跨海桥隧高精度测量基准建设与应用

文/图

港珠澳大桥管理局 余烈 熊金海 李书亮 丁川 朱翼翔

项目简介

跨海桥隧工程具有跨海距离长、工程规模大、建设条件复杂、技术难度大、施工标段多和施工周期长的显著特点，建立统一的、高精度的测量基准并维持其稳定性、可靠性是工程建设中的重大技术难题和关键的基础性工作。该项目依托港珠澳大桥工程，开展跨海桥隧工程高精度测量基准建立与维持技术的研究，设计了跨海桥隧工程测量坐标系，研究并创建了跨海桥隧工程首级控制网建网与复测技术，解决了长距离、高精度跨海高程传递测量的技术难题，建成了国内首个独立的基于VRS的工程CORS，制定了相关的测量技术标准。课题组获得发明专利1项、实用新型专利2项、计算机软件著作权1项，发表相关学术论文31篇，已编铁路行业技术标准1部，在编中国公路学会团体标准1部。2018年10月，经中国中铁股份有限公司主持的科技成果评审认定：该项成果达到国际领先水平。

项目研发历程

工程坐标系投影长度变形曲线图

研究成果已在港珠澳大桥工程8年建设期中得到成功应用和充分验证，并相继推广到平潭海峡公铁两用大桥、深中通道和沪通长江铁路大桥等特大型跨江、跨海通道工程建设中，经济效益和社会效益显著。

创新成果

设计和建立了一种基于ITRF和工程椭球的跨海桥隧工程三维坐标系和基于高斯投影的任意带抵偿坐标系，投影长度变形最大值小于5毫米/公里，具有高精度、高稳定性和空间三维的显著特性，特别适用于跨海工程建设。

提出了一种基于秩亏自由网平差的GNSS控制网已知点兼容性检验方法。利用该法对港珠澳大桥首级GPS控制网的坐标基准点进行兼容性分析，验证了起算基准的精度及其可靠性。

建立了高精度的港珠澳大桥首级GPS控制网和首级高程控制网，统一了大桥两岸三地的坐标基准和高程基准，通过8次复测验证了控制测量成果精度及控制点稳定性。

提出了一种跨海高程传递测量方法，解决了测站晃动条件下的三角高程测量难题，突破了常规跨河水准测量中3.5公里的跨距极限，实现了港珠澳大桥长约40公里的二等跨海高程贯通。

研制出了GNSS高程拟合计算与分析软件，提出了一种综合利用EGM2008模型改正、地形变化影响与二次曲面函的GNSS高程拟合新方法，通过港珠澳大桥工程的实测数据验证了该方法的GNSS高程拟合精度。

建成了国内首个基于VRS的独立的工程CORS，海上实时定位精度：平面优于2厘米，高程优于3厘米，为港珠澳大桥工程施工提供全天候不间断的高精度的实时定位服务和事后精密定位服务。

中铁大桥勘测设计院的改革与创新

改革发展概况

坚持战略引领，大力推进各业务板块共同发展。中铁大桥勘测设计院（简称“中铁大桥院”）大力贯彻“以桥为主、多元竞进”的发展战略，各业务版块竞相发力，实现共同发展。桥梁工程领域牢牢保持行业龙头地位，市政工程领域、轨道交通领域、规划领域、建筑领域、铁道工程领域、海外业务领域齐头并进。

加快转型升级，全面提升市场经营内生动力。中铁大桥院积极适应市场变化，调整经营布局，坚持聚焦主业、清理低效无效资产、压缩管理层级、加大战略型产业培育，稳步推进海外项目和其他新兴业务，逐步优化经营要素，完善经营格局，实现产业链、价值链的延伸拓展，加快企业转型升级。

坚持双轮驱动，不断提高可持续发展能力。中铁大桥院强化科研管理，扩大成果产出，在公铁两用特大桥、大跨度高速铁路桥梁、多塔多跨斜拉桥和悬索桥、跨海大桥等大型桥梁建造技术上达到国际领先水平；深水桥隧勘探技术、海上长桥测控技术达到国际先进水平；三主桁钢桁梁、板桁组合结构、钢混结合梁等新结构，大直径钻孔桩、大型沉井等桥梁深水基础，高强度桥梁结构钢研发应用，铁水联运技术等处于国内领先水平。

坚持改革创新，充分释放基础管理效能。严格规范公司治理，健全股东会、董事会、监事会议事规则并做好规范运行。党政主要负责人认真履行推进法治建设第一责任人职责，颁布合规管理制度，健全常态化、长效化合规管理机制，保障企业平稳发展。积极夯实财务管理，深化全面预算管理，切实增强预算管理刚性约束和在降本增效方面的引领作用。

CORS总体结构设计图

科技创新概况

近三年（2017年至2019年），中铁大桥院持续加大科技研究与技术创新投入，加大各类科研项目申报实施力度，并与国内外高等院校、研究院所积极合作，科研立项工作稳步推进，共获得外部纵向科研课题42项，其中国家级课题3项，省部级（含国铁集团）课题9项，中国中铁重大专项3项、重大课题5项、重点课题6项、引导课题16项。近三年共计15项科技成果通过湖北省或中国中铁科技成果评审（鉴定），其中达到国际领先5项，国际先进8项，国内领先2项。

近三年，中铁大桥院获得各级各类科技奖励180余项，其中国家科技进步奖2项，国家级勘察设计奖22项、优秀咨询成果奖3项，省部级科技进步奖8项、勘察设计奖4项、优秀咨询成果奖1项，中国中铁科技进步奖10项、勘察设计奖52项、优秀咨询成果奖37项，社会力量科技进步奖项25项，国家优质工程奖13项（其中金奖3项），国际桥梁大会“亚瑟海顿”奖1项，FIDIC优秀工程奖2项，詹天佑大奖3项；共取得专利授权98项，其中发明专利52项，实用新型专利46项。

首级GNSS控制网

CORS基准站网

企业沿革

· 1950年8月

经政务院通过，铁道部设计局成立武汉大桥设计组。

· 1953年3月

随着国民经济的全面发展，为适应当时大规模铁路新线建设的需要，在武汉大桥设计组和武汉大桥测量钻探队的基础上成立了大桥设计事务所。

· 1954年4月

部分参加武汉长江大桥勘测设计的技术人员和工人到武汉，组建成武汉大桥工程局设计事务所。

· 1956年6月

铁道部设计总局直属特种工程勘测设计队并入大桥设计事务所。

· 1957年12月

铁道部设计总局将下属的五个专业设计事务所，合并组成铁路专业设计院，大桥设计事务所改为专业设计院大桥设计处。

· 1958年9月

铁道部决定，将专业设计院大桥设计处归并到大桥工程局，与大桥局设计处及测量钻探队合并，成立大桥局勘测设计处。

· 1986年3月

为适应改革开放形势的需要和经营开发的需要，经铁道部和大桥局批准，大桥工程局勘测设计处更名为铁道部大桥工程局勘测设计院。

· 2001年10月

随着企业改革的深化、经营机制的改变，更名为中铁大桥勘测设计院，为中国铁路工程总公司下属二级单位。

· 2003年12月

完成公司制改造，成立有限公司，正式启用“中铁大桥勘测设计院有限公司”新名称。

· 2010年12月

中铁大桥勘测设计院有限公司升格为正局级单位，由中国中铁股份有限公司直接管理。

· 2011年8月

设立集团，中铁大桥院更名为“中铁大桥勘测设计院集团有限公司”。

根据公司科技创新发展需要，相继设立组建了桥梁结构健康与安全国家重点实验室、湖北省桥梁绿色建造工程技术研究中心等6个研发平台。

人才队伍概况

中铁大桥院现有中国工程院院士1人，全国勘察设计大师4人，国家级突出贡献专家1人，百千万人才国家级人选3人，全国杰出专业技术人才2人，享受国务院政府特殊津贴专家8人，中国青年科技奖1人，詹天佑科学技术奖6人，茅以升铁道工程师奖8人，省科学技术突出贡献奖1人，省部级突出贡献专家6人，省政府专项津贴专家1人，省勘察设计大师2人，省部级青年科技拔尖人才3人，中国中铁首席专家1人，中国中铁特级专家3人，中国中铁专家6人。

常泰长江大桥

沪通长江大桥（摄影：许从军）

平潭跨海大桥

五峰山长江大桥

未来发展战略

以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，坚持“以桥为主、多元竞进”发展战略，以引领中国桥梁技术发展、勇踞世界桥梁技术前沿为己任，始终坚持高质量发展道路，建设具有可持续创新能力的国际一流设计咨询企业。

公司治理向规范高效化转变。进一步建立健全法人治理结构，严格落实党委研究讨论重大事项的前置程序，切实维护董事会依法行使重大决策权力，充分保障经理层经营自主权，确保决策科学、规范、高效。

科技创新向持续主动化转变。完善以桥为主、多元竞进的产业结构，突出桥梁关键技术自主研发，强化自主科技创新能力。培养一支结构合理、创新能力强的科技人才队伍，整合企业与社会科研力量，在关键核心技术上持续保持领先地位，以科技创新带动公司高质量发展。

人才激励向市场化转变。以深化激励约束机制建设为重点，建立健全以岗位管理为核心、以提高效益为目标、以科学的绩效考核为支撑、与市场化相适应的差异化中长期激励约束机制，实施更加灵活高效的工资总额管理方式，充分激发公司发展内生活力。

基础管理向精细化流程化转变。加强公司基础管理，瞄准同行先进企业，主动对标，查找问题，提高信息化管理水平，优化管理流程，有效防控风险，确保高质量发展。