關于建立健全交通基礎設施長壽命安全保障體系的戰略思考

杜彥良，孫寶臣，吳智深，錢永久，高陽

（1.石家莊鐵道大學，石家莊 050043；2.東南大學，南京 210096；3.西南交通大學，成都 610031）

一、前言

交通基礎設施是社會交通體系的核心部分，事關國計民生和國家安全，具有社會公益性、經濟先導性和軍事戰略性等基本屬性。改革開放以來，我國交通基礎設施建設取得了令人矚目的成就，其建設體量已躍居世界首位。截至2016年年底，我國公路總里程達到4.6×106km，其中高速公路里程超過1.3×105km，覆蓋90%以上城鎮；鐵路總里程達到 1.24×105km，其中高速鐵路運營里程超過2.2×104km[1]。但是，由于材料性能退化、超載、自然災害等因素，導致以橋梁、隧道、道路、地鐵、交通樞紐等為代表的部分交通基礎設施和重大工程結構，存在著安全隱患多、使用壽命短、各類事故頻發、災害損毀嚴重、“老齡化”顯現、維護管理費用增加等突出問題。據不完全統計，在公路網中，2014年各類危橋數量達7.96萬座，約占橋梁總數的10.5%[2]；僅重慶的187座高速公路的隧道中，就有1/3呈現滲漏水現象，從而導致隧道事故頻發。因此，亟待開展交通基礎設施長壽命安全保障體系的系統研究和建設工作，以全面提升長壽命安全保障和減災防災應急處治能力，確保交通基礎設施的長壽命安全服役和交通大動脈的安全暢通。這對支撐國民經濟可持續發展、保障人民生活安穩有序、助力國家安全和社會穩定，具有十分重要的戰略意義。

二、我國交通基礎設施面臨的嚴峻形勢和重大挑戰

（一）結構病害嚴重，安全隱患增多，“短壽命”突出

交通基礎設施經受著復雜環境（風、雨、雪、車輛荷載、海洋環境等）的長期作用，以及突發自然、地質災害侵襲（或恐怖襲擊）等多因素致災威脅，造成結構病害不斷增多、承載力不斷下降、功能不斷喪失，甚至結構垮塌等突發事故；同時，由于結構設計不合理、施工組織與管理不當、材料性能缺陷、嚴重超載服役、病害診治手段不足、養護維修不及時等，導致工程質量安全隱患增多，實際使用壽命遠低于預期設計壽命，“短壽命”問題突出。如何創新工程施工管理措施和技術手段，使其保持長期性能、安全服役，成為當前亟待解決的重大問題。

以橋梁為例，我國1/4以上的橋梁存在結構性缺陷、不同程度損傷和功能性失效等安全隱患，60%的橋梁實際壽命不足25年；1999年以來，重大橋梁垮塌事故就有40多起，造成了巨大的財產損失、人身傷亡和惡劣的社會影響。隨著橋梁運營時間的增加、材料與結構的自然劣化以及重載交通壓力的持續增加，橋梁結構的運營安全及運營形勢依舊十分嚴峻（見圖1）[3,4]。

我國隧道病害嚴重，截止2015年年底，已建成運營的公路隧道總里程已經達到了12 683.9 km。然而，隨著隧道運營時間的增長，大量的隧道出現了各種病害，如滲漏、襯砌開裂、碳化腐蝕等。如浙江寧波境內國省道及縣鄉道的58座公路隧道中，發生病害的長度約占總長度的36.5%；京九鐵路、漳龍鐵路、京廣鐵路等的100余座隧道的病害率約為11.6%[5]。截至2016年1月，全國鐵路隧道病害率為48.78%，其中合資鐵路為37.46% [6]。

（二） “老齡化”問題日益凸顯，長壽命安全服役面臨諸多難題

圖1 2001—2015年我國的危橋數量

交通基礎設施的設計使用年限一般為50～100年。在實際使用過程中，除了部分存在“短壽命”問題外，還有相當數量的交通基礎設施能夠接近或達到設計使用壽命，進入“老齡化”。預計未來20～30年，我國交通基礎設施“老齡化”問題將進入高峰期，運營風險增大，應提早制定科學合理的對策。例如，我國早期建造的武漢長江大橋[7]、大瑤山隧道[8]、北京1號線地鐵[9]等重大交通基礎設施，由于建造質量高、養護維修管理好，即使達到設計使用壽命，仍有可能維持正常使用功能并具有進一步延長使用壽命的潛在能力。

我國交通基礎設施數量多、規模龐大，是一筆巨大的社會財富和固定資產。對于已達到服役壽命而結構性能良好并具有一定使用功能的交通基礎設施，如果投入巨資拆除重建，不僅會造成大量資源的浪費，而且會因繁忙的交通、環境條件或地理空間等的制約而變得難以實現；如果繼續使用，則面臨著壽命評估預測、性能恢復提升、長壽命安全保障等諸多技術挑戰。因此，如何積極應對交通基礎設施“老齡化”問題，在確保安全的前提下延長使用壽命，是擺在我國科技工作者面前的一項刻不容緩的重要任務。

（三）國家層面尚未形成完善的長壽命安全保障體系

我國一直高度重視交通基礎設施的安全保障工作，在技術、管理、法規等方面形成了多種安全保障技術方法，為保障交通基礎設施的安全運行發揮了重要作用。

但是，由于我國交通基礎設施的設計、建設與管理存在行業和區域條塊分割，相關法律法規與技術標準不統一、不完善，缺少統一的理念與認識，導致長壽命安全保障體系不健全，缺乏國家層面的頂層設計和系統規劃，與發達國家相比差距較大，“重建設、輕養護”觀念比較突出。具體體現在：在勘察、規劃、設計、建造、運營、維護等過程中，缺乏對長壽命安全保障的系統考慮，安全狀態和剩余壽命評估預測還缺乏必要的理論和技術支撐；對重大工程結構性能的保持、提升與恢復，從理論、技術和裝備等諸方面均有待深入研究；尚未形成完善的交通基礎設施長壽命安全保障技術體系、管理體系、法律法規以及可持續設計建造及維護管理的精細化標準體系。

綜上所述，我國交通基礎設施在長壽命安全服役方面面臨嚴峻挑戰，安全形勢不容樂觀，存在著安全隱患多、服役壽命短、“老齡化”日益凸顯、長壽命安全保障技術落后等突出問題。因此，我國應提早規劃并加強交通基礎設施長壽命安全保障理論與技術體系的系統研究與建設工作，逐步形成比較完善的長壽命安全保障體系，確保交通基礎設施的長壽命安全服役和交通大動脈的安全暢通。

三、發達國家在長壽命安全保障方面的現狀及啟示

在交通基礎設施建設發展的過程中，發達國家的大規模工程結構建設比我國起步早，“老齡化”程度比我國突出。為了充分挖掘既有工程結構的功能潛力、減少國家投入，許多國家以結構經濟耐久、綠色健康為目標，制定了旨在提升交通基礎設施長壽命安全服役能力的國家戰略性規劃或研究計劃，以全面保障交通大動脈安全長久運行，支撐國家經濟建設的可持續發展。

進入21世紀后，美國、日本和歐洲等國家和地區已強力推進與延長橋梁壽命相關的科研工作和工程實踐，例如，歐盟的可持續橋梁項目[10]和長壽命橋梁項目[11]，日本的橋梁長壽命化維修計劃[12]，美國的公路戰略研究計劃二期（SHRP 2)和橋梁長期性能研究計劃（LTBP）等[13]。

1988年美國實施了《路面長期使用性能研究》（LTPP）[14～17]，對典型路段開展了20年的跟蹤觀測，加拿大等20多個國家參加了該項國際合作；隨之，2008年美國啟動了LTBP [18～20]：計劃用20年時間，建立詳細即時的橋梁健康數據庫，開展橋梁結構性能基礎理論和應用技術研究，最終提高橋梁安全性、可靠性和長壽命安全保障能力。2015年日本發布了以“構筑長壽命安全保障體系、提高傷損毀抵抗能力”為目標的發展規劃：通過采取檢（監）測監控措施和預防性養護維修新理念，推動現代監測技術等相關高新產業的發展，使由性能退化導致的重大事故為零。韓國提出了“橋梁200計劃”，計劃通過設計、施工、養護維修管理等技術的全面提升，將橋梁設計使用壽命提升到200年以上。另外，英國啟動了“道路資產管理系統計劃”，計劃投資150億英鎊用于改善100多條主干道路的安全狀況，實現長壽命安全服役。澳大利亞和新西蘭啟動了“資產維護管理計劃”，該計劃提供關于公路的整體發展、管理及運營的戰略性指導[21]。

因此，國外發達國家均以“長壽命安全服役”為目標，制定了相應的國家戰略性規劃或研究計劃，以全面支撐交通基礎設施長壽命安全服役和國民經濟的可持續發展。我國也應借鑒發達國家的先進理念和經驗，從國家層面統籌規劃，逐步形成與我國交通基礎設施發展相適應的長壽命安全保障技術體系、管理體系和標準體系，確保交通基礎設施的長壽命安全服役，并在該領域躋身國際先進水平。

四、構建交通基礎設施長壽命安全保障體系的思路

針對我國交通基礎設施存在的結構病害嚴重、“短壽命”突出、“老齡化”日益凸顯、長壽命安全服役面臨嚴峻挑戰等問題，我國應借鑒發達國家在長壽命安全保障方面的先進經驗，開展交通基礎設施長壽命安全保障體系的系統研究，建立完善的“交通基礎設施長壽命安全保障體系”。為此，提出我國交通基礎設施長壽命安全保障體系建設的總體目標、戰略任務及相關建議。

（一）總體目標

以我國交通基礎設施可持續發展為導向，以經濟耐久、綠色節能、安全可靠、健康長壽為目標，以信息化、標準化、專業化、精細化與智能化為切入點，從國家層面統籌規劃，推進交通基礎設施長壽命安全保障理論與技術體系的研究與建設，全面提升對重大工程結構的監控、診治與防災減災應急處置能力，使我國工程結構的建養水平與服役壽命達到或超過國際先進水平。

（二）戰略任務

（1）基于現代信息技術、檢（監）測技術、評估預測與先進維護技術，通過長壽命安全保障理論與技術的科技攻關，突破服役性能長期保持、服役壽命顯著提升和病害結構快速康復等技術瓶頸，推動我國工程結構新型設計理論、建造與再建造、工程科學與現代材料等相關學科的創新。構建以“健康監測、安全評估、壽命預測、先進養護與應急處置”為核心的重大工程結構長壽命安全保障體系，培育新興產業發展，在面向工程結構現代無損檢（監）測、診斷技術與裝備等方面占領世界制高點。

（2）通過對新理論、新材料、新結構、新裝備、新工藝和新標準的研究，與互聯網+、云計算、大數據、機器人與虛擬現實等信息技術深度融合，突破現有條塊分割的“信息孤島”壁壘，實現全壽命周期信息全覆蓋。構建基于“勘察設計、建造施工、養護維修、運營管理”全壽命周期的管理決策體系，推進以預知性維修為主體的先進養護管理體制變革，顯著降低重大工程結構的事故率。

（3）堅持技術創新、循環經濟、資源節約、綠色環保與可持續發展的理念，系統梳理現有法規、標準、規范等制度，按照多規合一的新思想，建立可持續設計建造與維護管理全過程的重大工程結構長壽命安全保障政策法規與標準體系，加強本領域的學科建設與人才培養，推進我國科學管理、全面監控、應急高效的信息化、自動化、智能化的智慧交通，使我國從重大工程結構建設大國向“建養”強國邁進。

（三）具體建議

（1）盡快啟動我國“交通基礎設施重大工程結構長壽命安全保障體系”建設工作，統籌規劃和制定中長期發展計劃，確定戰略發展目標、發展方向和重點科技任務，制定實施方案和發展路徑。

（2）建議國家科學技術部將“交通基礎設施重大工程結構長壽命安全保障體系”研究列入國家重點科技研發計劃，持續開展長壽命安全保障理論與技術體系的科技攻關，逐步形成比較完善的長壽命安全保障體系，全面提升長壽命安全保障和減災防災應急處置能力。

（3）建議國家發展和改革委員會等相關部門設立“以交通基礎設施長壽命安全保障為核心的維護管理戰略性新型產業振興行動計劃”，培育和推動相關新興產業的快速發展，設立若干國家工程實驗室以支持該項工作。

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