“你們功不可沒,勞苦功高!”10月23日上午,港珠澳大橋開通儀式上,習近平總書記會見了港珠澳大橋的建設者代表,交通運輸部公路科學研究院(簡稱部公路院)下屬北京交科公路勘察設計研究院工程師施強位列其中。他自2010年起與港珠澳大橋結緣,從事交通工程施工圖設計,到現在已有3000多個日夜。

  “說起部公路院和港珠澳大橋的淵源,可以追溯到上個世紀80年代?!辈抗吩焊痹洪L何勇告訴記者,當時曾提出建設連接珠海和香港的內伶仃洋大橋,前期的環保評估就是部公路院做的。2003年,由政府主導建設的港珠澳大橋提上日程,部公路院作為早期港珠澳大橋科研統籌的牽頭單位,第一時間參與其中,不僅對大橋建設進行了前期環保評估,還針對港珠澳大橋的建設和運營將會面臨哪些技術難題,需要進行哪些研究等問題進行了深入研究,對港珠澳大橋的科研體系、內容進行了詳細籌劃,為大橋建設提供有力的技術支撐。

  “部公路院參與的項目,涵蓋了港珠澳大橋設計、建設和后期運營的全過程?!焙斡陆榻B說,交通工程設計解決了三地交通跨境交通控制和信息交換等技術難題;大橋主體工程橋梁荷載試驗,保障了大橋安全建設和運營;基于“大安全”理念編制的應急預案庫已經固化到港珠澳大橋的日常管理中……

  何勇感慨說:“對于部公路院來說,參與港珠澳大橋的建設是對已有技術積淀的檢驗和提升,能為舉世矚目的世紀工程輸出智慧,也是一種自豪和榮耀?!?/span>


給出交通工程設施5000多種技術需求

  “看似尋常最奇崛,成如容易卻艱辛?!眮碜员本┙豢乒房辈煸O計研究院的團隊,負責港珠澳大橋交通工程施工圖設計,從2011年到2018年,團隊現場負責人施強常常念起這句詩。

  港珠澳大橋是單線工程,與路網相比,大橋的交通工程設計似乎并不復雜。但是,作為這個世紀工程的附屬物,這次設計要涉及交通控制、行車安全、消防救援、景觀照明、運營管理、應急處理等多方面,必然面臨很多技術難題。

  “我們遇到了很多‘沒見過’的難題?!笔娕e例說,海底隧道要求密封,但是安裝管線又要求打洞,這是不曾遇到的矛盾。環境條件也很惡劣,大橋需要抵抗16級風力,更棘手的是海上的高鹽高濕環境,普通不銹鋼也會腐蝕。

  大橋交通工程預留空間有限,如何布設眾多管線,考驗著施工圖設計團隊的能力。電線、電纜、供水、排水、送風等管線均要占用交通工程走廊,要保證相互不受影響,又要便于后期維護,還要考慮設備安裝方式。交通工程使用到的設備設施種類和數量非常龐大,僅需要給出技術要求的就多達5000余種。每個單位都在面臨技術難題,都要在學習中不斷完善,也就導致設計施工的不斷變化,交通工程也要隨之變動。

  如果說技術難題是“費腦”,那么協調難題就是“費心”。施強及其團隊負責幾乎所有的接口管理和界面協調工作。這項工作既包括與粵、港、澳三地政府之間的合作,還包括消防、公安、電力、航道、海事、水利、環保、口岸等部門的協調,還要配合島遂工程、橋梁工程、航標工程、公網通信、公安系統等的設計和施工。

  協調的難題,并不亞于技術難題。2011年設計施工方案時,由于涉及大橋的法律、政策、職責等還沒有明確,有些問題找不到對接單位,有時對接單位內部認識還不統一。這都給交通工程施工圖設計提出了新的挑戰。

  顯然,這項繁雜的工作需要駐守現場。2011年新年伊始,團隊奔赴南海之濱的珠海,成立港珠澳大橋交通工程設計項目部,開始了長達7年的交通工程現場設計工作。

  遠離家人的現場設計工作是艱苦的,長達7年的時間里,有人退出有人離開,但更多的人堅持下來。2011年剛到珠海時,施強只是團隊普通一員。待到2018年,接口界面設計、系統設計、預留預埋設計、專題研究、設計手冊編制等工作完成時,施強已經成為項目團隊負責人之一和現場項目部負責人。

  2011年,施強遠赴珠海時,一歲多的孩子還在牙牙學語。7年后,孩子已背起書包上學?!皼]有陪伴孩子成長是一種遺憾,沒有參與這個世紀工程也是一種遺憾?!笔朗码y兩全,想到7年里家中老人孩子幾次生病住院都沒能回家探望,施強心中充滿了愧疚。在家人的理解和支持下,施強及其團隊每年駐守工地200多天,用7年時間,把青春與港珠澳大橋緊緊連在一起。

  7年的默默付出,施強和他的團隊辛苦自不待言,2013年北京交科公路勘察設計研究院榮獲全國五一勞動獎狀,通車之時施強受到習近平總書記的慰問,是他們成績有力的見證。

  團隊面向大橋世界級、高標準的建設目標,聚焦超大型、跨地區、跨海域運輸通道獨特的運營管理需求,構建了集信息采集、狀態監測、運行管控、系統維護于一體的、數字化、可視化、高可靠性的港珠澳大橋智慧管控系統和跨海通道的運營安全、防災減災、應急救援系統設計。

  他們主持開展國家科技支撐計劃項目“跨海集群工程節能減排關鍵技術研究”,建立了集群工程節能減排指標體系與核算方法,開發了沉管隧道多目標智能通風控制技術、隧道智能照明技術等新技術、新方法。他們為大橋的建成和安全、高效運營提供了重要的技術保證,也為世界大型跨海集群交通工程建設提供了寶貴的中國智慧和中國方案。

  交通工程設計面臨著海量接口界面協調工作。一旦單位對接出現失誤,有些部位沒有預留出口,再進行打洞開口就會存在隱患。由于這些接口成果都以單獨的文件形式存在,使日后查找接口、了解對接單位變得極其繁雜。為此,該團隊整理歷次接口界面協調成果,編纂《港珠澳大橋主體工程交通工程施工圖設計接口界面手冊》,歸納交通工程相關的所有接口,并進行了科學的編號整理。

  與此同時,該團隊還解決了諸多難點,如預留預埋、管線綜合、多系統集成、特長海中橋隧給排水及供電、污染氣體串流、三地應急救援、跨境交通控制、三地信息交換等?;谙嚓P研究成果,目前團隊已發表高水平學術論文近20篇,其中已被SCI檢索1篇、EI檢索7篇。3000多個日日夜夜的相伴,成果豐碩。

  編制建設期和運營養護期科研規劃

  “審時度勢,慮定而動,天下無不可為之事?!备壑榘拇髽蚪ㄔO期和運營期將會面臨哪些難題?需要進行哪些科研攻關項目?各科研項目將如何實施?港珠澳大橋建設期和運營養護的科研規劃任務,交給了部公路院。

  2010年3月,由時任部公路院副院長張勁泉牽頭,王華牢、楊昀、袁茂存等專家組成的團隊,為港珠澳大橋建設期做科研規劃。港珠澳大橋不僅要符合三地政策、發展需求,克服伶仃洋上復雜的自然環境,滿足苛刻的生態保護條件,還要達到“120年使用壽命”目標。

  團隊經多次研究討論,最終形成《港珠澳大橋建設期科研規劃》。該規劃梳理了前期工可、初步設計階段的科研工作,通過分析國內外相關技術現狀和技術需求,根據大橋工程特點,制定了科研項目規劃,提出了項目組織實施保障措施,支撐科研項目順利開展、成果及時應用。

  2016年3月,港珠澳大橋管理局又把運營養護期科研規劃任務交給了部公路院。該院再次成立以張勁泉牽頭,李萬恒、楊昀、王曉晶、張高強等參加的專家團隊,深入現場與多個職能部門座談,最終形成《港珠澳大橋運營養護期科研規劃》。

  通過對大橋前期科研項目、與養護相關的大橋施工監控和健康監測項目等工作的梳理,團隊分析了大橋運營與養護的技術需求,最終給出了大橋在病害快速檢測、狀態評估及預防性養護技術方面的科研規劃?!陡壑榘拇髽蜻\營養護期科研規劃》還提出科研項目的實施計劃及保障措施,為之后大橋安全運營提供了技術支撐。

 巧檢測嚴監控 保大橋百年壽命

  在港珠澳大橋勘察設計階段,為提高橋梁樁基性能,同時減小對水流的影響,港珠澳大橋管理局決定采用大直徑鋼管復合樁、超大樁徑和樁長鋼管樁、鉆孔灌注樁3種樁基。橋址區地勢起伏大且巖土性質變化大,而大直徑鋼管復合樁鋼管樁是首次應用于橋梁工程,相關區域又無大型鋼管樁應用的先例可供參考,給項目的順利實施帶來巨大挑戰。

  為此,港珠澳大橋主體工程首先實施了橋梁試樁工程施工及試驗研究,其試驗研究任務由部公路院中路高科交通檢測檢驗認證有限公司負責。在試驗過程中,公司深化運用“超長鉆孔灌注樁樁基承載性能的研究”等系列重大科研項目中積累的超大加載噸位錨樁反力架法、承載力試驗技術等研究成果,優化了試驗方法和裝置,將試驗周期大幅縮短至半年,并提煉了不同類型樁基的設計參數參考值,確保港珠澳大橋如期施工。

  在港珠澳大橋建設期,公司為CB05標提供施工監控服務。該標段由九洲航道橋、非通航孔橋及珠澳口岸人工島連接橋等工程組成。CB05標橋梁雖處于淺水區,但結構類型多,且施工過程受澳門機場通航凈空的嚴格限制,施工難度大,復雜性高,施工監控作為技術保障,尤為重要。

  公司綜合長期在索結構橋、梁式橋等領域積淀的成果,提供了鋼混組合梁的制造、組合與安裝,斜拉橋鋼混組合主梁大節段架設安裝施工全過程控制以及斜拉橋索塔整體豎轉提升施工監控等技術服務,解決了接近極限通航凈空條件下特長大跨鋼混組合連續梁和斜拉橋的施工監控技術重大難題。

  在港珠澳大橋交工驗收期,公司還承擔大橋主體工程橋梁荷載試驗服務及實體檢測服務工作。在這項工作中,公司還創新性采用爬索機器人檢測索結構和無人機搭載“紅外成像”無損檢測關鍵部位技術,獲得大橋運營初期的檢測數據和原始形態等橋梁特征參數,模擬出大橋在未來120年運營期超強“待機”時完善的數據參數,為交工驗收提供技術依據。

 交通仿真技術鑒別安全隱患

  港珠澳大橋兩岸三地的駕駛行為、交通標志體系和生活習慣差距較大,跨海大橋又存在海底隧道通視性差、交通組織困難、氣象條件復雜等問題,使得大橋運營管控難度增大。

  “運用交通仿真技術低成本搭大橋模型,可以優化大橋設計、提升交通管控效果?!辈抗吩喊踩行母毖芯繂T武珂縵介紹說,安全中心團隊建立港珠澳大橋主體工程運營服務水平評價體系,并綜合考量了通道運行效率、橋梁照明亮度和收費服務時間等10項指標。

  團隊運用安全性評價、虛擬現實和微觀交通流仿真等技術,鑒別交通安全隱患點。團隊測試發現,大橋應急疏散時,原方案中K32+552、K29+127、K24+173三處中央分隔帶開口作用不足,車輛幾乎都利用西人工島匝道疏散,導致救援等待時間過長。設計方根據這個結論,重新增設了K19+533中央分隔帶開口。

  在此基礎上,該團隊建立交通仿真平臺。通過事故位置、交通流量、擬封閉車道等信息輸入,得到相應情況下不同應急方案的具體措施及相關后果,實現了多種交通組織方案優劣的比選。

  該團隊還編制大橋主體工程建設期HSE綜合應急預案及專項應急預案。綜合應急預案協助大橋管理局搭建應急機構、明確應急職責、梳理上報程序,建立預警、響應、救援等機制。專項應急預案包括防臺風、防漏油、工程結構等7類應急事件,確保大橋主體工程建設期應急處置科學有效。

  把“大安全”理念融入大橋應急管理

  港珠澳大橋涉及兩岸三地管理,運營期需要處理交通事故、交通擁堵、火災、臺風暴雨等突發事件。提升大橋運營期的應急管理與處置能力的任務,就由部公路院北京中交華安科技有限公司的科研團隊來負責。

  “應急工作的特點就是迅速、協同,因此應急救援解決的核心問題就是時間和協同對技術的要求問題?!惫緫惫芾砼c工程安全研發部主任、團隊負責人劉興旺解釋說,如何在一定經濟能力承受范圍內、現有技術能力下減少整體救援時間,是應急處置的關鍵。

  團隊結合“大安全”理念,即建立交警、安監、交通、醫療、消防等單位應急協調聯動機制,編制了綜合應急預案、專項應急預案和現場處置方案。大橋應急處理與緊急救援工作,包括各部門協調配合、人員行動、救援設備選擇、救援物資調配等,都將以此為依據。

  在應急預案的基礎上,團隊研發了智能化應急預案管理與應急處置系統?!跋到y通過了臺風‘山竹’的考驗?!眲⑴d旺說,超強臺風“山竹”來襲前,港珠澳大橋管理局啟動一級響應并啟動防臺風(熱帶氣旋)專項應急預案。

  根據預案,大橋管理局安排巡查、收費站等外圍人員進去安全區,東西人工島及隧道泵房留人專門值守,在各應急關鍵點上做好應急監測準備工作。臺風來襲時,大橋穩如泰山,順利通過考驗。2018年9月19日,港珠澳大橋再次組織應急演練工作,再次檢驗了大橋的應急準備工作,為順利開通港珠澳大橋做好了充分的準備工作。

  ET緊急電話適應海上惡劣氣候

  港珠澳大橋橋梁和隧道段需要布設緊急電話分機,如果出現事故,人們可以通過它呼叫救援。大橋位于珠江出??谔?,臺風活躍,溫度高、濕度大,對電子產品的抗腐蝕、抗強風、抗干擾性能要求很高。部公路院北京公科飛達交通工程發展有限公司研發ET-FIA型光纖型緊急電話系統,在大橋上安裝202臺緊急電話分機。

  公司在產品的抗腐蝕、抗強風、抗干擾方面,均采用新的技術方法。為提高設備防潮濕、防鹽霧、防霉變性能,公司對電子部件采取加強的三防處理。設備機箱為優質冷軋鋼板結構,表面處理采用金屬熱噴涂鋅涂層與丙聚外用工程漆組合的長效復合腐蝕防護工藝。為提高設備抗強風性,公司在機箱上采取加粗立柱、加厚法蘭鋼板厚度等措施,使其安全通過臺風“山竹”的考驗。公司采用的防雷器件具有三級防雷措施,可抵御重落地雷的感應雷擊,加強了系統的抗雷電干擾性能。

  從電纜型、GSM型到光纖型、網絡型,從單一緊急電話到集成廣播、調度對講系統, ET系列產品作為國內首個公路緊急電話系統在1990年沈大高速公路、1996年滬寧高速公路、2007年杭州灣大橋、港珠澳大橋中均已有廣泛應用。該系列產品在2004年獲得科技部頒發的國家重點新產品證書及獎金,在2008年、2018年分別獲得中國公路學會頒發的高速公路信息化20年、30年技術創新獎和最佳產品獎。