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对于桥梁质量的一点思考邓文中桥梁大国这20多年里，中国建造的桥梁数量比世界上任何一个国家都要多两三倍。作为桥梁大国真是当之无愧！单从大跨度的角度看，在四大种类桥梁中，我们现在已经建成了最大跨度的斜拉桥，最大跨度的拱桥和最大跨度的梁桥。只有悬索桥还没有破世界纪录。所以，把自己封为世界桥梁大国，大概没有什么争议。中国桥梁工程师在这方面的巨大贡献，的確是不容置疑的。就是在这个大家可以对自己的成就庆贺的时候，冷静地回头看看，检讨一下大家这20多年来的工作，会是一件很恰当的事情。同时，也可以为将来的20年作更好的准备。今天，在这个大前提下，我想谈谈桥梁质量的问题。桥梁的质量“安全、功能、美观”是关乎桥梁质量的三大主要因素。高质量的安全性，可以保证桥梁在整个使用年限中没有风险；高质量的功能性可以保证在桥面上能安全舒适地行驶车辆；高质量的美学设计，可以使建造出来的桥梁更加美观，为当地自然环境增色添辉。同时，实践证明，高质量的结构物才是最经济的方案。总而言之，“在充分考虑经济效益的同时，保证桥梁结构在安全、功能与美观上的质量，应该是桥梁工程师们共同努力实现的目标。”这是作者在2007年的一篇论文中所提出的见解。(“桥梁质量的重要性”，中美日桥梁安全论坛会刊,2007年，桂林)今天，我们不谈桥梁的实用和美观，而只讨论其安全。一座桥梁必须是安全的。一座桥梁如果不安全，在法律上和道德上都不可以让公众使用。但是，一座桥的使用有时可以受到一定的限制。例如车重的限制，或者不同情况下，大风、洪水时使用的限制等等。由此可以解释，安全的定义不是绝对，而是相对的。当然，一座桥梁在设计荷载的作用下必须是安全的，让大家可以无顾虑地使用。在非常情况下，例如在强台风中，一座桥梁的使用可以受到一定的限制。因为安全是相对的，安全的质量可以有不同的等级。从统计学上说，世界上没有百分之一百的事情，而只是或然率大小之别。例如美国的桥梁防地震设计多依据AASHTO规范，要求桥梁在2,500年一遇的地震下结构可以受到严重损伤，但不可以倒塌。这2,500一遇的地震，在一座桥梁的100年的服务寿命中可能发生的或然率是4%。那就是说，在这一座桥梁通车后的一百年内有百分之四的可能发生这等级或更大的地震。这2,500年一遇的要求是经过许多工程师和非工程师的研究得出的共识。大家认为，一座这样设计的桥梁可以定义为相对的安全。这并不是纯粹的工程问题。其实，更多的是社会的问题。我们可以要求把设计地震的强度增加，譬如，用一千万年一遇的地震强度来设计。在技术上这是可以做得到的，但成本却会很高。那么，这样的决定是否合理？也可能这个要求会使成本高到甚至我们根本无法负担。结果，这样的桥梁就变成不可能建造了！所以，在我们讨论安全质量的时候，必须考虑它的合理性，过低和过高都会不合理。过低的安全当然不能接受，过高的要求只是浪费！安全质量一般来说，对安全质量影响最大的是设计、施工和养护。设计包括现行的规范、方案的选择，结构强度的厘定，细节的研讨，施工阶段的计算等等。设计基本确定了一座桥梁在合理的施工和养护情况下，这座桥梁的安全性和它的使用寿命。施工包括监理、材料和工地的作业。一切运作都必须合乎规范和设计的要求。养护是在一座桥梁完工之后，对它的健康检测和保养。这三项质量的要求，看似是独立不相关，其实相互影响。设计中不合理的要求，会使施工无法实施。施工质量不好，会让设计者担忧，从而变得过度保守，也会使养护工作困难。养护不到位会直接影响桥梁的寿命，也会影响到设计者在方案和结构上的选择。这些相互的影响有时是短暂的，但有时影响深远！设计的质量通常工程师是根据现行的规范设计桥梁。有时候会同时考虑业主的特殊要求。规范的影响很大。如果规范不合理或者不健全，会使设计不够完善。事实上一般的规范都要比当时工程技术的前沿知识要落后。工程不是科学。工程的知识是经验累积的结果。尤其是从失败中学习。而且，经验是不完整的。过去的经验常常只揭开了事实的一面。当我们的设计要踏出现有经验的范畴，从前累积下来的经验就不一定正确了。更重要的是规范的产生和修改，通常都要经过一段相当长的时间。所以规范内容通常都会比前沿的知识落后几年。那就是说，如果今日我们发现现行的规范中有错漏的地方需要修改，就算大家都形成了共识，也至少要几年后这些修改的理念才会成为规范的一部份。如果有争议，那这些规范的修改就会更迟缓了！所以，设计者在设计一座桥梁的时候，必须对当时工程技术前沿的知识有通透的了解，才能够提供好的设计质量。如果只根据现有规范来设计，虽然在法律上是满足的，但实际上并没有尽到一个工程师的责任。中国的桥梁建设，在过去二十多年发展得很快。中国的工程规范很多地方会有跟不上的情况是可以理解的。这也给一些负责设计的工程师带来烦恼。因为完全根据规范设计还会觉得不恰当。有些工程师可能会盲目地增加结构的安全系数，减低了结构的经济性。这并不是有效的办法。施工的质量施工单位的主要责任是把设计的要求实现。一般的设计都应该有足够的资料，让施工单位了解。但施工单位必须满足设计的要求。这说来容易，做起来并不简单。施工单位是一个经济实体。其目的是以最低的成本获取最高的经济效益。这个观念在大多数人的脑筋里是和质量的要求有冲突的。虽然这其实在大多数情况下是不正确的。循规蹈矩的施工，可以避免许多在工地上发生的问题，结果会更经济。只是，许多人会贪图一些小的、一时的方便，而对工程的整体形成不利的影响。所以，为了要保障一座桥梁的质量，我们要从两方面着手：完善的规范和严格的监理。完善的规范拟定了施工单位必须达到的目标。监理的严格执行保证了施工的结果达到规范要求的目标。如果规范不完善，会令到施工单位和监理单位都无所适从。例如混凝土。如果工程师只对混凝土的28天或者56天强度有严格的要求，其他如徐变收缩系数、弹性模量的变化、凝固时产生的热量等等的要求不太严格。结果，施工单位在购买混凝土时也只能提出一个强度的要求。显然有足够强度的混凝土并不一定能满足设计的要求。处理不当的早高强混凝土容易产生裂缝，收缩徐变过多的混凝土会使预应力损失增加，结构的变形难于控制等等。当这些情况发生的时候，如果有严格的监理，可以及时改正。但如果监理也不到位，那么结果就不可预料了！如果再加上偷工减料的可能，就更变得一团糟。养护的质量为了保障一座桥梁的健康，养护是不可忽略的。现代的桥梁，如果设计和施工的质量都不错，那养护的工作也会相对地容易。但是，工程材料仍然会有缺陷。而且，许多构件的寿命是有限的，最明显的是支座和伸缩缝。除了必须执行常规的维护之外，在一定的时段之后还必须更换，否则结构就不再能满足设计的要求。另外一个例子，今天合乎标准的斜拉索的寿命都应该至少50年。而且必须在不影响正常交通的情况下更换。但要能达到这个寿命，定时的检测和养护是不可或缺的！显然，所有养护的程序和时程，都应该在设计时予以充分考虑。养护和更换部分构件的成本也应该考虑。质量与成本的关系一个很简单的事实，质量好的桥梁的寿命比较长。好几座罗马时代的桥梁在二千多年后的今天还可以使用。我国也有几座古桥，像赵州桥使用了千余年。今天我们设计的新桥，大多以100年使用寿命为准。虽然，跟一两千年比较，一百年是很短，但是我们有多少把握能保证，我们这些新的桥梁至少大部分真的能使用100年？我们不知道，主要原因是我们不能确定这些桥梁的质量。原因有两个：一是因为大家，包括设计、施工和规范对质量的要求不够重视；一是因为我们的监理制度还不够健全。我们不能确定这些桥的设计，施工和养护都达到100年寿命的标淮。我们知道，有些桥梁二三十年后就要重建了。自从上世纪70年代后期改革开放以来，中国经济发展快速，路与桥的建造也必须快速实现。尤其是最早期的几年。在这种特殊情况下，为了速度，在质量的要求上稍作妥协是可以理解的。而且，当时的规范也不健全。但是，在二十多年后的今天，为了辅助经济加速发展而在质量上妥协不再是一个可以接受的理由了。这如同大地震后我们把灾民先安置在简陋的临时房里。但是，这只是一个过渡时期的事情，不能永久如此。今日的中国，要建造高质量的桥梁是绝对可以的。欧美各国建桥的材料我们都可以生产。技术方面也都没有什么秘密可言。所以，如果我们的桥梁质量达不到标准，“是不为也！非不能也！”高质量和低质量的结构在材料的数量上基本是一样的。所以，一座高质量的大桥和一座低质量的大桥成本也几乎是一样的。但是，如果设计寿命是一百年，而我们的桥梁只能使用40年。那用简单的推算，我们的桥梁实在是比预期的贵了两倍半。换句话说，我们桥梁的经济效益只达到预期的40%。也可以说，我们实际上比预期的经济效益损失了60%。如果情况真是这样，我们建了那么多的桥梁，这个损失加起来可是一个天文数字啊！我们也要考虑养护的费用。一座质量不好的桥梁就等于一座有病的桥梁。要保持它的健康，养护的费用会很高。再加上频繁的维修时对周边环境的影响，都是无形中增加了社会的负担，大大地减低了桥梁的实际经济效益，也等于增加了桥梁的成本。质量对设计的影响工程师一般都是比较保守的。因为桥梁是公共工程，是给市民大众使用的。所以，稳重是应该的。法规里的计算都加上了一定的安全系数。这安全系数是大家认为当前的社会情况下合理的假设。过低的安全系数会使结构在可预见的荷载下达不到合理的安全度。过高的安全系数会使结构物的成本提高。但是，当工程师觉得法规本身不健全的时候，工程师会在设计上下意识地作出更保守的假设。或者减低材料的允许应力，或者加大法规里的安全系数，等等。例如，很常见的是要求增加预应力混凝土的剩余压力。一般的办法就是增加预应力。其实，过高的预应力对混凝土结构并不是好事。它会导致过大的徐变。从而使结构的线形难以控制。过多的预应力也常常使混凝土截面发生超筋的现象；使混凝土构件变得脆性，抵触了混凝土结构的基本设计理念。为了防止从而引起的可能的脆裂，我们又必须做一些其他的措施。再增加结构的成本。这些影响都是慢慢形成的。一旦在设计者的意识下凝固之后，会不容易消除。质量不合规范的后果质量不能达到规范的要求，当然有不同的程度。严重的违规会导致对人民生命的危害，桥梁寿命的短缩，和对周边环境的影响。这些都是很明显的。但是，一般人未必清楚的是一些看不见的影响。前面已经谈及工程质量不被信任所引起的一些反应和后果。例如设计者增加了安全系数，加大了预应力，加长了混凝土养护的时间等等，都是增加了工程成本的措施。但最重要的是，大家经过这样的措施之后，却还是不能确定一座桥梁的安全和耐久性。因为我们还是没法子确定这些措施是否已经足够的补偿了质量的不足。等于是在一个黑洞中摸索。这是一个社会不能接受的情况。也是我们工程师们不可以允许发生的情况。健全的质量监理要提高桥梁的质量，首要的一步是要健全质量的监理。在这方面看来我们还真的要严肃地自我检讨。虽然我们建了许多桥梁。但是，一般来说，在许多工程上，从设计、施工到养护，我们的监理力度似乎还有改善的余地。主因可能是监理的经费太低。也反映了大家对监理的不重视。正如上面说到的，施工单位、材料供应商等都是经济实体。他们最重要的目的是增加利润。如果没有严格的监管，在质量的要求上很可能会松懈。近年来有些设计单位也把利润放在第一位。对设计质量的控制自然也会减少重视。另外一点：我国和欧美各国在资质上的要求不同。我国的资质主要以单位为主。欧美则主要以个人的资质为主。所以，在中国，一间有资质的公司下面常常有许多小的、财政独立的附属单位。这样的结构在质量的管理上会很困难。这些小公司只利用总公司的资质，却不一定推行总公司的质量管理。结果是什么就大家都说不清楚了！前面说过，许多参与一座桥梁建设的单位都是经济实体。其主旨是要求得到最大的利润。在一个公开的社会，我们不能说这是不对的。所以，为了保证桥梁的质量，我们必须完善规范和提高监理的力度。同时，不管是设计，施工和监理单位，对违规和不及格的工作要严厉加以制止和处罚。对不负责任的单位拒绝再参与新的工作。结语我们近二十年建造了很多桥梁。可以说比世界上任何一个国家都至少多两三倍。有些桥梁的质量称得上世界水平。有些桥梁却很不合标淮。主要原因