百萬噸水泥
港珠澳大橋全長約55公里,跨越伶仃洋連線兩岸三地。
港珠澳大橋
港珠澳大橋是世界上最長的跨海大橋。除了空前的施工難度,其消耗的建造材料也十分驚人。
據統計,光是跨海的主橋段(長度約30公里),使用的水泥超過百萬噸。其中,絕大部分水泥用在了生產橋樑所需的主要材料——混凝土(Concrete)。
混凝土是建築工程中最常見的人工材料。由於是人造的材料,混凝土效能與強度與它的製作者水平息息相關。
如果說一道佳餚需要廚師的精心烹飪,那麼一塊好的混凝土同樣需要工程師的精心調製。只有在製造過程中嚴格遵循工程師的指示,按正確的配方與步驟調製而成,才能達到預想中的效能與強度。
混凝土的配方
港珠澳大橋工程消耗瞭如此大量的混凝土,我們可能會擔心,是否有個別粗心的工程師,製造出了一些不合格的產品。如果這些不合格的產品用在了大橋的關鍵部位,後果將不堪設想。
因此,在混凝土用於工程建造之前,我們還需要對其進行最後一個步驟——檢測(Testing),以確保所用的產品都是經過正確生產程式的合格品。
永不停止的凝固混凝土在剛生產出來時,它的強度是無法立刻得到檢驗的。因為水泥與水的化學反應才剛剛開始,混凝土還處於流動的狀態。為了便於測試混凝土的強度,在它還出於流動狀態時,我們會先把它裝到一個立方體的盒子中定型。
混凝土的制樣
混凝土初步凝固成型後,強度會隨著時間慢慢提升。如果這時就把試塊拿去測試,測出來的強度是很低的,並不能反應出混凝土的最終強度。因此,在測試之前,這些成型的試塊要先放進水裡養護,以等待強度提升至可以測試的狀態。
混凝土的養護
養護結束,取出來就成了一個個標準化的立方體試樣了。
混凝土試樣
這些試樣會被放到壓力機上進行壓力測試。
混凝土的壓力測試
可以預料,當超過某個壓力時,混凝土最終會被壓碎。壓碎時試樣所能達到的最大壓力值,就是這塊試樣所代表的強度。
試樣在一定壓力下被壓碎
在整個檢測流程中,最關鍵的一點是:在混凝土生產出來後,什麼時候進行檢測,才能反應其最終強度?
很奇妙的是,混凝土的凝固是永不停止的。它只是變得越來越慢。只要固化還在發生,混凝土的強度也同樣會繼續增長。聽起來,似乎永遠也沒有辦法弄清楚混凝土的最終強度。
然而,透過大量研究發現,混凝土的強度在一定時間後,增長速率將明顯變緩。這意味著,在一定時間後,混凝土的強度將發展至與最終強度相差無幾。
當混凝土養護至28天時,它的強度與112天強度的差別差距只有不到5%。在工程界,混凝土在生產後第28天進行檢測,並以檢測結果作為混凝土強度的代表值,逐漸形成了一個慣例。
混凝土強度增長曲線
HOKLAS報告港珠澳大橋香港段於2012年開始動工。為了應對工程所涉及工程材料的檢測工作,工務署同年年底在大嶼山北部建立了小蠔灣試驗所。試驗所的工作之一就是對混凝土試樣進行強度測試。
小蠔灣試驗所
小蠔灣試驗所的管理及運作由檢測單位嘉科工程顧問有限公司(JACOBS)承擔,工務署負責監督及稽核檢測報告。
混凝土強度的檢測結果如果想得到承認,就必須證明所有的試驗步驟都是完全按照規範進行的。如果工務試驗所進行的檢測被工務署判定是按照規定的測試程式進行,出具的檢測報告上就可以使用HOKLAS(香港實驗所認可計劃)標誌,證明這份報告的權威性及有效性。這類報告稱為「HOKLAS報告」,類似於國內檢測的CMA標誌。
檢測報告上的HOKLAS標誌(右上角)
如果檢測過程出現了人為失誤,導致檢測過程存在瑕疵,即使對最終實際的檢測結果沒有影響,報告上也不會允許放上HOKLAS標誌。這些報告稱為「非HOKLAS報告」。
正常情況下,試驗所一個合規的檢測流程為:
01 養磚
試驗所從工地接收到混凝土磚(行話,混凝土試塊)後,經過一系列的測量及記錄,有關的混凝土磚樣本便會被放入到水槽內進行養護,稱為「養磚」;
02 填寫工作紙
有關的員工會將已填寫好資料的工作表格(行話稱「工作紙」)按應該進行測試的日期分別存檔到不同的活頁夾;
03 撈磚
每天早上,最早一批上班的員工會檢查已存檔的工作紙,如果某些樣本已經到了28天,則抽出這部分的工作紙,然後依照工作紙上面所載的資料從水槽中撈出該天需進行測試的混凝土磚。此程式稱為「撈磚」。
04 秤磚
撈磚之後,員工需將混凝土磚樣本上殘留的水份抹走,然後秤重。此程式稱為「秤磚」。
05 壓磚
秤磚後,員工便可將混凝土磚樣本分批進行測試,即「壓磚」。在測試完成後,裝置會自動生成一張記錄單。
06 檢測報告
測試完畢後,技術員會擬備混凝土測試報告,測試報告會夾附相關混凝土測試的記錄單、列表、工作紙及申請表(記錄單、列表、工作紙及申請表總稱「報告附件」),並交由時任的首席技術員簽署,以核證混凝土測試有否按照既定程式進行(即已獲或未獲HOKLAS認許)。
在這6個步驟中,最關鍵的是第五步:壓磚。如果在壓磚過程中出現失誤,或者混凝土磚破壞後強度未達標,顯然這樣的報告會拿不到HOKLAS認許。而且,混凝土強度測試是不可逆的,如果測試樣本已被壓壞,則沒有其他補救餘地。
不尋常的報告2016年7月26日上午,即小蠔灣試驗所成立四年之後,工務署技術員在一次對檢測報告的例行檢查中,發現了幾點不尋常的地方。
1. 同一件混凝土磚有兩張記錄單。混凝土磚在第一次測試中就已經被壓壞,如何進行第二次測試?為什麼要進行第二次測試?
2. 有兩張記錄單所顯示的測試時間只相差1分多鐘。在壓力測試過程中,規範對壓力施加的速率有限制要求,對於混凝土這類高強度樣本,在恆定速度下,進行一次測試最少需要2至3分鐘;
3. 先後兩批不同測試批次的樣本磚有穿插測試的情況出現。按照常理,前一批次的樣本全部完成後,才會輪到下一批次樣本進行檢測,因為後一批次的樣本接收時間要更晚;
4. 部分同一批次的記錄單顯示測試序號不是順序,而是其中跳了一個號碼。記錄單由電腦自動生成,而且生成的號碼是順序排列的。也就是說,記錄單生成時出現跳號的機率極低,中間缺失的號碼只能代表機器進行過另一場測試。
以上四點綜合在一起,很難令人不懷疑檢測過程中存在貓膩。
經過調查,相關證據顯示試驗所存在多人,長時間檢測造假的可能。2017年,18名試驗所的員工在法庭上成為被告嫌疑人。
囚徒困境囚徒困境(Prisoner's Dilemma)是博弈論中很具有代表性的例子。在最初的版本中,囚徒困境只是針對兩個人的場景。
假設現在警方逮捕甲、乙兩名嫌疑犯,但沒有足夠證據指控二人有罪。於是警方分開囚禁嫌疑犯,分別和二人見面,並向雙方提供以下相同的選擇:
a.若一人認罪並作證檢控對方(Confess),而對方保持沉默(Silent),此人將即時獲釋,沉默者將判監20年。
b.若二人都保持沉默(互相“合作”),則二人同樣判監1年。
c.若二人都互相檢舉(互相“背叛”),則二人同樣判監5年。
囚徒困境的四種局面
純理性角度來看,兩人都保持沉默是總體利益最大的。但是,在審訊過程中,兩個嫌疑犯都不禁會思考:
a.我是否應該檢舉?(爭取減刑或無罪釋放)
b.他是否已經檢舉了?(我若保持沉默,則會加重刑責)
審訊過程中的思考
如果兩個嫌犯對對方不夠信任,或只想著自己脫身,最終的結果可能是兩個人都選擇檢舉。
若雙人的囚徒困境只需猜疑另一個人,多人的囚徒困境下,嫌疑犯的處境則會是絕對劣勢。
在兩人的場景中,如果兩個嫌犯是好朋友,對雙方有足夠的信心,而且所犯之事不算嚴重,則仍有共同選擇保持沉默的可能;在多人場景中,即使所有人之間都是好朋友,也很難保證不會有人選擇檢舉。只要有一人選擇檢舉,其他人都要遭罪。這種情況下多方的利益平衡點已被打破。
在小蠔灣試驗所案件中,18名被告人面臨的即是多人囚徒困境。在一開始的調查中,無一人選擇認罪。
隨後ICAC開展了一對一的警誡錄影會面。
很快,第五號被告人選擇轉為汙點證人以求減免刑期。
根據第五號被告人的招供,試驗所主要採用以下兩種辦法矇混過關:
01 部分錯過測試時間的混凝土樣本,透過人為修改電腦時間,以令報告顯示為28天;
02 部分出錯的混凝土樣本,透過採用鐵柱(行話稱為「神磚」)代替樣本模擬出達標的試驗結果。
公地悲劇在隨後深入的調查中發現,多方並不是有預謀的大規模造假,而是某種心照不宣的串謀。對於試驗所的員工及管理層,他們造假的動機各不相同:
員工:出了不合格的報告,曾被上司暗示“搞定它”。如果被上司發現檢測過程存在過錯,可能會影響個人能力評價;
管理層:過多的「非HOKLAS報告」會影響公司聲譽,以及在工務署內的評價。
多人「默契」的行為令到檢測造假越來越習以為常,最終被揭發出來。
這種場景值得令人反思,它是典型多人囚徒困境下的延伸——公地悲劇(Tragedy of the Commons)。
01 公共草地上,有一群牧羊人,此時草的數量足以供應各人的羊群;
02 每一個牧羊人都想要多獲利一些,所以某個牧羊人就帶了額外的羊來放牧。
03 雖然他知道過度放牧,草地可能會承受不住,但他獲利了。而後所有的牧羊人都跟進,最終草地牧草耗竭。
回到小蠔灣試驗所,雖然誰都知道造假有朝一日會被揭發,但某個人(無論是員工或管理層)確實因此短暫獲利了(避免返工或影響評價)。然而,當每個人都如此做時,造假就會變得越來越多,最終導致全體人員被懲罰。
也許檢測單位的造假一開始並不存在很大的主觀惡意(只是試驗過程中的無心之失導致樣本不正常損壞),但引發的不良後果卻會像雪球一樣越滾越大。比起批評,我們更應該思考如何阻止類似公地悲劇的場景再次發生。
後續18人中的12人被判罪名成立,刑期從2年至2個月不等。
由於未能完全弄清檢測造假的混凝土試塊涉及哪些部位,港珠澳大橋已額外花費5800萬港幣對橋樑進行補充檢測。檢測結果顯示橋樑所用混凝土達標。
參考資料:
1. 香港特別行政區區域法院 DCCC 1031/2017;
2. CB(4)1140/16-17(01) Follow-up Actions by Transport and Housing Bureau and Highways Department on the Alleged Falsified Concrete Tests Incident;
3. CB(4)1140/16-17(02) Information note on alleged falsification of concrete test reports associated with the works under the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge Hong Kong and related projects;
內容轉自知乎使用者:Maxim LiAECOM岩土工程師,侵刪