摘要：江苏省常泰长江大桥是长江上首座集高速公路、城际铁路、普通公路三种过江方式于一体的大型通道，大桥铁路侧自重约为每米12吨，公路两侧加起来每米重4吨。遵循通用设计惯例，城际铁路居中，普通车道分列桥梁两侧，形成极其稳定的对称结构。然而，受地理条件制约，两侧一级公路与

江苏省常泰长江大桥是长江上首座集高速公路、城际铁路、普通公路三种过江方式于一体的大型通道，大桥铁路侧自重约为每米12吨，公路两侧加起来每米重4吨。遵循通用设计惯例，城际铁路居中，普通车道分列桥梁两侧，形成极其稳定的对称结构。然而，受地理条件制约，两侧一级公路与地面公路对接时，会形成660亩的夹心地。为了规避“夹心地”的产生，项目总设计师、中国工程院院士秦顺全大胆提出：放弃惯用的“对称结构”，把铁路和公路各放一边，形成“非对称”结构，“夹心地”问题将迎刃而解。

但实现“非对称设计”绝非易事。作为世界首例“非对称设计”桥梁，面对“前无现成可用计算模型”的困难，如何确保桥梁在极端不平衡的荷载条件下如对称设计桥梁般稳固？项目团队又如何破局？请跟随本文作者一道去揭晓常泰长江大桥工程技术创新的背后故事，揭开大桥的“非对称”之谜。

2025年5月，长江之上波澜壮阔，常泰长江大桥建设正全力推进，为实现下半年正式通车目标展开最后冲刺。此时的大桥犹如巨龙卧波，即将实现长江“天堑变通途”。通车后，江苏省常州与泰州之间的通行时间将缩短至20分钟，两地经济将深度融合，开启区域协同发展新篇章。

常泰长江大桥，作为长江经济带的标志性工程，不仅展现了中国桥梁工程师的智慧与创新，其本身更是技术与艺术完美融合的典范。大桥全长10.03公里，其中公铁合建段为5.3公里，主航道桥跨径1208米。大桥的落成，不仅刷新了10项世界纪录，更将“中国桥梁”的卓越声誉推向了世界桥梁科技最高峰。

站在大桥之下，仰望其跨越天际的恢弘景象时，不禁令人深思：中铁大桥勘测设计院集团有限公司（以下简称 “中铁大桥院”）设计团队为何舍弃成熟可靠的传统方案，选择“非对称”这条充满挑战的技术路径？这些复杂精妙的设计与众多领先科技创新的背后，究竟蕴含着怎样的考量与追求？

寻求“绿色共识”

跨越生态与技术双重难关

小桥、流水、人家……纵览有记载的中国古桥，人、水、桥，相生相伴、相辅相依，无不体现着东方智慧下的建筑艺术与文化风格，凝聚着历代劳动人民的情感和创造，也见证着五千多年中华民族丰富的生态文明建设历史与成果。

而对于中铁大桥院的一代代桥梁设计师而言，从过去探索自然，到致力于善待自然、与自然和谐相处；在追求 “中国桥梁”高质量发展的道路上，从“有没有”到“好不好”，再到“好到什么程度”……他们对“绿色建桥、建绿色桥”理念的认识，也不断在探索中深化，在深化中创新，在创新中发展。

尤其是进入新时代，随着我国经济由高速增长阶段转向高质量发展阶段，中铁大桥院在“建造大桥”与“生态保护”之间权衡抉择，在“有所为”和“有所不为”之中精准把握，一方面深入实施创新驱动发展战略，坚持自主创新，狠抓绿色低碳技术攻关；一方面从规划、设计、施工到监理等各个环节，积极主动寻求与各参建单位达成 “绿色共识”，共同构建起桥梁绿色低碳优势产业发展技术创新体系。

那究竟什么是“绿色建桥、建绿色桥”？

中铁大桥院副总工程师、常泰长江大桥设计负责人郑清刚给出了解释：“绿色，不只是在施工时减少噪音和污染，或者在施工结束后恢复植被这么简单。更重要的是从源头、从根本抓起，以最大限度地节约资源、节省投资、保护自然为前提，尽可能通过科技创新来实现桥梁功能，方便使用。这对于推动中国桥梁产业高质量发展起着至关重要的作用，也是中国桥梁产业链转向高质量发展的必经之路。”

时间回溯到2018年，江苏省常州市和泰兴市之间的长江两岸，一项让“天堑变通途”的计划正在悄然孕育。这里经济发达，高速公路、城际铁路和普通公路都有过江需求。同时，岸线和土地资源异常宝贵，可谓“寸土寸金”。

在这样的地方建造桥梁，不仅要合理利用稀缺的岸线资源，还要对两岸的生态保护与开发加以深入思考。如果多座桥梁并排建设，势必会给长江生态环境带来巨大压力，同时也会大幅增加建设成本。

▲常泰长江大桥实景图

所以，为了最大程度地节约资源、保护生态环境，各方一致决定将高速公路、城际铁路、普通公路这三种交通功能整合到一座桥上。

主航道桥跨径与桥墩布设需兼顾通航需求及地质水文条件。该水域为长江生态保护核心区，亦是水上交通要道，船舶流量大，桥墩布设须充分评估对通航安全的潜在影响。

因此，常泰长江大桥跨越的不仅是长江两岸的距离，更是技术与自然融合的重重困难。

经过反复论证与精确计算，中铁大桥院设计团队最终规划出总长10.03公里的大桥设计方案，其中公铁合建段为5299.2米。为实现这一目标，设计团队创新性采用多种复杂桥梁结构，包括主跨1208米的钢桁梁斜拉桥、两座主跨388米的钢桁拱桥及一座3×124米的连续钢桁梁桥，创下最大跨径斜拉桥、公铁两用钢桁拱桥及最长连续钢桁梁三项世界纪录。

“这些数字可不是简单的几何参数，更标志着我国桥梁建设技术迈上了新高度。”郑清刚表示。

挑战“对称铁律”

荷载难题能否破解？

桥梁设计，实为一场力学与美学的交响，诉求于内在均衡与外观的洗练。长久以来，“对称结构”如同公铁两用桥不朽的铁律，铁路“坐镇中央”，公路“分居两边”，以确保桥梁结构的稳固性，简化构建的复杂性。

然而，常泰长江大桥的规划，却揭示了这一“金科玉律”的局限：

下层桥面布局，虽然沿袭了公路左右车道分别位于铁路两侧的常规模式，但此举却在右幅车道与铁路分离后再与左幅车道汇合的过程中，显著增加了对土地资源的占用。

这种布局与周边路网的交织，好比在城市肌理中嵌入了一块庞大的“异形拼图”，不仅引发了大规模的拆迁难题，加重了资金负担，还因桥梁设计固有的局限性，在维护、应急及人流疏散等方面埋下隐患，给通车后的运营管理工作设置了重重障碍。

能否挣脱设计桎梏，从实用及实际需求出发，破解眼前的僵局？能否在实用与创新间找到那失衡的“支点”？

此时，中国工程院院士、常泰长江大桥总设计师秦顺全给团队抛出一道道思考题，并鼓励设计团队坚持问题导向，因事制宜、因势制宜，敢于打破常规，敢于“跳起来摘桃子”，敢于攻克过去未能攻克的难关。

在这样的设计理念引领下，设计团队开始各种“奇思妙想”。

“为何我们不尝试‘非对称’布局？让铁路与公路各居一侧，既解决了‘夹心地’的问题，又方便使用和维护。”在一场头脑风暴中，郑清刚突然在图纸上画了几笔，并脱口而出。

这一思路当即获得秦顺全的认可，一场关于创新与实用的探索由此展开。

▲夕阳下的常泰长江大桥

“奇思妙想”并非“空想妄想”，必须建立在科学规律之上。当研究正在按照预定计划开展，并且已取得一些初步成果时，团队又遇到一个棘手问题：铁路和公路每延长1米，恒载重量差别竟达8吨之多！

这一差别就像是在铁路的一侧加上了整整一排紧密排列的、每边长1米的钢块，而另一侧却几乎没有任何负载。重量分布如此不均会直接影响桥梁结构的稳定性。长此以往，桥梁结构非常可能出现问题，后果十分严重。

为此，对设计团队而言，必须想方设法确保桥梁在极端不平衡的荷载条件下稳固如初。施工团队则需要精准控制每一步工序，因为任何细微偏差都可能导致桥梁偏斜或结构失效，从而埋下安全隐患。

更令人担忧的是，高速列车对桥梁性能要求极为严苛，哪怕一个微小的变形，都可能影响列车运行的平稳性，进而威胁乘客的人身安全。若无法妥善解决荷载差异问题，即便桥梁能够建成并投入运营，其主梁作为核心承重部件，也可能因长期受力不均而发生严重扭曲变形，不仅会大幅缩短桥梁寿命，还将直接危及行车安全。

那么，是否有方法可以有效避免主梁因偏载出现“扭动”，确保其达到预期设计目标？是否有方案能让大桥同时满足高速铁路对行车性能的严格要求，并实现整体线形合理、局部线形匀顺，同时降低施工与后期运维的复杂性？

设计团队深知，这些“问号”在国内尚无成熟解决方案，全球范围内也鲜有成功案例可供参考。他们更明白，唯有依靠自身力量从“零”探索，方为破局之道。

在秦顺全的指导下，设计团队历时数月深入研究，以 “无应力状态法”理论为支撑，全面分析非对称构造对结构力学平衡、线形控制的影响与规律，破解了设计难题；借助精密的力学计算模型，模拟了非对称荷载工况下的结构受力状态，从而确证了非对称布局在实践中的安全性与稳定性；在数据处理方面，深入挖掘与精细化整理了庞大数据集，提炼出驱动设计优化的关键信息；积极融合前沿材料科学研究成果，全面评估不同材料在非对称结构中的性能潜力……终于，设计团队成功从基础研究及理论层面为这一创新方案奠定了坚实基础。

设计方案一经公布，其独树一帜的设计理念与巧妙的功能展现，便赢得了建设单位和地方政府的高度认可。

然而，设计创新性和理论严谨性仅是成功起点，工程实践中仍需逐一攻克诸多具体挑战。

▲常泰长江大桥创世界最大跨径斜拉桥、公铁两用钢桁拱桥及最长连续钢桁梁三项纪录

历经4年深入研究，设计团队依托秦顺全的“无应力状态法”理论，提出并取得一项创新成果——“恒载非对称结构三维空间构形控制方法”。

在传统桥梁设计中，设计师通常有两大目标：一方面是保证桥梁具有特定形状，即实现目标线形，另一方面是让桥梁内部的受力情况符合目标内力的要求。而“恒载非对称结构三维空间构形控制方法”的关键之处在于建立了一种线形控制方程。借助该方程，设计师能够直接计算出主梁的三维空间构形。待得出三维空间构形之后，桥梁后续建造就如同搭积木一样，将确定好的各个部分组合成桥。神奇的是，按此方式建成的桥梁，其线形和内部受力情况会自然而然地符合目标设定。

这一成果不仅为项目实施提供了坚实的技术保障，也为复杂桥梁结构设计与施工开辟了新路径，显著提升了精度与效率。同时，它还为中铁大桥院新一代桥梁设计师的成长注入了一股力量源泉。年轻设计师们依托该成果，在实践中积累经验，强化基础研究能力，培育原始创新能力和核心技术攻关实力。更重要的是，他们在破解难题的过程中锤炼了勇于探索的精神，增强了攻克未知的信心与底气，为我国桥梁建设事业的持续发展注入了新动力。

“无应力状态法”赋能

解锁中国桥梁建造新密码

提到“无应力状态法”理论，可以毫不夸张地说，其对桥梁工程领域的贡献，堪比数学史上圆周率π的发现。自1992年被提出以来，这一理论深刻变革了桥梁工程的设计与施工计算理论，重塑了传统技术范式。

在π的概念被提出之前，古人为了计算圆的面积和周长，不得不依赖一系列复杂繁琐的方法。他们通过在沙地上绘制近似圆的多边形，并不断增加边数以逐渐逼近圆的真实面积和周长。这种方法耗费大量时间和精力，结果的精确性也难以保证。

而π的出现彻底颠覆了传统计算方式。人们只需将π与半径平方相乘，即可轻松得到圆的面积；用π乘以直径，圆的周长便一目了然。基于π的计算方法不仅高效快捷，还能确保结果精度，使许多曾困扰古人的难题迎刃而解。

类似的，在“无应力状态法”问世前，桥梁设计师在施工阶段对内力与线形的计算同样面临巨大挑战。传统的线形控制方法需要反复迭代调整参数，才能获得接近目标值的结果。这种过程不仅耗时，还容易出现误差累积，所得结果也仅为近似解。即便如此，设计师仍需投入大量精力确保数据的准确性，以保障桥梁结构的安全性和稳定性。

“无应力状态法”以无应力状态平衡方程为核心，直接求解桥梁结构的内力和变形，无需复杂的迭代计算，便显著提高了效率，确保了结果的高度可靠性。这使得现代桥梁设计师能够将更多精力投入创新性设计和优化方案上，而非深陷于繁琐的数值计算中。

在实际工程中，“无应力状态法”展现出强大的适应性，为多个重大项目的成功实施提供了关键支持。尤其在常泰长江大桥的建设过程中，设计团队结合先进的数值模拟技术与实验验证手段，深入研究了钢桁梁节段的精确控制技术。通过建立复杂的三维有限元模型，分析不同施工阶段的力学行为，团队成功优化参数配置，并最终确定了节段尺寸的最佳方案。同时，多组实验充分验证了钢梁线形控制的有效性和可靠性。这些成果有效助力常泰长江大桥成为全球最大规模的多功能非对称荷载桥梁。

强化“三链”协同

推动我国桥梁实现高水平科技自立自强

围绕常泰长江大桥建设中的实际需求，设计团队持续深化创新实践，调动“产学研用”各环节积极性，强化产业链、创新链、价值链“三链”协同联动，推动科技创新与产业变革深度融合，助力我国桥梁事业实现高水平科技自立自强，其意义已远超“非对称”结构创新本身。

大跨径桥梁的受力特性是影响其性能与寿命的核心因素。为解决这一难题，设计团队凭借丰富的实践经验与创新理念，提出“温度自适应塔梁纵向约束体系”。该体系通过在主航道桥跨中钢桁梁底部与主塔横梁间设置水平拉索，显著优化结构内力分布，减小构件尺寸，大幅提升桥梁整体性能。其中，将桥面纵向伸缩幅度由1米降至约80厘米，在极大改善行车舒适性的同时，显著延长了桥梁使用寿命，为长期稳定运行提供了有力保障。

碳纤维复合材料（CFRP）的线膨胀系数仅为钢材的1/20，展现出卓越的温变惰性，是塔梁连杆的理想选材。为满足“温度自适应塔梁纵向约束体系”需求，设计团队联合产业链企业深入研发，成功推出抗拉强度达2600兆帕的碳纤维复合材料平行丝成品索。应用该体系后，塔底弯矩从110万吨米降至76万吨米，降幅达31%。这一创新不仅显著提升了桥梁结构的安全性能，还有效降低建造成本并简化了后期维护流程，为行业技术升级提供了典范。

为提升施工质量、降低风险、缩短工期，设计团队创新提出水下机械取土实现沉井下沉及350米钢塔大节段拼装方案，并联合施工单位与装备制造企业成功研发了全球最大的XGT15000-600S塔式起重机、全球首台龙门式及履带式智能取土机器人。其中，XGT15000-600S塔式起重机可轻松完成最大323吨的吊装任务，刷新了桥梁建设领域塔机吊重与吊高纪录。履带式绞吸机器人具备在复杂水底地形自由作业的能力，而龙门式绞吸机器人则可深入沉井各角落高效清淤。相较以往需潜水员冒生命危险完成的任务，如今通过操控智能机器人即可安全高效远程实现。这一突破标志着我国桥梁施工技术迈入智能化新阶段。

2019年10月，主体结构正式开工。

2021年1月，沉井实现精准终沉，日均下沉速率25厘米，刷新了粉质黏土层大型沉井下沉的最快纪录。

2024年6月，主梁以毫米级精度顺利合龙。

2024年8月31日，竖向支座安装完成，全桥结构线形测量结果显示：桥塔线形偏差最大40毫米，主梁整体线形偏差最大49毫米，局部不平顺线形偏差极差46毫米（最大值20毫米，最小值-26毫米），线形控制精度显著优于既定目标。

……

2024年12月18日晚，中央电视台科教频道播出系列纪录片——《院士攻坚团》，其中一集便以专业视角带领观众深入常泰长江大桥建设现场。该片系统剖析了这座世界最大跨径斜拉桥在设计与施工中面临的复杂挑战，生动展现了工程建设中的关键节点与技术创新的传奇历程。

片中，秦顺全院士的一席话令人深思：“一座桥，不能被当作产品，一个个地去复制，而要把它当成一个作品，里面要有创造，要有创新……”他坚信，依托常泰长江大桥的成功建设经验，在未来的桥梁建设领域，将会有更多令人瞩目的技术突破出现。这些突破不仅仅是技术上的革新，也将进一步提升“中国桥梁”在全球范围内的影响力和品牌价值，让“中国桥梁”这张国家名片在世界舞台上闪耀更加耀眼的光芒。

本文选自

《中国公路》杂志2025年第10期

原标题《揭晓“非对称”之谜——常泰长江大桥工程技术创新的背后故事》

来源：我爱工地