跨海橋隧高精度測量基準建設與應用

文/圖

港珠澳大橋管理局 余烈 熊金海 李書亮 丁川 朱翼翔

項目簡介

跨海橋隧工程具有跨海距離長、工程規模大、建設條件復雜、技術難度大、施工標段多和施工周期長的顯著特點，建立統一的、高精度的測量基準并維持其穩定性、可靠性是工程建設中的重大技術難題和關鍵的基礎性工作。該項目依托港珠澳大橋工程，開展跨海橋隧工程高精度測量基準建立與維持技術的研究，設計了跨海橋隧工程測量坐標系，研究并創建了跨海橋隧工程首級控制網建網與復測技術，解決了長距離、高精度跨海高程傳遞測量的技術難題，建成了國內首個獨立的基于VRS的工程CORS，制定了相關的測量技術標準。課題組獲得發明專利1項、實用新型專利2項、計算機軟件著作權1項，發表相關學術論文31篇，已編鐵路行業技術標準1部，在編中國公路學會團體標準1部。2018年10月，經中國中鐵股份有限公司主持的科技成果評審認定：該項成果達到國際領先水平。

項目研發歷程

工程坐標系投影長度變形曲線圖

研究成果已在港珠澳大橋工程8年建設期中得到成功應用和充分驗證，并相繼推廣到平潭海峽公鐵兩用大橋、深中通道和滬通長江鐵路大橋等特大型跨江、跨海通道工程建設中，經濟效益和社會效益顯著。

創新成果

設計和建立了一種基于ITRF和工程橢球的跨海橋隧工程三維坐標系和基于高斯投影的任意帶抵償坐標系，投影長度變形最大值小于5毫米/公里，具有高精度、高穩定性和空間三維的顯著特性，特別適用于跨海工程建設。

提出了一種基于秩虧自由網平差的GNSS控制網已知點兼容性檢驗方法。利用該法對港珠澳大橋首級GPS控制網的坐標基準點進行兼容性分析，驗證了起算基準的精度及其可靠性。

建立了高精度的港珠澳大橋首級GPS控制網和首級高程控制網，統一了大橋兩岸三地的坐標基準和高程基準，通過8次復測驗證了控制測量成果精度及控制點穩定性。

提出了一種跨海高程傳遞測量方法，解決了測站晃動條件下的三角高程測量難題，突破了常規跨河水準測量中3.5公里的跨距極限，實現了港珠澳大橋長約40公里的二等跨海高程貫通。

研制出了GNSS高程擬合計算與分析軟件，提出了一種綜合利用EGM2008模型改正、地形變化影響與二次曲面函的GNSS高程擬合新方法，通過港珠澳大橋工程的實測數據驗證了該方法的GNSS高程擬合精度。

建成了國內首個基于VRS的獨立的工程CORS，海上實時定位精度：平面優于2厘米，高程優于3厘米，為港珠澳大橋工程施工提供全天候不間斷的高精度的實時定位服務和事后精密定位服務。

中鐵大橋勘測設計院的改革與創新

改革發展概況

堅持戰略引領，大力推進各業務板塊共同發展。中鐵大橋勘測設計院（簡稱“中鐵大橋院”）大力貫徹“以橋為主、多元競進”的發展戰略，各業務版塊競相發力，實現共同發展。橋梁工程領域牢牢保持行業龍頭地位，市政工程領域、軌道交通領域、規劃領域、建筑領域、鐵道工程領域、海外業務領域齊頭并進。

加快轉型升級，全面提升市場經營內生動力。中鐵大橋院積極適應市場變化，調整經營布局，堅持聚焦主業、清理低效無效資產、壓縮管理層級、加大戰略型產業培育，穩步推進海外項目和其他新興業務，逐步優化經營要素，完善經營格局，實現產業鏈、價值鏈的延伸拓展，加快企業轉型升級。

堅持雙輪驅動，不斷提高可持續發展能力。中鐵大橋院強化科研管理，擴大成果產出，在公鐵兩用特大橋、大跨度高速鐵路橋梁、多塔多跨斜拉橋和懸索橋、跨海大橋等大型橋梁建造技術上達到國際領先水平；深水橋隧勘探技術、海上長橋測控技術達到國際先進水平；三主桁鋼桁梁、板桁組合結構、鋼混結合梁等新結構，大直徑鉆孔樁、大型沉井等橋梁深水基礎，高強度橋梁結構鋼研發應用，鐵水聯運技術等處于國內領先水平。

堅持改革創新，充分釋放基礎管理效能。嚴格規范公司治理，健全股東會、董事會、監事會議事規則并做好規范運行。黨政主要負責人認真履行推進法治建設第一責任人職責，頒布合規管理制度，健全常態化、長效化合規管理機制，保障企業平穩發展。積極夯實財務管理，深化全面預算管理，切實增強預算管理剛性約束和在降本增效方面的引領作用。

CORS總體結構設計圖

科技創新概況

近三年（2017年至2019年），中鐵大橋院持續加大科技研究與技術創新投入，加大各類科研項目申報實施力度，并與國內外高等院校、研究院所積極合作，科研立項工作穩步推進，共獲得外部縱向科研課題42項，其中國家級課題3項，省部級（含國鐵集團）課題9項，中國中鐵重大專項3項、重大課題5項、重點課題6項、引導課題16項。近三年共計15項科技成果通過湖北省或中國中鐵科技成果評審（鑒定），其中達到國際領先5項，國際先進8項，國內領先2項。

近三年，中鐵大橋院獲得各級各類科技獎勵180余項，其中國家科技進步獎2項，國家級勘察設計獎22項、優秀咨詢成果獎3項，省部級科技進步獎8項、勘察設計獎4項、優秀咨詢成果獎1項，中國中鐵科技進步獎10項、勘察設計獎52項、優秀咨詢成果獎37項，社會力量科技進步獎項25項，國家優質工程獎13項（其中金獎3項），國際橋梁大會“亞瑟海頓”獎1項，FIDIC優秀工程獎2項，詹天佑大獎3項；共取得專利授權98項，其中發明專利52項，實用新型專利46項。

首級GNSS控制網

CORS基準站網

企業沿革

· 1950年8月

經政務院通過，鐵道部設計局成立武漢大橋設計組。

· 1953年3月

隨著國民經濟的全面發展，為適應當時大規模鐵路新線建設的需要，在武漢大橋設計組和武漢大橋測量鉆探隊的基礎上成立了大橋設計事務所。

· 1954年4月

部分參加武漢長江大橋勘測設計的技術人員和工人到武漢，組建成武漢大橋工程局設計事務所。

· 1956年6月

鐵道部設計總局直屬特種工程勘測設計隊并入大橋設計事務所。

· 1957年12月

鐵道部設計總局將下屬的五個專業設計事務所，合并組成鐵路專業設計院，大橋設計事務所改為專業設計院大橋設計處。

· 1958年9月

鐵道部決定，將專業設計院大橋設計處歸并到大橋工程局，與大橋局設計處及測量鉆探隊合并，成立大橋局勘測設計處。

· 1986年3月

為適應改革開放形勢的需要和經營開發的需要，經鐵道部和大橋局批準，大橋工程局勘測設計處更名為鐵道部大橋工程局勘測設計院。

· 2001年10月

隨著企業改革的深化、經營機制的改變，更名為中鐵大橋勘測設計院，為中國鐵路工程總公司下屬二級單位。

· 2003年12月

完成公司制改造，成立有限公司，正式啟用“中鐵大橋勘測設計院有限公司”新名稱。

· 2010年12月

中鐵大橋勘測設計院有限公司升格為正局級單位，由中國中鐵股份有限公司直接管理。

· 2011年8月

設立集團，中鐵大橋院更名為“中鐵大橋勘測設計院集團有限公司”。

根據公司科技創新發展需要，相繼設立組建了橋梁結構健康與安全國家重點實驗室、湖北省橋梁綠色建造工程技術研究中心等6個研發平臺。

人才隊伍概況

中鐵大橋院現有中國工程院院士1人，全國勘察設計大師4人，國家級突出貢獻專家1人，百千萬人才國家級人選3人，全國杰出專業技術人才2人，享受國務院政府特殊津貼專家8人，中國青年科技獎1人，詹天佑科學技術獎6人，茅以升鐵道工程師獎8人，省科學技術突出貢獻獎1人，省部級突出貢獻專家6人，省政府專項津貼專家1人，省勘察設計大師2人，省部級青年科技拔尖人才3人，中國中鐵首席專家1人，中國中鐵特級專家3人，中國中鐵專家6人。

常泰長江大橋

滬通長江大橋（攝影：許從軍）

平潭跨海大橋

五峰山長江大橋

未來發展戰略

以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，堅持“以橋為主、多元競進”發展戰略，以引領中國橋梁技術發展、勇踞世界橋梁技術前沿為己任，始終堅持高質量發展道路，建設具有可持續創新能力的國際一流設計咨詢企業。

公司治理向規范高效化轉變。進一步建立健全法人治理結構，嚴格落實黨委研究討論重大事項的前置程序，切實維護董事會依法行使重大決策權力，充分保障經理層經營自主權，確保決策科學、規范、高效。

科技創新向持續主動化轉變。完善以橋為主、多元競進的產業結構，突出橋梁關鍵技術自主研發，強化自主科技創新能力。培養一支結構合理、創新能力強的科技人才隊伍，整合企業與社會科研力量，在關鍵核心技術上持續保持領先地位，以科技創新帶動公司高質量發展。

人才激勵向市場化轉變。以深化激勵約束機制建設為重點，建立健全以崗位管理為核心、以提高效益為目標、以科學的績效考核為支撐、與市場化相適應的差異化中長期激勵約束機制，實施更加靈活高效的工資總額管理方式，充分激發公司發展內生活力。

基礎管理向精細化流程化轉變。加強公司基礎管理，瞄準同行先進企業，主動對標，查找問題，提高信息化管理水平，優化管理流程，有效防控風險，確保高質量發展。