《交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２1）第三部分 基礎(chǔ)設(shè)施篇《基于重載大型車特性的港區(qū)道路橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用》

完成單位：天津市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司、中交天津港灣工程設(shè)計(jì)院有限公司、山東省路橋集團(tuán)有限公司

主要完成人：白子建、柯水平、吳慶東、張立文、李燦、李連強(qiáng)、孫峣、樊存?zhèn)ァ⑺螐V君 、趙瑞軍、王新岐、宋春麗、徐漢清 、付浩洋、馮仕清

項(xiàng)目簡介

　　1.研究背景及意義

　　自“一帶一路”戰(zhàn)略實(shí)施以來，港口已發(fā)展成為海上絲綢之路的重要樞紐。目前，港口90%以上的集裝箱貨物都要通過港區(qū)道路交通系統(tǒng)進(jìn)行疏解，作為港口集疏運(yùn)服務(wù)的關(guān)鍵子系統(tǒng)，其服務(wù)水平直接關(guān)乎港口的服務(wù)質(zhì)量和綜合競爭力。為此，課題組梳理了當(dāng)前港區(qū)道路交通系統(tǒng)存在的問題：

　　1）隨著港口規(guī)模的擴(kuò)大、功能的拓展、吞吐量的增加、港城關(guān)系的日益緊密，港區(qū)道路交通系統(tǒng)需求日益增長，導(dǎo)致系統(tǒng)安全性和通行效率大大降低；

　　2）現(xiàn)有港區(qū)道路設(shè)計(jì)依據(jù)一般道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，與真實(shí)的港區(qū)道路交通系統(tǒng)存在差距；

　　3）傳統(tǒng)路基路面結(jié)構(gòu)與橋梁荷載無法適應(yīng)港區(qū)道路“軟基重載”的特點(diǎn)，港區(qū)道路和橋梁長期處于超負(fù)荷狀態(tài)，難以達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限要求，維修養(yǎng)護(hù)頻率高，使得系統(tǒng)服務(wù)水平降低。

　　基于上述背景，本課題以道路橋梁專業(yè)理論知識(shí)為基礎(chǔ)，融合交通工程學(xué)、材料學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科理論，采用多智能體仿真實(shí)驗(yàn)、三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過分析重載大型車駕駛特性和港區(qū)集疏運(yùn)特征，提出港區(qū)道路安全設(shè)計(jì)、路基路面設(shè)計(jì)和橋梁荷載安全設(shè)計(jì)方法，旨在突破基于重載大型車特性的港區(qū)道路橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，提高港區(qū)道路交通系統(tǒng)安全性和服務(wù)水平，研究意義重大，恰逢其時(shí)。

　　2.技術(shù)概況

　　本課題以港區(qū)實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以解決港口與道路交通系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模不匹配、基于港區(qū)道路系統(tǒng)運(yùn)行特征的道路安全設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺失、針對(duì)重載和超載條件下的港區(qū)道路路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求不達(dá)標(biāo)、橋梁荷載安全設(shè)計(jì)考慮不充分等問題，通過系統(tǒng)研究港區(qū)集疏運(yùn)道路特征和重載大型車輛駕駛行為，構(gòu)建了“調(diào)查數(shù)據(jù)分析—模型參數(shù)標(biāo)定—三維虛擬現(xiàn)實(shí)仿真—實(shí)證反饋再校驗(yàn)”的港區(qū)道路設(shè)計(jì)與仿真協(xié)同平臺(tái)；以道路橋梁專業(yè)理論知識(shí)為基礎(chǔ)，融合交通工程學(xué)、材料學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科理論，從道路規(guī)模預(yù)測、道路安全設(shè)計(jì)、路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和橋梁荷載安全設(shè)計(jì)四個(gè)方面開展研究，開發(fā)了基于重載大型車特性的港區(qū)道路橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，最后將上述研究成果應(yīng)用于工程項(xiàng)目。

　　3.適用范圍

　　本項(xiàng)目屬于交通運(yùn)輸領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)類研究項(xiàng)目，適用于港區(qū)道路交通規(guī)劃、設(shè)計(jì)與管理等工作。特別是在港區(qū)大型車集疏運(yùn)交通系統(tǒng)評(píng)價(jià)、港區(qū)道路設(shè)計(jì)規(guī)模預(yù)測、幾何線形安全設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)彎半徑與坡度組合安全設(shè)計(jì)、平面交叉口交通安全優(yōu)化設(shè)計(jì)、高架下道路平面交叉口交通安全設(shè)計(jì)、港區(qū)道路出入口設(shè)計(jì)和出入口間距控制的設(shè)置、港區(qū)重載大型車道路瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)、重載大型車道路路基加固處理技術(shù)研究、各型重載車輛的荷載計(jì)算圖式及其在不同運(yùn)行狀態(tài)下的荷載效應(yīng)研究等內(nèi)容。

　　4.獲獎(jiǎng)情況

　　課題榮獲2021年度“中國交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)”土木工程類一等獎(jiǎng)。

項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

　　（1）提出了一種基于船舶到離港觸發(fā)的車船聯(lián)動(dòng)港區(qū)道路宏微觀仿真技術(shù)

　　建立了基于多智能體的港區(qū)道路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)微觀仿真模型，精準(zhǔn)預(yù)測分車型軸載次數(shù)，合理確定港區(qū)道路設(shè)計(jì)規(guī)模。

　?。?）提出基于重載大型車駕駛行為的港區(qū)道路設(shè)計(jì)與仿真協(xié)同優(yōu)化技術(shù)

　　在采集重載大型車行駛工況、駕駛員行為、港區(qū)道路等數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，構(gòu)建“調(diào)查數(shù)據(jù)分析—模型參數(shù)標(biāo)定—三維虛擬現(xiàn)實(shí)仿真—實(shí)證反饋再校驗(yàn)”的港區(qū)道路設(shè)計(jì)與仿真協(xié)同平臺(tái)，提出了適合重載大型車通行的港區(qū)道路平縱線形、交叉口、出入口的設(shè)計(jì)參數(shù)。

　?。?）提出了基于重載大型車特性的港區(qū)道路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)

　　首次構(gòu)建重載大型車特性的港區(qū)道路路基路面綜合處置措施，系統(tǒng)分析重載大型車港區(qū)道路的交通特性、土基加固、路面力學(xué)響應(yīng)及結(jié)構(gòu)組合，提出了適合于重載大型車特性的港區(qū)道路的瀝青路面典型結(jié)構(gòu)。

　?。?）提出了基于重載大型車特性的港區(qū)橋梁荷載安全設(shè)計(jì)方法

　　首次提出了基于重載大型車特性的橋梁荷載效應(yīng)分析法和港區(qū)橋梁車輛荷載計(jì)算圖示方法，建立了一套反映港區(qū)車輛荷載水平和運(yùn)行狀態(tài)的分析技術(shù)，提出了港區(qū)新建和既有橋梁的荷載標(biāo)準(zhǔn)和限載措施。

應(yīng)用案例

　　本項(xiàng)目通過天津港航工程有限公司、中交海洋建設(shè)開發(fā)有限公司、山東省路橋集團(tuán)青島建設(shè)有限公司、曹妃甸港西碼頭有限公司、寧波市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司等單位在天津、青島、上海、大連、寧波、秦皇島，以及喀麥隆、柬埔寨、加蓬、莫桑比克等國內(nèi)外24個(gè)地區(qū)的50余個(gè)港區(qū)道路橋梁的設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)工程項(xiàng)目得到了應(yīng)用，應(yīng)用及推廣效果顯著。

　　天津港南疆港區(qū)南港路示范工程，應(yīng)用了路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。結(jié)果顯示：各種配比固化土室內(nèi)CBR均在9%以上，滿足公路路基規(guī)范對(duì)CBR的要求，現(xiàn)場實(shí)測土壤固化劑處理層回彈模量明顯高于石灰處理層，強(qiáng)度有較大的增加，在碎石層上施作一步固化處理層（4％石灰）壓實(shí)度可達(dá)到95%以上。

　　上海洋山港臨港道路建設(shè)維護(hù)項(xiàng)目中，應(yīng)用了港區(qū)道路幾何線形設(shè)計(jì)技術(shù)，針對(duì)港口道路具體交通流特點(diǎn)，進(jìn)行交通安全設(shè)計(jì)。在應(yīng)用中，提高了港區(qū)的集疏運(yùn)效率，有效的減緩了港口擁堵。

　　喀麥隆克里比深水港道路橋梁工程項(xiàng)目，應(yīng)用了路基路面和橋梁荷載安全設(shè)計(jì)方法，顯著提高了喀麥隆克里比深水港港區(qū)道路橋梁設(shè)計(jì)的工程質(zhì)量，設(shè)計(jì)技術(shù)先進(jìn)，節(jié)約工程造價(jià)約15%，事故率降低約20%，維修養(yǎng)護(hù)成本減少40%以上，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著。

　　實(shí)踐證明，本課題投入少、產(chǎn)出高且符合資源節(jié)約、環(huán)境友好的根本宗旨，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)程度很高，應(yīng)用前景廣闊。后續(xù)推廣工作，擬采取編制相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)服務(wù)等方式，著力在世界范圍內(nèi)港區(qū)道路設(shè)計(jì)和建設(shè)領(lǐng)域進(jìn)行大力推廣。

社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益

　　1.經(jīng)濟(jì)效益

　　優(yōu)化港區(qū)用地面積約12.5萬畝，按每畝每年2000元收益計(jì)算，新增利潤約7.5億元；技術(shù)服務(wù)新增收益約3.76億元；新增收益累計(jì)約11.26億元。

　　項(xiàng)目養(yǎng)護(hù)成本累計(jì)24.5億元，養(yǎng)護(hù)成本降低40%，累計(jì)節(jié)約9.8億元；提升道路運(yùn)輸效率，運(yùn)輸成本降低約15%，累計(jì)運(yùn)輸3500萬輛次，節(jié)支約10.5億元。累計(jì)節(jié)支約20.3億元。

　　2.社會(huì)效益

　　本項(xiàng)目研究基于重載大型車特性的港區(qū)道路橋梁設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，提出了港區(qū)道路規(guī)模預(yù)測方法、道路安全設(shè)計(jì)方法、路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法以及橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際應(yīng)用證明港區(qū)道路集疏運(yùn)效率得到了較大的提升；項(xiàng)目工程造價(jià)節(jié)約15%，維修養(yǎng)護(hù)成本降低40%以上。