交通基礎設施面對的挑戰

文/中國工程院院士、中國鐵道學會理事長 盧春房

截至2017年底，我國高速公路里程、高速鐵路里程、萬噸級及以上生產用碼頭泊位數量、城市地鐵里程均居世界第一，總體技術水平世界領先。從國內外發展趨勢分析，交通基礎設施主要面臨三大挑戰：新技術、安全和綠色發展。

新技術的挑戰

中國正處于規模擴張向質量提升轉變的階段，高質量發展對新技術提出了新的挑戰，主要體現在基礎理論和前沿技術、信息化技術、材料技術三個方面。

首先，在基礎理論和前沿技術方面的挑戰眾多。比如隧道結構設計與建設技術理論和標準體系；更大體量、特殊復雜環境條件下交通基礎設計、建造和養修技術；混凝土結構劣化與災變機理；交通基礎設施建養一體化技術；更高速度輪軌系統、磁懸浮、真空管道等新型交通運輸技術等。這些方面都是國際國內交通領域研究的熱點問題，亟待展開深入研究，以引領交通基礎設施建設技術的發展。

其次，信息化技術在各個領域也面對重重挑戰。比如，國外先進國家BIM應用相對較為成熟，而我國起步較晚，BIM標準體系尚不完整，對建設期各施工環節的自動化監測與信息采集尚未普及，數據與BIM模型的結合與應用也還處于摸索階段。隨著德國工業4.0和美國“再工業”等工業發展戰略的實施，發達國家加大了裝備的軟件研發投入，其施工裝備信息化、一體化水平相對較高，而我國施工裝備還有一定提升空間。

無人機+大數據技術正催生橋梁檢測監測行業的升級

另外，材料技術的挑戰體現在以下方面：在基于疲勞與環境綜合作用下混凝土結構耐久性評估與壽命預測、長壽命結構混凝土設計與制備技術，具有自診斷、自調節、自修復功能的智能混凝土制備技術，混凝土結構、鋼結構長效防護與再防護技術體系等方面，國外已有較多研發成果和應用。而我國在高強度、高韌性、高耐候性、易焊接性等高性能鋼材的研發與應用水平上還有待加強，高分子材料、復合材料及智能材料的研發和應用尚需深入研究。

安全的挑戰

安全始終是交通行業首位的工作。我國交通安全領域主要面對著老舊設施、自然災害、檢測診斷三個方面的挑戰。

老舊設施方面：據有關數據統計，截至2017年年底，我國公路橋梁總數80余萬座，其中危橋有9萬座；50年以上鐵路隧道有1776座、橋梁13040座。這些設施維修工作量大、抗自然災害能力差、投入需求高，部分設施已經發生過一些事故，是未來潛在的危險源。

自然災害方面：我國自然災害頻發，對交通基礎設施影響巨大，特別是地震災害的預警系統，泥石流、滑坡的預防措施尚不完備，一旦災害來臨，交通安全將受到極大考驗。

檢測診斷方面：雖然PHM（故障預測與健康管理）技術已在交通領域使用，但對于12.7萬公里鐵路、477萬公里公路、229個機場、5033公里地鐵的監測檢測和故障診斷全覆蓋還有很長一段路要走。國內相關行業很大程度上還在靠人工檢查、靠經驗判斷，這樣的方式在時間上不連續、空間上有空白、診斷上不嚴謹。因此，安全隱患是存在的。

綠色發展的挑戰

在新時期統籌推進“五位一體”的總體布局下，綠色發展、節能環保的發展方向對交通提出了新的挑戰。綠色交通的實施在節能、節地、降噪減排、結構耐久性等方面面臨著艱巨的挑戰。

從設計方面看節能，建筑屋面太陽能板安裝尚不普及，光伏發電路面公路剛剛試運營，推廣工作任重而道遠，地源熱泵使用率不高。從施工方面看節能，部分施工設備老舊、耗能高，機械設備的能源清潔化水平不高；在施工措施、施工工藝、施工標準與政策等方面與綠色發展要求還存在一定差距；自發電施工、分散式供暖的現象時有發生等。

老京滬鐵路用地149.69平方公里，京滬高鐵用地40.81平方公里，節約用地72.7%，雖然由此可知，設計理念和技術進步潛力巨大，但還遠未達到沒有潛力可挖的地步。四車道高速公路每公里平均用地0.07平方公里至0.09平方公里，比京滬高鐵高出1至2倍，節地任務艱巨。

裝配化鋼橋，擺脫了高投入、高消耗、高污染的粗放式建設模式，滿足了節能、環保、快速、安全、耐久、高效、美觀的建設要求， 促進橋梁的轉型升級、提質增效，是實現橋梁產業化的有效路徑。

降噪減排任重而道遠。一是施工時機械噪音、振動噪音有超標現象，施工污水排放、運輸車輛揚塵控制不嚴。二是隔音技術水平不高，如鐵路聲屏障只能減少6分貝左右的噪音，公路聲屏障與此功能相當，還不能使周圍群眾滿意。三是減振材料效果欠佳。振動噪聲是主要污染源之一。

結構耐久性亟待被重視。目前，鐵路、公路、機場的主要結構物使用壽命在100年左右，100年以后就會面臨拆除的局面。拆除就會產生大量的建筑垃圾，再重新建設又會耗能耗材等，不僅增加全生命周期成本，而且對生態環境造成負面影響。

用創新應對挑戰

行業正面對重重挑戰雖然是現實，但是仍然有十足的信心去迎接挑戰，解決問題。如何應對挑戰——創新。智能化、一體化和裝配化是行業創新的三個發展方向，它們將成為化解挑戰的“三大法寶”。

智能化。深入推進基于BIM技術的智能建造，實現橋梁、隧道、港口、大型房屋建筑等工程全生命期的數據化、可視化管理。研究開發適用于鐵路、公路、海岸、港口工程的基礎軟件和應用軟件，實現全部工程采用BIM技術設計，從而使建筑與設備安裝工程、橋隧涵與土工結構工程、土建工程與通信信號電力工程的有機銜接，避免錯、漏、碰、缺問題的出現。施工上，應研究設計3D基礎上的4D技術，并與機器人掃描、監測技術相結合，形成信息化平臺，將建設管理中的質量、安全等統一納入平臺管理，提高管理效率和水平。將鋼結構加工、主材用料尺寸和數量、工程數量統計分析等技術工作也統一納入平臺管理，使技術管理從人員主觀判斷為主向智能化決策方向轉化。養護維修上研究5D技術，與大數據、PHM技術相結合，隨時發現運營過程中基礎設施的變化，準確判斷其風險高低程度，及時分析原因并提出解決方案，保持設施狀態良好，保證運營安全。

一體化。研究實施鐵路、公路、城市軌道交通、管道、高壓電纜等一體化跨越天然屏障的方案，包括一體化橋梁、一體化隧道，充分發揮大交通的優勢，充分利用有限的江河通道資源。研究實施橋梁、隧道、房屋、海岸、港口、房建等土建技術一體化創新的體制機制，打通行業間、專業間的阻隔，共同對基礎理論、設計施工、材料裝備、節能降噪、結構耐久性等共性技術開展攻關，集中力量解決重大技術問題，加快科研成果的轉化。

裝配化。大力開展裝配式房屋、橋梁、隧道、碼頭等結構物的一體化集成設計研究；開展大部件裝配化施工設備的研制；開展預制件工廠化標準化生產研究，建設異地、重復使用的工廠，研制標準化的部件以及生產工裝和工藝；開展裝配化施工質量檢測、評估技術研究，制定質量評判標準，建立指標體系。