行業(yè)資訊21世紀經濟報道：對話港珠澳大橋島隧項目總經理部副總經理、總設計師劉曉東： 港珠澳大橋的工程思想： “對失誤零容忍”
教師授課、法官斷案，為什么設計師不專司設計而談工程思想？這是因為建造港珠澳大橋的設計師與工程師們花了幾乎全部時間去解決問題。港珠澳大橋的前期初步方案設計，由港珠澳大橋管理局組織國內外專家共同完成，而大橋的關鍵性控制性工程是海底隧道部分，更多是聽取了有工程經驗的外國專家建議，因為中國沒有做過，既無設計實踐，更無工程經驗。
設計是先有意向，為了完成這個意向到工具箱挑選工具，這就是所謂的前期方案設計。港珠澳大橋是一項前所未有的超級工程，所以工程師們發(fā)現(xiàn)既有的工具箱中并沒有可用或者適合的工具，由此他們面臨著要自己不斷制造新工具的處境。
工程師們在這個過程中歷盡磨難：他們首要的是必須辨識工程設計的風險與排除風險，要在一次次的試驗中辨識給定的工程理論與工藝正確與否。為此，他們要對所有未知領域采取試驗先行的做法，甚至采取反向論證。事實上，他們一次次地推翻了原有的設計方案，創(chuàng)造了在一個工程中更改九成以上原設計方案的紀錄，目的是使所有的風險可知可控。
在港珠澳大橋建設者們的心中，這里嚴苛到不允許任何試錯，只能成功，因為一旦將錯誤鑄成事實，誰都沒有能力去糾正。這是一項對失誤和錯誤零容忍的工程。
在工程進入結尾階段，21世紀經濟報道記者與港珠澳大橋島隧項目總經理部副總經理、總設計師劉曉東進行了三次交談。他用五年工程實踐的事實，梳理對港珠澳大橋工程屬性的認識、工程思想的主旨以及施工思想的方法。這個對話已超出工程施工的本身，也超出一般工程師的思考范圍，也許對日后新的超級工程具有借鑒作用。
先從懷疑的角度出發(fā)
《21世紀》：中國交建總工、港珠澳大橋島隧工程項目總經理林鳴曾向我介紹，大橋初步方案設計的沉管地基是采用樁柱施工方法。為此，他組織進行了典型試驗（1∶1的實驗），試驗結果出人意料，關鍵數(shù)據(jù)并不支撐施工要求，由此創(chuàng)新了“組合基床”的新方法。難道你們施工的每個環(huán)節(jié)都是先從懷疑的角度出發(fā)？
劉曉東：這是林總的工程思想。雖然已經有了初步設計方案，但我們是這個工程的實施者與承包人，做工程當然要把工程的風險和質量放在第一位。這是基于對工程屬性的認識：第一，島隧組合工程我們之前并沒有做過；第二，深海沉管隧道工程在屬性上歸類為高風險工程，我們心存敬畏之心。與陸上的工程相比，在海洋里施工，人與自然的力量對比懸殊，在海浪、海流、臺風、氣候面前非常渺小，可以說是風險無處不在，對此我們有清醒的認識。第三，在連接粵港澳三地區(qū)域內施工，我們不能出任何問題，這個工程國際關注度非常之高。
如果我們對上述問題考慮不周到，工程出現(xiàn)那么一點點差錯，首先是代價和時間不可控，而且，失誤將是不可逆轉的。林總經常舉這樣的例子：在陸地上用混凝土做個房子，如果質量出問題可以扒了重來，但是假設沉管下沉沒有精準對接，我們甚至沒有裝備能把它吊起來，如果再影響到珠江口航道的運輸，將會造成無法計算的工程與社會損失。所以，林總對工程的主導思想是“對失誤零容忍的工程”。
《21世紀》：這是嚴苛的工程思想理念。
劉曉東：因為不同，因為高風險性，因為不允許失敗。我們每一步走得都很謹慎，走每一步之前要先審視風險點在哪里，我們每走一步都是從找問題出發(fā)。
試驗先行
《21世紀》：零失誤，這是多么大的壓力。你們看問題的方法會不會讓人們不舒服？已經有初步的設計方案，憑什么一個承包商不相信全世界知名專家的設計？難道你們比知名專家們還高明？
劉曉東：我們花了很多時間找問題，同樣也要花很多時間做說服工作。但是總體來講，無論是領導還是社會，對這項工程都有一個基本的判斷與共識：島隧工程是整個項目最難的工程。其次，中國人以前沒有做過，這是第一次。我記得當時交通運輸部的專家組組長，時任交通部副部長馮正霖說過：“我們沒做過的事情，沒經驗的事情，希望是試驗先行。”我的理解是，如果我們沒有把握更談不上經驗，一定先要通過試驗研究清楚再實施。
《21世紀》：這是一個尊重客觀懂技術的專家型領導。
劉曉東：正是在這樣的氛圍中，我們對找出的問題進行了很多次試驗。
我給你講個有代表性的故事：2010年我們中標后，林總組織在青島做過一次典型試驗。原來工程設計的隧道基礎是“鋼減沉樁”，就是在海底打樁，上面鋪上樁帽，樁帽上面再鋪碎石，之后把沉管放在上面。這個方案可行嗎？試驗的過程中有兩個發(fā)現(xiàn)，其一，外國咨詢公司所給的設計參數(shù)值遠遠小于我們試驗的結果；其二，試驗過程出現(xiàn)嚴重的沉降變形，石頭往兩邊跑，我們的專業(yè)術語叫不收斂。林總開始警惕了，試驗是在靜載狀況下進行的，如果是動載呢？比如發(fā)生地震？發(fā)生地震會對隧道在水平面和縱向平面產生變形和破壞趨勢，以及在隧道管節(jié)的接頭產生差異移動和旋轉，那時工程將面臨徹底失敗。
《21世紀》：方案不是有經驗的歐洲公司做的嗎？他們的工具箱不是有很多被驗證和類似的工具嗎？難道他們沒有考慮地震載荷的問題嗎？
劉曉東：投標之前我們就開始研究這個方案，打樁是我們的水下強項，剛開始只是覺得具體的施工工藝跟之前做過的樁不太一樣。中標后憑經驗隱隱約約地感覺有些不妥，因為600根鋼樁每根都很細，樁上面頂著一個大帽子，7萬多噸的沉管就放在這上面，在沉管和樁頂帽之間還有一層碎石。
這個方案是外國專家給我們的，他們說能做成，我們開始時更多地考慮如何實現(xiàn)。但是在真正做詳細設計計算時發(fā)現(xiàn)不得要領，比如基礎沉降的均衡值是多少？特別是碎石的參數(shù)如何取？后來我們找到這家外國咨詢公司，當時他們提供了一套算法，和我們試驗獲得的數(shù)據(jù)有很大的差異。我問：“你們的算法以前用過嗎？”他們沒有回答我們的問題。當時我心里就緊張了一下，進一步追問，“你們以前做過這東西沒有”？他們說：“沒有，但是挪威有一個項目跟這個類似”。我們找到挪威的項目認真研究，發(fā)現(xiàn)兩者差別很大。
《21世紀》：按說這家著名的咨詢公司的工程師或者設計師應該是很負責任的，他們怎么會這樣做？
劉曉東：說句實話，當時我們心里開始沒底了。深入交談后才知道，他們選擇水下鋼樁的施工方法，是因為此前中國做過的一些隧道，比如甬江隧道是用打樁的方法。但他們提出的水下鋼減沉樁的工藝跟國內的打樁不太一樣，在工藝上要求更高。經過我們的試驗發(fā)現(xiàn)，如果按照他們的方案做，相當于給港珠澳大橋的海底隧道建設挖了一個很大的陷阱。之后，我們通過研究分析，采用了復合地基作為沉管隧道基礎的設計施工方案，這在國內也是首次。
對疑問多方分析論證
《21世紀》：沉管基底出現(xiàn)這樣的問題，其他的環(huán)節(jié)呢？
劉曉東：正是從這件事情開始，我們對每個環(huán)節(jié)都持有謹慎審視的態(tài)度。實際上，外國公司只是提供咨詢出主意，拿出方案讓施工方自己選。可能他們的起始點高、思路寬、見得多，與我們相比占盡優(yōu)勢。但隨著對工程的深入研究，以往舊有的經驗是否符合實際？某個方案能不能做成？在這點上我們的起步點差距并不大。通常我們會把疑問分解成十個或者八個問題去證明，只要有一個問題得不到解答，可能這個問題就是風險點所在。
中國交建有很強的研究、制造與設計團隊，比如復合地基的創(chuàng)新，是我們經過大量調研與計算和試驗，最終建立的一套完整的復合地基設計施工方法。
如何建立新的解決方案？
《21世紀》：發(fā)現(xiàn)問題后你們是如何解決衍生的次級問題呢？或者說推翻了原有的方案，如何建立一個新的解決方案呢？
劉曉東：以快速成島技術為例，快速成島是我們的重要創(chuàng)新成果之一，同樣也是林總提出來的。港珠澳大橋有35公里橋梁和6.4公里海底隧道是通過兩個人工島連接起來的。傳統(tǒng)成島技術是用混凝土或者石頭圍一圈擋住海水，而林總建議采用大的鋼圓筒止水圍島，出發(fā)點是任何常規(guī)建島方式都無法滿足止水的要求，普通工程漏點水影響不大，而港珠澳大橋99.99%的保證率都不行，只要發(fā)生0.01%的漏水，將帶來不可想象的災難。
當時港珠澳大橋人工島通過的初審設計，人工島的建設方案采用常規(guī)的建島方法。在我們提出新的方案后，花了差不多半年多的時間做方案、設計、論證、實驗，同時還要說服專家們同意并取得共識。為了做到嚴謹，林總請設計大師王汝凱作鋼圓筒建島不成立的反向研究。王大師組織了8個攻關課題研究，包括鋼圓筒的穩(wěn)定計算理論、鋼圓筒筒體結構設計、振沉技術及振沉工藝、止水方案等，經過三個月的研究，結論是大圓筒快速成島施工方法是成立的。圍兩個島用了120個大圓筒，每個筒的直徑有22米，筒和筒之間兩米的間距采用鋼板連接起來，形成穩(wěn)定安全的島壁結構。我們在五個月完成兩個人工島成島，施工效率提高了好幾倍。人工島已經建成3年，沒有出現(xiàn)任何問題。
近九成方案都做了變更
《21世紀》：港珠島大橋工程的60多項創(chuàng)新都是這樣的過程嗎？
劉曉東：基本上都是。我們這個工程有些不一樣。大多數(shù)工程習慣于沿用已有的技術與方法，100年前就是這樣做的，現(xiàn)在依舊如此。但我們在做這個工程的時候，采用已有的方法，從工程質量的把控上不能接受，也不符合我們工程的思想。所以每走一步都在探索有沒有更好的辦法，這是我們的特別之處。我們當然希望使用成熟的工具與技術，但是只要發(fā)現(xiàn)這個工具并不適合我們，或者說對港珠澳大橋工程存在風險或者是潛在的風險，我們就會放棄所謂成熟的做法，立刻進入組織創(chuàng)新新工具、新結構、新工藝和新技術中去。工程已經進入收尾階段，差不多有九成的原有方案都做了變更。
港珠澳大橋的工程思想是：對失誤零容忍的工程。林總常對我們說，深埋沉管歷史性的擺到了中國工程師面前， 我們不能在中國的超級工程上留下任何遺憾！
《21世紀》：聽您的介紹，我對工程的艱難程度有了新的認識。謝謝您！
作者為趙憶寧，發(fā)表于《21世紀經濟報道》2016年7月13日
