院士谈大型复杂桥梁设计新理念
此文是范立础院士今年9月在"中国交通发展高层论坛"上所作的题为《大型复杂桥梁工程全寿命机制探讨》的报告要点，内容如下：
"全寿命机制"概念提出的背景：进入21世纪，我国处于大规模发展交通的时期，驼背是迎来了海湾大桥工程建设的高潮，形势喜人。同时，世纪之交我们的桥梁出现了很多问题：例如大量混凝土桥梁普遍出现严重性裂缝，大型工程在施工过程中频频出现险情，大型工程在运营不久后就出现严重的质量安全问题，国家需要承担连续不断的抢修、加固甚至改建的费用。究其原因，除天灾人祸外，或多或少还有如下因素：设计施工理念不新，技术标准滞后，材料偷工减料，管理体制不畅，技术管理不科学，业主法制意识不强，没有投资风险意识；运营管理较差，修缮资金不投入！当然，这不仅仅是中国的现象，例如美国的桥梁也面临同样的问题，在21世纪初美国曾计划申请12000亿美元（申请没有被通过）的投入用于美国桥梁全面维修费用。国际桥协（IABSE）曾组织了1999年"Structure for the Ruture －The Search of Quality (未来的结构--质量的搜索)"和2001年"Safety, Risk and Reliability(安全、风险和可靠性)"两次国际学术研讨会。同时，我国深化投资体制改革，至今国内多座大型桥梁工程进入市场经济领域，例如杭州湾跨海工程，相当于PPP(Public -Private Partnership)项目，湘潭市湘潭四桥，BOT（Built,Operate and Transfer）项目，重庆朝阳门长江大桥，DB(Design,built)项目。我们要充分认识到，投资者是机会和风险并存的，对国家、社会而言，必须确保投资项目的寿命机制正常运营。今年8月，中国工程院上海咨询中心开展了由我主持的"基于全寿命机制的桥梁工程设计新理念"咨询项目的研究。
什么是大型复杂桥梁设计"全寿命机制"：近年来在桥梁科技界、工程界频繁出现了一系列新名词、新概念，例如设计基准期、寿命期、健康监测、安全评价等。首先必须明确，"设计基准期"和"结构寿命期"是两个不同的概念："结构寿命期"可由业主或用户与设计人在满足有关法规要求下共同确定，是结构或结构构件在科学管理下，经养护、维修而能够按预定目的使用的时间段；"设计基准期"为确定可变荷载与时间有关的材料性能取值的时间参数，例如设计基准期为100年，指的是材料性能足够承担过去100年内统计数据中可变荷载的峰值。"结构整体设计寿命"并不等同于"各部分设计寿命期"，桥梁的一些构件，例如拉索、支座等在桥梁倒塌前肯定需要更换。投资者必须做好风险管理决策，在对一座大桥工程进行决策时，要以整个工程结构寿命期（包括规划、设计、施工、运营、养护维修、加固、报废拆除）为时间域，充分考虑到投资效益，运营安全、结构耐久、灾难"预案"（环境影响、破坏概率）。严格控制结构寿命期的各个方面、各个环节，做到心中有数、未雨绸谬、把握全局。工程师们在进行桥梁结构设计、施工设计时，要从"全寿命期"的概念出发，进行多灾害分析，分析对各部件在静、动荷载作用下的易损性，确定结构中重要传力构件与次要传力构件、可更换部件与不可更换部件、可加固部件与不可加固部件、可控制部件与不可控制部件，即确定结构的可检性、可换性、可修性、可控性、可持续性、可强性。并且，确定合适的设计要求和施工技术，取得质量、时间、投资上的最佳平衡点。桥梁建成后，结构安全性、耐久性受到人为、材质、超载、环境、袭击等不确定因素的威胁，质量系统和管理系统至关重要，依次在运营、维护阶段也要贯穿新设计理念思路，对已建成的桥梁结构进行定期检测（建议进行试件长期测试），对结构安全性和经济风险做佃户诊断评估，并做出科学决策（正常运营、加固、维修或拆除）。
除了更新设计思路，实施"全寿命机制"还面临哪些有待解决的重点环节：简单的说：第一，有关"全寿命机制"的行业法律法规及政策；第而，基于全寿命机制的设计标准规范；第三，工程保险市场。保险是市场经济客观要求，有利于减少事故发生，是确保工程质量的客观要求，也是防灾工程产业化的要求。任何事业都必须灌注创新、进去的血液方能具备生命力，科学前进的脚步必然面对荆棘的阻扰，我国的桥梁工作者们正在孜孜不倦地前行，精神抖擞地将我们共同的桥梁事业推向新的发展！
1、安全是桥梁结构设计的前提
随着改革开放的力度加大，城市车辆的飞速发展，城市交通运输十分繁忙，车速也在不断提高，桥梁结构不光要求结构自身的受力安全，而且要求桥梁构造的安全。在作乐山市大渡河龚嘴电站大桥设计中，我们设计组也进行了许多方案比选，有河中设墩的连续箱梁，有连续刚构，有上承式拱桥等桥梁结构形式。根据实际的地形、地质、地物，最后综合比较选择了中承式拱桥，一跨
2、经济是桥梁结构设计的保证
一座桥梁建筑设计的再如何漂亮，若它的造价比看上去一般化的桥梁高出许多，这座漂亮的桥梁设计也是失败的。在乐山市大渡河龚嘴电站大桥设计中，定下采用中承式拱桥后，拱圈是用钢筋砼呢，还是钢管砼？经过比选，我们设计组采用了变截面钢筋砼拱圈。因为本桥地处偏远大山之中的大渡河上，当地的砂、石料比较丰富，可就地取材，而钢管拱不仅昂贵，且钢管运距也相当远。故在桥梁设计中，在满足结构安全的前提下，应尽量地考虑经济。
3、功能在桥梁结构设计中也不应忽视
城市桥梁不同于公路桥梁，在城市交通日益剧增的情况下，桥梁方案设计中，交通组织功能也要摆在重要的地位上，尤其是立交桥，不光桥上有车辆，桥下车辆也川流不息。如果不综合考虑交通功能，下行车辆撞击桥墩或有关桥梁部分，导致桥梁坍塌，这种事故在国内外都有发生。作为桥梁设计人员必须注意这一点来进行桥梁方案比选，乃至方案确定后的桥梁分跨。在贵阳市都司路高架桥跨越中华路的大南门交叉口位置，设计者在地面设置了交通导流环岛，一跨
4、美观是桥梁设计必须考虑的一部分
城市桥梁建筑不仅是交通工程中的重点建筑物，而且也是美化环境的点缀品，所以设计必须精心方案比选、精心设计、精心施工，以期求得在增加投资不多的条件下，取得桥梁美观的效果。比如在城区建一座二、三
综合考虑以上四项标准来进行桥梁方案比选，最后的设计、施工将会变得容易，建成后的桥梁才是安全美、经济美、功能美与环境、视角美。
