桥与其他结构(大桥小桥“各美其美”——桥梁景观与跨径关系的探讨)

Posted 2023-05-30

篇首语：古之立大事者，不惟有超世之才，亦必有坚忍不拔之志。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了桥与其他结构(大桥小桥“各美其美”——桥梁景观与跨径关系的探讨)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

桥与其他结构(大桥小桥“各美其美”——桥梁景观与跨径关系的探讨)

随着国民经济的发展，人们对城市桥梁景观的要求逐步提高。

本文以桥梁工程师的视角，探讨桥梁景观与跨径的关系，从建筑为主导的小跨径景观桥、与结构更匹配的中等跨径景观桥，到独具挑战性的大跨径景观桥，再到有景观需求的超大跨径桥梁，分别论述不同跨径景观桥梁的特征，与业内同行交流学习。

景观桥需要被多数人喜欢

上世纪90年代前，国内桥梁设计大多为结构工程师主导。随着改革开放经济发展，桥梁美学得到了越来越多的社会关注，每个人心中都有心仪的建筑艺术、理想的景观桥梁，对每座建筑、景观都会有关注、评价乃至争议，包括最美的桥梁排名、最丑陋的建筑评选等。美，总是因人不同、因时代而异，人们对美的追求和争议是无止境且没有标准答案的。如何看待对景观桥的争议？大师有其建筑理论的思想和哲学，民众有来自生活的文化和追求，在笔者看来，无论是业内争议探讨，还是大众点评，一座景观桥被多数人喜欢才称得上好的、成功的桥梁，如若经得住历史考验，方为桥梁中的典范。

笔者认为，一座好的景观桥梁需要具备以下特点：1.桥梁结构即造型艺术，其自带景观、受力合理，是力与美的诠释；2.概念设计是原创结构，融合度高，外观舒展，标志性强；3.桥梁线形简洁流畅，既抽象又赋有节奏韵律, 至少有八成人喜欢。最佳的只是理想的，而现实不可能是完美无缺的，还是“多数人喜欢才好”。

不同跨径打造不一样的风景

对于景观桥梁是否需要做、是否可以装饰，一直都是业内争议的焦点。以建筑师为代表的群体认为，建筑结构不可装饰；而在大众眼中，精美装修也有富丽堂皇之美。在笔者看来，桥梁景观与跨径有着密不可分的关系，不同跨径的景观桥有自身的特点。景观桥方案设计中，小跨径景观桥可以以建筑景观为主导，中等跨径桥梁最适合做景观桥，具有挑战性的为大跨径景观桥，超大跨径桥梁的景观需求更要依托桥梁整体线形以及均匀的比例。此外，所有跨径的桥梁均应融合于周边环境。下面分别探讨不同跨径桥梁对景观性展示的特点。

图1 桥梁景观与跨径的关系

小跨径（约小于50米）

可以建筑景观为主导

桥梁的基本功能为满足车辆、行人等的通行，桥面系是实现各类交通功能的必要结构。小桥桥面系的自身结构尺寸已满足结构受力，建筑景观装饰的荷载对结构受力影响甚小，且无利用它提高桥梁结构受力的必需性，因而设计师可以充分发挥建筑艺术的想象力。但平坦的桥面系也约束了创作建筑艺术及展现景观效果的空间。

小景观桥主要分为现代艺术小桥和传统景观拱桥，多以结合历史文化、景观装饰小品、时尚科技、风景园林、人文休闲等模式来展现艺术作品，形成了建筑景观为主导的小跨径景观桥。

现代艺术小桥系列主要表现为建筑景观、休闲小品、时尚科技、艺术栏杆及风景园林等结合桥面系结构的现代小景观桥（如图2）。

图2 现代艺术小桥

传统景观拱桥系列，多是融合了自然景观、历史文化、建筑材料和传统艺术等，且多以人行桥为主（如图3）。

图3 传统景观拱桥

中等跨径（约50～120米）

艺术与结构最适宜匹配

中等跨径的桥梁其建筑艺术与结构最适宜匹配，为桥梁建筑技术与艺术的相融提供了较宽泛的空间。桥面系的板梁结构与辅助索体共同受力，易满足桥梁功能性的结构受力，且规模适中、施工可控性好、经济合理性适度，同时索辅体系为建筑效果提供了丰富的艺术创作元素和亮点，为桥梁设计在经济和美学方面提供了广阔的发展空间。目前，国内外大都市都有大量的经典案例。国外有以法国巴黎跨越塞纳河、连接香榭丽舍大街和埃菲尔铁塔地区为代表的华丽景观桥梁群；国内有以天津海河为代表的桥梁景观带。近年来，在各大城市如雨后春笋般涌出的景观桥，多属于中等跨径桥梁范围。

图4 法国巴黎塞纳河桥梁

图5 天津海河桥梁

以北京太阳宫南延跨线桥方案为例，该方案主桥蛋形塔双索面斜拉桥为典型的“索辅桥梁”，桥梁全长295米，主桥为2×65米，为2008年金融危机的绿色通道项目，概念设计“破壳而出”寓意经济振兴、拉动内需、突破危机。方案设计融合环境、造型简洁、受力明确、标志性强。结构技术融合艺术造型，蛋形塔将双索面受力集中到椭圆形单点承载，采用不中断交通的桥梁转体施工方案，同时跨越世界最繁忙的机场高速和京密路，方案获得一致好评，后因其他原因暂未实施。

图6 北京太阳宫南延跨线桥方案

大跨径（约120～300米）

具有挑战性的景观桥

对于大跨径景观桥，随桥梁规模的加大，桥面系基本结构的体量相对于桥梁跨径的尺寸已经逐渐显得微不足道。由于桥面系结构承担整体受力的能力有限，就出现了大跨径的斜拉桥、悬索桥、拱桥和相应的组合体系桥梁，塔、拱结构及辅助索与桥面系共同承担主体受力的比例也逐渐加大，结构自身即景观、力与美的诠释成为桥梁建筑创作追求的目标。而标志性效果必然需要独特的建筑艺术造型，以及更多的非标准桥型。同时随着大跨径施工体量及可控性难度的增加，结合不同的地域环境，再融入高地震烈度地区、内地不通航的季节性河流、不具备水上运输和浮吊架设施工条件等因素影响，为建筑艺术与桥梁结构融合的创意概念设计增大了难度。此外，概念设计特殊创意的组合体系，宽扭斜复杂的钢结构、三维空间斜拉索、斜拱塔三维空间的曲面结构、绿色环保施工的严格要求等，都加大了桥梁的结构设计、钢结构加工、架设安装等施工难度。综上，大跨径景观桥独具挑战性，尤其是受力合理的原创结构，更成为追求精品桥梁设计的志向。

1.工程实例——新首钢大桥与如意香河大桥

北京长安街西端的新首钢大桥，主桥全长639米，主跨280米，高塔128米，矮塔78米，全钢结构高矮双塔斜拉刚构组合体系，采用全新的桥梁结构体系实现对城市母亲河的大跨度斜向跨越。桥型与自然巧妙融合、曲面造型独特，设计实施难度很大。建成后已成为首都的城市新地标，它诠释了现代科技和可持续发展的新理念。本项目攻克了新结构体系抗震和曲面钢板受力等钢桥设计及加工建造的难题，真正把三维数字技术全面应用于大型桥梁设计、加工、建造全阶段，促进了工艺进步，为未来城市桥梁建造探索出新的思路。大桥的建筑外形沿顺桥向看呈现出高矮两个拱形门，侧面视角则类似两人拉手相向而坐，亦为建筑创意“和力之门”名称的由来。该建筑方案巧妙地将长安街和永定河之间的斜交角“融”入建筑设计中，与周边环境融为一体。

如意香河大桥有世界文化遗产大运河的背景，设计创作融入“历史人文”“现代科技”“绿色生态”“环境融合”等理念。桥梁主体亦即艺术造型，标志性强，简洁流畅，抽象赋有节奏韵律，为力与美相融的原创结构。桥梁全长1060米，主桥256米，主跨165米，为全钢结构三跨抱翅形拱梁组合体系。北运河香河段的河道成蜿蜒形态，恰似一件寓意吉祥美好的如意，串联着整座香河新城。寓意新时代背景下，香河人民生活吉祥如意、幸福美满。桥梁造型创意隐约如：如意香河涌动的浪花、青山绿水飘浮的白云、鹏鹰抱翅待展的羽翼、传承历史文化的如意。

图7 如意香河大桥

2.大跨径桥梁创意与周边环境融合最重要

创意是景观桥设计的灵魂。在桥梁的概念设计、景观设计中，建筑师注重于艺术效果，工程师更关注技术合理性。然后，好方案不是“艺术加技术”，无论是建筑师还是工程师，只有将“艺术融入技术”，方能出典范。设计尊重艺术、尊重建筑创意，同时鼓励工程师提高建设艺术修养。具体表现为，桥型外观新颖独特，线条简洁流畅，抽象并赋有节奏韵律，主体就是艺术造型，外观与结构受力融合一体、舒展且标志效应显著。总之，建筑艺术与结构技术融合是方案的关键，是力与美的诠释。

特大桥、景观桥以及非标准模式创意的桥梁，影响概念设计和方案设计的因素很多，除了满足规划、交通功能外，桥梁结构还应融合诸如整体比例、自然环境、地形地貌地质、周边建筑、历史民族文化、宗教信仰、可实施性等。如意香河大桥的结构造型融合了道路交通、河道、航道、码头、橡胶坝、船闸、风情驿站、景观带等相互间的关系。

3.有挑战性的大跨径景观桥主体结构设计应简化

如果建筑艺术与结构融合是方案的关键，桥梁结构设计则是梦想通向现实的隧道，是工程师辛勤付出的核心，理念成功的关键。将桥梁结构设计的理念浓缩成“简”字，看似简洁流畅线形的背后，隐藏着复杂的空间三维结构，充分简化结构、简化施工难度，提高创新力度，加强与建筑师的合作，简化空间三维结构的同时加强细节的设计，增强景观效果。

例如，新首钢大桥原建筑方案为不可加工的空间扭曲曲面，后优化为高斯曲率为0的可加工扫掠曲面，达到三维曲面可加工性。如意香河大桥主拱造型采用 Rhino3D NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline) 非均匀有理B样条曲线精细化设计，运用 Grasshopper（编程插件）完成的局部三维曲面扭转为二维曲面，确保外观造型流畅，简化了复杂钢结构，减小了设计流程，降低了加工、施工的难度。

4.有挑战性的大跨径景观桥应依托智慧管理平台及BIM应用

基于有挑战性的大跨径景观桥在概念设计、结构设计、施工建设中的复杂性，更需要依托BIM应用及智慧管理平台等现代数字信息技术。全寿命周期的智慧管理数字平台包括设计、施工、建设、运维及养护管理平台。其中施工、建设、运维及养护管理平台已经是较为成熟的数字信息技术，而设计管理数字平台是近年发展起来的新应用技术。

在新首钢大桥项目中，工程充分依据BIM正向设计和运维养护智慧管理平台。此后，如意香河大桥项目，又对BIM的正向设计和设计智慧管理数字平台有了进一步的拓展。其中包括：①首次积极推动设计管理纳入全生命周期建设工程数字化管理平台，探索设计阶段的智慧技术管理，运用360全景及720云等技术场景、BIM+GIS展示地理环境、轨迹浏览与桥梁工程进度, 完成设计资料管理、设计服务、质量管理、安全管理。②通过手机移动端扫码，浏览BIM模型 +施工图的形式, 可满足现场设计指导、施工监理监控、钢结构加工制作、架设安装、相关会议及技术研究等需求，为客户提供工程实施及后期运维接口的高品质服务。

图8 BIM正向设计的进步和设计智慧管理平台建设的应用

超大跨径

通过流畅线形、均匀比例衬托壮丽景观

超大跨径桥梁不属于景观桥的主流，多为连海及跨越江河、山谷等天堑的超级工程，大多为超大跨径斜拉桥、悬索桥、拱桥结构等，桥面系主梁更多的仅是结构联结及承担局部车辆荷载的作用，塔、缆索、拉索等主要承担桥梁整体受力，主梁设计基本不采用非标准结构形式和独特造型。深水、急流、暗流、冲刷、潮汐、台风、不良地质、险峻沟谷等自然环境成为桥梁实施的主要控制因素。

图9 超大跨径桥梁的建筑艺术

超级工程大跨径桥梁建筑艺术，大多体现在桥梁及主塔结构、主拱结构整体的比例均匀、线形流畅，以及桥塔局部联结造型点缀等形式。通过流畅的整体线形、均匀的比例和气势磅礴的自然景观来展示天堑变通途的壮丽景观效果，形成标志性建筑、网红打卡景点。而大众打卡的“景观平台”对超级名桥尤为重要，人们在欣赏空中鸟瞰图片的同时，更需要一些接地气的、最佳的“观景平台”。例如旧金山金门大桥的观景平台，虽然采取限流限量等措施，但依然吸引着大量游客，成就了金门大桥的“最美桥梁排名”，也拉动了城市旅游产业。

让艺术走向前台

对于小跨、中跨、大跨和超大跨径的桥梁与景观的关系，可总结以下几点——小跨径的容易做：建筑景观为主导，结构受力可服从，天马行空来发挥，艺术小品显神威；中跨径的适合做：工程规模显景观，建筑效果出亮点，艺术结构好匹配，景观桥梁排成队；大跨径的值得做：艺术技术相融合，景观创意被束缚，节奏韵律畅如水，原创桥型是精髓；超大跨径局部做：桥梁整体展线形，结构受力合理情，局部联结点定格，气势磅礴跨江河。

总之，随着桥梁跨径由小到大的变化，桥梁结构与景观艺术的关系也发生着不同程度的变化。传统的“装饰美化”、刻意复杂的创意造型、违背力学原理的悬疑结构，应被艺术与技术融合、力与美的诠释、均匀的比例、整体环境和谐等所替代。桥梁工程与艺术结合是我国的桥梁发展趋势，但真正做到尊重建筑师、艺术家，让“建筑师、概念设计师、方案主创师从幕后走向前台，还要一定的过程，需要在尊重艺术成果、创意方案、知识产权的同时，增加工程院校的美学艺术教育、审美理念的培养，加强工程师的艺术造诣，培养出更多的懂艺术、能创作的复合型桥梁设计工程师。

本文刊载 / 《桥梁》杂志 2022年第4期总第108期

作者 / 惠斌

作者单位 / 北京市市政工程设计研究总院有限公司