芻議我國道路橋梁設計的理念變更及實踐進展

唐瑩　鄒愛琴

摘 要：設計作為道路橋梁工程中的重要環節，對后期的施工、運行、維護、報廢、回收環節起著至關重要的作用。文章概述了我國改革開放以來路橋設計上的理念變更及實踐進展，以期了解路橋設計的發展方向，從而為路橋工程的發展提供指導。

關鍵詞：道路橋梁設計；理念；耐久性設計；全壽命周期

引言

國內經濟的高速發展對基礎交通設施建設提出了嚴峻的要求。如何使道路橋梁建設滿足日益加速的城市化進程和蓬勃發展的交通運輸業已成為目前路橋工程的關鍵議題。縱觀我國改革開放以來的交通設施建設，道路橋梁設計雖然積累了豐富的經驗，但同時也暴露出設計理念落后、對設施耐久性與安全性關注不夠、設施實際使用壽命短等問題，如何改善這些問題也成為業內學者關注的焦點。圍繞這些問題及其解決方法，文章將總結我國道路橋梁設計的理論與實踐上的進展。

1 我國路橋設計理念的發展

1.1 道路橋梁設計方案選擇由主觀走向科學

道路橋梁設計是一項復雜的系統工程，設計人員在篩選設計方案時需要根據“經濟、適用、安全、美觀”八字原則考慮許多因素，包括當地的水文地質條件、氣象條件、車輛載荷、施工成本預算、工期、建筑材料、施工技術、設計規范、國家標準和行業標準等。然而，這些因素相互關聯、相互制衡、相互牽制，“經濟、適用、安全、美觀”這些原則很難同時滿足，因此道路橋梁設計也可以看作是一個復雜的非線性決策系統。多年來，往往依靠設計人員的經驗先初選建材、布置、結構尺寸，在此基礎上進行結構分析和受力分析，最后得到滿足適用性和安全性要求的、成本最低的設計方案。這種依靠主觀經驗篩選出的設計方案往往忽視了道路橋梁的耐久性，因此隨著使用年限增長以及載流量的增大，容易誘發安全事故。近年來，有學者建議，在選擇設計方案時，應該采用最大關聯度模型、層次分析模型、模糊綜合評判模型等較科學的數學模型方法，以代替主觀、片面的決策過程[1，2]。這可以看作是科學決策理論與路橋工程學科交叉的過程，對于我國道路橋梁設計的理念的進一步完善是有利的。

1.2 “耐久性設計”理念的提出與發展

范立礎院士[3]曾經指出，我國多年來普遍采用的路橋設計理念與歐美等先進國家存在一定差距。比如，以“經濟、適用、安全、美觀”八字原則指導的傳統路橋設計偏重建設施工過程，輕視維護管理；重視結構強度，忽視耐久性。事實表明，這種相對短視的設計理念使我國在路橋運營和維護檢修中付出了嚴重代價。這種設計理念主要是基于建設施工過程的，同時兼顧設計使用年限，其嚴重缺陷是沒有給予路橋的環境影響和使用壽命以足夠的重視。

與以往的設計理念不同，“耐久性設計”是基于全壽命周期的設計。所謂全壽命周期，其定義是道路橋梁從規劃設計開始到拆除的完整時間段。從時間長度上來看，全壽命周期不僅包含設計使用年限，還包含養護、維修、報廢、回收階段，是一個“從搖籃到墳墓”（from cradle to grave）的完整周期。采用“耐久性設計”的最顯著好處是，在設計時考慮全局成本而非僅建筑施工成本，從源頭上避免出現路橋后期運營維護費用過大的隱患。保證道路橋梁的耐久性使用需要設計、施工、運營和維護各階段的投入，“耐久性設計”尤其強調要把周期性維護檢修的成本考慮在內。在耐久性設計中，后期維護的可行性及維護難度作為重要因素被給予了較高的權重，這很有可能決定最終采用的設計方案。“耐久性設計”理念符合可持續發展觀念的設計理念，它以建筑設施的整體使用性能為目標函數，符合設計初衷和人民的根本利益。

由于面向全壽命周期，“耐久性設計”理念有時也被稱作“全壽命設計”。后者作為目前許多學者所推崇和提倡的學術概念，其實擁有更廣泛的內涵。“全壽命設計”思想是“耐久性設計”理念的進一步發展，它要求設計人員不僅考慮建筑設施的使用性能，同時還必須考慮道路橋梁對周圍環境的深遠影響，以環境效益、社會效益、經濟效益的平衡為最終衡量目標。

2 我國道路橋梁設計的實踐進展

伴隨著設計理念的逐漸完善與進步，我國道路橋梁設計實踐取得了長足進展。以發展的眼光來看，我國的路橋設計水平與發達國家的先進設計水平之間的差距在逐漸縮小，各地拔地而起的大跨度橋梁、城市立交橋、山區公路與隧道表明我國的路橋工程蓬勃發展。

2.1 計算機輔助技術的深入應用與路橋設計水平的切實提高

在路橋設計過程中，利用專業軟件的快速優化、仿真分析、算法比較等功能或者計算機輔助設計（CAD）軟件，可以大大優化道路橋梁的設計過程。CAD的廣泛應用使得平面定線、縱斷面設計、橫斷面檢查、平面調整等流程自動優化進行，極大解放了我國道路橋梁設計人員的生產力，減輕了他們的勞動強度。目前國內路橋CAD軟件的發展呈現“百花齊放”的態勢，先后涌現出“緯地三維道路設計系統”、“路線大師”、“EICAD”、“海地”等優秀國產道路CAD軟件及“橋梁博士”、“橋梁大師”、“橋梁通”等優秀國產橋梁CAD軟件。CAD軟件的普及不僅表明我國路橋設計人員的從業水平整體較高，而且表明我國的路橋設計已經初步符合“標準化設計”的現代設計理念。

隨著快速發展的計算機技術被運用于路橋設計和施工，通過數值模擬與仿真分析，設計師們能夠更精準地模擬路橋建造過程中的各種工況、路橋建成后的結構、外觀和功能，設施在臺風、地震及其他突發條件下的運行表現，路橋設施對周圍生態環境的影響以及視覺效果，便于方案在“全壽命周期”的時間尺度內進行綜合比較。

2.2 智能檢測設備和無損檢測技術的應用與設計方案細節的動態調整機制

在路橋設計完成、施工完成、投入運行后，對路橋的定期維護和修養就成為保證其使用壽命的關鍵。智能檢測設備和無損檢測技術不僅可以使維護人員輕松發現裂縫和伸縮縫，及時進行維修防護；而且這些設備技術還使工程的遠程監控管理成為可能，從而降低運營成本。

根據“耐久性設計”與“全壽命設計”的理念，運營維護期間發現的問題一般會及時反饋給設計者，以便分析成因，從而在以后的設計中有所借鑒。此外，針對保養維護期間發現的問題，設計師們根據實際情況對設計方案細節往往會進行動態的調整。例如，假設某所橋梁的整體設計壽命為100年，然而各部件的使用壽命并不可能達到100年。根據物料特性，橡膠支座壽命最多為20年，拉索壽命僅為15年，拉索的護套壽命為18年，鋼結構的最佳油漆保護期為15年。設計師在對零部件進行替換、修理、加固時應該充分考慮到技術與材料的升級換代，靈活調整原來擬定的加固方案。在傳統的路橋設計理念中，設計工作是“一勞永逸”的：隨著施工完成、設備投入使用，設計人員的使命就完成了。然而，在引入“動態調節機制”的“全壽命設計”中，設計人員是始終負責的。及時地反饋和調整機制不僅有助于提高設計人員的水平，更有利于維護道路橋梁的使用壽命。

3 結束語

無論在理論還是實踐上，改革開放以來我國的道路橋梁設計都取得了長足的進展。科學決策理論、可持續發展理論、計算機技術與現代檢測技術與路橋工程的學科交叉是促進這些進展的深層原因。路橋設計師應當與時俱進，以積極的心態學習、了解技術進步，提高自己的設計水平。另一方面，在我國當前時代背景下的一些國情，如節假日車流量過高、車輛超載情況嚴重等，也對路橋工程提出了新的挑戰，這也是路橋設計師們的重要研究課題與研究方向。

參考文獻

[1]翁朔.關于道路橋梁設計的關鍵問題分析[J].建筑界，2013（7）.

[2]劉吉福，尹敬澤，劉事蓮.最大關聯度法在珠三角高速公路路橋比選中的應用[J].公路，2013（7）.

[3]范立礎.橋梁工程安全性與耐久性-展望設計理念進展[J].上海公路，2004（1）.

作者簡介：唐瑩（1985-），女，助工，本科，從事道路橋梁設計工作。