莫蘭蒂大橋垮塌180天祭

莫蘭蒂大橋垮塌180天祭

編者注:本文觀點屬於個人觀點。文中新聞報道的原文網址已全部列於文末,供有需要的讀者查閱。



意大利西北部海濱城市熱那亞(Genoa)莫蘭蒂大橋(The Morandi Bridge)垮塌事件已經過去整整半年了,廢墟清理工作基本完成,舊橋拆除工作也已經全面展開。然而,由莫蘭蒂大橋垮塌事件引發的政府與橋樑運營企業的責任論戰、意大利國內對橋樑和其他老建築的擔憂、歐美工程界對垮橋事件的分析,事件持續發酵至今。

莫蘭蒂大橋垮塌180天祭

莫蘭蒂大橋(The Morandi Bridge)是當地海、空港口運輸的重要通道

事件回顧與最新進展

莫蘭蒂大橋,1967年建成並投入使用,處於意大利西北部海港城市熱那亞城西的咽喉位置,距米蘭、都靈等北部大城市僅不到兩小時的車程。在服役51年後,2018年8月14日,一截長200米的橋身在暴風雨中發生垮塌,事故共導致43人死亡,多人重傷,當地600餘人被迫轉移安置。

莫蘭蒂大橋垮塌180天祭

圖片來源:英國《電訊報》(Telegraph)2018年8月14日

橋樑倒塌後6個月,公眾看到大橋養護公司重啟了橋樑復建。一週前,大橋已經完成了廢墟上幾千噸鋼鐵、混凝土、瀝青的清理工作。此後,將用8個月的時間修復整個莫蘭蒂大橋,並採用鋼結構材料替換原有的鋼混材料。從現場清理、拆除到重建,計劃總用時15個月,預計2019年底完成通車。新橋將設置43根燈杆,用以紀念在2018年8月14日因燈杆倒塌而遇難的人們。2018年12月19日,熱那亞莫蘭迪大橋重建項目總負責人、熱那亞市長馬爾科•布奇宣佈,任命熱那亞本土的81歲著名建築師倫佐·皮亞諾(Renzo Piano)為新莫蘭蒂大橋的總設計師。皮亞諾先生最著名的作品為1977年完工的法國巴黎的蓬皮杜藝術中心(Centre Pompidou),以及2013年建成的英國倫敦碎片大廈,也被稱作“摘星之塔”(the Shard),此外還有日本大阪關西的機場等著名建築。新莫蘭蒂大橋的設計將充分尊重該市市民對懸索橋和斜拉橋的心理厭惡感,採用鋼結構梁橋的方案。[1]

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新莫蘭蒂大橋的方案圖

意政府與企業的口水戰

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垮塌前的莫蘭蒂大橋

據美國有線新聞網(CNN)報道,莫蘭蒂大橋垮塌後,意大利政府迅速將責任歸咎於大橋運營商——意大利高速公路運營公司(Autostrade per l'Italia),指責意大利高速公路運營公司對高架橋管理運營不力。而高速公路公司則否認在運營中存在任何不當行為。而且早在2011年,意大利高速公路運營公司在官方報告中就警告說:“高峰時段的卡車長龍將導致莫蘭蒂大橋結構的嚴重老化。”[2] 然而,意大利副總理路易吉·迪馬尤(Luigi Di Maio)表示,如果高速公路業主方沒有能力正常運營高速公路,政府將撤銷高速公路特許經營權,並接管整條高速公路的運營。意大利交通部長達尼洛•託尼內裡(Danilo Toninelli)已經嚴令交通部全力開展事故調查工作,並打算撤銷大橋營運商的經營管理合約,呼籲該公司的高級管理人員辭職,擬對該公司處以高達1.5億歐元(約合12億人民幣)的罰單。前往現場勘災的託尼內裡表示,該公司還須支付莫蘭蒂大橋的重建費用及一切後續相關費用。但是,意大利高速公路運營公司的高管斯特凡諾•馬裡格利亞尼(Stefano Marigliani)向英國《金融時報》表示:“莫蘭蒂大橋一直受到超出法律規定外的指控,並沒有足夠的理由證明它是一座危橋。”[3] 天空新聞(Skynews)披露,該路段的主要運營商是亞特蘭提亞投資集團(Atlantia)——意大利高速公路運營公司的最大股東,也已為此事件損失了超過50億歐元(約合400億人民幣)市值,下跌幅度超過該公司總市值的1/5。亞特蘭提亞投資集團還表示,本集團已經履行了該橋所有的養護義務和災後安撫工作,不會接受來自意大利政府的任何威脅。該公司補充稱,如果政府提前終止運營協議,該公司則有權獲得一筆鉅額的違約金。同時,該公司警告稱,如此嚴厲的處罰可能會對Atlantia的股東和債券持有人產生影響,將高速經營權歸國有的傳聞令整個交通基建領域的投資人失去信心。[4]

這是一個典型的歐洲政府與行業寡頭企業,在重大事件發生之後的拉扯過程。多層次的干預會令橋樑管理複雜化。目前,意大利政府已經把莫蘭蒂橋重建的合同授予意大利最大的造船商Salini Impregilo、著名造船商Fincantieri和鐵路運營巨頭Italferr工程公司所組成的聯合體,工程預算為2.2至2.3億歐元(約合18億人民幣)。

口水戰的焦點雖然是在政府與企業之間圍繞事故責任展開,但是這裡也涉及一系列的管理模式、流程、層級的思考,比如老橋的拆除與重建的決議過程,大修封路協調過程,車流管控與交通需求等等,本文不能逐一展開,有機會可以推一些橋樑管理的成功/失敗的案例。

問題出在哪?

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圖片來源:美國有線新聞網(CNN) 2018年8月14日

美國有線新聞網(CNN)報道還稱,多年來,許多人一直擔心莫蘭迪大橋——號稱“熱那亞的布魯克林大橋“——遲早會倒塌。市民、建築師和工程師都曾公開談論此事,或許還有一兩個地方政客也在私下談論著此事。對許多人來說,發生事故只是個時間問題。當它在一場2018年8月14日的傾盆大雨中倒塌後,政治戰爭爆發了,各政黨相互指責,政府把這一切都歸咎於高速公路運營單位,尋找替罪羊。熱那亞檢察官辦公室表示,這場災難是由於“人為失誤”造成的,矛頭直指高速管理公司養護不力。

另一方面,莫蘭迪大橋正在其服役末期(橋齡已達51年),需要高密度的維修。斜拉橋中的拉索屬於可更換構件,現有調查中顯示斜拉索的使用壽命僅有20~30年,所以常規檢修和維護尤為重要。Morandi體系的橋樑,完全採用預應力混凝土結構,包括主塔、主樑甚至拉索。在當時的年代,設計師們還沒有充分認識到預應力混凝土結構在使用過程中的老化問題,包括承載力的退化和疲勞損傷等因素。由於Morandi體系中採用大懸臂加掛梁的形式,掛孔連接處本身就是薄弱點,加之未充分考慮拉索老化斷裂更換的情形,這些都大大增加了橋樑後期的運維難度。

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2015年,莫蘭蒂大橋下部結構

主樑和主塔採用預應力混凝土結構,但拉索也採用這種預應力混凝土結構,這就和現在常用的平行鋼絲和鋼絞線有差別了。這裡的預應力筋藉助預應力混凝土的形式張拉錨固在主樑和主塔上,混凝土一方面為預應力筋提供傳力介質,另外一方面被認為是個保護層的形式。但這兩方面的作用都會隨著預應力筋的鬆弛而逐漸失去效果。此外,混凝土加大了拉索的整體自重。

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未坍塌一側的拉索

發生坍塌的主塔的斜拉索主要是在端部外表面設置了加固構造,全索範圍都可以看到明顯的加固痕跡。但是這些維修只進行了很小的調整——這有點像在拼命修理一輛即將報廢的汽車,而不是選擇購買一輛節能的新車。原因何在呢?值得思考。

英國電訊報(Telegraph)轉述了意大利土木工程學會專家組的意見稱,意大利很多橋樑都是在1950至1960年代,多為鋼混結構,且早已超出50年預設服役壽命,建議立即維修或替換所有的老舊橋樑。與此同時,建議意大利當局撥款,繪製所有關鍵領域的基建地圖,並制定一項嚴密的、長期的基礎設施修復升級計劃。若延遲基礎設施的升級工作,不僅沒有便利可言,相反可能出現致命後果。根據現代耐久性標準,“預應力混凝土拉桿”並不是一種安全的解決拉應力的方法,維護操作也非常困難。[5]

美國華盛頓郵報(The Washington Post)則尖銳地指出,基礎設施的升級改造對任何國家的發展和安全都至關重要,而在意大利這似乎並不是當務之急。交通部門得到了公共資金的分配,但往往從未被真正花在該花的地方,大家似乎也不知道該怎麼花。[3] 數據顯示,意大利在基建投資方面已經長期落後於歐洲平均水平,這令意大利當局非常尷尬。[6]

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資料來源:美國有線新聞網(CNN)2018年8月15日

新政府有權“撤銷”前任內閣團隊批准的關鍵基礎設施計劃,但根本無力抗拒本土財團的遊說。每當一個或多個政黨上臺執政,既定路線就會改變;繁文縟節過多是阻礙意大利全面實施基礎設施項目升級的另一個障礙;此外,還有臭名昭著的黑手黨干涉、公職人員腐敗、犯罪集團對招投標的滲透,這些社會因素都大大拖慢了意大利公共基礎設施的升級進度。

所以,問題到底出在哪兒?

是運營企業維護不力?政府不作為?還是讓老橋沿用至今就註定是個悲劇?我給大家幾個概念:橋樑的設計服役期,設計養護流程,造橋新技術,新自然環境,新交通環境,橋體結構惡化速度,養護成本與橋齡的關係,橋樑提前報廢拆除的程序。這裡面的內在邏輯請大家繼續思考。

“一場等待發生的悲劇”

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圖片來源:英國《衛報》(The Guardian)2018年8月14日

莫蘭蒂大橋建於1963年至1967年間,自建成以來一直受到結構問題的困擾,過去十幾年更是為此付出了高額的養護費用——每年投入近2000萬歐元(約合1.5億人民幣)。本土結構工程師們警告說,意大利戰後的許多基礎設施都亟待重建,這些基礎設施的建造技術與莫蘭蒂大橋的建造技術類似,主要特徵就是預應力鋼筋混凝土技術。著名的意大利工程師裡卡多莫蘭迪(Riccardo Morandi)已於1989年去世,之後預應力鋼筋混凝土技術又有了長足發展。這也意味著之前建造的橋樑或者建築物的技術方案,已經不再是最佳方案。事件之後,一個名為Ingegneri.info的專業工程網站寫道,這座橋長期以來一直存在“結構上的疑問”,並將其稱為“一場等待發生的悲劇”。(A Tragedy Waiting to Happen)

英國獨立電視臺(ITV)採訪了熱那亞大學(University of Genoa)鋼筋混凝土建築教授安東尼奧·布倫奇(Antonio Brencich),他長期以來一直對莫蘭蒂大橋結構持批評態度。“50年前,我們對鋼筋混凝土有無限的信心,曾認為它會是永恆的。但現在我們知道,它只能堅持幾十年。沉重的橋面荷載和鏽蝕的鋼材很可能是導致這座橋樑倒塌原因。”

莫蘭蒂大橋在2016年剛剛進行了結構調整,並在坍塌前進行了加固路基的維修工作,可惜中段的混凝土框架最終還是發生了坍塌。2016年布倫奇教授就將這座橋描述為“工程史上的失敗案例”,當年他說:“那座橋從一開始就錯了,雖然我不知道具體會在哪個時刻,但總有一天它會被拆掉的,它的維護成本已經遠遠高於重建的成本了,希望我們是主動解決問題,而不是被動的修補。”

大橋垮塌之後,意大利首都廣播電臺(Radio Capitale)援引布倫奇教授的話,“我知道莫蘭蒂先生當年建橋時想要使用他自己的專利技術,但是這項技術從目前看來早就過時了。莫蘭蒂先生已經去世了,而我們並沒有做出正確的反應。43條生命的離世,我們都是有責任的……”

“我們不能等待災難的發生!”這是國際橋協前主席Klaus Ostenfeld參加2018年底《橋樑》雜誌社年會時留給全世界橋樑人思考的一句話。

集體進入高危期的建築物

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圖片來源:英國《電訊報》(Telegraph)2018年8月14日

五、六十年代是西歐、南歐國家,在戰後馬歇爾計劃援助下,經濟迅速恢復的黃金時代,也是意大利等歐洲國家大興土木的年代。但專家們現在警告稱,連接意大利西北部和法國的A10高速公路的關鍵路段、意大利最繁忙的橋樑之一——莫蘭迪大橋的垮塌,標誌著意大利各地橋樑的維修工作可能正存在多處錯誤,多個危機正在這些服役了半個世紀的建築物中醞釀。4EMME服務公司(4EMME Service)高管塞蒂莫·馬蒂內洛(Settimo Martinello)對美國有線新聞網(CNN)表示,該公司正在對管轄的5萬座橋樑進行徹底檢查,“我們深知它們不可能是永恆的,一旦出現問題,後果不可想象。可能還有成百上千的橋樑面臨著倒塌的危險,確切的數字尚不清楚。最大的問題是,缺乏大概150萬座橋樑的信息,這令我非常不安。”馬蒂內洛坦言,“維護4EMME公司名下橋樑的責任由地方政府、幾家私人和公共機構分擔,其中就有意大利高速公路公司。雖然像熱那亞這樣的垮塌非常罕見,但是意大利每年大約有15到20座橋樑垮塌,這是事實。”

有專業人士對事故橋樑的最初設計結構和使用年限提出了質疑。這座橋是上世紀六十年代規劃修建的,當時的設計和運用的科技,包括對車流量的考慮,和現在肯定沒法做比較。意大利建築科技研究院在災後發佈的一份媒體公告顯示,意大利有大量的公路橋樑於上世紀五六十年代建成,迄今已有超過50年的橋齡,其使用時間已經超出了橋樑設計時的安全期限,或者維護成本過高。為了避免這類悲劇再次發生,

意大利建築科技研究院提議,必須以百年以上的使用期限為計,對意大利超期服役的(包括維護成本過大的)橋樑全部重新規劃修建。當年的技術沒有錯,是作為後來者的我們錯了,我們沒能計算出每座橋樑養護成本與風險,所以也沒有最正確的解決方案。

上述是工程師群體發出的思考,運營商、道橋管理方也有值得思考的管理問題。在《搶救西班牙費爾南多雷格大橋》一文中編者就提到了“視橋如人”的概念,橋群如人群,它們也有一套從出生、服役到消亡的內在規律和特點,體現著其工藝、材料的時代侷限性。一個時代的建築物集體性老化可能令我們措手不及。

橋樑養護去向何方?

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圖片來源:美國有線新聞網(CNN)2018年8月14日

編者又參閱整理了英國土木工程師學會(Institution of Civil Engineering,ICE)[8]中幾位專家在災後的書面意見。首先是英國著名的橋樑專家伊恩•費斯(Ian Firth)先生的文章,(《橋樑》雜誌社國際部近期推送過一篇基於費斯先生演講的關於橋樑美學的文章,歡迎翻閱。)文章中指出:1967年完工的莫蘭蒂大橋是一種特殊橋型,屬於預應力混凝土斜拉橋,當時我們對這些結構的性能還知之甚少,我們現在建造這種橋型的方式已經大不相同,也知道了如何讓它更耐久。預應力混凝土需要耐腐蝕的特製鋼材配合建造。而事故調研的工作,則必須在坍塌的橋體殘件中尋找證據,還要分析支撐結構的設計圖。新一代的橋樑工程師必須不斷地評估現有橋樑,奔走於橋樑之間,記錄哪座橋需要什麼樣的維護,在什麼時間節點維護。工程師絕不只有建造的工作,還有之後的長期維護工作也要全程參與。大橋業主和管理部門要各司其職,對橋樑的質量和正在發生的退化負責,還要對災害事故處理負責。現代斜拉橋通常採用多索陣列,在任何一根索道容量損失的情況下,多索陣列可提供不同的荷載路徑。儘管這些技術進步降低了新一代橋樑垮塌的風險,但橋樑工程師必須保持對“

與時間相關的橋體惡化規律”、荷載條件的變化影響等因素有新的認識。附錄鏈接[5]中有費斯先生的英文采訪視頻。

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莫蘭蒂大橋一座主塔的結構示意圖

斜拉橋是近十多年相當流行的設計,優勢就是可以針對山谷、海洋或湍急河川等嚴峻地形搭建。只需一根墩柱像釘子一樣往地底下扎,再配上繩索、鋼條拉起橋面,經過高精密度結構計算,使其互相抗衡,相對建料省,也比較美觀。但是,斜拉橋一旦斷掉,禍害就相當大。因為墩柱少,受力相當集中,一旦河道泥沙長期沒有正常淤積,橋墩根部被掏空,就容易出狀況。因為一般的墩柱都是插在沙內,而沙本身就是極度不穩定的固態物,遇到大水流或是上游帶下來的大型物品,很有可能就把墩柱沖斷。纜索則多為金屬材料,最怕風吹日曬雨淋,造成破損、鏽蝕等狀況。繩索只要斷一根,整個橋就要馬上進入大修狀態,而且非常危險。費爾南多雷格大橋就是一個近期的例子,那是一座橋齡僅30年的斜拉橋,歐洲80年代的技術。

南安普敦大學(University of Southampton)結構力學副教授邁赫迪•卡沙尼(Mehdi Kashani)也表示,來自交通與風力等“動載荷”的壓力,可能導致橋樑構件的加速疲勞損傷。如何準確且經濟地完成監測,是橋樑工程師們需要重點研究的課題。當時的天氣情況很糟,但雷雨可能與此相關,也可能無關。我們在對災難進行評估時,還是要基於現有的知識與認識。盲目跳進一個不可解釋的幻想中而尋求一個內心認為合理的答案,這很不科學。[8]

還有來自利物浦大學(University of Liverpool)結構工程系的副教授史蒂夫•瓊斯(Steve Jones)談到了橋樑檢測觀念:“過去的幾十年裡,新的監測技術已取得長足發展,用於檢測橋樑的結構完整性,包括超聲波等方法相繼出現。然而,評估像熱那亞的莫蘭迪橋這樣的橋樑仍然是困難的。因為有些風險我們尚不可判斷,對於有風險的橋樑構件,我傾向與主動更換,因為我們已經不能確定它的完整性,而且還可以在更換過程中學到很多必須通過實踐檢驗才會得到的經驗。有時候,這比亡羊補牢的代價要小得多。近年來,交通荷載的增加確實給橋樑養護帶來了很大的壓力。自這些橋樑設計以來,交通流量的增長讓這些老橋面臨更多的未知風險,養護維修的思路也要與時俱進。設計壽命只是一個數字概念,這並不意味著橋會在(設計壽命到期)的第二天就倒掉。如果一座設計合理的橋,加以妥善養護與修復,那麼它肯定能存在好幾個世紀以上。看看歐洲羅馬時期和中國隋朝的石橋(我想他指的應該是隋大業年間的趙州石橋),我們總是能得到一些啟發。”[8]

編者有話說

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圖片來源:美國有線新聞網(CNN)2018年8月14日

莫蘭蒂大橋垮塌事件已經過去半年了,但歐洲工程學術界關於它衍生問題的討論正在全面展開,莫蘭蒂大橋的教訓是世界性的,裡面涉及的元素很多,本文不能逐一展開。43人死亡對於歐洲國家是不可接受的重大事故,也許歐洲會由此誕生一套新的歐盟橋樑養護標準並立法,我們拭目以待。

今天的意大利,全國都沉浸在高危建築物的不安之中。當舊橋不再安全,不再值得維修加固的時候,飛行汽車這類交通工具也許會被迫加速發展,這是一種可能;還有另一條出路,就是像《流浪地球》裡講的,那些長、重、大的工程總是需要幾代人、幾十代人去接力實現的。“地球逃脫計劃”如是,“橋樑的管理與養護全壽命計劃”亦如是。

[ 附錄 ]

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]


編譯 / 《橋樑》雜誌社國際部 陳業愷 趙帝


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