深刻的教训——佛罗里达国际大学(FIU)的塌桥事故再调查

【编者按】关于2018年佛罗里达国际大学（FIU）的塌桥事故，美国国家运输安全委员会（National Transportation Safety Board 简称NTSB ）最初将倒塌原因归咎于Figg
Bridge工程师设计的计算错误。但是，随着调查的深入，揭示出相关的独立设计检验人员、承包商和现场施工主管方的一系列失误与不作为，也导致了这场灾难。文章中涉及多项桥梁建设中的管理工作，值得借鉴与反思。

从2018年佛罗里达国际大学桥梁坍塌中，可以汲取什么教训？该事故的官方调查显示，这是由一连串失误导致的桥梁坍塌事故。参与该项目的主要公司和组织包括Figg，Louis Berger，MCM，Bolton Perez，以及州交通局和佛州国际大学，均在事后的调查中受到严厉的批评，部分企业将面临更严肃的处理。

事故桥体结构包括一个53米长的预制主跨，该主跨由一个5.5米深的混凝土桁架和12条对角型桁架构件组成；桁架支撑着一个10米宽桥面和5米宽的工程顶篷；主跨通过一个中央桥墩连接边跨；中央桥墩之上，还会建造一座33米高的桥塔（事故发生时尚未建成），这也是本桥的建筑美学特点。桥塔将悬挂10条向下的斜拉钢管（不是缆索），只提供一个额外的刚度给桥体，没有结构功能。

图1 桥梁垮塌发生在第11和第12跨与桥墩的连接处

魔鬼隐藏于细节

还是应了那句老话：魔鬼往往隐藏于细节之中。

研究人员得出一致结论，导致桥梁坍塌的导火索是位于桁架端部、垂直的构件与对角桁架构件相交处的冲剪破坏。NTSB明确指出，Figg在这个关键节点的负载和容量计算错误很可能导致了后面的坍塌。坍塌后复原计算表明，节点的荷载需求是设计荷载的两倍以上。

NTSB也明确表示，Louis Berger作为设计检查人，应该注意到这一失误。而主持同行评审的Louis Berger在问询中告诉NTSB，商定好的预算里没有涉及这脱应力之后的荷载分析。连接处、桁架节点、焊缝都应该被分析到，然而在预算和工期压力之下，检验方并未与设计师达成一致。Malik指出：“很明显，在这种情况下，没有人真正对关键的地方进行足够仔细的研究，风险没有排除。”

图2 运输过程中对桁架结构应力的处理

放置排水管穿过11/12连接处，节点区域铺设多条电缆管线，以及在桁架底部的冷焊焊缝，这些决定都大大增加关键位置的结构缺陷风险。

Malik指出了一系列明显的缺陷，包括确定排水管的位置，并在关键的11/12节点区域铺设运行多个电缆管道，以及桁架对角线底部浇筑的冷焊结构。他还质疑施工接缝的准备质量。在如此关键的区域设置冷缝是否明智？准备工作是否完整？还有，现场施工的主管方Bolton Perez Associates的任务完成了吗？这些问题依然悬而未决。

而最大的教训就是独立检查人员的作用没有发挥。独立检查应包括施工的每个关键阶段。该项目中，Figg聘请了Louis Berger，但只要求其查看最终的设计，而没有覆盖施工、过渡的全部阶段。而且双方都忽略了一点，正是两个施工阶段的中间过渡阶段出了问题，才导致了本次桥梁坍塌事故。

施工的每个关键阶段都要进行独立检查，这很有必要。桥梁业主是佛罗里达国际大学，他们雇用了MCM作为设计和施工的总包商；MCM雇用了Figg作为设计团队并担任工程记录；Figg聘请Louis Berger对结构设计进行独立的同行评审。

图3 11/12节点处的裂缝被忽略

裂缝已严重至肉眼可见，其性质已极有可能导致整体结构失效，此时应立即封闭交通，进行检修。但是，没有一个组织愿意采取所谓不受欢迎的复查步骤，并叫停交通、封闭道路。

结构发生位移之前，桁架的两个对角是两端拉紧的，确保了它们在运输过程中保持一个压缩的状态。在浇筑场中，整个桥面及桥面两端都得到了完全接触支撑，但是当被搁置在墩台上的那一刻，有临时垫片放置在中央桁架的两侧，这意味着端部桁架位置的下方没有直接支撑，这对结构安全是有风险的。

图4 支撑不足，混凝土结构开裂

桁架端部的对角型构件放置完成之后，当端部对角桁架构件脱应力时，会引发并加剧结构出现意想不到的应力改变，正是这个过程引发了11号桁架连接处的重大裂缝。此时，应该发出桥梁坍塌风险警告。在如此关键的施工阶段，应该由监测工程师提前建模处置并全面检查。

工程师应该多接受有关结构倒塌前的教育，甚至在设计阶段就应该考虑回答如下问题：这个结构物将会以何种方式倒塌？

监理费缩水

事故桥梁为美标的“二类结构物”，其检查流程与英国高速公路的“三类结构物”的流程和标准相似，施工中是“需要进行检查的”。Malik指出，从NTSB的报告中可以看出，Louis Berger在Figg的压力下，将监理的定价从11万美元下调了近一半，仅为6万美元。

调查人员从过往的电子邮件中查到了Louis Berger与Figg寻标讨价的过程，而FIU作为业主方应该知情，并深知“一分钱一分货”的道理。

尽管预算折半，但合同中原定的检查工作职责不变，所以Louis Berger方面只能把检查结构安全的时间缩水，以节省成本。调查人员还发现，Louis Berger方面没有按照佛州交通局的流程进行工程检查。按规定，同行评审至少要聘用三名独立注册专业工程师，每位工程师至少具有5年设计复杂混凝土桥梁的经验。而Louis
Berger只使用了Adina（有限元分析软件程序）对Figg的设计进行了独立的同行评审。

事故发生后，Louis Berger向NTSB调查人员坦白，他们仅分析了结构的设计方案，没有分析其各个施工阶段的设计，并且不认为按施工次序的分期分析属于Louis Berger的职责范围。Malik指出，事情的性质已经改变了，它已从一起单纯的设计计算不当，演变为一场多方都有责任的综合性事故。显然，低价竞标、削减预算、省略检查步骤，这一系列行为使 Louis Berger不可能逃脱法律的制裁。

此次事故最令人震惊的一个细节是：面对一个100毫米深的裂缝，为稳定其结构而采取的唯一措施，只是重新张拉桁架末端的对角线。难道指望这种做法可以修复、闭合裂缝吗？难道Figg及其他工作人员没有意识到这座桥梁正在走向倒塌的结果吗？前期计算的结果似乎表明这个结构运转良好，不应出现裂缝，怎么解释？既然不明白为何会出现裂缝，为何不重新分析、叫停交通？现实中作出的一系列决定，比如仍然决定对非冗余结构上的关键构件中的钢筋重新施加压力，并在未中断交通的施工现场这样做，试图阻止即将发生的灾难，这真是糟糕透顶的决策。

设计、施工、监理互不负责

以当今的科技水平，对任何桥梁事故，即使不能避免，但至少能够解释清楚原因。

事后的调查也清楚地表明了桥梁基本设计的缺陷，并且每当发现明显的问题后，所有负责检查、监督并叫停的相关单位，全部保持了缄默，这其中的原因实在让人难以捉摸。

最后，各方（Figg、MCM，Louis Berger和Bolton Perez）都应该介入的时候，他们为什么没有介入？Malik提出了设计施工监理的各环节太专向、太单一的问题。建筑商建造、设计师设计、主管人员监督，这些职业角色、合同权责是否妨碍、限制了工程师们的专业判断能力？

Figg雇用的现场记录工程师经验丰富，但是他的计算却是错误的。对这一事件的反思不应仅仅局限于技术审查。而要思考是否需要引入佛州交通部（FDOT）和美国国家公路和运输官员协会（AASHTO）的指导，以及更严格的同行评审制度。

为了中标，Louis Berger将其对项目的审查成本降低了43％，同时也缩小了审查范围、减少了检查次数、缩短了时长。究其原因，还是该项目缺乏足够的资金来支付。Louis Berger会竞标并执行这样一个项目，是不可理解和不道德的，这种操作已经违反了该州交通部的规定。Figg和Louis Berger公司将面临职业资格被永久吊销的结果。

重要建议

在设计、施工、监理的各个环节，似乎都存在一种相同的思维定式。表面看来，每个组织都通过合理化的“流程自保”，即如果设计工程师说可以，那就一定可以，如果记录工程师说可以，那就一定可以，一旦发生任何不好的事情，那就把责任扔到前一个人的身上。这不是同行评审或安全监督的宗旨，并且这种类似官僚主义的思维肯定会让防灾机制失效，这是本次事故的一个因果逻辑链。

Landsberg副主席表示：“只要按流程工作，就能自保脱责。”肯定不是NTSB常用的事故解释话术，但是在每次事故的背后都存在这条“术语”。凡人皆有惰性，但当我们通过长期的反复训练，能自如地压制这种坏习惯，并辅以一个好的互检流程，就一定能避免类似事故发生。

最后，美国国家运输安全委员会（NTSB）主要向佛罗里达州交通运输部（FDOT）提出了以下主要安全建议——

1.工程师应多接受有关“结构倒塌”的教育。

2.要求II类桥梁结构的独立同行评审，一定要包括检查和验证用于所有节点的力学计算。

3.要求独立同行评审提交资格预审函，以表明其符合《佛罗里达州管理法规》的当地法律。

4.要求在桥梁施工过程中最初发现结构裂缝时，负责桥梁施工的记录工程师、建筑工程检查人员、设计和施工承包商和当地机构，都有责任立即将桥梁与交通封闭。

5.在安装、组装过程中，要有足够的准备来支撑整个桥的重量，限制桥梁上的行人、车辆的重量，直到获得完整的支撑并完成检查为止。

6.请工程师对本地桥梁工程规范作出讨论，《结构手册》《结构设计指南》，强调不常见的桥梁设计。对混凝土桥梁结构的设计剪力估算作出更新。

​本文刊载 / 《桥隧产业》杂志 2020年 10月刊 总第42期

作者 / Mark Hansford & Bruce Landsberg

作者单位 /New Civil Engineer杂志社

美国国家运输安全委员会（NTSB)