基于工程结构学的桥梁景观美学分析

朱伟强

摘要：桥梁不仅是交通系统的重要组成部分，而且常常是一种标志性建筑物。但是桥梁作为一种特殊的建筑其景观造型应以结构受力合理为基础进行设计，合理的结构应使结构在设计寿命期内安全可靠，即结构强度、刚度、稳定性及耐久性均应满足要求。本文探讨了基于工程结构学的桥梁美学，指出桥梁本体景观设计是技术与艺术的统一。

关键词：桥梁结构；景观美学；桥梁设计。

引言

“桥是跨越障碍的通道”。这是美国最权威的韦氏大词典对桥梁一词所下的最简短的定义。远古的人类为了狩猎、运输、迁移就需要修建原始的桥梁。今天，桥梁已和人类的生活密切相关。桥梁不仅是交通系统的重要组成部分，而且常常是一种标志性建筑物。人们希望在通过桥梁时发出一声赞叹，得到美的享受。作为一个桥梁工程师有责任在设计中重视桥梁的美学价值和景观功能，满足人们的观赏愿望。只有桥梁具有先天性的、景观美学的特色，才能雕琢出最美的精品，创作出富有个性的现代或传统的景观桥梁。在结构形式上，可分为梁桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥等，下面对其概念和美学内涵分别做一详述。

1.拱桥的概念和美学内涵

拱桥在世界桥梁史上是应用最早、最广泛的一种桥梁体系，是一种推力结构。多采用圆曲线、抛物线、广义或狭义悬链线为拱肋的曲线造型。近年来拱桥的造型设计已突破过去传统的结构和模式，新的结构造型为优美的拱桥又增光添色，拓宽了应用前景。

拱形是天生美丽的，常被喻作天上的彩虹。但不论是圆曲线、抛物线、悬链线的拱，都有规则的曲率变化，因此拱桥是富有韵律的桥型。拱曲线是柔性的，桥面板是直线型的；但拱桥轴线在力的作用下产生的曲线，不似青丝万缕，拱轴线是柔中有刚、刚柔相济。连续多跨拱桥的动感变化，加之其强劲的力度感，优美的曲线造型，一直受到人们的关注和推崇。拱桥可分为：实腹拱、空腹拱、双曲拱、刚构拱、桁架拱、中承式拱和下承式拱。（其中实腹拱、空腹拱、双曲拱、刚构拱、桁架拱也可称为上承式拱桥）。

2斜拉桥概念和美学内涵

斜拉桥是由从主塔往两边伸出的斜索将主梁拉起。若多条斜索分散拉起，主梁就像支撑在多个弹性支承的连续梁一样工作，减小了主梁的跨度，梁高也可以大大降低，自重减轻，内力减小，从而增加桥梁跨越能力。

斜拉桥的塔型对整个斜拉桥造型影响很大，其高耸挺拔的风姿引人入目。塔的造型和索的布置形成不同的桥式风格，桥塔自身蕴藏着力的紧张感，显示出一种直指蓝天向高空伸展的动势，引发观赏者升入更高的境界。索塔是他们视觉的主要部件，应设计的纤细高耸，并注意造型的美感。斜拉桥的塔有门形、H形、多层框架形、A字形、倒Y形、独柱形、立柱形等，变化极多且其构造随索的布置而定。

还有一些特殊结构的塔造型，比如日本静冈县有一座曲塔斜拉桥，此桥为独塔双跨斜拉桥，主塔的弯曲状及拉索的不对称布置，充分显示出斜拉桥强劲的力量感。同时通过塔的曲向又让人感受到结构力的平衡形态，塔的曲线造型更增加了其美学及景观效果。

作为斜拉桥最实的两个部分主梁和索塔的比例更是掌握整个斜拉桥的关键，其比例的选择将会直接影响这个桥的整体外观。人们认为“美是和谐与比例”，关于和谐就是归于杂多的统一；关于比例，就是数的关系。在美学领域里，应用黄金分割比可得到理想设计效果。

3悬索桥概念和美学内涵

悬索桥从古即有，中国有历史记载可推到公元前200年，多数在西南西北山区。桥索中拱，此桥中悬，悬索乃是“倒拱”。拱受压而索受拉，两者在结构上形成相反作用。其轻盈悦目的线形，以及强大的跨越能力，深受人们的欢迎。近年来由于大跨桥梁建设，悬索桥得到进一步的发展。

悬索桥的索不同于斜拉桥的索，介于紧索和松索之间。最早的悬索桥是直接在索上行走的，走在桥上动荡不已。桥型如两岸之间悬挂着一片平帛。除了两侧栏杆索到桥头有矮桥柱外，所有走行索都直接锚于岸侧的墩中，所看到的桥只是薄薄一片。现在的悬索桥，绝大多数是主索高悬两侧，从主索上下挂吊索，吊挂支承桥面的梁。所以桥面比直接走在索面者更为平直。悬索桥的刚度靠加强索和梁的方法予以加强。

如捷克共和国的瑞士湾步行桥（图1），其主索不在平行的两个面中，而是在一个相交的面中。由于东欧有着深厚的工程学传统，学术背景扎实，注重分析，并且在对待建造及细部设计问题上有着即重实际又先进开放的态度，使这座桥梁的设计实现了一种简约的形式，用它掩饰了工程上的综合复杂性。下垂的缆索包在预制桥面内，然后又相对桥面进行预先张拉，产生了一个自我加固的整体结构。散布了荷载以及动态作用力被分散到极薄的组装桥面中。较矮的桥塔，势必使主索的应力增加，但是却更体现出纤细的整体桥身，使其柔美的一面完全展示在人们面前。略拱的桥纵向梁和主索相辉映，塑造成一对优雅、相反的弧线。主索由塔处慢慢展开到中间略宽出桥面，使其线条更加顺滑、流畅。略微倾斜的桥塔，给了整桥更多的稳定感。

图1 瑞士灣步行桥

在修建大跨度桥梁时，斜拉桥和悬索桥都是比较理想的选择，而且在壮阔的海峡上修桥，自然尽量利用海中岛屿，跳岛修筑，于是成为一首有多乐章的长乐曲。美学要求很好地写好各个乐章使其联成有整体，有很好的呼应和过渡。以香港到大屿山新机场联络线上的汲水门桥和青马大桥为例。原计划两者都为悬索桥，一小一大，相似于南斯拉夫克而克桥。后汲水门桥中选者为双面芭蕉扇形索斜拉桥，似乎不及原方案协调和谐，显得有些混乱而喧闹，斜拉密索是实亦虚，有“消失”成孤耸桥塔不连续的景色。但是以刚柔的韵律来比较，前者的韵律是：刚—柔—刚—柔—柔—刚，是起和伏的韵律；后者是：刚—刚—刚—柔—柔—刚，虽刚胜于柔，但是韵律更为多样，更显跌荡起伏。

4小结

综合上述几种桥梁结构形式的分析，如何实现桥梁的通达之美、凌空之美、流畅之美及刚柔之美；是桥梁选型在美观上的要求，桥梁本体的结构兼顾了刚柔之美；也突出表现桥梁本体景观设计方法论的实际应用。梁、拱之纤细、亲切、委婉，墩塔之雄壮、庄严、高昂，斜索之力感、动感、方向感，大缆之起伏、飘动、流畅、张力感等。但在强调桥梁本体景观造型设计的同时，不能忽略结构受力的可行性；当跨度较大时，因桥梁受力较大，其景观造型应以结构受力合理为基础进行设计。这是桥梁本体景观设计的技术与艺术的统一。合理的结构应使结构在设计寿命期内安全可靠，即结构强度、刚度、稳定性及耐久性均应满足要求。

总之，设计方法论是在对桥梁结构充分科学设计、计算的基础上，桥梁结构本身才能成为一件景观优美的作品。

参考文献：

1、魏汾. 景观桥梁的设计[J]. 山西建筑. 2012（15）

2、石京，叶桢翔，杨朗，袁健. 景观桥梁的设计理念及其评价体系研究[J]. 公路交通科技. 2006（08）

3、黄黎丽，严国敏. 美学在桥梁设计中的位置[J]. 国外桥梁. 1996（04）