“制造業是一個國家國民經濟的主體，是立國之本、興邦之器、強國之基。”
改革開放以來，我國制造業持續快速發展，支撐我國世界制造大國地位。然而，與世界先進水平相比，我國制造業仍大而不強，在質量效益、資源利用效率、產業結構布局、信息化程度、自主創新能力等方面差距明顯，轉型升級和跨越發展的任務緊迫而艱巨。2015年中央制定的《中國制造2025》為邁向工業制造強國提出了明確的行動綱領。
在這樣的大背景下，我國橋梁建設如何搭上新一輪工業革命的戰車？鋼橋、組合結構橋梁應如何發展？
透視德國“工業4.0”
進入21世紀后，美、歐、日、韓等國制定了一系列新一代信息技術發展規劃，突破原有工業化模式。德國提出了信息化、物聯網與工業制造深度融合的“工業4.0”，意欲引領工業制造的發展。從此拉開了第四次工業革命的序幕。“工業4.0”的核心內容如下：
互聯網絡。“工業4.0”的核心是在提高工業機器人智能水平的基礎上，把不同類型和功能的智能化單機設備互聯組成智能生產線，不同智能生產線互聯組成智能工廠，不同地域、行業、企業的智能工廠互聯組成智能制造系統。另一核心是信息與物理互聯系統。它使物理設備具有計算、通訊、控制、遠程協調、自治等五大功能，實現虛擬網絡與現實物理的深度融合。
合集成。將無處不在的傳感器、嵌入式終端系統、智能控制系統、通訊設施等，通過信息——物理互聯系統（CPS）形成一個智能網絡，使人—人、人—機、機—機、服務—服務之間互聯，實現縱向、橫向、終端對終端的綜合集成。
數據。產品生產（設計、建模、工藝、加工、檢測、維修、產品結構、零部件配置、變更等）、企業運營（組織結構、業務管理、生產設備、市場營銷、質量控制、生產、采購、庫存、目標計劃、電子商務等）、價值鏈（客戶、供銷商、合作伙伴等）、外部環境（經濟運行、行業、市場、競爭對手等）的數據呈現爆炸式增長， 適時控制分析這些數據，可促進提高生產效率和產品質量、節省資源、降低成本，還可協調產品與社會需求、協調產品結構，并促進全社會進入數字化時代。
創新。“工業4.0” 的實施過程實際上是制造技術、產品、模式、業態、組織等不斷創新發展的過程。① 技術創新：新型傳感器、集成電路、人工智能、移動互聯、大數據等在信息技術創新體系中不斷演進，并為創新技術在其他行業的不斷融合、滲透奠定了技術基礎；傳統工業在信息化創新環境中，不斷優化創新流程、創新手段、創新模式，在既有技術路線上不斷演進；傳統工業與信息技術的融合發展推進綜合集成技術，也包括工業軟硬件、虛擬制造、工業電子等單項技術。②產品創新：信息通信技術不斷融入工業裝備中，推動工業產品向數字化、智能化方向發展，產品結構不斷優化升級。另一方面，制造裝備從單機智能化向智能生產線、智能車間、智能工廠演進，為產品創新提供了重要方向。③模式創新：在生產模式層面，將由過去的“人腦分析判斷+機器生產制造”轉變為“智能機器分析判斷+智能機器生產制造”。商業模式層面，“網絡化制造”“自我調適的物流”“集成客戶制造工程”等的出現，必將帶來新的商業模式，以適應動態商業網絡而非單個公司。④業態創新：伴隨信息等技術的升級，現有生產領域中將不斷衍生出新型產業。當前，工業云服務、工業大數據應用、物聯網應用都可催生出新的產業和新的經濟增長點。⑤組織創新：企業將利用信息技術手段和現代管理理念，進行業務流程重組和企業組織再造，誕生符合智能制造要求的新的組織模式。
轉型。物聯網和服務聯網將滲透到工業各個環節， 形成高度靈活、個性化、智能化的產品與服務的生產模式，推動生產方式由大規模生產向個性化定制轉型，從生產型制造向服務型制造轉型、由以勞動力和資本投入的傳統生產要素驅動向創新驅動轉型。
總的來看，“工業4.0”是發展的動態的概念，是只有起始沒有終止的持續不斷發展的概念。從根本上說，它是一種在信息技術發展到新階段而產生的新的工業發展模式。
推進中國橋梁技術升級
《中國制造2025》的關鍵詞是創新，而橋梁建設創新是建立在深知本行業基礎理論、基礎技術、基礎工藝和社會新技術、新理念的集成、有機融合。因此，橋梁建設者首先應正視本行業的現狀，承認與先進水平的差距；然后，制定有遠見、可實現的發展規劃和目標。
實現“橋梁強國夢”應分三步走。第一步：面對現實，提升人員素質和認知理念、提升質量和生產效率、降低材料和能源消耗。第二步：引入社會先進技術與橋梁建設相融合，為數字化、自動化、聯網化打下基礎，力爭由大變強。第三步：實現數字化、自動化、聯網化，向半智能化、智能化推進，進入領先行列。以下僅從橋梁設計、制造、施工3個環節談一談推進技術升級的個人之見。
橋梁設計
設計要素包括：
方案設計。對于選定的線路，依據條件合理布跨，選擇經濟性較優的橋式。
結構計算。建立正確的計算模型，選用合適的計算理論、材料等，進行整體結構分析，使之滿足相應的要求。
構造細節設計。構建之間的連接設計，應傳力直接、構造簡潔、力流均順，并選擇合適的連接方法。對于構造、傳力復雜的接頭，需建立局部3D計算模型計算分析， 使熱點應變和局部變位滿足相關標準要求。
提升設計技術水平：
第一步：①人員再培訓。加強經典知識傳承，掌握基礎理論以及上下游產業鏈（如材料、制造、施工、維修等）基礎知識，并及時進行知識更新。②逐步建立設計資料數據庫。③建立良好的學術氛圍和設計理念。設計質量應以較長時期運營檢驗為標準，不宜通車一年后即參與評獎等活動；應適當調整技術準入門檻，避免盲目追求“奇”“怪”“異”。
第二步：逐步推動數字化設計，建立與下游產業（制造、架設、維修管理）的互聯；改進現有設計模式，大幅提升設計質量。
第三步：引入“深度學習”“蒙特卡洛樹搜索”“神經網絡”等理論，推進虛擬-物理（結構物）互聯設計、智能設計。
橋梁制造
制造要素包括：
技術準備。依據結構特征和架設方案，合理分割為基本制造單元和基本假設單元；按材質、規格編制采購料單，進料，性能復驗；選定制造方案，進行評定試驗，制定制造工藝、檢驗標準和檢測方法；檢驗制造設備的精度和完好性。
材料加工。鋼材包括鋼板預處理、劃線、切割、開坡口、制孔、異形板的成型。混凝土包括混凝土配方和澆筑，鋼筋和PS束的定位、模板。
橋梁制造。生產管理方面包括組織、裝備、物流、安全、工期。質量管理包括強化制造全過程的質量控制，特別是焊接質量、混凝土質量控制、幾何尺寸誤差控制。
推進制造技術升級：
第一步：①人員再培訓。加大基礎理論、基礎工藝和技能的培訓力度，掌握與產業上游（設計）下游（施工、維修管理）密切相關的知識；完善從業人員的專業知識結構。加強焊接變形控制技術的培訓和研究。②提質增效。采取各種技術措施，提高質量穩定性、減少離散性。健全真正意義上的質檢體系。逐步調整車間生產流水線布局， 為自動化流水線生產做準備。配齊數控作業設備，全面推動數控作業化。③節能減污。逐步開發計算機配料采購， 合理設計焊縫斷面，有效控制焊接變形技術、用切削倒棱機代替手工砂輪，用電預熱法代替火焰預熱等，大幅降低能源損耗以及人力、物力成本，減少粉塵、噪音污染，為推動自動化制造，數控（NC）制造，綠色制造打下基礎。④改善制造業市場環境。提高鋼橋制造的技術準入門檻值，改善目前較亂的承包方式，防止惡性競爭，明確承包人的責任和權力。
第二步：逐步推動鋼橋制造自動化流水作業。全面推進NC作業法。開發從圖紙轉換、配料、鋼材前加工（劃線、切割、制孔等）、組裝和焊接、預拼裝、檢測等生產全過程的計算機管理系統，推進信息化與制造的融合。從粗放型生產模式向技術集約型生產模式轉變。
第三步：全面實現鋼橋制造全自動化、NC作業法。由單一設備的數字化向車間互聯網生產管理系統轉變，進而建立向制造上、下游延伸的互聯網系統。推進虛擬制造與物理制造的融合，向智能化制造推進。實現綠色制造，打造質量品牌，提升國際競爭力。
橋梁施工
施工要素包括：
技術準備。依據結構特征，橋位的地質地貌、氣候氣象、運輸條件等，選定經濟合理的施工方案。在架設過程中，特別是結構體系轉換時，應建立正確的計算模型、加載工況，進行應力、變位檢算，并與實時監測結果進行比較。整備臨時施工設施，并進行受力分析；整備各種施工設備，特別是運、吊、張拉設備的健全性和安全性。做施工中可能遇到強風、暴風、地震等自然災害的應變措施。
施工管理。生產管理包括組織、裝備、物流、安全、工期。質量管理包括架設全過程的質量控制，特別是合龍時幾何線形的控制及措施；現場混凝土施工質量和預應力索張拉精度；現場焊接質量和HTB施工質量。
推進施工技術升級：
第一步：①人員再培訓。掌握結構基礎理論、基本施工方法及工藝。了解產業鏈上游（設計、制造）和下游（維修管理）的基本知識，以及地震、強風、暴雨等對結構影響的基本知識，并且及時進行知識更新。②熟練掌握常用的施工方法。③增強施工安全意識，嚴格執行審查、監管，強化施工流程、工藝的嚴肅性，拒絕隨意性。降低一般施工事故發生率，杜絕重大施工事故。④提高施工管理和質量管理水平。⑤改善市場環境，嚴格控制準入門檻。
第二步：①預制節段、利用大型數控設備大段吊裝施工是今后的方向，因此，應不斷提升大型高端設備的水平。此外，利用率較低的大型設備應先建立租賃制。②提質增效、節能減污、降低材料損耗、減少勞動力投入，提高附加值，增強企業競爭力。③逐步建立施工資料、施工案例、專家知識等數據庫。建立施工全過程的計算機網絡系統。④以人才、施工技術、高端設備為核心，提升施工水平和企業文化水平。
第三步：推進與產業上游（設計、制造）、下游（維修管理）等環節的計算機互聯。實現數字化施工、綠色施工。打造質量品牌、提升國際競爭能力。
組合結構正逢其時
提升質量是當務之急
長久以來，由于混凝土材料單價低，使得PC梁橋在我國獲得了廣泛應用。這有一定片面性。橋梁建設造價不應僅計入材料費，還應考慮上、下部結構建設費的比率（大體相等則是最經濟的）、建設工期、環境污染、勞動力成本、耐久性和長期維修管理費、資源再利用等，進行綜合比較。
相同跨度PC梁與組合梁、鋼橋相比，自重大、結構韌性率低、施工麻煩、工期較長，勞動力投入多，不利于延伸跨長、抗震性能差，不宜于要求快速施工的城市橋梁建設。
此外，中國現狀是——①鋼材質量已有較大提高，性能穩定。②降低空氣污染和對自然環境的破壞已成為國家和社會關注的大事，混凝土的砂、石原材料大量就地開采造成自然環境破壞和粉塵污染。③企業已無勞動力紅利作為低成本競爭的空間。
基于上述理由,組合結構梁在中小跨度橋梁具有很大的競爭優勢，鋼橋在大跨度橋梁上有無可替代性。
然而，目前我國橋梁建設人員大部分習慣于RC、PC 梁的設計、施工，在基礎知識結構系統性方面對鋼橋和組合梁橋認知不足，這源于院校教育和工作后的再培訓。加之，一些新結構的出現，因設計、制造、施工質量欠佳而產生了病害。“如何辦”是我們面臨的緊迫而嚴峻課題。
1． 設計質量
樹立正確設計理念、經典理論繼承和新技術知識更新、提升設計質量是橋梁設計的首要問題。
① 應遵循經典的材料力學、結構力學、橋梁結構設計原理等經過長期驗證的基礎理論，違背則必然產生問題。例如：鋼桁梁斜拉橋，斜拉索不支撐在主桁節點上而支撐在橋面板縱梁上；扁平鋼桁加勁梁懸索橋，不設主梁腹板，支座不設在主梁腹板正下方。經典基礎理指出：橋梁功能是承受交通荷載，荷載（力）是以最捷徑途徑傳遞給相鄰的支撐部件，直至地基。否則將產生次彎矩和次應力集中，進而引發疲勞裂紋。
② 工業技術的進步是建立在世界知識寶庫的基礎上，是對該項技術發展、演變的深入了解，否則要走很多彎路。例如：鋼橋面板的疲勞問題，正交異性鋼橋面板（SOP）是二次大戰后德國正式用于鋼橋，繼之推廣至世界各國，后經不斷研究、改進、試驗檢驗，所積累的成果值得我們認真學習。現已認識到：由于SOP的結構特征、受力行為、疲勞裂紋產生原因，與以往鋼橋疲勞設計方法，即用構件名義應力按構造細節分類法檢算疲勞完全不同。應采用構造細節疲勞設計法確保其耐久性。
③ 在城市橋梁中， 一些人員不顧結構力學原理、材料特征、施工的可行性和困難， 設計了一些“奇”“異”“怪”的橋梁，導致投資過大，并留下了病根。
④ 其他。節點構造細節設計應傳力直接、明確，應力流勻順，構造簡單；整體結構FEM分析應建立正確的計算模型，選用合適的計算理論，節點局部FEM分析應正確選用單元類型和尺寸，并明確Von Messes應力的檢驗判據；針對不同結構應給出預拱度值及其設置方法。
2．制造質量
質量、效率、人員再培訓是實現鋼橋制造技術升級的主要抓項。
① 鋼橋是典型的一橋一樣的個性化產品，每座橋應有針對性地制定制造方案，不可一個制造方案用于所有橋。
② 現在的鋼橋均為栓焊結構或全焊結構，應掌握焊接的基礎知識、技術、工藝和技能。焊接工藝評定試驗是選定性試驗，不是驗證性試驗，更不能專人“代考”,使之流于形式。焊接工藝應有針對性，焊接措施應明確，應強化工藝措施的嚴肅性，并在生產中得以實實在在貫徹執行。應明確承包方是產品質量的責任方，焊接質量（外觀、內部、接頭力學性能、焊接變形控制）應貫徹生產的全過程，而不能僅依賴最后的無損探傷。提高焊接變形控制技術水平，需長期深入理解，不斷累積。材料、能源損耗大、勞力投入多、粉塵噪音污染嚴重，這是目前被企業忽視的問題。
③ 應關注組織機構人員更換時的業務知識傳承。現在各大企業的設備、廠房有了很大的改觀，人員學歷也越來越高，但產品質量卻有下降的趨勢，原因之一是人員更替。另外，因勞務費上漲，分包商焊工也頻頻變換。這就阻礙了建設一支穩定的、高水平的專業化隊伍。
④ 一些大型企業已購進了先進的NC設備，但都是單機行為，需聯網組成NC作業法；應推進生產流水線布局和改造，形成自動化流水線作業；開發生產全過程計算機管理系統，以利于提質增效，提高人均增量、人均產值，向數字制造、綠色制造推進，提升企業在國內國際市場競爭力。
3．架設質量
要想實現降低事故、提升質量，人員再培訓是目前實現施工技術升級的要點。
① 每一座橋應詳細制定施工方案和計劃，并針對可能發生的變化而變更設計方案，針對特發事件情況制定應急方案。應強化施工過程的跟蹤監控，并與計算分析進行比較、及時調整，確保施工的安全和順利。應明確簡單、方便、經濟的施工方案是最優方案，不應簡單問題復雜化，復雜問題簡單化。強化安全意識，嚴格安全制度和監管。
② 現場施工條件較差，對混凝土、焊接、高強度螺栓等施工質量有諸多不利影響，應強化相關施工工藝規則的要求，不得為了搶進度而忽略自然規律，不得圖省事而忽略了工藝程序，不得因任何理由而由非專業人員參加施工。
③ 關注施工人員，特別是分包隊的技術準入門檻。應培養一批具有較高技術水平和熟練施工技能的專業化施工隊伍，建立企業文化品牌，提升企業競爭能力。
推進組合梁的應用和發展
世界橋梁界認為，21世紀是組合結構時代。作為受彎結構的組合梁橋，用混凝土承受壓力，鋼承受拉力，兩者間通過剪力鍵接合成整體而共同工作，發揮各自材料的性能優點，克服了各自的缺點。另外，鋼-混凝組合橋面板技術正在替換既有橋梁病害較多的混凝土橋面板，并開始用于新橋。
推進我國組合結構橋梁的發展：
新的設計理論：過去用彈性模量比把混凝土和鋼換算成同一種材料，按完全平截面變形假定的彈性理論進行計算分析。顯然，這與受彎組合梁的受力行為有很大出入，造成早期組合梁橋剪力鍵力破壞，混凝土板裂紋而失去承載能力。
新的設計理論是承認混凝土板與鋼梁之間客觀存在的非連續界面，考慮剪力鍵的承載力（抗剪、抗拉）和抗剪剛度，按不完全平面變形理論，采用組合單元進行FEM分析，使混凝土板與鋼梁之間的微錯動限制在0.183mm以下。對于非預應力負彎矩區，考慮鋼筋應力和圓周率（增大混凝土握裹面積）的限制裂紋寬度的設計方法。制定新的設計規范。.剪力鍵：對于承受彎曲的組合梁，剪力鍵把混凝土板和鋼梁結合成整體而共同工作，剪力鍵既受剪力又因阻止混凝土板與鋼梁剝離而受拉拔。所以，剪力鍵抗拉承載力和抗疲勞性能不容忽視。另外應按剪力分布設置剪力鍵，不宜設置成“剪力釘束”。從而應開發抗剪、抗拔、抗疲勞性能較優的剪力鍵，提高剪力鍵的焊接技術和焊接質量
施工：組合梁施工方法和混凝土澆灌順序是組合梁橋設計的前提。除應考慮設備、運輸、橋位既有建筑物制約等條件外，還應考慮：①有利于調整鋼梁和混凝土板的受力狀態和應力分布。②減少混凝土的干燥收縮變形。應優先考慮預制塊或預制節段施工法。
結構形式：組合結構有很大的開發、創新空間， 如：工字鋼組合梁、開口鋼梁組合梁、SRC梁、波形鋼腹板PC箱梁、鋼管混凝土組合梁、鋼-混凝土混合梁、混合剛構等等。應注意，一定的結構形式適用于一定跨度，不可在跨長上攀比，追求跨度的超越。應提升結構、構造細節設計和施工的技術水平和質量。
