Mosty projektuje się na dziesięciolecia. WYWIAD

W wywiadzie:

• Dlaczego przy projektowaniu mostów ważne są zarówno obliczenia, jak i intuicja projektowa?
• Rola współczesnych metod obliczeniowych
• Optymalizacja kosztów konstrukcji a bezpieczeństwo
• Największe wyzwania inżynierskie podczas projektowania Mostu Rędzińskiego
• Jak zmienił się sposób kształcenia i przygotowania młodych projektantów mostów na przestrzeni ostatnich dekad?
• Czy sztuczna inteligencja, projektowanie generatywne i cyfrowe bliźniaki realnie zmieniają rolę projektanta mostów?
• Co odróżnia wybitnego projektanta mostów od bardzo dobrego inżyniera?

Projektowanie mostów to jedna z tych dziedzin inżynierii, w których konsekwencje błędu mogą ujawnić się dopiero po latach. Czy wraz z doświadczeniem bardziej ufa Pan Profesor obliczeniom czy własnej intuicji projektowej?

Czas jest dla projektanta mostów najbardziej wymagającym recenzentem. Nie należy więc nadużywać terminu „błąd” w odniesieniu do projektantów tworzących kilkadziesiąt lat temu. Powstawały wówczas często imponujące konstrukcje projektowane w oparciu o wiedzę i technologie dostępne w danym okresie.

Dziś wiemy, że Riccardo Morandi oraz inni projektanci mostów z lat 50. i 60. XX w. nie docenili problemu trwałości oraz ochrony antykorozyjnej cięgien sprężających. Nie zmienia to jednak faktu, że Morandi był twórcą jednych z największych mostów swojej epoki. Zaprojektował m.in. Most General Rafael Urdaneta w Wenezueli o przęśle 245 m, Wiadukt Polcevera w Genui czy Most Wadi al-Kuf w Libii o przęśle 282 m. Konstrukcje te były w swoim czasie wybitnymi osiągnięciami inżynierskimi, a ich autor został doceniony przez międzynarodowe środowisko mostowe. Dopiero po latach zrozumiano, jak dużym zagrożeniem dla tego typu konstrukcji może być korozja cięgien sprężających. W przypadku mostu w Wenezueli odpowiednio wcześnie przeprowadzono wymianę cięgien i obiekt nadal jest eksploatowany. W Genui nie zdążono tego zrobić.

Także w Polsce mieliśmy przypadki awarii korozyjnej cięgien sprężających już po kilkunastu latach eksploatacji obiektów. Współcześni projektanci i wykonawcy dysponują jednak znacznie większą wiedzą dotyczącą trwałości konstrukcji, lepszymi materiałami oraz bardziej zaawansowanymi technologiami zabezpieczeń. Wracając do samego pytania – nie przeciwstawiałbym obliczeń intuicji projektowej. Dobre projektowanie mostów wymaga jednego i drugiego. Obliczenia są podstawą bezpieczeństwa konstrukcji, ale przy założeniu, że prawidłowo uwzględniają rzeczywiste warunki pracy obiektu oraz zmiany zachodzące w czasie jego eksploatacji. Z kolei doświadczenia wynikające z użytkowania podobnych konstrukcji pozwalają lepiej rozumieć wpływ środowiska, technologii wykonania i sposobu utrzymania mostu.

Intuicja projektowa jest natomiast efektem wieloletniego doświadczenia. Pomaga szybciej dostrzec te elementy konstrukcji, które wymagają szczególnie dokładnej analizy obliczeniowej lub zachowania większych rezerw bezpieczeństwa.

Dzisiejszy projektant dysponuje ogromnymi możliwościami obliczeniowymi i zaawansowanymi modelami MES. Czy współczesna inżynieria mostowa stała się dzięki temu bezpieczniejsza, czy raczej wzrosło ryzyko bezkrytycznej wiary w model obliczeniowy?

Zauważmy, że projektanci wielkich mostów kratownicowych, budowanych w drugiej połowie XIX w., dysponowali bardzo ograniczoną wiedzą z zakresu mechaniki konstrukcji, a mimo to wznieśli budowle, które bezpiecznie eksploatujemy do dziś, np. most przez Wisłę w Tczewie z 1857 r. Postęp w mechanice konstrukcji oraz możliwość szczegółowej analizy przy pomocy systemów obliczeniowych bazujących na Metodzie Elementów Skończonych (MES) otworzyły przed projektantami zupełnie nowe możliwości. Dziś możemy w stosunkowo krótkim czasie wykonywać zaawansowane obliczenia bardzo złożonych i wielokrotnie statycznie niewyznaczalnych konstrukcji, uwzględniając wiele zjawisk, których dawniej nie dało się dokładnie analizować.

Nie mam wątpliwości, że współczesna inżynieria mostowa stała się dzięki temu bezpieczniejsza. Trzeba jednak podkreślić, że stosując metody komputerowe, bardzo łatwo popełnić błąd przy wprowadzaniu danych lub budowie modelu obliczeniowego. Dlatego wyniki analiz komputerowych należy zawsze weryfikować przy pomocy klasycznych obliczeń albo innego systemu obliczeniowego MES.

Niestety, bezkrytyczne zaufanie do wyników obliczeń prowadzi czasem do tragicznych następstw. Przykładem może być katastrofa Mostu Chiraya w Kolumbii z 2018 r. (rys.). Była to, budowana metodą wspornikową, trójprzęsłowa konstrukcja podwieszona o rozpiętości przęsła głównego 286 m. Katastrofa wydarzyła się w momencie, gdy do zwarcia wsporników brakowało już tylko kilku segmentów konstrukcji.

Eksperci wykazali później bardzo poważny błąd projektowy związany ze sprężeniem rygla dolnego pylonu. Zastosowano sprężenie stanowiące 12 splotów 7Ø5, podczas gdy potrzebnych było osiem kabli 19 × 7Ø5, czyli łącznie 152 sploty. Skala błędu była ogromna i trudno uwierzyć, że nie została wcześniej zauważona.

Trzeba jednak pamiętać, że obliczenia są tylko jednym z elementów procesu projektowania. Równie ważne pozostaje poszukiwanie odpowiedniej formy konstrukcji dostosowanej do miejsca jej usytuowania.

Mój kolega, profesor Michel Virlogeux – jeden z najwybitniejszych współczesnych inżynierów mostowych – twierdzi, że swoje mosty, m.in. Most Pont de Nor-mandie (fot. 1) czy Wiadukt Millau, projektował przy pomocy kalkulatora. Oczywiście najpierw powstawała idea i forma obiektu, a dopiero później zespoły bardzo dobrych inżynierów wykonywały szczegółowe analizy z wykorzystaniem współczesnych narzędzi numerycznych.

Komputer pozostaje więc jedynie narzędziem. O bezpieczeństwie konstrukcji nadal decydują wiedza, doświadczenie i odpowiedzialność projektanta.

Rys. Podstawowe wymiary Mostu Chiraya w Kolumbii. Stan budowy w chwili katastrofy. Zniszczone elementy pylonu oznaczono kolorem czerwonym. Rys. Marco Teichgraeber

Redakcja poleca:

• Kostrzyn nad Odrą. Nowy most wyróżniony tytułem „Dzieło Mostowe Roku 2025”
• Stanowisko PIIB wobec raportu NIK dotyczącego inwestycji mostowych
• Zarządzanie i systemy eksperckie w aspekcie trwałości obiektów mostowych – cz. I
• Jeszcze w latach 80. nie wiedzieliśmy ile mostów jest w Polsce
• Trwałość mostów pod kontrolą. WYWIAD

Gdzie przebiega granica między optymalizacją konstrukcji a pozostawieniem koniecznych rezerw bezpieczeństwa, szczególnie przy presji kosztowej współczesnych inwestycji?

Wymagane bezpieczeństwo konstrukcji w okresie jej użytkowania określają normy oraz obowiązujące wytyczne projektowe. Optymalizując konstrukcję, nie wolno przekraczać granicy bezpieczeństwa wyznaczonej przez przepisy.

Sama optymalizacja nie jest oczywiście niczym złym. Może dotyczyć różnych kryteriów, takich jak zużycie materiałów, czas wykonania konstrukcji czy koszty realizacji. Problem pojawia się wtedy, gdy konstrukcja projektowana jest w zasadzie bez żadnych rezerw.

Szczególnie widoczne jest to w kontraktach realizowanych w formule „zaprojektuj i zbuduj”. Projektant znajduje się wówczas pod dużą presją wykonawcy, który oczekuje maksymalnej optymalizacji materiałowej, czyli np. projektowania liczby cięgien w kablach praktycznie „na styk” z wymaganiami normowymi.

Może to prowadzić do sytuacji, w której kabel powinien składać się z 31 splotów, a z uwagi na imperfekcje wykonawcze do kanału mieści się ich tylko 28. Gdy konstrukcja nie ma żadnych rezerw, trzeba ustalić miejsce blokady, rozkuć środnik belki, usunąć przeszkodę, naprawić środnik zaprawą bezskurczową, wprowadzić brakujące cięgna i sprężyć konstrukcję. Zwykle oznacza to od 7 do 10 dni opóźnienia budowy.

Koszt dodatkowych robót i wygenerowanego w ten sposób opóźnienia wielokrotnie przewyższa nakłady finansowe kilku dodatkowych splotów stanowiących rezerwę wykonawczą. W praktyce często okazuje się więc, że nadmierna optymalizacja przynosi jedynie pozorne oszczędności.

Stosowanie systemu „zaprojektuj i zbuduj” wymaga od zamawiającego bardzo precyzyjnego opisu przedmiotu zamówienia oraz konsekwentnego egzekwowania określonych wymagań. Powtarzam studentom, aby nie projektowali konstrukcji „wyżyłowanych”, ponieważ nawet niewielka niedokładność wykonawcza może prowadzić do poważnych problemów technologicznych i organizacyjnych podczas realizacji kontraktu.

Fot. 1. Most Pont de Normandie oraz główny projektant Michel Virlogeux. Fot. Jan Biliszczuk

Co było największym wyzwaniem podczas projektowania Mostu Rędzińskiego: sama konstrukcja, technologia realizacji czy zarządzanie złożonością całego przedsięwzięcia?

Projekt Mostu Rędzińskiego to ponad 1300 rysunków oraz kilka tomów opisów i obliczeń. W trakcie realizacji zespół projektowy wysłał również ponad 1800 pism. Już same te liczby pokazują skalę i złożoność całego przedsięwzięcia.

Proces projektowy składał się z dwóch zasadniczych faz. Pierwsza obejmowała wykonanie projektu budowlanego wraz z zestawieniem materiałowym, na podstawie którego uzyskano pozwolenie na budowę i przeprowadzono przetarg. Druga faza dotyczyła projektu wykonawczo-technologicznego realizowanego już na potrzeby wykonawcy i dostosowanego do przyjętej przez niego technologii budowy.

Sama konstrukcja mostu była oczywiście dużym wyzwaniem inżynierskim, jednak równie trudna okazała się koordynacja pracy zespołów przygotowujących projekty technologiczne oraz bieżące rozwiązywanie problemów pojawiających się podczas realizacji budowy. Zespół projektowy biura ZBP Mosty-Wrocław był wspomagany przez kilka zespołów naukowych, sprawdzających lub opiniujących zastosowane rozwiązania konstrukcyjne i procesy technologiczne. Przy tak nietypowym obiekcie konieczna była bardzo ścisła współpraca projektantów, technologów oraz wykonawcy.

Ja odpowiadałem za projekt konstrukcji mostu oraz koordynację prac związanych z projektami technologicznymi. Było to trudne zadanie wymagające praktycznie codziennej obecności zarówno w biurze projektowym, jak i na budowie.

Dziś, gdy od zakończenia projektowania minęło już ponad 15 lat, oceniam, że na budowie mostu przyjęto procedury, które pozwoliły wznieść tak nietypową konstrukcję w rozsądnym czasie – mimo trzech ostrych zim – i przy założonym kosztorysie.

W przypadku obiektów tej skali samo wykonanie obliczeń nie wystarcza. Równie ważne stają się organizacja procesu projektowego z uwzględnieniem przyjętej technologii budowy oraz umiejętność współpracy wielu zespołów uczestniczących w realizacji inwestycji.

Fot. 2. Most Rędziński we Wrocławiu. Fot. Grzegorz Kilian

Czy istnieją zjawiska lub aspekty pracy konstrukcji mostowej, których mimo rozwoju metod numerycznych nadal nie da się w pełni zamknąć w obliczeniach?

Tak. Posłużę się terminem „sztuka budowlana” lub – jak mówią Niemcy – Kulturbau. Kryje się pod tym pojęciem doświadczenie projektowe oraz doskonalenie wykonawstwa, których nie da się w pełni opisać przy pomocy obliczeń czy modeli numerycznych.

Pewne rozwiązania konstrukcyjne wynikają przede wszystkim z wieloletnich doświadczeń eksploatacyjnych, a nie wyłącznie z teorii. Przykładem może być odwodnienie obiektu albo rozwiązania konstrukcyjne ułatwiające montaż, budowę i późniejsze utrzymanie mostu. Tego typu zagadnienia rozwiązuje się zgodnie ze sztuką budowlaną, a nie wyłącznie na podstawie obliczeń.

Oczywiście pozostaje również kilka nierozwiązanych problemów z zakresu aerodynamiki konstrukcji, np. wzbudzenie wiatrowo-deszczowe want w mostach podwieszonych. Projektując taki most, należy uprzedzić inwestora, że przy określonych warunkach atmosferycznych nie można wykluczyć wystąpienia nadmiernych drgań want wywołanych tym zjawiskiem. Nie powoduje ono zawalenia mostu, ale może prowadzić do uszkodzeń zmęczeniowych cięgien.

Aby temu zapobiec, stosuje się tłumiki drgań lub inne środki ograniczające amplitudy drgań, co oczywiście generuje dodatkowe koszty. Ważne jest to, że potrzeba ich zastosowania wynika często nie z obliczeń, ale z obserwacji zachowania obiektu podczas eksploatacji.

PODCAST: Czy polskie mosty i wiadukty są bezpieczne? Ile z nich wymaga pilnych napraw, a ile czeka na modernizację? Czy państwo ma wystarczające środki, by zadbać o infrastrukturę?

Jak zmienił się sposób kształcenia i przygotowania młodych projektantów mostów na przestrzeni ostatnich dekad? Czego dziś – zdaniem Pana Profesora – najbardziej im brakuje?

W latach 90. XX w. działały w Polsce duże biura projektowe, takie jak Transprojekt Warszawa lub Transprojekt Gdański. Kierownikami pracowni byli doświadczeni inżynierowie podejmujący kluczowe decyzje i kierujący zespołami projektowymi.

Młody inżynier pracował pod nadzorem mistrza, który nie tylko korygował jego działania, ale również przekazywał zdobyte doświadczenie oraz sposób myślenia o konstrukcji i procesie projektowania. Był to klasyczny model mistrz–uczeń, bardzo ważny w zawodzie mostowca.

Dziś w Polsce, oprócz wymienionych, renomowanych zespołów, działa wiele małych biur projektowych, często prowadzonych przez młodych inżynierów. Z jednej strony daje to większą dynamikę i otwartość na nowe technologie, ale z drugiej powoduje, że proces zdobywania doświadczenia odbywa się często metodą prób i błędów. Czy to dobre rozwiązanie? Mam co do tego wątpliwości.

W mostownictwie bardzo ważny jest również kontakt projektanta z budową i późniejszą eksploatacją obiektów. Wiele problemów konstrukcyjnych, technologicznych czy wykonawczych można dobrze zrozumieć dopiero podczas realizacji inwestycji albo obserwacji zachowania konstrukcji w czasie użytkowania.

Tego typu doświadczenia nadal pozostają bardzo istotnym elementem doskonalenia pracy projektanta mostów.

Czy współczesny model prowadzenia inwestycji infrastrukturalnych pozostawia jeszcze przestrzeń dla autorytetu i niezależności głównego projektanta?

Ostatnio przeczytałem, że w Czechach rozstrzygnięto konkursy na trzy duże mosty dla kolei dużych prędkości na trasie Praga–Brno. Konkursy te wygrali wybitni projektanci, a zrealizowane mosty będą pokazywane na świecie jako osiągnięcia czeskiej inżynierii. Pokazuje to, że w niektórych krajach nadal istnieje przekonanie, iż most może być czymś więcej niż tylko elementem infrastruktury. Może być również świadectwem poziomu kultury technicznej państwa oraz osiągnięć jego inżynierów, a często także wizytówką regionu.

Stosowany w Polsce system „zaprojektuj i zbuduj”, o którym wspominałem wcześniej, w dużym stopniu ogranicza niezależność projektanta przy podejmowaniu bardziej wizjonerskich decyzji. Projekt bardzo często staje się elementem procesu optymalizacji kosztów i technologii wykonania.

Zmieniło się również samo postrzeganie autorytetu projektanta. Dziś biuro startujące w przetargu może korzystać z tzw. użyczonych referencji, co w pewnym stopniu osłabia znaczenie rzeczywistego doświadczenia projektowego.

PODCAST na temat nowej technologii mostowej „Krokodyl” wykorzystanej przy realizacji mostu nad rzeką Kwisą w Trzebowie koło Żagania

Czy sztuczna inteligencja, projektowanie generatywne i cyfrowe bliźniaki realnie zmieniają rolę projektanta mostów, czy nadal kluczowe pozostaną doświadczenie inżyniera i intuicja?

Sztuczna inteligencja jest narzędziem, z którego projektanci będą korzystali coraz częściej. Już dziś wspomaga analizę danych, optymalizację rozwiązań konstrukcyjnych czy generowanie wariantów projektowych. Myślę jednak, że za projekt opracowany przy wykorzystaniu AI nadal odpowiadać będzie inżynier i to on pozostanie jego autorem.

Duże znaczenie mogą mieć również cyfrowe bliźniaki konstrukcji. Jest to bardzo wartościowa idea, która może ułatwić koordynację projektu, kontrolę realizacji, a w przyszłości także monitorowanie i utrzymanie obiektu przez cały okres jego eksploatacji.

Ciekawym kierunkiem rozwoju byłoby również stworzenie wirtualnego muzeum mostownictwa, w którym po zastosowaniu technologii immersyjnych można byłoby wejść na pylon Mostu Golden Gate, zobaczyć Ponte du Gard czy przejść po nowoczesnym moście łukowym Lu-Pu w Szanghaju. Tego typu rozwiązania mogłyby bardzo dobrze popularyzować wiedzę o inżynierii mostowej.

Sztuczna inteligencja nie jest jednak kreatywna w takim znaczeniu jak człowiek. Analizuje i przetwarza istniejące dane, dlatego może bardzo sprawnie projektować typowe konstrukcje lub optymalizować gotowe rozwiązania, ale trudno oczekiwać, aby samodzielnie stworzyła obiekt przełomowy, zmieniający sposób myślenia o mostach, jak np. Wiadukt Millau.

Myślę, że będzie podobnie jak z malarstwem. Fotografia nie wyeliminowała malarstwa portretowego, a rektorzy nadal nie wieszają fotografii w reprezentacyjnych salach uczelni. Prawdziwi kreatorzy i wizjonerzy zawsze będą potrzebni.

Technologia bardzo zmieni warsztat pracy projektanta, ale nadal kluczowe pozostaną odpowiedzialność, doświadczenie oraz intuicja inżynierska.

Panie Profesorze, co dziś odróżnia wybitnego projektanta mostów od bardzo dobrego inżyniera?

Dobry inżynier umie zaprojektować konstrukcję bezpieczną, trwałą i poprawną technicznie. Wybitny projektant potrafi zrobić coś więcej – stworzyć most, który po latach pozostaje ważny nie tylko jako obiekt inżynierski, ale również jako symbol swojej epoki i możliwości technicznych swoich czasów.

Aby zostać bardzo dobrym inżynierem mostowym, trzeba – oprócz dobrego przygotowania teoretyczno-technicznego – posiadać również podstawową wiedzę z zakresu architektury i kształtowania krajobrazu, a w pewnym sensie być także humanistą. Most jest przecież elementem przestrzeni i krajobrazu, często pozostającym z nami przez dziesiątki, a czasem nawet setki lat. Przydatne są również umiejętności przekonywania innych do swoich pomysłów. 

W historii Polski było wielu wybitnych inżynierów, których sylwetki opisano w monografii Mosty w dziejach Polski. Wystarczy wymienić kilka nazwisk: Stanisław Kierbedź (1810–1899), Stefan Bryła (1886–1943), Maksymilian Wolff (1921–2007), Stefan Filipiuk (1930–2023). Byli to projektanci, którzy potrafili nie tylko rozwiązywać problemy techniczne, ale również wyznaczać nowe kierunki rozwoju mostownictwa.

Dziś technologia rozwija się szybciej niż kiedykolwiek wcześniej, jednak najważniejsze cechy dobrego projektanta pozostają niezmienne: odpowiedzialność, doświadczenie, wyobraźnia i odwaga myślenia. Mamy wspaniałe wzorce – dorównajmy im.

Dziękuję za rozmowę.

Rozmawiała Anna Dębińska

Fot. Krzysztof Mazur