港珠澳大橋的『科技密碼』

在“海上絲綢之路”的起點，一條巨龍將茫茫伶仃洋劃為兩半，蜿蜒綿亙伸向遠方……10月24日，港珠澳大橋正式通車運營，用最燦爛的姿態連接起香港、珠海、澳門三地，自此3小時的車程縮短至約45分鐘。400多項新專利，整體設計和關鍵技術全部自主研發，120年使用壽命的中國標準驚艷了全世界。

圖/東方IC

10月24日清晨，一輪朝陽從伶仃洋海面騰空而升，陽光穿過港珠澳大橋“中國結”橋塔，照在粵港澳大灣區的土地上，喚醒了大橋連接著的港珠澳三座城市。

幾乎是在同一時間，三城的人們開始從各自的出發點，向著港珠澳大橋三地的通關口岸前進，一同相擁這座舉世矚目的“超級工程”。

“這注定是一個激動人心、載入史冊的日子！”上午9時整，經港珠澳大橋珠海公路口岸通關的一位貨柜車司機駕駛粵港兩地雙牌車，穿越海上高橋，遁入海底隧道，向香港方向飛馳而去，“曾經不敢想、不可及的夢想變為了現實”。

曾經伶仃一夢，如今天塹通途。澳門特區政府交通事務局局長林衍新難掩激動地說：“從10月24號9點開始，粵港澳大灣區6000萬人的生活從此就不一樣了。”

作為“國之重器”，全長55公里的港珠澳大橋被譽為橋梁界的“珠穆朗瑪峰”，是世界上最具挑戰性的超級工程之一，也是世界最長跨海大橋，包攬了多項“世界之最”，背后是無數中國制造的硬實力支撐，它以創新技術、先進工藝巍然屹立于伶仃洋。

超級工程凝聚中國智慧

“港珠澳大橋是一座名副其實的科技大橋，在這些世界級挑戰的背后，是一系列創新攻堅和科技支撐的強力驅動。”港珠澳大橋管理局總工程師蘇權科表示，從籌備到建成，港珠澳大橋建設歷時14年，攻克了多個世界級難題，打破了多項世界紀錄，是當之無愧的世紀工程。

人工島221天“拔海而起”

港珠澳大橋海底隧道是我國首條外海沉管隧道。隧道建設的第一戰就是要以最快速度在海中建起兩個離岸人工島，實現海中橋隧轉換銜接。

在港珠澳大橋建設之前，我國建造外海人工島的技術積累幾乎是空白。在水深10余米且軟土層厚達幾十米的深海中，如何打下這個超級工程的“基座”，成為大橋島隧工程項目部團隊面臨的難題。

在外海造人工島，既要解決工程技術難題，也要兼顧保護中華白海豚國家級自然保護區的生態環境，需要平衡的因素很多。建設團隊反復研究論證，創新提出了用大直徑鋼圓筒圍造人工島的思路。這一史無前例的創新工藝在國內外沒有經驗借鑒，建設團隊花了大半年時間設計、論證、實驗。

經過多方專家論證，超大直徑鋼圓筒、液壓振動錘聯動的優化方案被正式采納為最終方案，這也成為港珠澳大橋島隧工程的一項創舉。兩個人工島建設共用了120個直徑22.5米、最高50.5米、重達500噸的鋼圓筒，242個副格，每個鋼圓筒都相當于一棟高層住宅樓。這些鋼圓筒分批次建造，再由8萬噸級遠洋運輸船從上海運到珠江口，在工程中使用如此重量級的運輸船在國內尚屬首次。

港珠澳大橋的島隧工程采用了世界首創的八錘聯動液壓振動錘和“鋼圓筒振沉管理系統”，為超大鋼圓筒振沉安上了“眼睛”。在伶仃洋海面上，1600噸起重船“振浮8號”吊著振沉系統和鋼圓筒，在自主研發的“鋼圓筒振沉管理系統”的引導下，實現了準確定位。

2011年5月中旬，液壓振動錘將首個鋼圓筒沉入水底，插入泥中21米，垂直度偏差小于1/500，港珠澳大橋島隧工程首個世界超大直徑、超深埋深、超大體量鋼圓筒順利振沉，揭開了西人工島島壁結構施工序幕。同年9月，隨著第61個巨大的鋼圓筒穩穩插入珠江口開闊的海面上，港珠澳大橋海中西人工島主體結構宣告完成。

在221天內，120個巨型鋼圓筒在伶仃洋海面圍成兩個小島，實現了“當年開工、當年成島”計劃，創造了鋼圓筒單體體量、振沉精度、振沉速度等多項世界紀錄。

▲2011年9月11日，港珠澳大橋島隧工程西人工島最后一個鋼圓筒振沉成功（圖/新華社）

萬噸級巨型沉管“海底穿針”毫厘不差

在港珠澳大橋建成之前，世界上比較長的現代沉管隧道只有丹麥與瑞典之間的厄勒海峽沉管隧道和韓國釜山—巨濟的沉管隧道兩條，長度分別為3.5公里和3.2公里。港珠澳大橋的海底隧道為6.7公里，建設面臨海底隧道最長、隧道埋深最深、單個沉管體量最大等世界性難題。

在無任何國內外經驗可借鑒的情況下，大橋島隧工程團隊對外海深水沉管安裝創新技術及裝備進行獨立研發，并取得一系列技術突破。

島隧工程的沉管段總長5664米，共分33個管節，每個標準管節長180米、寬37.95米、高11.4米，單節沉管重7.4萬噸，最大沉放水深44米。工程采用節段式柔性管節結構，施工時采用8艘大馬力全回轉拖輪協同作業，配置深水無人沉放系統的國內首條安裝船通過遙控等技術，調整管節姿態實現精確對接。

在施工中，團隊創造了“半個月內連續安裝2節沉管”“極限3毫米對接偏差”等多個紀錄，采用主動止水的沉管隧道最終接頭，化被動止水為主動式壓接止水，變人工作業為機械化作業，降低了水下作業強度，確保了施工質量。

為了保障工程需要，珠海牛頭島建設了目前世界上最大的沉管預制廠，為大橋的海底隧道制作了33個巨型沉管。其中，有5節是半徑5500米的曲線段沉管，首開曲線沉管工廠法預制先河。2013年5月，島隧工程順利完成首節沉管的海上浮運，并實現隧道與人工島轉換的首次對接。

打破國內大橋“百年慣例”

港珠澳大橋設計使用年限首次采用120年標準，打破了國內大橋的“百年慣例”。在“高溫、高濕、高鹽”的海洋環境下，土木工程的致命問題就是“海水腐蝕”。那么達到120年使用要求最關鍵的就是耐久性設計。

目前國內外耐久性設計普遍采用經驗法或半定量法，而港珠澳大橋突破傳統，采用的是基于可靠度理論的定量設計方法，這是個在歐盟、美國等國家和地區開展過研究，實際工程中未曾真正使用過的方法。該方法需要有可反映結構材料性能隨時間變化的大量工程數據。中交四航工程研究院通過對大量數據的篩選、完善，并按照可靠性設計方法進行概率統計分析，最終建立了基于可靠度理論的“港珠澳模型”，據此確定了耐久性設計指標。

“針對特定的海泥環境，我們先后從涂層的抗滲透性、耐陰極剝離性等著手研制新型涂料，解決涂層的耐久性問題。”中科院金屬研究所耐久性防護與工程化課題組負責人李京指出，他們研制出新一代高性能環氧涂層鋼筋，并參與大橋基礎的防腐涂裝施工，保障了港珠澳大橋120年耐久性設計要求。

復雜的海床結構、惡劣的自然環境、超長的跨度距離，對橋梁鋼是一個巨大考驗。支撐起這座特大型橋梁的高性能綠色橋梁鋼，大部分是基于東北大學王昭東教授團隊研發的基于新一代控軋控冷工藝。該工藝使鋼材組織細化35%以上，析出相尺寸減少25%以上，有效滿足了橋梁鋼高強度和高韌性的需求。通過優化的“成分設計+控制軋制+軋后超快冷卻”組合拳，滿足了橋梁的抗震和抗應變設計。

這些技術對港珠澳大橋施工質量控制及保證其120年壽命發揮了重要作用。“這座橋的使用壽命符合全球標準，”參與大橋設計的跨國工程公司奧雅納的全球橋梁負責人納伊姆·侯賽因說，“經過適當的維護，壽命還可以在原計劃的基礎上再延長40年到50年。”

▲港珠澳大橋島隧工程首節大型沉管浮運安裝施工現場（圖/新華社）

“搭積木”模式拼裝抗風、抗震高強度橋梁

港珠澳大橋是像“搭積木”一樣拼裝出來的。先在工廠里把橋墩、橋面、鋼箱梁、鋼管樁等生產出來，等到伶仃洋風平浪靜時再組裝起來，首次實現“大型化、工廠化、標準化、裝配化”建設理念。

“大鋼箱梁運到現場安裝，安裝誤差必須控制在1厘米以內，每個焊縫不能超過2厘米，難度非常大。”伶仃洋上多臺風，為了趕在臺風來臨前完成施工，華南理工大學王榮輝教授團隊在國內首次采用多工法、不對稱、多塔斜拉橋的施工控制技術，完成世界首次3100噸巨型鋼索塔整體施工。

今年強臺風“山竹”登陸時，當全國人民都為港珠澳大橋捏一把汗時，它穩固屹立。大橋之所以能牢牢“站穩”，抗16級臺風、8級地震，離不開科學的數據支撐。

“前期周年觀測工作早在2007年就開始了。通過現場波浪觀測和分析計算，從而實現潮汐潮流長期預報、臺風等極端個例的工程分析等目的。”華南理工大學教授朱良生總共觀測出包括“黑格爾”在內的7個臺風，“拿到觀測數據非常困難，部分設備需要依靠千噸以上的海事船進行投放，并在臺風季節開展為期3個月的同步對比觀測。”

力爭實現“世界級運營”

港珠澳大橋全線通車運營后，這個超級工程“由建轉營”進入“下半場”。那么，“一流橋梁”將如何實現“一流運營”服務？

實現運維智能化

港珠澳大橋連接粵港澳三地，由三地共同組建的港珠澳大橋管理局負責投資、建設和運營管理。

“以港珠澳大橋的體量，用傳統人海戰術進行維養，將難以滿足提供優質服務的目標要求。”港珠澳大橋管理局局長朱永靈表示，管理局將從軟硬件兩方面著手，實現運維管理由“傳統型”向“智慧型”轉變。一方面大力推進各業務版塊機械化作業；另一方面，建立智能化管理平臺，運用信息化及大數據處理技術，研發實施多維度的移動應用和信息共享。

港珠澳大橋可謂生逢其時。2017年，科技部和交通運輸部聯合推動將港珠澳大橋納入“中國人工智能專項”技術應用示范領域。以橋梁結構監測為例，為有效掌握大橋結構狀態及發展演化趨勢，大橋“全身上下”已安裝上萬個元器件，通過健康監測系統與電子化人工巡查系統，可實時自動采集并分析監測數據，確保大橋結構安全。

由中國鐵塔股份有限公司負責的港珠澳大橋主體工程“信息大橋”方案與港珠澳大橋實現了同步規劃、同步設計、同步建設。即使在港珠澳大橋深達近50米的海底沉管隧道內，手機上的4G網絡信號依然滿格。

“為把最先進的高鐵系統集成技術與高速公路機電系統有機銜接，項目部研發構建了專屬港珠澳大橋的全壽命周期集成BIM（建筑信息模型）系統。它們讓大橋擦亮了‘眼睛’，裝上了‘耳朵’，變得暢通而智能。”中國鐵建港珠澳大橋項目經理蔡俊福說。

▲港珠澳大橋監控中心（新華社鄧華攝）

“自營模式”提升服務水平

港珠澳大橋管理局營運管理部部長江曉霞表示，結合大橋運維工作特性，為實現大橋從建設期向運營期平穩過渡，并解決原有建設人才分流安置問題，港珠澳大橋在保持建設期管理架構基本不變的情況下，將營運籌備工作動態疊加到各業務部門，并專門成立營運管理部。

由于大橋安全管控涉及水域通航安全保障、道路交通安全管控、消防應急保障、防恐及社會公共安全突發事件處置等，為保證高效率應急救援，提供優質通行服務，港珠澳大橋采取自營模式。

高效率應急救援、高水平維修保養是營運工作服務化轉型的題中之義。為實現“大監控、大安全”的管理理念落地，港珠澳大橋管理局自行成立路政大隊，組建拯救大隊，與監控、養護等人員一起構成應急狀態下的安全保障力量。

激發品牌效應實現經營市場化

作為連接粵港澳三地的世界級跨海通道，品牌價值可開發空間和潛力巨大，賦予了大橋更多經濟功能和社會功能。

“經營市場化有其內在現實原因和獨特資源優勢。”港珠澳大橋管理局副局長余烈表示，一方面項目投資巨大，有必要利用品牌資源、通道資源和其他資源進行綜合開發，以彌補通行費收入不足的問題，減輕三地政府財政負擔；另一方面，港珠澳大橋已積累了一大批具有自主知識產權的技術和管理成果。

“我們可把工程建設關鍵技術轉化為行業標準和規范，為行業輸出‘港珠澳大橋標準’。一些研發成果可通過與市場企業緊密合作，實現科技成果推廣轉化。”余烈說。

靠近香港海域的東人工島二層至四層為預留商業開發及橋梁展廳。江曉霞說，后期爭取三地政府充分授權，港珠澳大橋管理局將利用“一橋兩岸三地”獨特優勢資源，開展廣告、旅游、會議會展、通道資源等經營業務，實施綜合開發策略。

發展引擎點燃大灣區融合加速

港珠澳大橋通車后，首次實現三地陸路連接。駕車從香港到珠海、澳門由3個小時縮短至約45分鐘。

港珠澳大橋總設計師孟凡超認為，港珠澳大橋會使粵港澳三方受益。大大縮短的香港、澳門與珠海之間的時空距離，不僅為香港經濟持續繁榮創造條件，同時也推動了整個珠三角的經濟社會發展，并縮小粵西、粵東的經濟發展差距，加速粵港澳經濟一體化進程。

港珠澳大橋是粵港澳大灣區互聯互通的重要基礎設施，其落成使用將點燃融合發展的引擎。“港珠澳大橋有如打通了粵港澳大灣區的‘任督二脈’。”香港中聯辦主任王志民如此比喻。根據設計容量，港珠澳大橋每日可以穿梭20萬架次車輛，加上徐徐鋪開的城軌與地鐵“毛細血管”，粵港澳大灣區可形成“一小時生活圈”，各類合作也能獲得更廣闊的天地。宜業、宜商、宜居、宜學、宜游的大灣區藍圖將從愿景變為現實。

香港貿易發展局副總裁葉澤恩表示，港珠澳大橋開通后，不同關稅區之間的貨物將順暢流通，這將提升物流運輸和供應鏈管理效率，令粵港澳大灣區建設成為香港乃至亞洲經濟的新增長點。

此外，作為“海上絲綢之路”的重要節點，港珠澳大橋還凝聚了另一個共識：因為大橋，粵港澳大灣區的發展擁有了更多想象空間，未來其輻射范圍有望遠及“一帶一路”乃至全世界。（本刊綜合）※