浅谈市政工程与科技创新

         深圳市公共道路协会副会长、深圳市市政设计研究院有限公司总经理/陈宜言

摘要：在强调建设节约型社会的今天，如何利用好新材料、新结构、优良的计算手段、新工艺、新理论以及能在工程实践中不断创新的思维这个至关重要的推动因素，才能将市政工程做到经济合理，在安全、环保并重的前提下达到效益最大化，使企业获得不断发展的源动力。本文结合作者的多年来学习和科技工作体会谈科技创新，与同行们分享市政工程与科技创新的的一些体会，希望能起到“抛砖引玉”的作用。

关键词：市政工程；科技创新；新技术；新工艺；新材料

1 前言

所谓“科技创新”是原创性科学研究和技术创新的总称，是指创造和应用新知识和新技术、新工艺，采用新的生产方式和经营管理模式，开发新产品，提高产品质量，提供新服务的过程。科技创新可以被分成三种类型：知识创新、技术创新和现代科技引领的管理创新，本文主要讨论市政工程与科技创新，重点在于技术创新这方面。

在强调建设节约型社会的今天，如何利用好现有的技术，在现有的技术水平上不断创新发展，采用新的材料、新的结构形式、优良的计算手段、先进的施工工艺、新的设计理论以及能在工程实践中不断创新的思维这个至关重要的推动因素，才能将市政工程做到经济合理，在安全、环保并重的前提下达到效益最大化，使企业获得不断发展的源动力。

科技创新是国内外市政工程行业长期坚持的一种发展战略思想，通过科技创新不断提高市政工程项目的核心竞争力，提高工程质量，促使工程项目的科技含量越来越高，这对整个市政工程项目发展具有十分重要的意义^[1]。本文结合作者的多年来学习和科技工作体会谈科技创新，与同行们分享市政工程与科技创新的的一些体会，希望能起到“抛砖引玉”的作用。

2 科技创新与人才培养

2.1 在工程实践中培养创新人才

“像鸟一样在天空飞翔……”这是人类自古以来要在天空中飞翔的创新理想。为了实现这个理想，一些有志者先后做了尝试。1903年，由美国莱特兄弟将飞机试制成功，并飞上了天空。因此，莱特兄弟就是两位具有创新理想的成才者。就这样，人类在发展的过程中，不断地提出创新的课题，而那些具有创新理想者，就一个又一个地去探索。

“问题是创新的源泉，追求是创新的动力。”结合市政工程实践，不断发现问题，积极鼓励工程技术人员选择最优的方案解决问题。从工程实践中提炼出研究课题，并让工程技术人员参与到研究课题中来，从研究中不断发现和培养科技创新人才，为企业的科技创新注入新的活力。

2.2 引进高层次专业人才并用事业留住人才

针对企业需要急需的专业技术人才可以采用引进和培养相结合的方式，并给予人才较为宽松的科研环境。人的各种活动，都必须具有积极性，而活动积极性的产生，是以对活动的喜欢、热爱，对活动结果的向往、追求为前提的。特别是创造性的活动，没有强烈热爱该项事业情感的支持是不可能成功的。有了这种情感，就会对事业产生一种巨大的热情，它可以调动人的全部身心，使人精神振奋，热情越高；越是艰巨的工作，越需要高度的热情，热情也是一种动力，它推动着人们对科研工作的勤奋，从而促进科技创新事业的成功。因此用情感、事业留住人才和引进人才同等重要。

3 科技创新与知识产权保护

自上世纪90年代以来，随着知识经济的迅猛发展、经济全球化进程的加快，知识产权已经成为决定一个国家和地区经济发展的重要因素。 知识产权在国际竞争中的重要性与日俱增，它已从传统法律意义上的研究单位和科研人员的权利，逐渐成为了企业科技和经济争取竞争优势的重要手段。

我国八十年代后期以来实行的是知识产权保护制度与科技成果鉴定奖励制度双轨并行的管理制度。由于申报科技成果鉴定所获的利益远远大于申报知识产权所获得的收益，使科技人员在科研项目结束以后，急于申报成果评奖、发表论文，使成果变为公共的技术，丧失了申请专利的时机；有些企业甚至认为申报专利和维持专利要花费很多资金，而获国家科技成果奖会得到荣誉奖金以及国家扶持，造成申请知识产权的热情大减。

随着知识经济的迅猛发展，目前这种情况得到很大的改善。加强知识产权保护，已经成为发展高技术产品，提升企业的核心竞争力，增强企业综合竞争能力的战略选择。对于市政工程行业相关企业，仅有科技创新还是不够的，还要将科技创新成果与工程实践相结合，并加强对知识产权保护，这样才能使科技创新工作获得持续的动力，提升企业活力。

4市政工程技术科技创新的建议

总体说来，我国市政工程技术还比较落后，尤其是和一些欧美、日本等发达国家相比还有较大的差距。为了便于我国市政行业与国际接轨并迎接国际挑战, 加强我国市政行业技术创新势在必行^[2]。作者认为具体可以从以下几个方面着手进行：

（1）加强对市政行业技术创新人才的培养。

现代竞争理论研究证明, 企业的竞争归根到底是人才的竞争。市政行业同样如此。我国市政行业要想与国际接轨并与之在同一个平台上竞争, 必须加强技术创新, 而技术创新的关键必须以人才为支撑, 离开了人才的支撑, 也就无所谓技术创新。因此, 市政行业必须加强对本行业技术创新人才的培养, 必须大力引进专业基础扎实又能将理论应用于实践的创新型人才。

（2）大力培育市政行业从业人员的创新意识。

由于市政行业是劳动密集行业的特殊性所在, 使得整个行业从业人员技术创新的意识淡薄, 即使在工作中积累了一些经验, 也大都停留在经验阶段, 没有上升到理论总结阶段, 也没有认识到创新的重要意义。因此, 市政行业必须从一开始就要向从业人员灌输技术创新的意识, 向所有从业人员说明创新的重要意义, 培育他们的创新意识,注意平常经验的积累, 并把经验上升到理论阶段。

（3）加大对技术创新的奖励。

研究表明, 加强对技术创新的奖励, 可以有效激发行业员工进行技术创新的积极性和潜能。因此, 从制度上制度定相关政策对技术创新行为进行奖励, 可以有效激发市政行业的技术创新。一般来说, 进行技术创新必须花费一定的成本, 所以对技术创新进行奖励在一定程度上也可以缓解行业内技术创新的成本费用, 激发技术创新的热情。

（4）完善技术创新体系。

技术创新是一个创新生态系统, 它不仅仅是有了创新人才就能直接产出创新成果。创新还必须有其他相关配套设施的支撑。因此, 市政行业技术创新还必须完善技术创新体系。

除此以外, 还必须加大对技术创新的研发投入。国外的研究表明, 创新投入与创新成果的产出存在一定的正相关关系。有条件的市政相关企业, 可以设立专门的机构从事创新与理论指导。创新带有一定的风险, 不一定每一项创新投入都能带来创新成果。因此, 市政行业的技术创新离不开企业高层领导的支持, 企业领导必须亲自为技术创新人才创立一种宽松的氛围。

5 科技创新与我院市政工程

我院是一家国有综合科研设计企业，拥有高级工程师200余人，其中教授级高工、博士、博士后40余人，并拥有深圳土木工程领域第一家“博士后创新实践基地”，并成立了专门从事科技创新与研发工作的“研发中心”。 我院在加强设计的同时，重视科技创新，设计出了深圳彩虹（北站）大桥、深南大道、东莞大道、南山大桥、东莞水道特大桥、深圳市福田交通综合枢纽换乘中心等优秀作品并积极参与深圳轨道交通三期工程的设计，荣获了“城市土地学会亚太区卓越奖”、“全国优秀工程勘察设计奖”、“深圳市优秀设计金牛奖”等国际、国家、部、省及市级各类优秀设计奖100余项，下面结合典型工程谈谈我院在科技创新方面做的一些工作。

5.1 深圳彩虹（北站）大桥—钢-混凝土组合结构的应用

深圳彩虹（北站）大桥位于深圳市区，是连接八卦三路与田贝四路的一座城市跨线桥，是目前世界上跨越铁路股道最多的桥梁之一。该桥采用了多项新技术、新工艺，如采用全组合结构、桥面采用预应力钢-高托座混凝土空心板叠合梁、拱墩固接和纵向双吊杆等。

鉴于该桥梁的重要性和创新性，我院联合清华大学、福州大学等科研院校进行联合科技攻关，先后进行了预应力钢-高托座混凝土空心板叠合梁试验研究、拱墩固结点光弹试验研究、钢管内流态混凝土受力机理研究和主拱钢管混凝土灌注顺序对结构受力的影响等多项试验研究和理论分析，取得多项研究成果并成功应用于工程中。图1为深圳彩虹（北站）大桥实景^[3]。

图1深圳彩虹（北站）大桥实景

    由于该桥的采用大量的新技术、新工艺，使工程土建部分直接造价比初步设计方案造价降低约1500万元，该桥的技术创新和大胆实践对推动钢-混凝土组合结构的应用也具有十分重要的意义。

5.2 深圳南山大桥—新型预应力钢-混凝土组合梁桥的应用

随着社会经济的不断发展，交通基础建设的不断完善，对在交通枢纽中起重要作用的桥梁构提出了更高的要求，21世纪的桥梁发展的趋势将会是新型、大跨、轻质、高强、环保和美观^[2]。要实现大跨的目标，结构的轻型化成为了必然，要实现结构的轻型化，轻质、高强的材料的应用成为了一种较好的选择。

波形钢板最先在桥梁中是用作梁桥的腹板，将传统预应力混凝土箱梁桥的腹板替代为波形钢板，即为波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥，简称为波形钢腹板PC组合箱梁桥。波形钢腹板PC组合箱梁桥是20世纪80年代在法国实现应用化的一种新型桥梁结构（典型断面示意图见图2所示）。这种结构以波形钢板代替混凝土作为箱梁的腹板，并采用体外预应力技术，实现了主梁的轻型化，增大了梁桥的跨越能力，符合当今桥梁的发展趋势。这种结构的优越性主要表现如下^[4]：

(a).    减轻结构自重，提高结构的抗震性能；

(b).    充分利用了混凝土抗压，波形钢腹板质轻、抗剪屈服强度高的优点；

(c).    波形钢腹板轴向刚度小，提高了截面的预应力导入效率；

(d).    体外预应力筋可以替换，有利于桥梁的维修与补强；

(e).    波形钢腹板使桥梁具有较强的美感，是城市、山区、风景区较好的桥型选择。

由于该桥型的诸多优点，已经成为日本高速公路的推荐桥型，我院对该桥型进行引进、吸收和创新，联合相清华大学、四川大学、福州大学等高等院校对该桥型的连接件性能、波形钢腹板的疲劳性能、抗扭性能和抗震性能进行较为深入的试验研究和理论研究，相关研究成果已经应用于我院设计的几座波形钢腹板预应力混凝土桥梁中，取得了较好的效果（图3为深圳南山大桥的效果图）。

5.3 深圳福田交通枢纽换乘中心—预应力索梁结构和空间钢管桁架的组合结构体系应用

福田交通综合枢纽换乘中心由深圳市交通局开发建设，为交通综合枢纽建筑。建设地点位于深圳市福田区西部，东侧紧邻现福田汽车站，用地东邻竹子林立交，南至白石洲路，西至规划道路，北至深南路，紧靠地铁竹子林站入口。它集城市公共交通、长途交通于一体，并与深圳航空港、深圳铁路网及深港过境和深圳地铁竹子林站入口交通相衔接，是承担市民出行、旅客换乘、过境通关和多种交通方式接驳的大型城市交通枢纽设施，也是深圳市的一个标志性基础设施建设项目。图4所示为福田交通枢纽的建筑效果图。

图4福田交通综合枢纽换乘中心建筑实景图

从图4可见，该交通枢纽结构体型复杂，现行荷载规范已不能满足结构的抗风设计要求，尤其是当建筑出现了诸如开孔之类的更为复杂的情况。我院联合相关科研单位基于计算流体动力学数值风洞技术，建立福田交通综合枢纽主体建筑及周围建筑物群的数值风洞模型，模拟室内外风流场，取最不利工况的风荷载，得到建筑物内外风场分布和玻璃幕墙风压力，进而验算玻璃幕墙的风荷载设计值及气流对吊顶的作用，同时评估室内行人舒适度，对局部不能满足舒适度的环境进行多种方案的对比分析，提出改善舒适度的具体方案，取得了良好的效果。图5为福田交通综合枢纽数值风洞的计算结果。

图5 福田交通综合枢纽数值风洞的计算结果

5.4 地铁高架车站结构—新型“桥”-“建”合一的新型结构体系

地铁高架车站是一种既含有大量普通民用建筑的特点，但又需按桥梁结构控制刚度，且与铁路桥梁仍存在一定差异的特殊结构类型，所以设计上检算的内容涵盖方面较多。作为车站建筑，为满足使用要求需布置一定体量的功能性建筑，存在大量民用建筑荷载，作为列车行驶的车站，又有走行性的功能要求，需考虑列车动载及无缝线路强度的影响。城轨结构的特殊性还体现在，城轨交通的列车荷载与铁路桥涵荷载在作用形式上相似但量值上仍有差别，如城轨列车以客运为主，荷载较小、行车速度较慢等。

由于这种新型“桥”-“建”合一的新型结构体系的复杂性，且我院作为轨道交通设计方面的新军，院里积极组织这种新型结构计算研究团队，采用Midas、SAP2000和PKPM等多种结构计算软件进行全方面的计算和校核，进行了上部钢结构和下部混凝土的总装分析，获得宝贵的工程设计经验。图6为地铁高架车站的整体分析模型。

图6 地铁高架车站的整体分析模型

5.5 宝岗路拓宽改造市政工程—有限元技术和监测技术在市政改造工程中的应用

旧桥拓宽设计不能仅仅局限于拓宽部分新桥，应该以旧桥实际状况为基础，用发展的眼光和整体的观念进行设计。对于公路拓宽改造工程中的纵向连接问题，设计人员往往凭经验进行处理，而缺乏系统的试验研究与理论计算。

我院联合相关科研单位以松岗高架桥为工程背景，组织科研攻关团队，在总结回顾新旧桥梁纵向接缝的连接技术研究及应用现状的基础上，研究采用不同的纵缝连接方式下桥梁的静动力特性，为实桥拓宽改造推荐合理、可靠的连接方式，并对松岗高架桥拓宽改造后新旧桥纵向接缝进行变形、应变（力）和温度场的跟踪监测，了解箱梁拓宽及加固后纵向接缝受力性能的变化，将有限元技术和监测技术应用于实际工程，取得良好的社会效益。图7所示为宝岗—泥岗立交桥工程实景照片。

图7 宝岗—泥岗立交桥工程实景图

类似以上的科技创新工作我院还有很多，以上仅对我院典型市政工程的科技创新做简要介绍。

6 结语

“问题是创新的源泉，追求是创新的动力，知识是创新的基础，敢想是创新的开端。”工程实践中的市政工程丰富多彩，结合作者多年来学习和工作体会谈科技创新，有以下几点体会，与各位同行分享，希望能起到“抛砖引玉”的作用。三点体会如下：

（1）       联合相关科研单位进行新材料、新结构和新工艺的实验研究和理论分析是市政工程技术发展的必要条件和必要手段；

（2）       在确保工程结构安全的情况下，理论创新是市政工程技术技术发展的必要基础；

（3）       将相关科技创新成果与工程实践相结合是市政工程技术应用的必要前提。

参考文献

[1]    张孟然，国外市政工程项目科技创新对我国的启示，中国住宅建设，2012（1）：38-39.

[2]    董志良，中国建筑业技术创新存在的问题与对策，水运工程，2008（6）：34-37.

[3]    李勇，陈宜言，聂建国，陈宝春，钢-混凝土组合桥梁设计与应用，科学出版社，2002.

[4]    陈宜言，波形钢腹板预应力混凝土桥设计与施工，人民交通出版社，2009.