我国桥梁抗灾科研现状与发展研究

○陈 雪宋英华

（1、武汉理工大学管理学院；2、武汉理工大学危机与灾害研究中心 湖北 武汉 430070）

我国桥梁抗灾科研现状与发展研究

○陈 雪1宋英华2

（1、武汉理工大学管理学院；2、武汉理工大学危机与灾害研究中心 湖北 武汉 430070）

提高桥梁自身的抗灾能力是世界桥梁建筑的重要课题，也是我国发展现代桥梁建设事业的重要环节。本文通过对“十一五”建设期间我国桥梁抗灾科研现状的分析，以及对近年来我国桥梁重大塌陷事件原因的分析，指出我国桥梁建设在防灾、抗灾等科研工作中的问题与不足，并提出了一些改善的意见和建议，以供相关部门参考。

桥梁 抗灾 科研能力 重点实验室

一、概述

我国是一个拥有数千年桥梁建设历史的国家，在这漫长的桥梁建设发展过程中，我国历代的工匠们积累了大量的实践经验，尤其在抵抗自然灾害和人为灾害对桥梁造成的破坏、增强桥梁使用安全性和延长桥梁使用寿命等方面，做出了最早的探索和研究。但在19世纪，由于现代炼钢法和人造混凝土石料的广泛应用，使西方国家修建出桥体更稳固、通行更安全、抗灾耐用性能更强的桥梁，而我国的桥梁事业却因战争等因素停滞不前。新中国成立后，党和国家领导人充分认识到我国桥梁事业与西方国家之间的差距，积极制定相关政策、增加科研投入、培养专业人才、扩大交流合作，通过近半个世纪的不断努力，从最初的联合建设，到20世纪70年代的深入探索，最终迎来了20世纪90年代我国桥梁事业的腾飞。如排名世界第一的大跨径斜拉桥苏通大桥，排名世界第二的大跨悬索桥西堠门大桥等均是由我国设计建筑而成，取得了举世瞩目的成就。然而，随着人类社会的不断发展和对自然界环境的破坏，人们对桥梁抵抗灾害的能力提出了更高的要求，如何使桥梁能够对抗日益频繁严重的各类自然、人为灾害，延长使用寿命，保证通行安全，已成为世界各国桥梁建设事业的重大课题。

二、桥梁抗灾科研现状分析

1、国内外桥梁抗灾科研现状

世界各国，尤其是经济发达的国家对桥梁抗灾技术历来十分重视。他们一方面采取科学的标准来量化防灾程度，另一方面在桥体设计、建设材料、施工工艺和研究领域上也不断推陈出新，如美国加利福尼亚州交通厅资助加州大学内置实验室实施科研，采取先进的复合材料（玻璃纤维、碳纤维）加固旧桥和设计新桥，以提高抵抗地震的延性和韧度。德国采用斜拉设计和风洞试验增加大桥刚性梁的刚度，以减少风动力稳定性不良带来的灾害。日本使用箱型桥体设计扩大抗扭刚度和承受偏载重能力，并积极研发具有抗风、抗震、抗大气潮汐侵蚀的结合梁，取得了先进的科研成果。

我国在发展桥梁建设事业的过程中，一直将提高桥梁抗击自然、人为灾害的能力、提高桥梁通行安全性能和延长桥梁使用寿命作为重点科研环节。政府不仅制定了相关政策，从交通行业的战略发展层面来提出我国桥梁抗灾科研的阶段性建设方向和目标，同时也投入大量人力、物力和科研经费来建设桥梁专项科研国家重点实验室，并加大国际交流合作，重视具有自主知识产权的我国桥梁抗灾技术的研发、创新性科研成果的转化和国际桥梁抗灾难点项目的攻克。如在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》中，我国规定将注重大型桥梁的研发、建设和养护，重点研究大型交通基础设施（桥梁）抵抗地震、台风、暴雨、洪水等自然灾害的能力，发展灾害监测、预警、应急处置、风险分析评估的关键技术。在《公路水路交通中长期科技发展规划纲要》中，我国提出了重点支持交通防灾减灾技术、特殊气候条件下的交通安全技术和公路水路安全技术标准等方向的技术开发。在《公路水路交通“十一五”科技发展规划》中规定，重点发展桥梁建设的科研关键技术，提高桥梁抗风抗震抗潮汐性能，超大跨径桥梁施工技术与质量控制技术以及桥梁耐久性和旧桥检测、评定、加固成套技术。这些政策为提高我国桥梁抗灾技术科研能力提供了有力的支持。

在“十一五”建设期间，我国在上海、重庆、江苏、北京、西安、黑龙江等重点省市针对各类自然灾害，如风灾、雪灾、雷电、暴雨、潮汐、地震等以及各类人为灾害，如撞击、超载、建设质量、金属疲劳、水工建筑物损耗、长大桥梁安全检测和旧桥加固等方面形成专项科研院所。目前为止主要有8所交通行业重点实验室进行着对我国桥梁抗灾能力的科学研究。这些国家重点实验室有些依托于国家政府部门（如交通部），有些根据所处地理位置和科研实力，依托于重点大学和知名企业，其科研专项比例和科研方向如图1所示。

图1 我国“十一五”桥梁专项科研分类比例

如图1可知，我国交通行业重点实验室桥梁抗灾专项科研中，旧桥加固与检测和水工构造物性能这两个科研方面占据最大比例，各达到25%，桥梁抗震和交通安全特种材料这两个科研方面各达到13%，长大桥梁检测和抗风技术这两个方面各达到12%。这是根据我国目前的桥梁建设现状来设置的。

我国历年建设的桥梁随着时间的推移逐渐老化，通过旧桥承重监测、桥体加固和水下构造物检测来增强桥梁通行的安全性将成为重中之重，因此旧桥加固与检测和水工构造物性能占据最大比例。我国国土辽阔、地质复杂、气候多变，一些地区恰处于地震频繁或气候严酷的地区，桥梁建设需要在抗震技术和桥梁路面特种材料（利于除冰、除雪、防滑、高延展性）的方面投入科研力量，使桥梁在地震情况和恶劣天气时仍能保证安全通行，因此桥梁抗震和交通安全特种材料所占比例为第二。在“十二五”建设期间，我国桥梁事业发展将注重长大桥梁、大跨径、跨海大桥的修建，对其抗风性能和即时安全检测的能力十分重视，因此长大桥梁检测和抗风技术所占比例为第三。由于这些交通行业桥梁抗灾专项科研实验室均根据我国桥梁发展的实际需求和现状来进行投入建设，具有较强的针对性，如表1所示。

由表1可知，我国目前交通行业这8个桥梁抗灾专项重点实验室均是在“十一五”建设期间获得认定的，经管认定时间不长，但由于国家在政策、资金上重点扶植和投入，均取得了较大的成绩。如依托于江苏省交通科学研究院股份有限公司的长大桥梁健康监测与诊断技术重点实验室，仅2008年就新购置设备（10万元人民币以上）19台，引进硕、博高学历人才12名，新增科研项目18项，完成重要项目6项，参与或组织专项学术交流与技术培训72次，发表各类核心期刊论文36篇；如依托于交通部天津水运工程科学研究院的水工构造物检测、诊断与加固技术重点实验室，在2008年就完成各类研究成果报告31项；如依托于交通部公路科学研究院的旧桥检测与加固技术重点实验室，在人员管理、设备管理、成果管理、学术交流管理等方面制定详细的管理条例，购置了国际一流的实验仪器设备和其他大型桥梁实验检测设备，对桥梁相关部件的生产企业进行标准化审查，编写成行业规程、技术指南，对桥梁建筑实施方的施工能力进行审查和评价，确保其具有建设的资格。在2008年雪灾和汶川地震等自然灾害发生后，及时组织科研队伍现场考察，获取灾后第一手信息数据资料。如依托于长安大学的旧桥检测与加固技术重点实验室，建立了仪器设备有偿使用管理办法与经费管理办法，以促进资源共享，提高大型仪器和平台设备的对外开放程度和利用率等。

表2 我国近年来桥梁塌陷事故一览

表1 我国交通行业桥梁抗灾专项重点实验室一览

2、问题与不足

尽管我国对桥梁抗灾科研能力十分重视，各实验室在短时间内也取得了较大的科研成绩，但近年来因各种自然、人为灾害导致的塌桥事件仍然层出不穷。

分析表2可知，近年来我国桥梁倒塌原因主要来自于人为灾害，具体体现在桥梁建设行业规范不统一不健全（如桥梁设计、水文地质、建设材料、承建方能力、施工人员技术、建设监督管理等规范不健全）和旧桥维护不重视不及时（如桥体安全性监测、桥墩加固、提高耐撞抗震性等、桥体维护、桥梁附近区域保障）这两个方面。同时，也没有采取完善的法律法规对桥梁建设整个过程进行监督认定和对所承担责任方进行约束和控制。在桥梁建设过程中，如果没有科学严谨的行业规范可遵循，在建设前的地质考察上、建设时的资金投入保障上、在承建方的施工技能上、在建设过程中的监督管理上、在建设完成后的定期监测修复上就不可能得到全面的控制和把握，那么桥梁倒塌事故的发生将是必然的，不但威胁人民生命安全，也使国家和社会蒙受巨大的经济损失。因此，交通行业桥梁抗灾专项重点实验室应凭借国家相关部门、企业和高校的有利扶持，根据自身领域的科研专长和优势，通过现场勘测和实验模拟仿真技术，撰写统一的行业规范，确保桥梁建设的每一步骤，包括选址、设计、材料、施工等应达到的要求，建立起完善的对设计方、承建方、维护方能力的评价考核体系和定期安全监测评估管理制度，突出重大关键技术的攻关，着重科研专利成果的研发，并积极地将其运用到解决桥梁抗灾的实际问题上，实现以科研能力规范和领导行业进步的目的。

三、提高我国桥梁抗灾科研能力的建议

目前，我国交通行业桥梁抗灾专项实验室主要是根据自身科研专长进行增强桥梁抗灾能力，在实验室数量、研究深度和广度、科研项目数量、专利成果转化、人才引进和培养、经费来源渠道和国内外学术交流合作等方面还需要进一步的提高。

从事桥梁抗灾基础研究、前沿技术研究和社会公益研究的科研机构，是提高我国桥梁抗灾科研能力的重要力量。我国交通行业桥梁抗灾科研能力发展目前仍重点依托于专项实验室。而“职责明确、评价科学、开放有序、管理规范”将是其应达到的目标。因此需明确实验室应完成哪些工作，其工作的内涵有哪些以及应达到哪些目标，才能权责清晰地推进发展并使国家相关行业部门建立完善的考核评价体系进行监督，成为科学、规范、开放、资源共享的专项科研机构。本文通过归纳分析，按照职能分类的方式，将交通行业桥梁抗灾专项重点实验室所应完成的内容归纳为实验室发展、实验室专项科研、实验室人才培养、实验室学术交流和实验室运作保障这五个方面。

1、实验室发展

实验室发展是提高实验室科研能力的前提，主要是由实验室高层管理人员根据国家行业发展和市场需求制定实验室发展战略规划和阶段性所应完成的目标。并深化科研机构改革，建立现代科研院所运营和管理制度。同时编写年报和工作总结，接受国家考核。从而明晰职责定位，优化资源配置，集中力量形成优势学科领域和研究基地。

2、实验室专项科研

主要是研发具有自主知识产权的创新性科研成果。编写行业规范，保证行业科学权威性。同时重视基础研究，促进专利和科研成果的转化和应用。对受灾地区进行现场勘测，获取科研数据和急需解决的问题。重点应放在科研与实际的结合上来，实现以科研指导行业，行业推动科研的目的，以工程项目中的实地勘探、灾后地区的第一手数据分析、提高桥梁抗灾能力的疑难问题入手，通过实验室仿真模拟来获取我国桥梁建筑行业的各项指标和合格标准，确立科学有效的行业规范，使得桥梁建设和维护的每一个环节都有据可循。同时，结合工程实际，积极研发专利产品和具有自主知识产权的创新性科研成果并加以推广和转化，解决我国桥梁抗灾的关键问题。

3、实验室人才培养

主要是引入和培养行业人才以及留住专业人才。吸引和培养专业学术带头人，可以采取产学研合作、交换培养、社会招聘等方式，汇聚一批专业科研人才，并采取固定人员与流动人员相结合的用人制度，保证实验室科研实力的稳定性和知识、信息的流动性。

4、实验室学术交流

积极与国际、国内社会合作，举办和参与学术会议及国际交流会议，发表专著和论文，增强自主选题科研能力，倡导原创性科研。

5、实验室运作保障

主要是开拓融资渠道，稳定支持科研活动的实验经费，购买必须的实验仪器和设备。扩大实验面积，优化科研环境，完善后勤系统和信息共享平台，使得设备等资源获得最大程度的利用以及获得人才、专利、市场挖掘的提高。各专项科研院所在“十二五”期间如能做到上述建议，我国桥梁抗灾技术科研水平必将得到质的飞跃，从而以科学技术指导行业实践，保障国家和人民的生命财产安全。

（注：本论文得到中国交通部科技司相关课题和资料支持。）

[1]宋英华：突发事件应急管理导论[M].中国经济出版社，2009.

[2]周南：塌桥之痛——近年中国桥梁垮塌事故之Top8[J].中国市场，2007（33）.

[3] 项海帆：中国桥梁史话[J].地图，2004（5）.

[4]杨渡军：船舶撞墩毁桥事件的研究现状[J].重庆交通学院学报，1985（4）.

[5]刘健新：汶川地震桥梁破坏及中外桥梁抗震设计规范对比[J].筑路机械与施工机械化，2010（11）.