“制造业是一个国家国民经济的主体，是立国之本、兴邦之器、强国之基。”
改革开放以来，我国制造业持续快速发展，支撑我国世界制造大国地位。然而，与世界先进水平相比，我国制造业仍大而不强，在质量效益、资源利用效率、产业结构布局、信息化程度、自主创新能力等方面差距明显，转型升级和跨越发展的任务紧迫而艰巨。2015年中央制定的《中国制造2025》为迈向工业制造强国提出了明确的行动纲领。
在这样的大背景下，我国桥梁建设如何搭上新一轮工业革命的战车？钢桥、组合结构桥梁应如何发展？
透视德国“工业4.0”
进入21世纪后，美、欧、日、韩等国制定了一系列新一代信息技术发展规划，突破原有工业化模式。德国提出了信息化、物联网与工业制造深度融合的“工业4.0”，意欲引领工业制造的发展。从此拉开了第四次工业革命的序幕。“工业4.0”的核心内容如下：
互联网络。“工业4.0”的核心是在提高工业机器人智能水平的基础上，把不同类型和功能的智能化单机设备互联组成智能生产线，不同智能生产线互联组成智能工厂，不同地域、行业、企业的智能工厂互联组成智能制造系统。另一核心是信息与物理互联系统。它使物理设备具有计算、通讯、控制、远程协调、自治等五大功能，实现虚拟网络与现实物理的深度融合。
合集成。将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通讯设施等，通过信息——物理互联系统（CPS）形成一个智能网络，使人—人、人—机、机—机、服务—服务之间互联，实现纵向、横向、终端对终端的综合集成。
数据。产品生产（设计、建模、工艺、加工、检测、维修、产品结构、零部件配置、变更等）、企业运营（组织结构、业务管理、生产设备、市场营销、质量控制、生产、采购、库存、目标计划、电子商务等）、价值链（客户、供销商、合作伙伴等）、外部环境（经济运行、行业、市场、竞争对手等）的数据呈现爆炸式增长， 适时控制分析这些数据，可促进提高生产效率和产品质量、节省资源、降低成本，还可协调产品与社会需求、协调产品结构，并促进全社会进入数字化时代。
创新。“工业4.0” 的实施过程实际上是制造技术、产品、模式、业态、组织等不断创新发展的过程。① 技术创新：新型传感器、集成电路、人工智能、移动互联、大数据等在信息技术创新体系中不断演进，并为创新技术在其他行业的不断融合、渗透奠定了技术基础；传统工业在信息化创新环境中，不断优化创新流程、创新手段、创新模式，在既有技术路线上不断演进；传统工业与信息技术的融合发展推进综合集成技术，也包括工业软硬件、虚拟制造、工业电子等单项技术。②产品创新：信息通信技术不断融入工业装备中，推动工业产品向数字化、智能化方向发展，产品结构不断优化升级。另一方面，制造装备从单机智能化向智能生产线、智能车间、智能工厂演进，为产品创新提供了重要方向。③模式创新：在生产模式层面，将由过去的“人脑分析判断+机器生产制造”转变为“智能机器分析判断+智能机器生产制造”。商业模式层面，“网络化制造”“自我调适的物流”“集成客户制造工程”等的出现，必将带来新的商业模式，以适应动态商业网络而非单个公司。④业态创新：伴随信息等技术的升级，现有生产领域中将不断衍生出新型产业。当前，工业云服务、工业大数据应用、物联网应用都可催生出新的产业和新的经济增长点。⑤组织创新：企业将利用信息技术手段和现代管理理念，进行业务流程重组和企业组织再造，诞生符合智能制造要求的新的组织模式。
转型。物联网和服务联网将渗透到工业各个环节， 形成高度灵活、个性化、智能化的产品与服务的生产模式，推动生产方式由大规模生产向个性化定制转型，从生产型制造向服务型制造转型、由以劳动力和资本投入的传统生产要素驱动向创新驱动转型。
总的来看，“工业4.0”是发展的动态的概念，是只有起始没有终止的持续不断发展的概念。从根本上说，它是一种在信息技术发展到新阶段而产生的新的工业发展模式。
推进中国桥梁技术升级
《中国制造2025》的关键词是创新，而桥梁建设创新是建立在深知本行业基础理论、基础技术、基础工艺和社会新技术、新理念的集成、有机融合。因此，桥梁建设者首先应正视本行业的现状，承认与先进水平的差距；然后，制定有远见、可实现的发展规划和目标。
实现“桥梁强国梦”应分三步走。第一步：面对现实，提升人员素质和认知理念、提升质量和生产效率、降低材料和能源消耗。第二步：引入社会先进技术与桥梁建设相融合，为数字化、自动化、联网化打下基础，力争由大变强。第三步：实现数字化、自动化、联网化，向半智能化、智能化推进，进入领先行列。以下仅从桥梁设计、制造、施工3个环节谈一谈推进技术升级的个人之见。
桥梁设计
设计要素包括：
方案设计。对于选定的线路，依据条件合理布跨，选择经济性较优的桥式。
结构计算。建立正确的计算模型，选用合适的计算理论、材料等，进行整体结构分析，使之满足相应的要求。
构造细节设计。构建之间的连接设计，应传力直接、构造简洁、力流均顺，并选择合适的连接方法。对于构造、传力复杂的接头，需建立局部3D计算模型计算分析， 使热点应变和局部变位满足相关标准要求。
提升设计技术水平：
第一步：①人员再培训。加强经典知识传承，掌握基础理论以及上下游产业链（如材料、制造、施工、维修等）基础知识，并及时进行知识更新。②逐步建立设计资料数据库。③建立良好的学术氛围和设计理念。设计质量应以较长时期运营检验为标准，不宜通车一年后即参与评奖等活动；应适当调整技术准入门槛，避免盲目追求“奇”“怪”“异”。
第二步：逐步推动数字化设计，建立与下游产业（制造、架设、维修管理）的互联；改进现有设计模式，大幅提升设计质量。
第三步：引入“深度学习”“蒙特卡洛树搜索”“神经网络”等理论，推进虚拟-物理（结构物）互联设计、智能设计。
桥梁制造
制造要素包括：
技术准备。依据结构特征和架设方案，合理分割为基本制造单元和基本假设单元；按材质、规格编制采购料单，进料，性能复验；选定制造方案，进行评定试验，制定制造工艺、检验标准和检测方法；检验制造设备的精度和完好性。
材料加工。钢材包括钢板预处理、划线、切割、开坡口、制孔、异形板的成型。混凝土包括混凝土配方和浇筑，钢筋和PS束的定位、模板。
桥梁制造。生产管理方面包括组织、装备、物流、安全、工期。质量管理包括强化制造全过程的质量控制，特别是焊接质量、混凝土质量控制、几何尺寸误差控制。
推进制造技术升级：
第一步：①人员再培训。加大基础理论、基础工艺和技能的培训力度，掌握与产业上游（设计）下游（施工、维修管理）密切相关的知识；完善从业人员的专业知识结构。加强焊接变形控制技术的培训和研究。②提质增效。采取各种技术措施，提高质量稳定性、减少离散性。健全真正意义上的质检体系。逐步调整车间生产流水线布局， 为自动化流水线生产做准备。配齐数控作业设备，全面推动数控作业化。③节能减污。逐步开发计算机配料采购， 合理设计焊缝断面，有效控制焊接变形技术、用切削倒棱机代替手工砂轮，用电预热法代替火焰预热等，大幅降低能源损耗以及人力、物力成本，减少粉尘、噪音污染，为推动自动化制造，数控（NC）制造，绿色制造打下基础。④改善制造业市场环境。提高钢桥制造的技术准入门槛值，改善目前较乱的承包方式，防止恶性竞争，明确承包人的责任和权力。
第二步：逐步推动钢桥制造自动化流水作业。全面推进NC作业法。开发从图纸转换、配料、钢材前加工（划线、切割、制孔等）、组装和焊接、预拼装、检测等生产全过程的计算机管理系统，推进信息化与制造的融合。从粗放型生产模式向技术集约型生产模式转变。
第三步：全面实现钢桥制造全自动化、NC作业法。由单一设备的数字化向车间互联网生产管理系统转变，进而建立向制造上、下游延伸的互联网系统。推进虚拟制造与物理制造的融合，向智能化制造推进。实现绿色制造，打造质量品牌，提升国际竞争力。
桥梁施工
施工要素包括：
技术准备。依据结构特征，桥位的地质地貌、气候气象、运输条件等，选定经济合理的施工方案。在架设过程中，特别是结构体系转换时，应建立正确的计算模型、加载工况，进行应力、变位检算，并与实时监测结果进行比较。整备临时施工设施，并进行受力分析；整备各种施工设备，特别是运、吊、张拉设备的健全性和安全性。做施工中可能遇到强风、暴风、地震等自然灾害的应变措施。
施工管理。生产管理包括组织、装备、物流、安全、工期。质量管理包括架设全过程的质量控制，特别是合龙时几何线形的控制及措施；现场混凝土施工质量和预应力索张拉精度；现场焊接质量和HTB施工质量。
推进施工技术升级：
第一步：①人员再培训。掌握结构基础理论、基本施工方法及工艺。了解产业链上游（设计、制造）和下游（维修管理）的基本知识，以及地震、强风、暴雨等对结构影响的基本知识，并且及时进行知识更新。②熟练掌握常用的施工方法。③增强施工安全意识，严格执行审查、监管，强化施工流程、工艺的严肃性，拒绝随意性。降低一般施工事故发生率，杜绝重大施工事故。④提高施工管理和质量管理水平。⑤改善市场环境，严格控制准入门槛。
第二步：①预制节段、利用大型数控设备大段吊装施工是今后的方向，因此，应不断提升大型高端设备的水平。此外，利用率较低的大型设备应先建立租赁制。②提质增效、节能减污、降低材料损耗、减少劳动力投入，提高附加值，增强企业竞争力。③逐步建立施工资料、施工案例、专家知识等数据库。建立施工全过程的计算机网络系统。④以人才、施工技术、高端设备为核心，提升施工水平和企业文化水平。
第三步：推进与产业上游（设计、制造）、下游（维修管理）等环节的计算机互联。实现数字化施工、绿色施工。打造质量品牌、提升国际竞争能力。
组合结构正逢其时
提升质量是当务之急
长久以来，由于混凝土材料单价低，使得PC梁桥在我国获得了广泛应用。这有一定片面性。桥梁建设造价不应仅计入材料费，还应考虑上、下部结构建设费的比率（大体相等则是最经济的）、建设工期、环境污染、劳动力成本、耐久性和长期维修管理费、资源再利用等，进行综合比较。
相同跨度PC梁与组合梁、钢桥相比，自重大、结构韧性率低、施工麻烦、工期较长，劳动力投入多，不利于延伸跨长、抗震性能差，不宜于要求快速施工的城市桥梁建设。
此外，中国现状是——①钢材质量已有较大提高，性能稳定。②降低空气污染和对自然环境的破坏已成为国家和社会关注的大事，混凝土的砂、石原材料大量就地开采造成自然环境破坏和粉尘污染。③企业已无劳动力红利作为低成本竞争的空间。
基于上述理由,组合结构梁在中小跨度桥梁具有很大的竞争优势，钢桥在大跨度桥梁上有无可替代性。
然而，目前我国桥梁建设人员大部分习惯于RC、PC 梁的设计、施工，在基础知识结构系统性方面对钢桥和组合梁桥认知不足，这源于院校教育和工作后的再培训。加之，一些新结构的出现，因设计、制造、施工质量欠佳而产生了病害。“如何办”是我们面临的紧迫而严峻课题。
1． 设计质量
树立正确设计理念、经典理论继承和新技术知识更新、提升设计质量是桥梁设计的首要问题。
① 应遵循经典的材料力学、结构力学、桥梁结构设计原理等经过长期验证的基础理论，违背则必然产生问题。例如：钢桁梁斜拉桥，斜拉索不支撑在主桁节点上而支撑在桥面板纵梁上；扁平钢桁加劲梁悬索桥，不设主梁腹板，支座不设在主梁腹板正下方。经典基础理指出：桥梁功能是承受交通荷载，荷载（力）是以最捷径途径传递给相邻的支撑部件，直至地基。否则将产生次弯矩和次应力集中，进而引发疲劳裂纹。
② 工业技术的进步是建立在世界知识宝库的基础上，是对该项技术发展、演变的深入了解，否则要走很多弯路。例如：钢桥面板的疲劳问题，正交异性钢桥面板（SOP）是二次大战后德国正式用于钢桥，继之推广至世界各国，后经不断研究、改进、试验检验，所积累的成果值得我们认真学习。现已认识到：由于SOP的结构特征、受力行为、疲劳裂纹产生原因，与以往钢桥疲劳设计方法，即用构件名义应力按构造细节分类法检算疲劳完全不同。应采用构造细节疲劳设计法确保其耐久性。
③ 在城市桥梁中， 一些人员不顾结构力学原理、材料特征、施工的可行性和困难， 设计了一些“奇”“异”“怪”的桥梁，导致投资过大，并留下了病根。
④ 其他。节点构造细节设计应传力直接、明确，应力流匀顺，构造简单；整体结构FEM分析应建立正确的计算模型，选用合适的计算理论，节点局部FEM分析应正确选用单元类型和尺寸，并明确Von Messes应力的检验判据；针对不同结构应给出预拱度值及其设置方法。
2．制造质量
质量、效率、人员再培训是实现钢桥制造技术升级的主要抓项。
① 钢桥是典型的一桥一样的个性化产品，每座桥应有针对性地制定制造方案，不可一个制造方案用于所有桥。
② 现在的钢桥均为栓焊结构或全焊结构，应掌握焊接的基础知识、技术、工艺和技能。焊接工艺评定试验是选定性试验，不是验证性试验，更不能专人“代考”,使之流于形式。焊接工艺应有针对性，焊接措施应明确，应强化工艺措施的严肃性，并在生产中得以实实在在贯彻执行。应明确承包方是产品质量的责任方，焊接质量（外观、内部、接头力学性能、焊接变形控制）应贯彻生产的全过程，而不能仅依赖最后的无损探伤。提高焊接变形控制技术水平，需长期深入理解，不断累积。材料、能源损耗大、劳力投入多、粉尘噪音污染严重，这是目前被企业忽视的问题。
③ 应关注组织机构人员更换时的业务知识传承。现在各大企业的设备、厂房有了很大的改观，人员学历也越来越高，但产品质量却有下降的趋势，原因之一是人员更替。另外，因劳务费上涨，分包商焊工也频频变换。这就阻碍了建设一支稳定的、高水平的专业化队伍。
④ 一些大型企业已购进了先进的NC设备，但都是单机行为，需联网组成NC作业法；应推进生产流水线布局和改造，形成自动化流水线作业；开发生产全过程计算机管理系统，以利于提质增效，提高人均增量、人均产值，向数字制造、绿色制造推进，提升企业在国内国际市场竞争力。
3．架设质量
要想实现降低事故、提升质量，人员再培训是目前实现施工技术升级的要点。
① 每一座桥应详细制定施工方案和计划，并针对可能发生的变化而变更设计方案，针对特发事件情况制定应急方案。应强化施工过程的跟踪监控，并与计算分析进行比较、及时调整，确保施工的安全和顺利。应明确简单、方便、经济的施工方案是最优方案，不应简单问题复杂化，复杂问题简单化。强化安全意识，严格安全制度和监管。
② 现场施工条件较差，对混凝土、焊接、高强度螺栓等施工质量有诸多不利影响，应强化相关施工工艺规则的要求，不得为了抢进度而忽略自然规律，不得图省事而忽略了工艺程序，不得因任何理由而由非专业人员参加施工。
③ 关注施工人员，特别是分包队的技术准入门槛。应培养一批具有较高技术水平和熟练施工技能的专业化施工队伍，建立企业文化品牌，提升企业竞争能力。
推进组合梁的应用和发展
世界桥梁界认为，21世纪是组合结构时代。作为受弯结构的组合梁桥，用混凝土承受压力，钢承受拉力，两者间通过剪力键接合成整体而共同工作，发挥各自材料的性能优点，克服了各自的缺点。另外，钢-混凝组合桥面板技术正在替换既有桥梁病害较多的混凝土桥面板，并开始用于新桥。
推进我国组合结构桥梁的发展：
新的设计理论：过去用弹性模量比把混凝土和钢换算成同一种材料，按完全平截面变形假定的弹性理论进行计算分析。显然，这与受弯组合梁的受力行为有很大出入，造成早期组合梁桥剪力键力破坏，混凝土板裂纹而失去承载能力。
新的设计理论是承认混凝土板与钢梁之间客观存在的非连续界面，考虑剪力键的承载力（抗剪、抗拉）和抗剪刚度，按不完全平面变形理论，采用组合单元进行FEM分析，使混凝土板与钢梁之间的微错动限制在0.183mm以下。对于非预应力负弯矩区，考虑钢筋应力和圆周率（增大混凝土握裹面积）的限制裂纹宽度的设计方法。制定新的设计规范。.剪力键：对于承受弯曲的组合梁，剪力键把混凝土板和钢梁结合成整体而共同工作，剪力键既受剪力又因阻止混凝土板与钢梁剥离而受拉拔。所以，剪力键抗拉承载力和抗疲劳性能不容忽视。另外应按剪力分布设置剪力键，不宜设置成“剪力钉束”。从而应开发抗剪、抗拔、抗疲劳性能较优的剪力键，提高剪力键的焊接技术和焊接质量
施工：组合梁施工方法和混凝土浇灌顺序是组合梁桥设计的前提。除应考虑设备、运输、桥位既有建筑物制约等条件外，还应考虑：①有利于调整钢梁和混凝土板的受力状态和应力分布。②减少混凝土的干燥收缩变形。应优先考虑预制块或预制节段施工法。
结构形式：组合结构有很大的开发、创新空间， 如：工字钢组合梁、开口钢梁组合梁、SRC梁、波形钢腹板PC箱梁、钢管混凝土组合梁、钢-混凝土混合梁、混合刚构等等。应注意，一定的结构形式适用于一定跨度，不可在跨长上攀比，追求跨度的超越。应提升结构、构造细节设计和施工的技术水平和质量。
