放生产力，技术创新产生爆发力，精细建造规范执行力。“创造性设计、精细化施工、综合集成管理”是工程建造方法论的核心内容。 我国桥梁建设以大型工程建设为依托，由业主引导，多单位合作，多学科交叉，其工程管理研究与工程建设同步展开、相互推动的发展路线，蕴含了工程管理理论来源于工程实践，并及时、有力地指导工程实践的辩证唯物思想，切实提高了我国工程建设者认识工程复杂性和驾驭复杂性工程的能力。 致谢本文的论述依托我国特大型桥梁工程的建设实践，特别是江阴大桥、苏通大桥、泰州大桥、西堠门大桥、杭州湾跨海大桥、广州黄埔大桥和港珠澳大桥，以及中国企业参与建设的美国旧金山新海湾大桥等的技术成果和建设经验，在此一并致谢。 参考文献： ［1］凤懋润，赵正松. 中国路桥工程复兴之路的理性认识［J］.中国工程科学，2013，（11）： 38. ［2］杨进，徐恭义，等. 泰州长江公路大桥三塔两跨悬索桥总体设计与结构选型［J］. 桥梁建设，2008，（1）： 38-39. ［3］泰州大桥建设指挥部. 泰州长江大桥沉井基础施工［R］. ［4］凤懋润. 中国的跨江海桥梁建设工程： 成就、创新及管理实践［J］. 工程研究——跨学科视野中的工程，2013，5（1）： 35-52. ［5］盛昭瀚，游庆仲，李迁. 大型复杂工程管理的方法论和方法： 综合集成管理——以苏通大桥为例［J］. 科技进步与对策，2008，25（10）： 193-197. ［6］张少锦. 大跨度桥梁建设与养护技术［M］. 北京： 人民交通出版社，2012. ［7］盛昭瀚，游庆仲. 综合集成管理： 方法论与范式——苏通大桥工程管理理论的探索［J］. 复杂系统与复杂性科学，2007，4（2）： 1-9. ［8］Helena Russell. Preface［J］. Bridge，2007，（1）： 1-2. ［9］陈新. 老工艺，新体验［J］. 桥梁，2011，（1）： 12-17. Construction Methodology in Bridge Engineering Feng Maorun1，Zhao Zhengsong2 Abstract：Life cycle of an engineering project consists of three main stages including planning，construction，operation and maintenance. Construction stage is conversion process from engineering abstraction （design drawing） to engineering concretization （building）. This paper systematically illustrates the main method，route and common understanding in the period of bridge construction by taking Chinese sea-crossing bridge projects as typical cases. It is demonstrated that “Creative Design” is the key process to transfer engineering concept to reality，and is also the creative intelligence which satisfy the functional orientation in various project sites. “Elaborate Construction” is the crucial principle in the engineering disassembling and reconstitution，and the only eternal way to build quality projects，and is also the fundamental guarantee for safety and durability of projects. “Comprehensive Integrated Management” is philosophical method for bridge engineering，and the basic route to achieve the cooperation of project life cycle，management function and community. Keywords：bridge；engineering；methodology；construction；creative design；refined construction；comprehensive integrated management 中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1674-4969（2016）05-0522-12 DOI：10.3724/SP.J.1224.2016.00522 收稿日期：2016-08-15； 修回日期：2016-09-05 作者简介：凤懋润（1941-），男，研究生学历，教授级高级工程师，研究方向为桥梁工程与工程管理。E-mail： fengmr@mot.gov.cn赵正松（1977-），男，双硕士学历，高级工程师，研究方向为交通工程经济与管理。E-mail： zhaozhengsong@tsinghua. org.cn |
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