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43人死亡多人重伤莫兰蒂大桥垮塌事件始末

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【摘要】意大利海滨城市热那亚莫兰蒂大桥垮塌事件已经过去整整半年了,废墟清理工作基本完成,旧桥拆除工作也已经全面展开。然而,由莫兰蒂大桥垮塌事件引发的政府与桥梁运营企业的责任论战、意大利国内对桥梁和其他老建筑的担忧、欧美工程界对垮桥事件的分析,事件持续发酵至今。

莫兰蒂大桥,1967年建成并投入使用,处于意大利西北部海港城市热那亚城西的咽喉位置,距米兰、都灵等北部大城市仅不到两小时的车程。在服役51年后,2018年8月14日,一截长200米的桥身在暴风雨中发生垮塌,事故共导致43人死亡,多人重伤,当地600余人被迫转移安置。

桥梁倒塌后6个月,公众看到大桥养护公司重启了桥梁复建。一周前,大桥已经完成了废墟上几千吨钢铁、混凝土、沥青的清理工作。此后,将用8个月的时间修复整个莫兰蒂大桥,并采用钢结构材料替换原有的钢混材料。从现场清理、拆除到重建,计划总用时15个月,预计2019年底完成通车。新桥将设置43根灯杆,用以纪念在2018年8月14日因灯杆倒塌而遇难的人们。2018年12月19日,热那亚莫兰迪大桥重建项目总负责人、热那亚市长马尔科布奇宣布,任命热那亚本土的81岁著名建筑师伦佐皮亚诺(Renzo Piano)为新莫兰蒂大桥的总设计师。皮亚诺先生最著名的作品为1977年完工的法国巴黎的蓬皮杜艺术中心(Centre Pompidou),以及2013年建成的英国伦敦碎片大厦,也被称作“摘星之塔”(the Shard),此外还有日本大阪关西的机场等著名建筑。新莫兰蒂大桥的设计将充分尊重该市市民对悬索桥和斜拉桥的心理厌恶感,采用钢结构梁桥的方案。

据美国有线新闻网(CNN)报道,莫兰蒂大桥垮塌后,意大利政府迅速将责任归咎于大桥运营商意大利高速公路运营公司(Autostrade per lItalia),指责意大利高速公路运营公司对高架桥管理运营不力。而高速公路公司则否认在运营中存在任何不当行为。而且早在2011年,意大利高速公路运营公司在官方报告中就警告说:“高峰时段的卡车长龙将导致莫兰蒂大桥结构的严重老化。”[2] 然而,意大利副总理路易吉迪马尤(Luigi Di Maio)表示,如果高速公路业主方没有能力正常运营高速公路,政府将撤销高速公路特许经营权,并接管整条高速公路的运营。意大利交通部长达尼洛托尼内里(Danilo Toninelli)已经严令交通部全力开展事故调查工作,并打算撤销大桥营运商的经营管理合约,呼吁该公司的高级管理人员辞职,拟对该公司处以高达1.5亿欧元(约合12亿人民币)的罚单。前往现场勘灾的托尼内里表示,该公司还须支付莫兰蒂大桥的重建费用及一切后续相关费用。但是,意大利高速公路运营公司的高管斯特凡诺马里格利亚尼(Stefano Marigliani)向英国《金融时报》表示:“莫兰蒂大桥一直受到超出法律规定外的指控,并没有足够的理由证明它是一座危桥。”[3] 天空新闻(Skynews)披露,该路段的主要运营商是亚特兰提亚投资集团(Atlantia)意大利高速公路运营公司的最大股东,也已为此事件损失了超过50亿欧元(约合400亿人民币)市值,下跌幅度超过该公司总市值的1/5。亚特兰提亚投资集团还表示,本集团已经履行了该桥所有的养护义务和灾后安抚工作,不会接受来自意大利政府的任何威胁。该公司补充称,如果政府提前终止运营协议,该公司则有权获得一笔巨额的违约金。同时,该公司警告称,如此严厉的处罚可能会对Atlantia的股东和债券持有人产生影响,将高速经营权归国有的传闻令整个交通基建领域的投资人失去信心。[4]

这是一个典型的欧洲政府与行业寡头企业,在重大事件发生之后的拉扯过程。多层次的干预会令桥梁管理复杂化。目前,意大利政府已经把莫兰蒂桥重建的合同授予意大利最大的造船商Salini Impregilo、著名造船商Fincantieri和铁路运营巨头Italferr工程公司所组成的联合体,工程预算为2.2至2.3亿欧元(约合18亿人民币)。

口水战的焦点虽然是在政府与企业之间围绕事故责任展开,但是这里也涉及一系列的管理模式、流程、层级的思考,比如老桥的拆除与重建的决议过程,大修封路协调过程,车流管控与交通需求等等,本文不能逐一展开,有机会可以推一些桥梁管理的成功/失败的案例。

美国有线新闻网(CNN)报道还称,多年来,许多人一直担心莫兰迪大桥号称“热那亚的布鲁克林大桥“迟早会倒塌。市民、建筑师和工程师都曾公开谈论此事,或许还有一两个地方政客也在私下谈论着此事。对许多人来说,发生事故只是个时间问题。当它在一场2018年8月14日的倾盆大雨中倒塌后,政治战争爆发了,各政党相互指责,政府把这一切都归咎于高速公路运营单位,寻找替罪羊。热那亚检察官办公室表示,这场灾难是由于“人为失误”造成的,矛头直指高速管理公司养护不力。

另一方面,莫兰迪大桥正在其服役末期(桥龄已达51年),需要高密度的维修。斜拉桥中的拉索属于可更换构件,现有调查中显示斜拉索的使用寿命仅有20~30年,所以常规检修和维护尤为重要。Morandi体系的桥梁,完全采用预应力混凝土结构,包括主塔、主梁甚至拉索。在当时的年代,设计师们还没有充分认识到预应力混凝土结构在使用过程中的老化问题,包括承载力的退化和疲劳损伤等因素。由于Morandi体系中采用大悬臂加挂梁的形式,挂孔连接处本身就是薄弱点,加之未充分考虑拉索老化断裂更换的情形,这些都大大增加了桥梁后期的运维难度。

主梁和主塔采用预应力混凝土结构,但拉索也采用这种预应力混凝土结构,这就和现在常用的平行钢丝和钢绞线有差别了。这里的预应力筋借助预应力混凝土的形式张拉锚固在主梁和主塔上,混凝土一方面为预应力筋提供传力介质,另外一方面被认为是个保护层的形式。但这两方面的作用都会随着预应力筋的松弛而逐渐失去效果。此外,混凝土加大了拉索的整体自重。

发生坍塌的主塔的斜拉索主要是在端部外表面设置了加固构造,全索范围都可以看到明显的加固痕迹。但是这些维修只进行了很小的调整这有点像在拼命修理一辆即将报废的汽车,而不是选择购买一辆节能的新车。原因何在呢?值得思考。

英国电讯报(Telegraph)转述了意大利土木工程学会专家组的意见称,意大利很多桥梁都是在1950至1960年代,多为钢混结构,且早已超出50年预设服役寿命,建议立即维修或替换所有的老旧桥梁。与此同时,建议意大利当局拨款,绘制所有关键领域的基建地图,并制定一项严密的、长期的基础设施修复升级计划。若延迟基础设施的升级工作,不仅没有便利可言,相反可能出现致命后果。根据现代耐久性标准,“预应力混凝土拉杆”并不是一种安全的解决拉应力的方法,维护操作也非常困难。[5]

美国华盛顿邮报(The Washington Post)则尖锐地指出,基础设施的升级改造对任何国家的发展和安全都至关重要,而在意大利这似乎并不是当务之急。交通部门得到了公共资金的分配,但往往从未被真正花在该花的地方,大家似乎也不知道该怎么花。[3] 数据显示,意大利在基建投资方面已经长期落后于欧洲平均水平,这令意大利当局非常尴尬。[6]

新政府有权“撤销”前任内阁团队批准的关键基础设施计划,但根本无力抗拒本土财团的游说。每当一个或多个政党上台执政,既定路线就会改变;繁文缛节过多是阻碍意大利全面实施基础设施项目升级的另一个障碍;此外,还有臭名昭著的黑手党干涉、公职人员腐败、犯罪集团对招投标的渗透,这些社会因素都大大拖慢了意大利公共基础设施的升级进度。

是运营企业维护不力?政府不作为?还是让老桥沿用至今就注定是个悲剧?我给大家几个概念:桥梁的设计服役期,设计养护流程,造桥新技术,新自然环境,新交通环境,桥体结构恶化速度,养护成本与桥龄的关系,桥梁提前报废拆除的程序。这里面的内在逻辑请大家继续思考。

莫兰蒂大桥建于1963年至1967年间,自建成以来一直受到结构问题的困扰,过去十几年更是为此付出了高额的养护费用每年投入近2000万欧元(约合1.5亿人民币)。本土结构工程师们警告说,意大利战后的许多基础设施都亟待重建,这些基础设施的建造技术与莫兰蒂大桥的建造技术类似,主要特征就是预应力钢筋混凝土技术。著名的意大利工程师里卡多莫兰迪(Riccardo Morandi)已于1989年去世,之后预应力钢筋混凝土技术又有了长足发展。这也意味着之前建造的桥梁或者建筑物的技术方案,已经不再是最佳方案。事件之后,一个名为专业工程网站写道,这座桥长期以来一直存在“结构上的疑问”,并将其称为“一场等待发生的悲剧”。(A Tragedy Waiting to Happen)

英国独立电视台(ITV)采访了热那亚大学(University of Genoa)钢筋混凝土建筑教授安东尼奥布伦奇(Antonio Brencich),他长期以来一直对莫兰蒂大桥结构持批评态度。“50年前,我们对钢筋混凝土有无限的信心,曾认为它会是永恒的。但现在我们知道,它只能坚持几十年。沉重的桥面荷载和锈蚀的钢材很可能是导致这座桥梁倒塌原因。”

莫兰蒂大桥在2016年刚刚进行了结构调整,并在坍塌前进行了加固路基的维修工作,可惜中段的混凝土框架最终还是发生了坍塌。2016年布伦奇教授就将这座桥描述为“工程史上的失败案例”,当年他说:“那座桥从一开始就错了,虽然我不知道具体会在哪个时刻,但总有一天它会被拆掉的,它的维护成本已经远远高于重建的成本了,希望我们是主动解决问题,而不是被动的修补。”大桥垮塌之后,意大利首都广播电台(Radio Capitale)援引布伦奇教授的话,“我知道莫兰蒂先生当年建桥时想要使用他自己的专利技术,但是这项技术从目前看来早就过时了。莫兰蒂先生已经去世了,而我们并没有做出正确的反应。43条生命的离世,我们都是有责任的”

“我们不能等待灾难的发生!”这是国际桥协前主席Klaus Ostenfeld参加2018年底《桥梁》杂志社年会时留给全世界桥梁人思考的一句话。

五、六十年代是西欧、南欧国家,在战后马歇尔计划援助下,经济迅速恢复的黄金时代,也是意大利等欧洲国家大兴土木的年代。但专家们现在警告称,连接意大利西北部和法国的A10高速公路的关键路段、意大利最繁忙的桥梁之一莫兰迪大桥的垮塌,标志着意大利各地桥梁的维修工作可能正存在多处错误,多个危机正在这些服役了半个世纪的建筑物中酝酿。4EMME服务公司(4EMME Service)高管塞蒂莫马蒂内洛(Settimo Martinello)对美国有线新闻网(CNN)表示,该公司正在对管辖的5万座桥梁进行彻底检查,“我们深知它们不可能是永恒的,一旦出现问题,后果不可想象。可能还有成百上千的桥梁面临着倒塌的危险,确切的数字尚不清楚。最大的问题是,缺乏大概150万座桥梁的信息,这令我非常不安。”马蒂内洛坦言,“维护4EMME公司名下桥梁的责任由地方政府、几家私人和公共机构分担,其中就有意大利高速公路公司。虽然像热那亚这样的垮塌非常罕见,但是意大利每年大约有15到20座桥梁垮塌,这是事实。”

有专业人士对事故桥梁的最初设计结构和使用年限提出了质疑。这座桥是上世纪六十年代规划修建的,当时的设计和运用的科技,包括对车流量的考虑,和现在肯定没法做比较。意大利建筑科技研究院在灾后发布的一份媒体公告显示,意大利有大量的公路桥梁于上世纪五六十年代建成,迄今已有超过50年的桥龄,其使用时间已经超出了桥梁设计时的安全期限,或者维护成本过高。为了避免这类悲剧再次发生,意大利建筑科技研究院提议,必须以百年以上的使用期限为计,对意大利超期服役的(包括维护成本过大的)桥梁全部重新规划修建。当年的技术没有错,是作为后来者的我们错了,我们没能计算出每座桥梁养护成本与风险,所以也没有最正确的解决方案。

上述是工程师群体发出的思考,运营商、道桥管理方也有值得思考的管理问题。在《抢救西班牙费尔南多雷格大桥》一文中编者就提到了“视桥如人”的概念,桥群如人群,它们也有一套从出生、服役到消亡的内在规律和特点,体现着其工艺、材料的时代局限性。一个时代的建筑物集体性老化可能令我们措手不及。

编者又参阅整理了英国土木工程师学会(Institution of Civil Engineering,ICE)[8]中几位专家在灾后的书面意见。首先是英国著名的桥梁专家伊恩费斯(Ian Firth)先生的文章,(《桥梁》杂志社国际部近期推送过一篇基于费斯先生演讲的关于桥梁美学的文章,欢迎翻阅。)文章中指出:1967年完工的莫兰蒂大桥是一种特殊桥型,属于预应力混凝土斜拉桥,当时我们对这些结构的性能还知之甚少,我们现在建造这种桥型的方式已经大不相同,也知道了如何让它更耐久。预应力混凝土需要耐腐蚀的特制钢材配合建造。而事故调研的工作,则必须在坍塌的桥体残件中寻找证据,还要分析支撑结构的设计图。新一代的桥梁工程师必须不断地评估现有桥梁,奔走于桥梁之间,记录哪座桥需要什么样的维护,在什么时间节点维护。工程师绝不只有建造的工作,还有之后的长期维护工作也要全程参与。大桥业主和管理部门要各司其职,对桥梁的质量和正在发生的退化负责,还要对灾害事故处理负责。现代斜拉桥通常采用多索阵列,在任何一根索道容量损失的情况下,多索阵列可提供不同的荷载路径。尽管这些技术进步降低了新一代桥梁垮塌的风险,但桥梁工程师必须保持对“与时间相关的桥体恶化规律”、荷载条件的变化影响等因素有新的认识。附录链接[5]中有费斯先生的英文采访视频。

斜拉桥是近十多年相当流行的设计,优势就是可以针对山谷、海洋或湍急河川等严峻地形搭建。只需一根墩柱像钉子一样往地底下扎,再配上绳索、钢条拉起桥面,经过高精密度结构计算,使其互相抗衡,相对建料省,也比较美观。但是,斜拉桥一旦断掉,祸害就相当大。因为墩柱少,受力相当集中,一旦河道泥沙长期没有正常淤积,桥墩根部被掏空,就容易出状况。因为一般的墩柱都是插在沙内,而沙本身就是极度不稳定的固态物,遇到大水流或是上游带下来的大型物品,很有可能就把墩柱冲断。缆索则多为金属材料,最怕风吹日晒雨淋,造成破损、锈蚀等状况。绳索只要断一根,整个桥就要马上进入大修状态,而且非常危险。费尔南多雷格大桥就是一个近期的例子,那是一座桥龄仅30年的斜拉桥,欧洲80年代的技术。

南安普敦大学(University of Southampton)结构力学副教授迈赫迪卡沙尼(Mehdi Kashani)也表示,来自交通与风力等“动载荷”的压力,可能导致桥梁构件的加速疲劳损伤。如何准确且经济地完成监测,是桥梁工程师们需要重点研究的课题。当时的天气情况很糟,但雷雨可能与此相关,也可能无关。我们在对灾难进行评估时,还是要基于现有的知识与认识。盲目跳进一个不可解释的幻想中而寻求一个内心认为合理的答案,这很不科学。[8]

还有来自利物浦大学(University of Liverpool)结构工程系的副教授史蒂夫琼斯(Steve Jones)谈到了桥梁检测观念:“过去的几十年里,新的监测技术已取得长足发展,用于检测桥梁的结构完整性,包括超声波等方法相继出现。然而,评估像热那亚的莫兰迪桥这样的桥梁仍然是困难的。因为有些风险我们尚不可判断,对于有风险的桥梁构件,我倾向与主动更换,因为我们已经不能确定它的完整性,而且还可以在更换过程中学到很多必须通过实践检验才会得到的经验。有时候,这比亡羊补牢的代价要小得多。近年来,交通荷载的增加确实给桥梁养护带来了很大的压力。自这些桥梁设计以来,交通流量的增长让这些老桥面临更多的未知风险,养护维修的思路也要与时俱进。设计寿命只是一个数字概念,这并不意味着桥会在(设计寿命到期)的第二天就倒掉。如果一座设计合理的桥,加以妥善养护与修复,那么它肯定能存在好几个世纪以上。看看欧洲罗马时期和中国隋朝的石桥(我想他指的应该是隋大业年间的赵州石桥),我们总是能得到一些启发。”[8]

莫兰蒂大桥垮塌事件已经过去半年了,但欧洲工程学术界关于它衍生问题的讨论正在全面展开,莫兰蒂大桥的教训是世界性的,里面涉及的元素很多,本文不能逐一展开。43人死亡对于欧洲国家是不可接受的重大事故,也许欧洲会由此诞生一套新的欧盟桥梁养护标准并立法,我们拭目以待。

今天的意大利,全国都沉浸在高危建筑物的不安之中。当旧桥不再安全,不再值得维修加固的时候,飞行汽车这类交通工具也许会被迫加速发展,这是一种可能;还有另一条出路,就是像《流浪地球》里讲的,那些长、重、大的工程总是需要几代人、几十代人去接力实现的。“地球逃脱计划”如是,“桥梁的管理与养护全寿命计划”亦如是。

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