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    百年基建的沉淀與創新——英國交通基礎設施建設與運維的探索發現

    Hammersmith-Flyover-外部預應力的修復措施

    英國是世界上第六大經濟實體,歐洲第二大經濟實體,經濟南重北輕,大的基建項目基本都在南部,政府致力于改善這種局面,近幾年在北方發動了幾個較大項目,北方能量屋、曼徹斯特空港城和輕軌等,高鐵二期也考慮連接南北方幾個大城市倫敦、伯明翰、利物浦、曼徹斯特和利茲等。

    私有制下的交通基建公有化

    英國的施工企業占全國就業量的7%左右,基本是私有或上市公司,自負盈虧,所以企業間的收購、兼并和倒閉是常態。英國施工行業機械化程度較高,施工單位分類細,供應鏈長,成本高,形成一個金字塔式利潤鏈:大型企業在頂端占1%-5%左右甚至負利潤,設計咨詢公司和一般施工單位在中間占10%左右,最低端的公司根據商業模式或行業不同可達20%-40%。

    英國的施工行業長期面臨一個很大的問題是,低技術含量工人和高技術工程設計人員短缺,由于政治體制等多方面原因對工程的要求,大型基建項目延期和超支是很常見的事情。

    目前,英國所有公路、鐵路均處在養護維修階段,新建項目并不多,大多是舊的基礎設施更新輔以新建,來提供新的交通基建設施以滿足需要。英國的財政年從每年的三月底到來年四月初,財政部長每年三月公布國家預算,其中包括基礎建設預算,該預算從交通部下達至基建管理部門和各級政府部門用于交通基礎設施的養護。

    盡管私有化在英國根深蒂固,英國的公路(高速和主干路)和鐵路還是公有化,分別由交通部下屬的HIGHWAYS ENGLAND(HE)和NETWORK RAIL(NR)管理。英國的高速公路、橋梁和隧道幾乎全是免費使用,目前鐵路線的長度約3.3萬公里,沿線有約40000座橋梁隧道和2500個車站。

    政府對于公路的管理相對比較散。HE只負責英國境內約6000公里的戰略路網,以及附屬橋梁隧道和其他設施的運營與維修。據不完全統計,全國路網和公路橋梁約20萬公里和7萬多座,大多由地方政府管理,2020~2025的五年公路預算支出為270億英鎊。

    整體式橋梁的橋墩和大梁整體接縫的現澆

    走進英國基建的建設與運維

    英國的基礎設施建設起步早,有一定的建設和運維經驗,和我國的情況對比,有許多可借鑒之處。

    養護維修規范化

    英國目前很大一部分基礎建設已經服役超過70年,甚至部分超過120年。在這期間,除了初級階段的設計和施工規范,還總結發展出了一套比較完整的英式養護維修規范。以公路橋梁為例,HE橋梁道路設計手冊第三卷,提供了一系列橋梁檢查、養護、評估和修繕的規范。有關檢查的規范詳細規定了類型、頻率、記錄和入檔的要求。HE雇傭了本國最好的工程咨詢公司研發了一套應用廣泛的橋梁狀況指標,以便于橋梁檢查記錄標準化。目前,橋梁的情況需要通過檢查提供專門的數據,以進行現有承載能力的評估計算。評估的規范包括了評估技術要求、荷載的轉變、現存高危結構形式和疲勞,以及常見橋梁病害的評估。一些常見的橋梁加強和維護也包括在規范的修繕部分里,比如后張法橋梁的加強,修繕和監測以及金屬橋梁的養護,等等。養護維修的規范化提供了有效的質量保證和一致性,從而降低了基建管理的成本和風險。

    全壽命周期理念的落實

    壽命周期是指項目從立項、設計、施工到養護,再到最后的拆除。老化的基礎建設使英國工程行業更清醒地認識到基建項目全壽命周期的重要性,這種認識導致了從立項初期的方案選擇階段設計和施工觀念的改變。比如,大約每二十年左右,橋梁的支座和伸縮縫便需要更換。因為交通導流成本和人工成本(大部分需要在深夜或國假期間進行)是非常昂貴的。為了減少這部分支出,英國要求所有公路橋梁如果跨徑小于60米和斜度小于30度的情況下(BA42/96),需要設計成整體式橋梁。所謂整體式橋梁,就是橋面板和橋墩設計成連續狀。英國60米以下的橋梁占據全國公路橋梁的很大一部分,所有新建和改建橋梁均遵守這個要求,從全壽命周期角度來看,節約大量的資金成本。

    英國在基建高峰期很多橋梁都使用了后張法預應力梁,但隨著后期車流以及車載的增加,部分橋梁不能滿足荷載要求而加固或拆除重建。后張法本身不可避免地造成了許多隱蔽性,預應力鋼筋、管道和錨栓之類的細節基本不可見,這給檢測、評估和加固增加了難度。英國最早的高架橋是倫敦市內連接國際機場的HAMMERSMITH FLYOVER,該橋為16孔622米節段預制加后張法施工,1961年通車。2000年前后的年檢已經檢查出大量鋼筋腐蝕造成的預應力損失,2009年使用聽力傳感器進一步檢查,發現幾乎每天有一根鋼絲斷掉。2011年發現灌漿中大量空洞和鋼絞線腐蝕,不得不緊急關閉進行修繕,花費近一億英鎊,使用外部預應力加固,確保了2012年倫敦奧林匹克運動會不受影響?,F在的設計中,在選用后張法時非常謹慎,尤其慎重考慮壽命周期后半段的維護問題。

    職業工程師培養與專業人才管理

    除了基礎教育,英國的高等教育在工程師培養方面非常實用和有效。工程類學生本科設置三年學期,碩士一年。學科的設置非常簡潔,無須學過于理論的東西。學生所學的東西能保證加入工程咨詢公司后可以很快開始參與工作。高校和施工行業的聯系非常緊密,大部分在校生只要愿意,都可以找到暑期實習或者參加一年實習的機會再回校繼續學習。參加工作后一般加入土木工程師(Institution of Civil Engineers - ICE成立于1818) 或結構工程師協會(Institution of Structural Engineers 成立于1908),在系統的體系內發展成為一名特許工程師,基本需要五到七年的時間,最后通過面試或考試可以成為各相關協會的會員和特許工程師。這兩個協會均擁有皇家特許,在世界上(尤其是英聯邦)有一定的通用度和知名度??傮w來講,這種體系式的培訓比較科學和公平,保證了英國培養出的工程師的質量。

    以ICE為例:一般情況下,工程咨詢公司會跟ICE簽訂公司培訓項目協議書,公司接受ICE對工程師的屬性要求,并可自主推出一些適合本公司的指導性意見來幫助公司員工達到這種要求。協議中會對公司要求提供專門的管理人員,代表ICE對員工的初期職業發展提供引導和各種他們所需要的工作和培訓機會,最終幫助員工拿到特許工程師資格,特許工程師可以說是英國施工行業的中流砥柱。對公司來講,如何管理和保留人才是一個很大的挑戰,每個人的要求不一樣,所以管理者有一系列的因素要考慮:薪酬、激勵辦法、特大項目機會、未來發展空間、職業發展途徑、工作生活平衡,等等。成功的工程咨詢公司都承認人才是公司最大的財富,所以管理者很重要的一個任務就是留住這些人才,給他們提供展示和深造才華的舞臺。

    左側:RUNCORN RAILWAY VIADUCT,3孔90米鐵路橋,1868年建成通車

    右側:RUNCORN JUBILEE BRIDGE-單跨480米鋼拱橋,1961年建成通車

    大臨設施行業以及企業管理

    調查顯示,施工行業的事故大部分跟大臨設施相關。英國擁有世界上最安全的施工行業,除了安全健康法之外,很大原因是臨時設施的技術規范的發展和業內的共同努力。英國的大臨設施基本已形成施工行業內一個公認的“特殊行業”。1975年英國出版了一個報告叫BRAGG REPORT,該報告總結了近代大型臨建的事故,最后提出了26條建議。在這些建議的基礎上英國編纂發行了臨時設施的設計規范BS5975,并在2019年做了更新。這部規范不僅保留了最直觀的允許應力設計方法,更提出一套大臨設施的程序管理,后者是導致大臨設施事故的重點因素。歐規也有少數臨時設施設計的規范,但沒有形成系統化,完全無法和這部規范相提并論。另外一個值得一提的是,英國施工行業意識到大臨設施的重要性,在2009年成立了大臨設施論壇平臺(Temporary Works Forum),基本上所有施工行業的大臨設施公司和人員都加入了這個論壇,成員之間共享和鼓勵業內最好的實踐經驗,共同推動大臨設施的健康發展。不可否認,英國社會多年來共同認可的志愿者行為或慈善行為,和源遠流長的行業協會歷史,在推動英國規范發展和行業進步方面起到了非常積極的作用。

    英國的大臨設施行業很推崇模塊化設備的使用,很多企業在設備模塊化的過程中投入了大量資金和人員,確保模塊的兼容性、易用性、可運輸性,更重要的是安全性。企業把自己的模塊產品繪制成二維CAD模塊或三維REVIT 模塊,方便于臨時方案的設計,并可以被永久性建筑的設計吸收作為施工設計的一部分。模塊化設備的使用可以最小化現場施工人員的介入,進而縮短施工周期。同時又能保證施工質量,許多設備都可以重復使用,具有很好的經濟性和可持續性。

    企業對大臨設施的管理非常講究科技的應用和創新,行業龍頭企業有自己的程序員編寫適合公司的內部軟件,各部門的管理軟件都是互通的,可以產生大量的原數據,管理者可通過數據分析和定性分析輔助作決定。有的公司會有自己的產品研發隊伍,積極尋求市場需要的產品,具備在短期內開發新產品,通過試驗推向市場的能力。有的企業擁有嚴密的研發制度,很早便開始使用3D 打印技術,并能夠推出動畫模式的安全使用說明。大臨設施行業和其他施工行業一樣競爭很激烈,只有科學管理和不斷創新,才能保持企業的生存和不斷發展壯大,同時也能為施工領域的其他行業作出更多貢獻。


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