刍议我国道路桥梁设计的理念变更及实践进展

唐莹　邹爱琴

摘 要：设计作为道路桥梁工程中的重要环节，对后期的施工、运行、维护、报废、回收环节起着至关重要的作用。文章概述了我国改革开放以来路桥设计上的理念变更及实践进展，以期了解路桥设计的发展方向，从而为路桥工程的发展提供指导。

关键词：道路桥梁设计；理念；耐久性设计；全寿命周期

引言

国内经济的高速发展对基础交通设施建设提出了严峻的要求。如何使道路桥梁建设满足日益加速的城市化进程和蓬勃发展的交通运输业已成为目前路桥工程的关键议题。纵观我国改革开放以来的交通设施建设，道路桥梁设计虽然积累了丰富的经验，但同时也暴露出设计理念落后、对设施耐久性与安全性关注不够、设施实际使用寿命短等问题，如何改善这些问题也成为业内学者关注的焦点。围绕这些问题及其解决方法，文章将总结我国道路桥梁设计的理论与实践上的进展。

1 我国路桥设计理念的发展

1.1 道路桥梁设计方案选择由主观走向科学

道路桥梁设计是一项复杂的系统工程，设计人员在筛选设计方案时需要根据“经济、适用、安全、美观”八字原则考虑许多因素，包括当地的水文地质条件、气象条件、车辆载荷、施工成本预算、工期、建筑材料、施工技术、设计规范、国家标准和行业标准等。然而，这些因素相互关联、相互制衡、相互牵制，“经济、适用、安全、美观”这些原则很难同时满足，因此道路桥梁设计也可以看作是一个复杂的非线性决策系统。多年来，往往依靠设计人员的经验先初选建材、布置、结构尺寸，在此基础上进行结构分析和受力分析，最后得到满足适用性和安全性要求的、成本最低的设计方案。这种依靠主观经验筛选出的设计方案往往忽视了道路桥梁的耐久性，因此随着使用年限增长以及载流量的增大，容易诱发安全事故。近年来，有学者建议，在选择设计方案时，应该采用最大关联度模型、层次分析模型、模糊综合评判模型等较科学的数学模型方法，以代替主观、片面的决策过程[1，2]。这可以看作是科学决策理论与路桥工程学科交叉的过程，对于我国道路桥梁设计的理念的进一步完善是有利的。

1.2 “耐久性设计”理念的提出与发展

范立础院士[3]曾经指出，我国多年来普遍采用的路桥设计理念与欧美等先进国家存在一定差距。比如，以“经济、适用、安全、美观”八字原则指导的传统路桥设计偏重建设施工过程，轻视维护管理；重视结构强度，忽视耐久性。事实表明，这种相对短视的设计理念使我国在路桥运营和维护检修中付出了严重代价。这种设计理念主要是基于建设施工过程的，同时兼顾设计使用年限，其严重缺陷是没有给予路桥的环境影响和使用寿命以足够的重视。

与以往的设计理念不同，“耐久性设计”是基于全寿命周期的设计。所谓全寿命周期，其定义是道路桥梁从规划设计开始到拆除的完整时间段。从时间长度上来看，全寿命周期不仅包含设计使用年限，还包含养护、维修、报废、回收阶段，是一个“从摇篮到坟墓”（from cradle to grave）的完整周期。采用“耐久性设计”的最显著好处是，在设计时考虑全局成本而非仅建筑施工成本，从源头上避免出现路桥后期运营维护费用过大的隐患。保证道路桥梁的耐久性使用需要设计、施工、运营和维护各阶段的投入，“耐久性设计”尤其强调要把周期性维护检修的成本考虑在内。在耐久性设计中，后期维护的可行性及维护难度作为重要因素被给予了较高的权重，这很有可能决定最终采用的设计方案。“耐久性设计”理念符合可持续发展观念的设计理念，它以建筑设施的整体使用性能为目标函数，符合设计初衷和人民的根本利益。

由于面向全寿命周期，“耐久性设计”理念有时也被称作“全寿命设计”。后者作为目前许多学者所推崇和提倡的学术概念，其实拥有更广泛的内涵。“全寿命设计”思想是“耐久性设计”理念的进一步发展，它要求设计人员不仅考虑建筑设施的使用性能，同时还必须考虑道路桥梁对周围环境的深远影响，以环境效益、社会效益、经济效益的平衡为最终衡量目标。

2 我国道路桥梁设计的实践进展

伴随着设计理念的逐渐完善与进步，我国道路桥梁设计实践取得了长足进展。以发展的眼光来看，我国的路桥设计水平与发达国家的先进设计水平之间的差距在逐渐缩小，各地拔地而起的大跨度桥梁、城市立交桥、山区公路与隧道表明我国的路桥工程蓬勃发展。

2.1 计算机辅助技术的深入应用与路桥设计水平的切实提高

在路桥设计过程中，利用专业软件的快速优化、仿真分析、算法比较等功能或者计算机辅助设计（CAD）软件，可以大大优化道路桥梁的设计过程。CAD的广泛应用使得平面定线、纵断面设计、横断面检查、平面调整等流程自动优化进行，极大解放了我国道路桥梁设计人员的生产力，减轻了他们的劳动强度。目前国内路桥CAD软件的发展呈现“百花齐放”的态势，先后涌现出“纬地三维道路设计系统”、“路线大师”、“EICAD”、“海地”等优秀国产道路CAD软件及“桥梁博士”、“桥梁大师”、“桥梁通”等优秀国产桥梁CAD软件。CAD软件的普及不仅表明我国路桥设计人员的从业水平整体较高，而且表明我国的路桥设计已经初步符合“标准化设计”的现代设计理念。

随着快速发展的计算机技术被运用于路桥设计和施工，通过数值模拟与仿真分析，设计师们能够更精准地模拟路桥建造过程中的各种工况、路桥建成后的结构、外观和功能，设施在台风、地震及其他突发条件下的运行表现，路桥设施对周围生态环境的影响以及视觉效果，便于方案在“全寿命周期”的时间尺度内进行综合比较。

2.2 智能检测设备和无损检测技术的应用与设计方案细节的动态调整机制

在路桥设计完成、施工完成、投入运行后，对路桥的定期维护和修养就成为保证其使用寿命的关键。智能检测设备和无损检测技术不仅可以使维护人员轻松发现裂缝和伸缩缝，及时进行维修防护；而且这些设备技术还使工程的远程监控管理成为可能，从而降低运营成本。

根据“耐久性设计”与“全寿命设计”的理念，运营维护期间发现的问题一般会及时反馈给设计者，以便分析成因，从而在以后的设计中有所借鉴。此外，针对保养维护期间发现的问题，设计师们根据实际情况对设计方案细节往往会进行动态的调整。例如，假设某所桥梁的整体设计寿命为100年，然而各部件的使用寿命并不可能达到100年。根据物料特性，橡胶支座寿命最多为20年，拉索寿命仅为15年，拉索的护套寿命为18年，钢結构的最佳油漆保护期为15年。设计师在对零部件进行替换、修理、加固时应该充分考虑到技术与材料的升级换代，灵活调整原来拟定的加固方案。在传统的路桥设计理念中，设计工作是“一劳永逸”的：随着施工完成、设备投入使用，设计人员的使命就完成了。然而，在引入“动态调节机制”的“全寿命设计”中，设计人员是始终负责的。及时地反馈和调整机制不仅有助于提高设计人员的水平，更有利于维护道路桥梁的使用寿命。

3 结束语

无论在理论还是实践上，改革开放以来我国的道路桥梁设计都取得了长足的进展。科学决策理论、可持续发展理论、计算机技术与现代检测技术与路桥工程的学科交叉是促进这些进展的深层原因。路桥设计师应当与时俱进，以积极的心态学习、了解技术进步，提高自己的设计水平。另一方面，在我国当前时代背景下的一些国情，如节假日车流量过高、车辆超载情况严重等，也对路桥工程提出了新的挑战，这也是路桥设计师们的重要研究课题与研究方向。

参考文献

[1]翁朔.关于道路桥梁设计的关键问题分析[J].建筑界，2013（7）.

[2]刘吉福，尹敬泽，刘事莲.最大关联度法在珠三角高速公路路桥比选中的应用[J].公路，2013（7）.

[3]范立础.桥梁工程安全性与耐久性-展望设计理念进展[J].上海公路，2004（1）.

作者简介：唐莹（1985-），女，助工，本科，从事道路桥梁设计工作。