蘇格蘭的昆斯費里大橋（Queensferry Crossing）坐落於愛丁堡附近的福斯海灣（Firth of Forth），總長2700米，主跨650米，塔高210米，是世界最長的多跨中央索麵斜拉橋。大橋於2017年建成通車，是蘇格蘭歷史上最大的一項基礎建設項目，造價達13.5億英鎊(約合人民幣123.2億元)。
精簡管理流程 快速制定決策
在福斯海灣上，並排而立著兩座歷史悠久的橋樑——福斯鐵路橋（Forth Bridge）和福斯公路橋（Forth Road Bridge），前者是19世紀80年代建造的著名鐵路橋，後者是英國第一座大跨度懸索橋，於1964年通車。這些橋橫跨在福斯灣上，將蘇格蘭的首都愛丁堡和北岸的法夫王國分隔開來。一開始，福斯公路橋的設計初衷是每年運送400萬輛汽車，但經過40年的運營，現在每年的運載量是這個數字的6倍。此外，卡車的貨運量一直處於上升趨勢，達到44噸。儘管福斯公路橋在其整個生命周期中不斷地進行維護，但由於交通量的增加、天氣和氣候的變化，這座橋正在顯示出惡化的跡象。
為緩解福斯公路大橋日益老化、通行能力減退，在上世紀90年代中期，蘇格蘭政府首次提出在福斯灣上修建一座新橋的想法。雖然該計劃後來失敗了，但已經確定了增設一座新通道的可行性，並獲批了建設用的大部分土地。
在對一些橋樑進行主纜檢查中，越來越多的數據表明，福斯公路橋的主纜可能有未被發現的、腐蝕的高風險。2004年，負責運營現有橋樑的福斯灣運輸局對主纜進行了調查，包括內部檢查。結果顯示，這些纜索存在嚴重的腐蝕和多處斷絲。在2006年時預測，如果腐蝕情況不進行控制，這座橋最早可能在2014年禁止卡車通行，到2019年對所有車輛關閉。
2007年12月，蘇格蘭政府宣布了一個新的橋樑項目——福斯灣新通道，這將是一座具有多功能的斜拉橋。同時，政府還宣布，新的人行天橋將位於現有四號公路橋以西。這一公告啟動了關於新橋的採購工作。
同月，蘇格蘭運輸局委託Jacobs Arup合資公司(JAJV)，為福斯灣新通道進行方案準備、初步設計和項目交付，該通道最終被命名為昆斯費里大橋。
從一開始，該項目就明確了管理體系及制度。管理團隊被命名為僱主交付團隊(EDT)，由來自蘇格蘭交通部和JAJV的員工組成。這個精簡的團隊是項目成功的關鍵，因為它意味著最有效的溝通和最短的彙報流程。沒有重複的勞動，精簡的管理制度保證了可以儘早做出恰當的決策。
高效低耗的FIDIC工程管理制度
昆斯費里大橋項目於2008年全球金融危機期間啟動，在討論了可能的採購模式及評估了行業利益後，外部資金的選擇顯得極為有限且昂貴。考慮到公私合作模式（PPP）帶來的收益風險，最終決定採用資本融資來提供最佳的性價比和最高的交付確定性。
這種方法與一次性的設計/建造合同相結合，提高了從蘇格蘭政府那裡直接融到所需資金的確定性。通過分析合同的類型，得出的結論是：國際諮詢工程師聯合會(又稱為FIDIC銀版)制定的標準合同類型保障了所需的風險分配，是一個國際承包商都熟悉的合同類型，所以選擇該合同類型。
儘管如此，仍然需要大幅度地降低項目成本，對客戶的簡報進行徹底的重新評估，再加上有針對性的工程研究計劃，可以在以下4個方面節約大量成本。
首先，通過維護現有的福斯公路橋，使之實現可持續發展，並承載某些必不可少的交通運輸方式。因此，新橋可以在此方面大大減少成本。
其次，在橋樑的跨中使用交叉斜拉索，可以降低橋樑基礎和塔架的尺寸、成本。
第三，通過引入綜合智能交通系統，可以更好地利用現有的高速公路，從而大大減少了對新建公路的需求。
第四，綜合海洋風險評估顯示，可以減少設計中考慮的船舶碰撞力，從而進一步節省橋樑基礎用料。
將這些措施加在一起，使2009年估算的建設成本降低到了24億-33億美元之間，這剛好在蘇格蘭政府的自籌資金範圍之內。
橋樑美學設計中的成本考量
昆斯費里大橋項目位於聯合國教育、科學及文化組織的世界遺產區內，其中包括兩座列入名錄的橋樑。因此，橋樑的美學極其重要。設計團隊中來自丹麥的著名橋樑工程師Poul Ove Jensen，在初步設計期間與位於愛丁堡的蘇格蘭建築設計公司進行了討論。
一旦選擇了合適的設計，EDT面臨的挑戰是如何通過合作來保存設計。所採用的解決辦法是在合同文件中包含一個技術設計，該設計是一組顯示強制性幾何要求並補充合同書面技術要求的圖紙。事實證明，這種方法成功地交付了已獲得利益相關者一致認可的美學設計，同時允許設計/建設者引入設計細節和建造技術上的創新。
雖然技術設計的目標主要是為了確定橋樑的美感，但是在技術需求開發期間，對橋樑整體形式的了解也使其他方面的技術質量更加明確。雖然該設計方法為設計/建設者留下了創新的空間，但人們認識到，引入強制性的美學要求可能會對成本帶來影響。為了準確地判斷美學要求的價值，必須作出準確的成本估算。
對於技術要求中的所有性能和質量規定都是如此。蘇格蘭運輸局希望在招投標設計/建造合同之前，獲得較高的成本保障，以避免如果在預算範圍內無法達到合同要求，而導致的不可避免的工程延誤。
在預合同階段的一項主要挑戰，是準確預估橋樑的建設成本。而昆斯費里大橋的獨特之處在於，它的造價是由時代、位置、環境、地面和海洋條件、施工方法和物流因素決定的。對於此類項目，沒有可靠的成本資料庫。因此，JAJV根據合同要求中的幾種解決方案的詳細樣本設計，以及相關的施工進度表，編制了施工概算。通過與投標方共享樣本設計和施工信息，幫助投標方了解建設的範圍、項目的物料和所涉及的風險。
合理實用的設計解決方案
昆斯費里大橋項目的一項主要節省成本的措施，是為現有的福斯公路橋找到一種可持續的用途，從而使新橋和現有的橋樑能夠相互補充，共同滿足運輸需求，該解決方案被稱為「管理交叉策略」。這一策略有效地利用了現有的基礎設施，提高了現有服務的可靠性，並促進了可持續的運輸方式。兩座橋樑將平行運作，以便可以有效地完成福斯公路橋積壓的維修工作，而不會造成交通中斷。卡車可以永久性地從福斯公路橋上移除，從而降低維護問題的嚴重性和持續的維護成本。共享功能將允許更便宜的過路費用，最大程度地提高未來的運營靈活性。
第二個主要的成本節省措施是引入交叉斜拉索，這是一種從未在如此規模的橋樑上實施過的、獨特的結構解決方案。建設多塔斜拉橋的挑戰是眾所周知的。位於中間的橋塔無法通過與錨墩綁在一起獲得直接支撐，且只有一個主跨上的不平衡活荷載會導致中塔搖擺，從而造成塔和橋面板產生較大的撓度和彎矩。早期的設計任務之一是尋找可能的解決方案，特別是考慮到跨度是世界上最長的斜拉橋。
在可行性研究階段提出的解決方案是建設金字塔式的橋塔，這種塔是剛性的，在這種不平衡荷載作用下不易搖擺。該方案在希臘的Rio-Antirrio大橋上採用過，雖然有效，但需要龐大的基礎。設計團隊也不認為這樣造型的橋塔美學是有利的，特別是考慮到新橋鄰近具有細長橋塔的福斯公路橋。而交叉斜拉索這種解決方案創建了一個虛擬的桁架系統，該系統提供了必要的結構剛度。這樣可以在Beamer Rock上建造一個較小的地基，從而消除了大量昂貴且困難的水下爆破工作。
昆斯費里大橋的設計和建造歷時六年半，這是一個令人印象深刻的破紀錄結構，融合了多項設計創新，並提供了一條快速、可靠的通行路線，在任何天氣條件下都能保持開放狀態。然而，該項目的成功既要歸功於設計和建造，也要歸功於授權和批准的計劃和管理。在政治和社會期望高、預算緊張、交通運輸狀況日益惡化的背景下，昆斯費里大橋是橫跨福斯海灣上的一系列橋樑中的最新成員，該橋樑代表了三個世紀以來土木工程的成就，每一座橋樑都反映了當時的技術水平。
本文刊載 /《橋隧產業資訊》雜誌 2019年 10月刊 總第38期
作者 / Matt Carter等
作者單位 / 奧雅納工程顧問公司
資料來源 / ASCE網站