43人死亡,多人重傷,莫蘭蒂大橋垮塌事件始末
事件回顧與最新進展
莫蘭蒂大橋,1967年建成并投入使用,處于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年后,2018年8月14日,一截長200米的橋身在暴風雨中發(fā)生垮塌,事故共導致43人死亡,多人重傷,當?shù)?00余人被迫轉(zhuǎn)移安置。
橋梁倒塌后6個月,公眾看到大橋養(yǎng)護公司重啟了橋梁復建。一周前,大橋已經(jīng)完成了廢墟上幾千噸鋼鐵、混凝土、瀝青的清理工作。此后,將用8個月的時間修復整個莫蘭蒂大橋,并采用鋼結(jié)構(gòu)材料替換原有的鋼混材料。從現(xiàn)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?qū)⒃O置43根燈桿,用以紀念在2018年8月14日因燈桿倒塌而遇難的人們。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•布奇宣布,任命熱那亞本土的81歲著名建筑師倫佐·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(shù)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(guān)西的機場等著名建筑。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,采用鋼結(jié)構(gòu)梁橋的方案。
據(jù)美國有線新聞網(wǎng)(CNN)報道,莫蘭蒂大橋垮塌后,意大利政府迅速將責任歸咎于大橋運營商——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(jié)構(gòu)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(yè)主方?jīng)]有能力正常運營高速公路,政府將撤銷高速公路特許經(jīng)營權(quán),并接管整條高速公路的運營。意大利交通部長達尼洛•托尼內(nèi)里(Danilo Toninelli)已經(jīng)嚴令交通部全力開展事故調(diào)查工作,并打算撤銷大橋營運商的經(jīng)營管理合約,呼吁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(xiàn)場勘災的托尼內(nèi)里表示,該公司還須支付莫蘭蒂大橋的重建費用及一切后續(xù)相關(guān)費用。但是,意大利高速公路運營公司的高管斯特凡諾•馬里格利亞尼(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(guī)定外的指控,并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(jīng)履行了該橋所有的養(yǎng)護義務和災后安撫工作,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(xié)議,該公司則有權(quán)獲得一筆巨額的違約金。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(chǎn)生影響,將高速經(jīng)營權(quán)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(yè)寡頭企業(yè),在重大事件發(fā)生之后的拉扯過程。多層次的干預會令橋梁管理復雜化。目前,意大利政府已經(jīng)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(lián)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(zhàn)的焦點雖然是在政府與企業(yè)之間圍繞事故責任展開,但是這里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(xié)調(diào)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梁管理的成功/失敗的案例。
問題出在哪?
美國有線新聞網(wǎng)(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、建筑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(fā)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后,政治戰(zhàn)爭爆發(fā)了,各政黨相互指責,政府把這一切都歸咎于高速公路運營單位,尋找替罪羊。熱那亞檢察官辦公室表示,這場災難是由于“人為失誤”造成的,矛頭直指高速管理公司養(yǎng)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。斜拉橋中的拉索屬于可更換構(gòu)件,現(xiàn)有調(diào)查中顯示斜拉索的使用壽命僅有20~30年,所以常規(guī)檢修和維護尤為重要。Morandi體系的橋梁,完全采用預應力混凝土結(jié)構(gòu),包括主塔、主梁甚至拉索。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(jié)構(gòu)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。由于Morandi體系中采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梁后期的運維難度。
主梁和主塔采用預應力混凝土結(jié)構(gòu),但拉索也采用這種預應力混凝土結(jié)構(gòu),這就和現(xiàn)在常用的平行鋼絲和鋼絞線有差別了。這里的預應力筋借助預應力混凝土的形式張拉錨固在主梁和主塔上,混凝土一方面為預應力筋提供傳力介質(zhì),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松弛而逐漸失去效果。此外,混凝土加大了拉索的整體自重。
發(fā)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(gòu)造,全索范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(diào)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(jié)能的新車。原因何在呢?值得思考。
英國電訊報(Telegraph)轉(zhuǎn)述了意大利土木工程學會老師組的意見稱,意大利很多橋梁都是在1950至1960年代,多為鋼混結(jié)構(gòu),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梁。與此同時,建議意大利當局撥款,繪制所有關(guān)鍵領域的基建地圖,并制定一項嚴密的、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(xiàn)致命后果。根據(jù)現(xiàn)代耐久性標準,“預應力混凝土拉桿”并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(fā)展和安全都至關(guān)重要,而在意大利這似乎并不是當務之急。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么花。[3] 數(shù)據(jù)顯示,意大利在基建投資方面已經(jīng)長期落后于歐洲平均水平,這令意大利當局非常尷尬。[6]
府有權(quán)“撤銷”前任內(nèi)閣團隊批準的關(guān)鍵基礎設施計劃,但根本無力抗拒本土財團的游說。每當一個或多個政黨上臺執(zhí)政,既定路線就會改變;繁文縟節(jié)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(yè)維護不力?政府不作為?還是讓老橋沿用至今就注定是個悲劇?我給大家?guī)讉€概念:橋梁的設計服役期,設計養(yǎng)護流程,造橋新技術(shù),新自然環(huán)境,新交通環(huán)境,橋體結(jié)構(gòu)惡化速度,養(yǎng)護成本與橋齡的關(guān)系,橋梁提前報廢拆除的程序。這里面的內(nèi)在邏輯請大家繼續(xù)思考。
“一場等待發(fā)生的悲劇“
莫蘭蒂大橋建于1963年至1967年間,自建成以來一直受到結(jié)構(gòu)問題的困擾,過去十幾年更是為此付出了高額的養(yǎng)護費用——每年投入近2000萬歐元(約合1.5億人民幣)。本土結(jié)構(gòu)工程師們警告說,意大利戰(zhàn)后的許多基礎設施都亟待重建,這些基礎設施的建造技術(shù)與莫蘭蒂大橋的建造技術(shù)類似,主要特征就是預應力鋼筋混凝土技術(shù)。著名的意大利工程師里卡多莫蘭迪(Riccardo Morandi)已于1989年去世,之后預應力鋼筋混凝土技術(shù)又有了長足發(fā)展。這也意味著之前建造的橋梁或者建筑物的技術(shù)方案,已經(jīng)不再是最佳方案。事件之后,一個名為Ingegneri.info的專業(yè)工程網(wǎng)站寫道,這座橋長期以來一直存在“結(jié)構(gòu)上的疑問”,并將其稱為“一場等待發(fā)生的悲劇”。(A Tragedy Waiting to Happen)
英國獨立電視臺(ITV)采訪了熱那亞大學(University of Genoa)鋼筋混凝土建筑教授安東尼奧·布倫奇(Antonio Brencich),他長期以來一直對莫蘭蒂大橋結(jié)構(gòu)持批評態(tài)度。“50年前,我們對鋼筋混凝土有無限的信心,曾認為它會是永恒的。但現(xiàn)在我們知道,它只能堅持幾十年。沉重的橋面荷載和銹蝕的鋼材很可能是導致這座橋梁倒塌原因。”
莫蘭蒂大橋在2016年剛剛進行了結(jié)構(gòu)調(diào)整,并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(fā)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(jīng)遠遠高于重建的成本了,希望我們是主動解決問題,而不是被動的修補。”大橋垮塌之后,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(shù),但是這項技術(shù)從目前看來早就過時了。莫蘭蒂先生已經(jīng)去世了,而我們并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(fā)生!”這是國際橋協(xié)前主席Klaus Ostenfeld參加2018年底《橋梁》雜志社年會時留給全世界橋梁人思考的一句話。
集體進入高危期的建筑物
五、六十年代是西歐、南歐國家,在戰(zhàn)后馬歇爾計劃援助下,經(jīng)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。但老師們現(xiàn)在警告稱,連接意大利西北部和法國的A10高速公路的關(guān)鍵路段、意大利最繁忙的橋梁之一——莫蘭迪大橋的垮塌,標志著意大利各地橋梁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筑物中醞釀。4EMME服務公司(4EMME Service)高管塞蒂莫·馬蒂內(nèi)洛(Settimo Martinello)對美國有線新聞網(wǎng)(CNN)表示,該公司正在對管轄的5萬座橋梁進行徹底檢查,“我們深知它們不可能是永恒的,一旦出現(xiàn)問題,后果不可想象。可能還有成百上千的橋梁面臨著倒塌的危險,確切的數(shù)字尚不清楚。最大的問題是,缺乏大概150萬座橋梁的信息,這令我非常不安。”馬蒂內(nèi)洛坦言,“維護4EMME公司名下橋梁的責任由地方政府、幾家私人和公共機構(gòu)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座橋梁垮塌,這是事實。”
有專業(yè)人士對事故橋梁的最初設計結(jié)構(gòu)和使用年限提出了質(zhì)疑。這座橋是上世紀六十年代規(guī)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(xiàn)在肯定沒法做比較。意大利建筑科技研究院在災后發(fā)布的一份媒體公告顯示,意大利有大量的公路橋梁于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(jīng)超出了橋梁設計時的安全期限,或者維護成本過高。為了避免這類悲劇再次發(fā)生,意大利建筑科技研究院提議,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)橋梁全部重新規(guī)劃修建。當年的技術(shù)沒有錯,是作為后來者的我們錯了,我們沒能計算出每座橋梁養(yǎng)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(fā)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(nèi)在規(guī)律和特點,體現(xiàn)著其工藝、材料的時代局限性。一個時代的建筑物集體性老化可能令我們措手不及。
橋梁養(yǎng)護去向何方?
編者又參閱整理了英國土木工程師學會(Institution of Civil Engineering,ICE)[8]中幾位老師在災后的書面意見。首先是英國著名的橋梁老師伊恩•費斯(Ian Firth)先生的文章,(《橋梁》雜志社國際部近期推送過一篇基于費斯先生演講的關(guān)于橋梁美學的文章,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,屬于預應力混凝土斜拉橋,當時我們對這些結(jié)構(gòu)的性能還知之甚少,我們現(xiàn)在建造這種橋型的方式已經(jīng)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制鋼材配合建造。而事故調(diào)研的工作,則必須在坍塌的橋體殘件中尋找證據(jù),還要分析支撐結(jié)構(gòu)的設計圖。新一代的橋梁工程師必須不斷地評估現(xiàn)有橋梁,奔走于橋梁之間,記錄哪座橋需要什么樣的維護,在什么時間節(jié)點維護。工程師絕不只有建造的工作,還有之后的長期維護工作也要全程參與。大橋業(yè)主和管理部門要各司其職,對橋梁的質(zhì)量和正在發(fā)生的退化負責,還要對災害事故處理負責。現(xiàn)代斜拉橋通常采用多索陣列,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。盡管這些技術(shù)進步降低了新一代橋梁垮塌的風險,但橋梁工程師必須保持對“與時間相關(guān)的橋體惡化規(guī)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。
斜拉橋是近十多年相當流行的設計,優(yōu)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(jīng)過高精密度結(jié)構(gòu)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(nèi),而沙本身就是極度不穩(wěn)定的固態(tài)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、銹蝕等狀況。繩索只要斷一根,整個橋就要馬上進入大修狀態(tài),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(shù)。
南安普敦大學(University of Southampton)結(jié)構(gòu)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,可能導致橋梁構(gòu)件的加速疲勞損傷。如何準確且經(jīng)濟地完成監(jiān)測,是橋梁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(guān),也可能無關(guān)。我們在對災難進行評估時,還是要基于現(xiàn)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(nèi)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(jié)構(gòu)工程系的副教授史蒂夫•瓊斯(Steve Jones)談到了橋梁檢測觀念:“過去的幾十年里,新的監(jiān)測技術(shù)已取得長足發(fā)展,用于檢測橋梁的結(jié)構(gòu)完整性,包括超聲波等方法相繼出現(xiàn)。然而,評估像熱那亞的莫蘭迪橋這樣的橋梁仍然是困難的。因為有些風險我們尚不可判斷,對于有風險的橋梁構(gòu)件,我傾向與主動更換,因為我們已經(jīng)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(jīng)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梁養(yǎng)護帶來了很大的壓力。自這些橋梁設計以來,交通流量的增長讓這些老橋面臨更多的未知風險,養(yǎng)護維修的思路也要與時俱進。設計壽命只是一個數(shù)字概念,這并不意味著橋會在(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(yǎng)護與修復,那么它肯定能存在好幾個世紀以上??纯礆W洲羅馬時期和中國隋朝的石橋(我想他指的應該是隋大業(yè)年間的趙州石橋),我們總是能得到一些啟發(fā)。”[8]
莫蘭蒂大橋垮塌事件已經(jīng)過去半年了,但歐洲工程學術(shù)界關(guān)于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,里面涉及的元素很多,本文不能逐一展開。43人死亡對于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梁養(yǎng)護標準并立法,我們拭目以待。
今天的意大利,全國都沉浸在高危建筑物的不安之中。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(fā)展,這是一種可能;還有另一條出路,就是像《流浪地球》里講的,那些長、重、大的工程總是需要幾代人、幾十代人去接力實現(xiàn)的。“地球逃脫計劃”如是,“橋梁的管理與養(yǎng)護全壽命計劃”亦如是。
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