基于比例视诱法的高速公路跨线桥梁景观技术研究＊

胡志坚 段树明 潘立华 张谢东

（武汉理工大学交通学院1） 武汉 430063） （中交第二公路勘察设计研究院有限公司2） 武汉 430050）

0 引 言

关于建筑结构物美的考虑，很重要的一点是其欣赏视点的分析，主要包含视角、视距、视野与速度等.对于景观敏感点位置的高速公路跨线桥梁，其结构形式以多跨布置的梁式桥为主，一般包括较大跨径的主桥部分和等跨径布置的引桥部分，其视点通常是位于结构侧向，且有一定速度（被交道路上的交通）条件下的动态视点，故跨线桥梁景观以立面范围内的整体效果为主［1］，景观效应包括主桥自身的协调性、主桥与引桥的协调性等.但现有的跨线桥景观研究通常都局限于简单的桥型探讨［2］，或只针对具体的桥梁开展［3］，没有形成系统的高速公路跨线桥景观建设技术.

本文拟基于高速公路跨线桥梁结构特点，提出比例视诱法开展景观优化设计研究，并通过从莞高速清溪支线上的清溪湖大桥开展具体的工程应用.

1 比例视诱法基本原理

建筑物的协调美，体现于量的方面就是要尽力追求比例与尺度，桥梁作为一种水平方向

单维突出的建筑物，尤其要注重比例恰当.比例视诱法就是在力学分析的基础上，按照一定的比例要求完成桥梁各部分的比例布置，然后采用视线诱导方式实现桥梁各组成构件间的视觉效果.其实施包括两个方面：（1）根据具体比例要求确定桥梁各总体设计参数，包括孔跨布置、墩高与跨径比、梁高比例等；（2）结合视觉心理和视错觉等美学原理，通过桥梁构件细部的线型变化与过渡，诱导人们的视觉感知，从而达到结构实际尺寸的视觉隐藏等景观效果.

1.1 孔跨布置的黄金分割比

为了基本保持连续性和节奏感，跨径布置应均一化.从视觉效果上讲，黄金分割比例0.618是较好的选择［4］.以3跨连梁为例，中跨处于视觉的中央，增加中跨的跨度，能使比例协调，左右均衡，增强其稳定性和平衡感，见图1.而边跨太短则显得比例失衡，两边轻，中间重，给人快要失去平衡的感觉.

另外，中间跨为等跨的多跨连续梁，其边跨与中跨跨度之比宜在［0.65，0.70］内；梁桥相邻跨度的比值（小跨比大跨）宜接近0.618，此时桥跨变化会显得平顺、流畅、有韵律感与节奏感.

图1 3跨连续梁的边中跨视觉比例与力学性能比较

1.2 跨径与墩高比

桥梁结构作为一种跨越障碍物（如河流、道路、峡谷）的功能结构，其水平方向的尺寸感往往要比其他方向的尺度更突出，因此，按常规的美学心理，桥梁的跨度（L）应大于其墩高（H），即水平方向尺寸（跨径L）比竖直方向尺寸（墩高H）要大，这样才会产生良好的视觉效果.但H 的取值也不能太小，从美学考虑，在满足桥下净空要求的同时，H 的取值不宜小于10m［5－6］.且在满足桥墩最小高度的基础上L／H的比值越大越好.

其次，在实际桥梁方案中，可能采用不等跨布置方式，但不同孔跨的L／H 尽可能采用相同比值，即“小跨配矮墩，大跨配高墩”.这样能在视觉比例与协调上能达到较好的景观效果.

1.3 上部结构的视觉诱导

1）梁高的视觉诱导 对梁桥而言，主梁作为其主要构件，应考虑梁高和应力的平衡选定适当的构造.设计时需做到形态纤细、轻巧、连续流畅并且使结构的每一点都有效地抵抗作用在其上的力.梁体本身应该细薄，强调向水平方向延伸，其上、下缘线间尽量连续，不产生突变.

通常桥梁跨径确定时，上部结构的梁体高度也根据受力要求随之确定，但实际上梁体高度可通过视线诱导的方法进行截面处理，达到理想的视觉效果.不同截面形式的梁有着不同的长细比，因此当设计时发现梁因长细比太小而显得笨重时，可以通过局部处理诱导主梁截面形状.如图2所示，将桥面板向梁的外侧加大悬伸.通常的做法是使悬臂长度大于梁高以及底板宽度的一半，同时保证悬臂板底板不过多上翘，减少梁体与阳光的接触，此时梁体在视觉上会显得更轻盈.

其次，将箱梁外侧的腹板做成倾斜的倒梯形断面，使到达梁底的光线减少，可以使梁高对视觉的冲击最小.也可进一步将梁截面做成曲面的流线型，避免梁底出现棱角，能有效隐藏梁体实际高度，达到梁高很薄的视觉效果，这不仅视觉形象优美，增加梁的纤细感，同时可大幅提高梁体的整体景观效果，当然会相应增加一定的施工难度.

图2 加大箱梁悬臂以降低主梁视觉高度

图3 腹板倾斜方式降低主梁视觉高度

2）跨中部位的视线诱导 对于大跨连续梁桥，较大的跨度容易使人产生梁体中部下垂的错觉，合适的做法是在设计时结合纵坡考虑，预先设置预拱度.当然，跨度越大时则预拱度越不明显.

3）连接部位的视线诱导 在主桥和引桥的连接部产生跨径不连续时，要调整跨径，改变断面，形成平缓的过渡段，会得到很好的效果.如在厚度不同的梁的连接部分，进行“抹角”“盖板”“渐变”等，或适当保留部分用地，用植栽高档树木过渡.

1.4 桥墩的视觉诱导

1）桥墩布置的通透感 桥墩的布置由桥下净空要求、地质水文要求、通航情况、美学标准等共同决定.其形式一方面要保持与结构和周围地形的协调，另一方面要提供足够的桥下视野空间.

一般情况下，应减少桥墩数量以保证桥下空间开阔，采光充分，并且桥跨数较少时，多采用奇数跨.但若所跨地形本身比较对称则仍采用偶数跨.但对多跨桥，特别是超过7～8跨的长桥而言，奇数跨和偶数跨的视觉差别则并不大.而对桥墩的布置位置则需与地形条件相搭配，例如对跨越山谷的桥，桥墩不宜设于山谷的最深处，而对跨河或跨海桥，最好将桥墩设在靠近海岸线附近的陆地上或悬崖突出部位.

对于多孔跨布置的桥梁，如果桥墩高度随地面线变化处理得当，则一个个竖立的桥墩会随着高度的变化而形成优美的韵律感，所以对桥位处的地面线型有时应进行适当处理，使其从视觉上更能满足对称、变化等整体景观效果.

2）桥墩造型的视觉处理 桥墩造型是否美观，也是桥梁美学的一个重要方面.以混凝土为主要材料的桥墩最富可塑性.X形、V形、四叉形和薄壳式以及近似H形桥墩都获得了成功，并为它们所属的桥梁增色不少.见图4～5.

图4 桥墩造型

图5 桥墩色彩造型

另外，合理利用色彩和光影效应会给人视觉以结构形式变化的感觉，达到意想不到的桥墩造型效果，图5中墩身的涂装给人以一种镂空的感觉，使原本单调桥墩造型具有跳跃感.

3）桥墩与梁体的视觉过渡 桥墩的体量大小与上部结构构造息息相关，要使桥墩看上去轻盈纤细而有韵味，并与主梁相协调.良好的桥墩与梁体视觉过渡首先表现在尺度方面，薄墩厚梁给人以头重脚轻、不稳定的感觉，而厚墩薄梁让人产生笨重的感觉；其次表现在二者形状的一致，如对于预制混凝土I型梁或由直线边构成的箱梁，则应该用由平面与直线边构成的桥墩，而对于由曲面构成的箱梁则应用由曲面构成的桥墩，见图6.

图6 桥墩与主梁形式一致

桥墩与梁结合的原则是考虑视觉上的自然、连续.二者结合处应尽可能无盖梁，以减少视觉障碍，如采用Y形、V形墩等.如果墩柱通过盖梁与上部连接，则沿桥轴方向看去，桥下连续性被横隔梁阻断，墩成为视觉重点，此时要特别注意墩的造型与表面处理，改善视觉印象，除此之外，盖梁端头或耳梁尽量不要外露，否则会对桥梁整体连续性有所削弱，留下遗憾.

1.5 桥台的视觉诱导

桥台美观与否和整座桥梁的美观程度联系密切，特别对于跨数不多的桥梁则更为明显，并且对周围环境也有重大影响，桥台的视觉处理见图7.常规设计的桥台外观展现的是笨重的混凝土实体，再加上运营期间表面的污痕等累积使其很难与美学直接关联.在此基础上，如果进行简单的栽植视诱，见图7b），则植物的鲜明色占据视觉的主体，在增加桥台层次感的同时，桥台的混凝土实体尺寸在视觉上也不再突显，笨重感消失，并且淡化了混凝土表面的美学影响.当然如果条件允许，采用生态锥坡方案则可更好地使桥台完全融合到环境中，美学效果更佳.

图7 桥台的视觉处理

2 工程实例

石马河大桥是新建的广东从莞高速公路上的一座关键桥梁，分离式结构，单幅桥面宽16.75 m，需同时跨越东深公路和石马河，并且桥轴线与石马河斜交.由于受地形条件限制，石马河大桥跨越东深公路跨必须设置70m的主跨，同时受两侧连接线的路面标高限制和桥下现有公路路面标高限制，石马河大桥的桥下净空仅为5.5m.另外，石马河的泄洪要求高，新桥的修建不允许对河流泄洪能力造成太大影响.

2.1 石马河大桥总体景观设计

原设计仅从功能角度出发，桥跨布置方案为40m＋70m＋40m＋5×30m，没有考虑美学的比例要求，见图8a）所示.此时不仅左边跨的设置显得过于急促，且由于主桥跨在跨东深公路侧，给人以视觉中心偏移的感觉，不符合传统的视觉审美习惯.同时位于石马河中的30m跨径引桥部分不仅显得节奏过快，给人以视觉紧迫感，而且由于其墩高与跨径比基本接近于1，非常不利于视觉享受.

图8 从莞高速石马河大桥孔跨布置方案比较

考虑视觉比例完成的桥跨布置方案为40m＋3×70m＋50m，此布置方案的边中跨比基本接近黄金分割比要求，视觉上不存在边跨的急促感和引桥的紧迫感，且没有增加最大跨径的技术要求；以3个70m等跨布置将桥梁的视觉中心基本布置在桥跨中部，彻底消除视觉中心偏移感；视觉上桥梁各跨间比例匀称；由于新的桥跨布置方案不存在30m的引桥跨径，其跨径与墩高之比也完全能满足视觉要求，使该桥的水平方向尺寸得到凸显，符合桥梁审美要求.另外，桥墩布置的通透感也因桥墩个数的减少而得到保证，总体视觉效果良好，在确保经济性与可行性等的前提下，很好地达到了景观效果.

2.2 石马河大桥细部景观设计

1）箱梁视觉设计 结合石马河大桥的桥跨布置和经济性考虑，连续梁式结构是其最佳选择.由于受桥下净空和桥梁跨径的限制，该桥如不合理设计必然会造成“矮桥”效果.如图9a）、10a）所示，石马河大桥墩顶位置箱梁截面高度取4.5m，如上部采用传统的直腹板变截面箱梁，悬臂宽度为4.375m，此时箱梁的全部高度都在侧向视点范围内，即图中所示光线完全到达箱梁底部，视觉上“矮桥”效应明显，给人以压抑感.若将箱梁改为斜腹板形式，悬臂宽度变为4.75m，同时对箱梁各折角采用圆弧过渡，则梁体实际高度得到很好“隐藏”，景观效果明显改善.

图9 石马河大桥墩顶断面方案比较（单位：cm）

2）桥墩视觉设计 由于桥墩个数的减少，使桥下空间的通透感得到了有效保证.另外，结合上部结构的弧线设计，桥墩墩身采用弧线过渡，在墩身中间设置凹槽增加立体感，并在墩顶位置采用“镂空”结构，使主跨桥墩造型与上部箱梁平顺过渡.与常规的薄壁墩相比，不仅桥墩造型上有明显改观，突出了层次立体感，基本消除了“矮桥”效果，而且造价不会增加，工艺要求也不复杂.

图10 石马河大桥细部方案效果图比较

3）桥台的景观设计 由于该桥两侧接线有条件将桥台完全置于视线范围之外，景观要求不高，最终采用埋置式桥台方式.

3 结束语

桥梁景观设计可以极大地提高桥梁的观赏价值、审美价值和旅游功能，对当地的精神文明和社会经济发展带来积极的影响.本文根据高速公路跨线桥梁结构特点和视点要求，提出了比例视诱法，即基于黄金分割比和桥梁跨径与墩高比合理确定桥梁的孔跨布置，并结合翼板宽度、斜腹板、桥墩造型与韵律等手段实现桥梁结构的视觉诱导，形成了科学的高速公路跨线桥梁景观技术，并在石马河大桥的设计过程中得到了具体应用，取得了良好景观效果.

［1］HU Zhijian，WAN Zhiwei，WANG Yunyang.Aesthetic design for structures of highway viaducts［C］∥Proceedings of the 10th International Conference of Chinese Transportation Professionals，2010.

［2］廖新辉，张 阳.高等级公路跨线桥桥型设计［J］.中外公路，2003，23（6）：114－119.

［3］侯 杰，姚佳良，何少锋.龙潭果树公园3号人行景观桥桥型方案构思与设计［J］.世界桥梁，2007（3）：78－82.

［4］盛 勇.桥梁造型［D］.上海：同济大学，2005.

［5］陈 宁，朱佳琪，李永乐.意大利佩斯卡拉大跨度人行斜拉桥的概念设计与实现［J］.世界桥梁，2011（5）：55－58.

［6］施大震.一座景观索桥的设计与施工［J］.桥梁建设，2003（5）：66－70.