關于建立健全交通基礎設施長壽命安全保障體系的戰(zhàn)略思考

杜彥良，孫寶臣，吳智深，錢永久，高陽

（1.石家莊鐵道大學，石家莊 050043；2.東南大學，南京 210096；3.西南交通大學，成都 610031）

一、前言

交通基礎設施是社會交通體系的核心部分，事關國計民生和國家安全，具有社會公益性、經(jīng)濟先導性和軍事戰(zhàn)略性等基本屬性。改革開放以來，我國交通基礎設施建設取得了令人矚目的成就，其建設體量已躍居世界首位。截至2016年年底，我國公路總里程達到4.6×106km，其中高速公路里程超過1.3×105km，覆蓋90%以上城鎮(zhèn)；鐵路總里程達到 1.24×105km，其中高速鐵路運營里程超過2.2×104km[1]。但是，由于材料性能退化、超載、自然災害等因素，導致以橋梁、隧道、道路、地鐵、交通樞紐等為代表的部分交通基礎設施和重大工程結(jié)構(gòu)，存在著安全隱患多、使用壽命短、各類事故頻發(fā)、災害損毀嚴重、“老齡化”顯現(xiàn)、維護管理費用增加等突出問題。據(jù)不完全統(tǒng)計，在公路網(wǎng)中，2014年各類危橋數(shù)量達7.96萬座，約占橋梁總數(shù)的10.5%[2]；僅重慶的187座高速公路的隧道中，就有1/3呈現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，從而導致隧道事故頻發(fā)。因此，亟待開展交通基礎設施長壽命安全保障體系的系統(tǒng)研究和建設工作，以全面提升長壽命安全保障和減災防災應急處治能力，確保交通基礎設施的長壽命安全服役和交通大動脈的安全暢通。這對支撐國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、保障人民生活安穩(wěn)有序、助力國家安全和社會穩(wěn)定，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

二、我國交通基礎設施面臨的嚴峻形勢和重大挑戰(zhàn)

（一）結(jié)構(gòu)病害嚴重，安全隱患增多，“短壽命”突出

交通基礎設施經(jīng)受著復雜環(huán)境（風、雨、雪、車輛荷載、海洋環(huán)境等）的長期作用，以及突發(fā)自然、地質(zhì)災害侵襲（或恐怖襲擊）等多因素致災威脅，造成結(jié)構(gòu)病害不斷增多、承載力不斷下降、功能不斷喪失，甚至結(jié)構(gòu)垮塌等突發(fā)事故；同時，由于結(jié)構(gòu)設計不合理、施工組織與管理不當、材料性能缺陷、嚴重超載服役、病害診治手段不足、養(yǎng)護維修不及時等，導致工程質(zhì)量安全隱患增多，實際使用壽命遠低于預期設計壽命，“短壽命”問題突出。如何創(chuàng)新工程施工管理措施和技術手段，使其保持長期性能、安全服役，成為當前亟待解決的重大問題。

以橋梁為例，我國1/4以上的橋梁存在結(jié)構(gòu)性缺陷、不同程度損傷和功能性失效等安全隱患，60%的橋梁實際壽命不足25年；1999年以來，重大橋梁垮塌事故就有40多起，造成了巨大的財產(chǎn)損失、人身傷亡和惡劣的社會影響。隨著橋梁運營時間的增加、材料與結(jié)構(gòu)的自然劣化以及重載交通壓力的持續(xù)增加，橋梁結(jié)構(gòu)的運營安全及運營形勢依舊十分嚴峻（見圖1）[3,4]。

我國隧道病害嚴重，截止2015年年底，已建成運營的公路隧道總里程已經(jīng)達到了12 683.9 km。然而，隨著隧道運營時間的增長，大量的隧道出現(xiàn)了各種病害，如滲漏、襯砌開裂、碳化腐蝕等。如浙江寧波境內(nèi)國省道及縣鄉(xiāng)道的58座公路隧道中，發(fā)生病害的長度約占總長度的36.5%；京九鐵路、漳龍鐵路、京廣鐵路等的100余座隧道的病害率約為11.6%[5]。截至2016年1月，全國鐵路隧道病害率為48.78%，其中合資鐵路為37.46% [6]。

（二） “老齡化”問題日益凸顯，長壽命安全服役面臨諸多難題

圖1 2001—2015年我國的危橋數(shù)量

交通基礎設施的設計使用年限一般為50～100年。在實際使用過程中，除了部分存在“短壽命”問題外，還有相當數(shù)量的交通基礎設施能夠接近或達到設計使用壽命，進入“老齡化”。預計未來20～30年，我國交通基礎設施“老齡化”問題將進入高峰期，運營風險增大，應提早制定科學合理的對策。例如，我國早期建造的武漢長江大橋[7]、大瑤山隧道[8]、北京1號線地鐵[9]等重大交通基礎設施，由于建造質(zhì)量高、養(yǎng)護維修管理好，即使達到設計使用壽命，仍有可能維持正常使用功能并具有進一步延長使用壽命的潛在能力。

我國交通基礎設施數(shù)量多、規(guī)模龐大，是一筆巨大的社會財富和固定資產(chǎn)。對于已達到服役壽命而結(jié)構(gòu)性能良好并具有一定使用功能的交通基礎設施，如果投入巨資拆除重建，不僅會造成大量資源的浪費，而且會因繁忙的交通、環(huán)境條件或地理空間等的制約而變得難以實現(xiàn)；如果繼續(xù)使用，則面臨著壽命評估預測、性能恢復提升、長壽命安全保障等諸多技術挑戰(zhàn)。因此，如何積極應對交通基礎設施“老齡化”問題，在確保安全的前提下延長使用壽命，是擺在我國科技工作者面前的一項刻不容緩的重要任務。

（三）國家層面尚未形成完善的長壽命安全保障體系

我國一直高度重視交通基礎設施的安全保障工作，在技術、管理、法規(guī)等方面形成了多種安全保障技術方法，為保障交通基礎設施的安全運行發(fā)揮了重要作用。

但是，由于我國交通基礎設施的設計、建設與管理存在行業(yè)和區(qū)域條塊分割，相關法律法規(guī)與技術標準不統(tǒng)一、不完善，缺少統(tǒng)一的理念與認識，導致長壽命安全保障體系不健全，缺乏國家層面的頂層設計和系統(tǒng)規(guī)劃，與發(fā)達國家相比差距較大，“重建設、輕養(yǎng)護”觀念比較突出。具體體現(xiàn)在：在勘察、規(guī)劃、設計、建造、運營、維護等過程中，缺乏對長壽命安全保障的系統(tǒng)考慮，安全狀態(tài)和剩余壽命評估預測還缺乏必要的理論和技術支撐；對重大工程結(jié)構(gòu)性能的保持、提升與恢復，從理論、技術和裝備等諸方面均有待深入研究；尚未形成完善的交通基礎設施長壽命安全保障技術體系、管理體系、法律法規(guī)以及可持續(xù)設計建造及維護管理的精細化標準體系。

綜上所述，我國交通基礎設施在長壽命安全服役方面面臨嚴峻挑戰(zhàn)，安全形勢不容樂觀，存在著安全隱患多、服役壽命短、“老齡化”日益凸顯、長壽命安全保障技術落后等突出問題。因此，我國應提早規(guī)劃并加強交通基礎設施長壽命安全保障理論與技術體系的系統(tǒng)研究與建設工作，逐步形成比較完善的長壽命安全保障體系，確保交通基礎設施的長壽命安全服役和交通大動脈的安全暢通。

三、發(fā)達國家在長壽命安全保障方面的現(xiàn)狀及啟示

在交通基礎設施建設發(fā)展的過程中，發(fā)達國家的大規(guī)模工程結(jié)構(gòu)建設比我國起步早，“老齡化”程度比我國突出。為了充分挖掘既有工程結(jié)構(gòu)的功能潛力、減少國家投入，許多國家以結(jié)構(gòu)經(jīng)濟耐久、綠色健康為目標，制定了旨在提升交通基礎設施長壽命安全服役能力的國家戰(zhàn)略性規(guī)劃或研究計劃，以全面保障交通大動脈安全長久運行，支撐國家經(jīng)濟建設的可持續(xù)發(fā)展。

進入21世紀后，美國、日本和歐洲等國家和地區(qū)已強力推進與延長橋梁壽命相關的科研工作和工程實踐，例如，歐盟的可持續(xù)橋梁項目[10]和長壽命橋梁項目[11]，日本的橋梁長壽命化維修計劃[12]，美國的公路戰(zhàn)略研究計劃二期（SHRP 2)和橋梁長期性能研究計劃（LTBP）等[13]。

1988年美國實施了《路面長期使用性能研究》（LTPP）[14～17]，對典型路段開展了20年的跟蹤觀測，加拿大等20多個國家參加了該項國際合作；隨之，2008年美國啟動了LTBP [18～20]：計劃用20年時間，建立詳細即時的橋梁健康數(shù)據(jù)庫，開展橋梁結(jié)構(gòu)性能基礎理論和應用技術研究，最終提高橋梁安全性、可靠性和長壽命安全保障能力。2015年日本發(fā)布了以“構(gòu)筑長壽命安全保障體系、提高傷損毀抵抗能力”為目標的發(fā)展規(guī)劃：通過采取檢（監(jiān)）測監(jiān)控措施和預防性養(yǎng)護維修新理念，推動現(xiàn)代監(jiān)測技術等相關高新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使由性能退化導致的重大事故為零。韓國提出了“橋梁200計劃”，計劃通過設計、施工、養(yǎng)護維修管理等技術的全面提升，將橋梁設計使用壽命提升到200年以上。另外，英國啟動了“道路資產(chǎn)管理系統(tǒng)計劃”，計劃投資150億英鎊用于改善100多條主干道路的安全狀況，實現(xiàn)長壽命安全服役。澳大利亞和新西蘭啟動了“資產(chǎn)維護管理計劃”，該計劃提供關于公路的整體發(fā)展、管理及運營的戰(zhàn)略性指導[21]。

因此，國外發(fā)達國家均以“長壽命安全服役”為目標，制定了相應的國家戰(zhàn)略性規(guī)劃或研究計劃，以全面支撐交通基礎設施長壽命安全服役和國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。我國也應借鑒發(fā)達國家的先進理念和經(jīng)驗，從國家層面統(tǒng)籌規(guī)劃，逐步形成與我國交通基礎設施發(fā)展相適應的長壽命安全保障技術體系、管理體系和標準體系，確保交通基礎設施的長壽命安全服役，并在該領域躋身國際先進水平。

四、構(gòu)建交通基礎設施長壽命安全保障體系的思路

針對我國交通基礎設施存在的結(jié)構(gòu)病害嚴重、“短壽命”突出、“老齡化”日益凸顯、長壽命安全服役面臨嚴峻挑戰(zhàn)等問題，我國應借鑒發(fā)達國家在長壽命安全保障方面的先進經(jīng)驗，開展交通基礎設施長壽命安全保障體系的系統(tǒng)研究，建立完善的“交通基礎設施長壽命安全保障體系”。為此，提出我國交通基礎設施長壽命安全保障體系建設的總體目標、戰(zhàn)略任務及相關建議。

（一）總體目標

以我國交通基礎設施可持續(xù)發(fā)展為導向，以經(jīng)濟耐久、綠色節(jié)能、安全可靠、健康長壽為目標，以信息化、標準化、專業(yè)化、精細化與智能化為切入點，從國家層面統(tǒng)籌規(guī)劃，推進交通基礎設施長壽命安全保障理論與技術體系的研究與建設，全面提升對重大工程結(jié)構(gòu)的監(jiān)控、診治與防災減災應急處置能力，使我國工程結(jié)構(gòu)的建養(yǎng)水平與服役壽命達到或超過國際先進水平。

（二）戰(zhàn)略任務

（1）基于現(xiàn)代信息技術、檢（監(jiān)）測技術、評估預測與先進維護技術，通過長壽命安全保障理論與技術的科技攻關，突破服役性能長期保持、服役壽命顯著提升和病害結(jié)構(gòu)快速康復等技術瓶頸，推動我國工程結(jié)構(gòu)新型設計理論、建造與再建造、工程科學與現(xiàn)代材料等相關學科的創(chuàng)新。構(gòu)建以“健康監(jiān)測、安全評估、壽命預測、先進養(yǎng)護與應急處置”為核心的重大工程結(jié)構(gòu)長壽命安全保障體系，培育新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在面向工程結(jié)構(gòu)現(xiàn)代無損檢（監(jiān)）測、診斷技術與裝備等方面占領世界制高點。

（2）通過對新理論、新材料、新結(jié)構(gòu)、新裝備、新工藝和新標準的研究，與互聯(lián)網(wǎng)+、云計算、大數(shù)據(jù)、機器人與虛擬現(xiàn)實等信息技術深度融合，突破現(xiàn)有條塊分割的“信息孤島”壁壘，實現(xiàn)全壽命周期信息全覆蓋。構(gòu)建基于“勘察設計、建造施工、養(yǎng)護維修、運營管理”全壽命周期的管理決策體系，推進以預知性維修為主體的先進養(yǎng)護管理體制變革，顯著降低重大工程結(jié)構(gòu)的事故率。

（3）堅持技術創(chuàng)新、循環(huán)經(jīng)濟、資源節(jié)約、綠色環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展的理念，系統(tǒng)梳理現(xiàn)有法規(guī)、標準、規(guī)范等制度，按照多規(guī)合一的新思想，建立可持續(xù)設計建造與維護管理全過程的重大工程結(jié)構(gòu)長壽命安全保障政策法規(guī)與標準體系，加強本領域的學科建設與人才培養(yǎng)，推進我國科學管理、全面監(jiān)控、應急高效的信息化、自動化、智能化的智慧交通，使我國從重大工程結(jié)構(gòu)建設大國向“建養(yǎng)”強國邁進。

（三）具體建議

（1）盡快啟動我國“交通基礎設施重大工程結(jié)構(gòu)長壽命安全保障體系”建設工作，統(tǒng)籌規(guī)劃和制定中長期發(fā)展計劃，確定戰(zhàn)略發(fā)展目標、發(fā)展方向和重點科技任務，制定實施方案和發(fā)展路徑。

（2）建議國家科學技術部將“交通基礎設施重大工程結(jié)構(gòu)長壽命安全保障體系”研究列入國家重點科技研發(fā)計劃，持續(xù)開展長壽命安全保障理論與技術體系的科技攻關，逐步形成比較完善的長壽命安全保障體系，全面提升長壽命安全保障和減災防災應急處置能力。

（3）建議國家發(fā)展和改革委員會等相關部門設立“以交通基礎設施長壽命安全保障為核心的維護管理戰(zhàn)略性新型產(chǎn)業(yè)振興行動計劃”，培育和推動相關新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，設立若干國家工程實驗室以支持該項工作。

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