交通基礎設施建設技術發展

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“基礎設施布局完善、立體互聯”是交通強國建設的首要任務和先行領域。我國經過多年大規模建設，除樞紐機場外，交通基礎設施就能力而言，基本適應需求，供求關系逐步進入“動態平衡”狀態。2020年前后，我國將進入基礎設施投資規模的“變坡期”，即從高速發展過度到高質量發展的轉折期。建設強度逐步下降，養護需求逐步上升。未來10年將是優化交通基礎設施建設、向高質量發展轉變難得的“窗口期”。我國交通基礎設施建設技術發展的目標方向和主要舉措也將隨之轉型。

交通基礎設施發展概況

截至2018年底，我國高速鐵路、高速公路里程位居世界第一。我國橋梁總數已超過100萬座，居世界首位。其中，公路橋梁總數接近80萬座，鐵路橋梁總數超過20萬座。

世界十大懸索橋、十大斜拉橋、十大梁橋之中，中國分別占據一半或一半以上。目前世界上主跨逾1000米的大橋中，我國擁有十座以上。在世界十大最高橋梁的名單中，除了第七和第八以外，其余均來自中國。其中，最有代表性的是南京大勝關長江大橋、五峰山長江大橋和港珠澳大橋。

京滬高速鐵路南京大勝關長江大橋，橋上承載京滬高速鐵路、滬漢蓉鐵路和雙線地鐵，采用三片主桁與整體橋面板結合的受力體系，是主跨為336米的連續鋼桁拱橋。設計時速高達300公里，是當時高鐵橋梁中設計時速最高的。同時，它還是世界首座六線高速鐵路橋。南京大勝關長江大橋因具有高速、大跨、重載等特點，榮獲了第28屆國際橋梁大會“喬治·理查德森”獎。

南京大勝關長江大橋

正在建設的五峰山長江大橋

正在建設的五峰山長江大橋是世界上第一座高速公路和高速鐵路合建的懸索橋，主跨1092米，是連接連淮揚鎮鐵路和京滬高速公路南延的關鍵控制性工程。

港珠澳大橋是目前世界已建成的最長跨海大橋，全長55公里。工程名稱為“大橋”，只是一個大概念，工程實際為橋隧結合的跨海通道工程，其中主體工程長約29.6公里，由22.9公里的橋梁工程和6.7公里的海底沉管隧道組成，沉管建造技術世界領先。

截至2018年底，我國運營隧道總里程數居世界首位，運營隧道數已超過31600多座。其中，公路隧道16500多座，總長15900多公里；鐵路隧道15117座，總長16331公里。在世界最長50座隧道排名中，中國占據半壁江山。世界最長隧道是位于瑞士的圣哥達隧道，最長的海底隧道是日本跨越津輕海峽的青函隧道。

港口擁有生產用碼頭泊位27578個，在全球港口貨物吞吐量和集裝箱吞吐量排名前10名的港口中，中國港口占有7席；頒證民用航空機場達229個。

以上這些數據表明，我國交通基礎設施建設規模已走在世界前列。

國內外交通基礎設施發展技術對比

綜合分析，我國交通基礎設施建設技術總體水平進入世界先進行列，部分技術已處于世界領先水平。主要優勢體現在以下四個方面。

設計理論和計算方法先進。精細的有限元分析理論在交通基礎設施設計中得到普遍應用；開展了基于全壽命可靠度的工程結構、大型結構抗風抗震設計等設計理論與方法的研究。研發了高速鐵路輪軌關系理論、海岸工程泥沙動力分析、三維邊坡穩定性分析、車線橋耦合作用等理論并應用于交通基礎設施設計，保證了結構的安全適用。

施工設備先進。重大工程施工設備不斷創新，如平潭海峽公鐵兩用大橋直徑4.5米的超大直徑鉆孔樁鉆機，重慶菜園壩大橋420噸纜索吊機，直徑9.03米的國內最大直徑“彩云號”硬巖掘進機（TBM），世界最大斷面（寬11.83米、高7.27米）“陽明號”類矩形盾構機，直徑14.93米“天和號”超大泥水氣壓復合盾構機，還有每小時挖泥6000立方米的“天鯤號”自航絞吸挖泥船、7500噸級“藍鯨號”全回轉自航浮吊等施工設備，均處于世界先進水平。

施工工藝先進。在隧道和地下工程的方案中，提出了“液氮人工凍結法”，解決了長三角地帶、高壓富水地層盾構隧道建設中的涌沙冒水關鍵難題。形成了隧道鉆爆法中的“三臺階、七步流水”，在路基填筑施工中形成了“三階段、四區段、八流程”。同時還包括大質量立交橋轉體施工、大跨度鋼結構屋架頂推、鐵路軌道板“流水機組法”、快速成島施工等先進工藝，提高了交通基礎設施建設水平。

建設組織水平高。組織建成了一批如京滬高速鐵路、港珠澳大橋等代表性的重大工程，施工質量高、安全事故率低、創新成果豐碩。

我國基礎設施建設技術雖取得一系列重大突破，但部分技術與國際領先水平還有一定的差距，主要表現在以下方面：基礎理論創新能力有待進一步提高、信息化水平有待提高、綠色環保技術需進一步加強。

基礎理論創新能力有待進一步提高。我國在建鐵路隧道總里程約8000公里，是世界其他國家在建鐵路隧道總和的1.5倍。鐵路隧道的施工工藝有“新奧法”（即新奧地利隧道施工方法）、“新意法”（即巖土控制變形分析法），就是沒有“中國法”。我國的隧道結構設計與建設技術理論與標準體系，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、交通基礎設施新材料、新技術開發等方面與發達國家相比，尚有差距。

信息化水平有待提高。比如，發達國家BIM技術應用相對較為廣泛而成熟，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。智能化建造剛剛起步。

綠色環保技術需進一步加強。在施工技術方面，部分施工設備老舊，清潔能源使用比重較低，機械設備的能源清潔化水平有待提升；在養護技術方面，資源消耗量較大，垃圾收集處理不及時；在結構耐久性方面，標準還不高，使用材料尚未達到綠色環保要求。

交通基礎設施建設技術發展的主要舉措

智能化

智能化包括智能建造和智能設施。本文以鐵路工程智能建造為例，重點闡述智能建造的內涵。

從生命周期、管理層級和智能功能三個維度表述智能建造系統架構

鐵路工程智能建造，是指把新一代信息通信技術與先進設計施工技術深度融合，并貫穿于勘察、設計、施工、驗收等工程活動各個環節，從而具有自感知、自學習、自決策、自適應等功能的新型建造方式。

在鐵路工程中實施智能建造將實現對建造過程更精準和高效的管控，提高工程質量控制能力，提升鐵路工程品質；將提升對鐵路工程建設全過程、全方位、全要素的系統集成能力和溝通協調水平，提高工作效率；將改善鐵路工程建造過程中人員作業環境，有利于提升職業健康與安全控制能力；將有效降低資源能源消耗，實現鐵路工程建造綠色化；還將促進大量采用新設備、新技術、新工藝、新材料，使工程具備智能功能。

目前，根據信息化、人工智能技術的發展現狀和智能技術本身的發展規律，可以將鐵路工程智能建造的發展劃分為三個階段，即以解決感知能力為技術核心的初級階段（或稱感知階段），部分替代人類的中級階段（或稱替代階段），以及能夠高水平替代人類，具有智慧的高級階段（或稱智慧階段）。

綠色化

落實國家綠色發展要求，交通基礎設施應從以下七個方面發力。

生態保護。交通基礎設施建設，從規劃、設計到施工，都要貫徹生態大保護的理念，將生態環境保護放在優先的位置。

污染防治。交通基礎設施建設中，涉及到水源、空氣、土壤的污染防治，要改變傳統的施工方法和管理理念，淘汰老舊施工設備，大量采用環保材料和環保技術，使用污水處理系統，控制運輸車輛揚塵。

節能。從設計方面，推廣使用太陽能發電技術、地源熱泵技術、節能材料、節能燈具等；在施工方面，采用節能高效設備，盡量避免自發電施工、分散式供暖的現象發生。

節地。土地是不可再生資源，況且我國人均耕地資源只有世界平均水平的三分之一。因此，交通基礎設施建設必須貫徹節省用地原則。近年來，鐵路節地措施得力，效果明顯，例如，京滬鐵路用地14969公頃，京滬高鐵因采用“以橋代路”方案，全線78%是橋梁，用地銳減至4081公頃，節約用地72.7%，證明設計理念和技術進步潛力巨大。

降噪減排。一是降低施工機械噪音、振動；二是研發新的鐵路公路聲屏障，提高隔音效果；三是研發新型軌下基礎，增加彈性、減少振動噪音；四是生產生活垃圾分類回收、運輸、處理。

節材。節材與節能、節地、環保緊密相關，因為建筑材料生產需要能源，建筑垃圾在產生、運輸、存放過程中會耗能、排污、占地等。因此，節材是綠色發展的重要一環。目前，鐵路、公路、機場的結構物有的貪大求洋，有的寧強勿弱，浪費嚴重；有的使用低強度材料，有的使用低品質材料，增大建材使用量；這些問題必須克服。同時，要提高混凝土結構耐久性。

智能建造發展的三個階段

綠色化建設的七個發力點

生態大保護概念應貫穿規劃、設計、建設、養護、管理全過程。

打通行業和專業間的阻隔，實現一體化的體制機制創新。

大部件裝配化施工設備的研制應加快步伐

綠化。鐵路公路兩側大部分已經綠化，后一步重點要突破荒漠化、石漠化地區的綠化技術。

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，以節省土地、節省能源、節省投資，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、設計施工技術、材料裝備技術、節能降噪技術、結構耐久性技術等開展攻關，集中力量解決重大技術問題，提高科研效率，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，成熟一個應用一個；開展大部件裝配化施工設備的研制，適應設計要求，滿足現場機械化裝配需要。

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。

精細化

精細化包括精心設計、精心施工、精細管理。

精心設計，研制工程勘察的新設備、新儀器，如研制高分辨率、高效率的探地雷達、紅外線探水儀，同時充分利用遙感衛星，逐步實現地質勘探工作的無損化和精準化；將云計算、大數據與BIM、GIS技術相結合，實現設計手段的智能化。

精心施工，以機械化、信息化、專業化、工廠化為支撐，以高素質管理、技術、技能人才為依托，以工藝質量保工序質量，以工序質量保整體工程質量。

精細管理，從規劃設計、施工到工程竣工驗收，都明確工作目標、工作流程和責任人，實行信息化實時監控，使每項工作有序推進，有序銜接，有效控制。

交通基礎設施建設技術發展戰略目標

世界科技發展日新月異，必將推動交通基礎設施向大型、環保、智能、低成本、高效率等方向發展。根據預測，主要交通基礎設施到2030年、2045年的發展目標如右側圖所示。

要實現上述目標，科技創新是關鍵。應牢牢把握新時代基礎設施建設的良好機遇，充分發揮人才優勢，優化創新體制機制，完善試驗平臺資源，擴大工程應用范圍。

橋梁工程發展目標

隧道工程發展目標

路面、道床和跑道工程發展目標