交通基础设施面对的挑战

文/中国工程院院士、中国铁道学会理事长 卢春房

截至2017年底，我国高速公路里程、高速铁路里程、万吨级及以上生产用码头泊位数量、城市地铁里程均居世界第一，总体技术水平世界领先。从国内外发展趋势分析，交通基础设施主要面临三大挑战：新技术、安全和绿色发展。

新技术的挑战

中国正处于规模扩张向质量提升转变的阶段，高质量发展对新技术提出了新的挑战，主要体现在基础理论和前沿技术、信息化技术、材料技术三个方面。

首先，在基础理论和前沿技术方面的挑战众多。比如隧道结构设计与建设技术理论和标准体系；更大体量、特殊复杂环境条件下交通基础设计、建造和养修技术；混凝土结构劣化与灾变机理；交通基础设施建养一体化技术；更高速度轮轨系统、磁悬浮、真空管道等新型交通运输技术等。这些方面都是国际国内交通领域研究的热点问题，亟待展开深入研究，以引领交通基础设施建设技术的发展。

其次，信息化技术在各个领域也面对重重挑战。比如，国外先进国家BIM应用相对较为成熟，而我国起步较晚，BIM标准体系尚不完整，对建设期各施工环节的自动化监测与信息采集尚未普及，数据与BIM模型的结合与应用也还处于摸索阶段。随着德国工业4.0和美国“再工业”等工业发展战略的实施，发达国家加大了装备的软件研发投入，其施工装备信息化、一体化水平相对较高，而我国施工装备还有一定提升空间。

无人机+大数据技术正催生桥梁检测监测行业的升级

另外，材料技术的挑战体现在以下方面：在基于疲劳与环境综合作用下混凝土结构耐久性评估与寿命预测、长寿命结构混凝土设计与制备技术，具有自诊断、自调节、自修复功能的智能混凝土制备技术，混凝土结构、钢结构长效防护与再防护技术体系等方面，国外已有较多研发成果和应用。而我国在高强度、高韧性、高耐候性、易焊接性等高性能钢材的研发与应用水平上还有待加强，高分子材料、复合材料及智能材料的研发和应用尚需深入研究。

安全的挑战

安全始终是交通行业首位的工作。我国交通安全领域主要面对着老旧设施、自然灾害、检测诊断三个方面的挑战。

老旧设施方面：据有关数据统计，截至2017年年底，我国公路桥梁总数80余万座，其中危桥有9万座；50年以上铁路隧道有1776座、桥梁13040座。这些设施维修工作量大、抗自然灾害能力差、投入需求高，部分设施已经发生过一些事故，是未来潜在的危险源。

自然灾害方面：我国自然灾害频发，对交通基础设施影响巨大，特别是地震灾害的预警系统，泥石流、滑坡的预防措施尚不完备，一旦灾害来临，交通安全将受到极大考验。

检测诊断方面：虽然PHM（故障预测与健康管理）技术已在交通领域使用，但对于12.7万公里铁路、477万公里公路、229个机场、5033公里地铁的监测检测和故障诊断全覆盖还有很长一段路要走。国内相关行业很大程度上还在靠人工检查、靠经验判断，这样的方式在时间上不连续、空间上有空白、诊断上不严谨。因此，安全隐患是存在的。

绿色发展的挑战

在新时期统筹推进“五位一体”的总体布局下，绿色发展、节能环保的发展方向对交通提出了新的挑战。绿色交通的实施在节能、节地、降噪减排、结构耐久性等方面面临着艰巨的挑战。

从设计方面看节能，建筑屋面太阳能板安装尚不普及，光伏发电路面公路刚刚试运营，推广工作任重而道远，地源热泵使用率不高。从施工方面看节能，部分施工设备老旧、耗能高，机械设备的能源清洁化水平不高；在施工措施、施工工艺、施工标准与政策等方面与绿色发展要求还存在一定差距；自发电施工、分散式供暖的现象时有发生等。

老京沪铁路用地149.69平方公里，京沪高铁用地40.81平方公里，节约用地72.7%，虽然由此可知，设计理念和技术进步潜力巨大，但还远未达到没有潜力可挖的地步。四车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，比京沪高铁高出1至2倍，节地任务艰巨。

装配化钢桥，摆脱了高投入、高消耗、高污染的粗放式建设模式，满足了节能、环保、快速、安全、耐久、高效、美观的建设要求， 促进桥梁的转型升级、提质增效，是实现桥梁产业化的有效路径。

降噪减排任重而道远。一是施工时机械噪音、振动噪音有超标现象，施工污水排放、运输车辆扬尘控制不严。二是隔音技术水平不高，如铁路声屏障只能减少6分贝左右的噪音，公路声屏障与此功能相当，还不能使周围群众满意。三是减振材料效果欠佳。振动噪声是主要污染源之一。

结构耐久性亟待被重视。目前，铁路、公路、机场的主要结构物使用寿命在100年左右，100年以后就会面临拆除的局面。拆除就会产生大量的建筑垃圾，再重新建设又会耗能耗材等，不仅增加全生命周期成本，而且对生态环境造成负面影响。

用创新应对挑战

行业正面对重重挑战虽然是现实，但是仍然有十足的信心去迎接挑战，解决问题。如何应对挑战——创新。智能化、一体化和装配化是行业创新的三个发展方向，它们将成为化解挑战的“三大法宝”。

智能化。深入推进基于BIM技术的智能建造，实现桥梁、隧道、港口、大型房屋建筑等工程全生命期的数据化、可视化管理。研究开发适用于铁路、公路、海岸、港口工程的基础软件和应用软件，实现全部工程采用BIM技术设计，从而使建筑与设备安装工程、桥隧涵与土工结构工程、土建工程与通信信号电力工程的有机衔接，避免错、漏、碰、缺问题的出现。施工上，应研究设计3D基础上的4D技术，并与机器人扫描、监测技术相结合，形成信息化平台，将建设管理中的质量、安全等统一纳入平台管理，提高管理效率和水平。将钢结构加工、主材用料尺寸和数量、工程数量统计分析等技术工作也统一纳入平台管理，使技术管理从人员主观判断为主向智能化决策方向转化。养护维修上研究5D技术，与大数据、PHM技术相结合，随时发现运营过程中基础设施的变化，准确判断其风险高低程度，及时分析原因并提出解决方案，保持设施状态良好，保证运营安全。

一体化。研究实施铁路、公路、城市轨道交通、管道、高压电缆等一体化跨越天然屏障的方案，包括一体化桥梁、一体化隧道，充分发挥大交通的优势，充分利用有限的江河通道资源。研究实施桥梁、隧道、房屋、海岸、港口、房建等土建技术一体化创新的体制机制，打通行业间、专业间的阻隔，共同对基础理论、设计施工、材料装备、节能降噪、结构耐久性等共性技术开展攻关，集中力量解决重大技术问题，加快科研成果的转化。

装配化。大力开展装配式房屋、桥梁、隧道、码头等结构物的一体化集成设计研究；开展大部件装配化施工设备的研制；开展预制件工厂化标准化生产研究，建设异地、重复使用的工厂，研制标准化的部件以及生产工装和工艺；开展装配化施工质量检测、评估技术研究，制定质量评判标准，建立指标体系。