道路桥梁设计中结构化设计的具体应用探讨

谢杨 杨继文 龚成

（1.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430010；2.武汉天兴洲道桥投资开发有限公司，湖北 武汉 430010）

由不完全统计报告数据来看，我国在2007-2011 年间共发生了至少17 次大型桥梁坍塌事件，事故导致270 人死亡、111 人受伤、23 人仍下落不明。道路与桥梁发生事故的根本原因大多与其建造质量有关，以上惨痛的数据为设计工作者敲响了警钟，应该在工程安全性方面多下功夫。就目前正在建设中的道路桥梁工程而言，设计师广泛采取结构化设计方案，原因有多方面。论效果，结构化设计在多次实践应用中展现优势，成为道路桥梁设计中的最佳选择。论安全性，结构化设计从全局出发考虑到项目的最终质量和安全性能。论经济性，结构化技术为施工过程提供便利的同时，缩短了工期，节省了成本，使得建设单位获得最大利益。

1 何为结构化设计

结构化设计顾名思义，是将工程整体视为设计对象的方法。其更为科学的解释为，在有限的环境中存在许多制约条件，设计为达到某种既定的目标，譬如建造成本低，承重能力强等，而产生的最佳方案。该定义与运筹学的原则相似，旨在找到符合要求的最优解。结构化设计常被用于建设投入资金多，工期较长，对于安全性要求较高的工程项目中，因此其遵循五个原则：①整体功能性原则，在道路桥梁工程中，结构化设计完成既定要求的同时，不能舍弃建造项目的基本功能，要有全局的眼光。②经济适应原则，结构化设计最终达到的结果一定是最佳的，资金投入也应该是其中考虑到的一部分。③安全性原则，结构化设计的终极目标就是确保道路桥梁工程的整体质量。④环境保护原则，目前所倡导的生态文明建设也是结构化设计中不容忽视的细节。⑤构件特殊性原则，道路桥梁工程中不同的组成构件对于安全性的规定也需要融入到结构化设计中。

2 为何要在道路桥梁设计中应用结构化设计

2.1 满足现状的需求且具备灵活性

结构化设计对于道路桥梁领域来说是一个全新的名词，应用的时间短，但达到的效果却是极佳的。从传统道路桥梁设计与结构化设计的对比中可知，结构化设计具有相当大的优势。从灵活性分析，传统设计方法具有非常大的局限性，它只是在机械化步骤的基础之上形成可行的建造方案，而结构化技术是在可行的方案中挑选最佳项。从现状需求角度来说，传统设计方案普遍通用，欠缺对于现实状况的把握。而结构化设计恰恰相反，以目前道路桥梁工程而言，大多是难度系数极大的项目，又面临资源稀缺且建造结构繁杂的困难，结构化设计会结合建设要求筛选出最有效的方案。结构化设计理念处于动态变化状态，不仅体现其灵活性特点，还彰显其时代必然性的本质特征。

2.2 为现场施工提供准确的依据

结构化设计最新颖的点体现在其遵循整体到部分的原则。具体解释为，从整体要求出发对道路桥梁工程进行简单规划，在将目光放于工程中的每一个部分，并对该部分的设计进行详略两种分析，形成两份设计报告。详细的设计报告无疑是给现场施工提供了更多可靠的依据，以往在施工之前，设计师要与施工队伍进行技术的交底工作，繁琐又麻烦。结构化设计在无形中省略了该环节，设计师在设计图中明确的介绍了各部分的具体操作，采用哪种材料，使用什么技术手段等，施工队伍可以一目了然。环节的减少也意味着施工提前，工期可能会缩短，结构化设计对于施工工作的开展有着巨大的价值。

3 怎样在道路桥梁设计中应用结构化设计

3.1 在材料选择与使用方面的应用

结构化设计在材料选择与使用方面的应用多体现于混凝土材料。混凝土是道路桥梁结构的填充物，直接决定了工程的质量。结构化设计中对于混凝土施工技术的设计主要是针对材料的选择和使用两个部分。对材料的选择而言，混凝土这种材料相对特殊，是通过制造得到的，因此结构化设计就针对其制备提出一部分刚性要求。第一步是按照配比确定原材料的用量和车辆的重量，同时固定水泥、砂、石的磅秤标准，设计中规定一定不能忽视骨料中含水率的测定，因为这是确定准确用水量的关键。第二步是按照装料的顺序进行装车，设计中指出一般是先装石子，然后是装水泥，最后装砂子。结构化设计中提到掺合料要随水泥一同装车，外加剂通常是按照用量进行分装，使用时与粗细骨料一同加入。第三步是按照要求搅拌，搅拌一定要遵循结构化设计要求，如需掺入外加剂，要注意调整搅拌时间。另外，结构化设计为保障混凝土的制备质量，描述细节时提出搅拌过程开始前要经过相关人员的坍落度和易性等鉴定。对材料使用而言，混凝土的使用需要符合道路桥梁工程对于承重能力、安全性能和使用期限的要求，结构化设计中指出钢筋混凝土具有其特殊的化学属性，一旦出现腐蚀状况，就会导致整个工程项目的质量受到威胁，承重能力大幅度降低，安全性能直线下降，道路桥梁的使用期限也相对缩减。因此，在现场施工的过程中可以采取增加保护层的思路来解决问题。

3.2 在工程性能方面的应用

道路与桥梁工程面临的在大难题就是如何应对阴雨天气，这些外界因素很可能会对工程的质量造成影响，结构设计在该方面的应用发挥了巨大的优势。提高道路桥梁抵御不良外界环境的能力要从其建造材料入手，结构化设计中考虑到这一点，明确指出应该选择高密闭性的混凝土材料，以免积水渗透对整个工程结构造成威胁。除此之外，结构化设计指导进行的防水性能检测中，要求施工人员重视路面状况，观察其是否粘结完好，是否出现起皮脱皮的现象。同时还要关注排水管道的布局，避免松散布局导致雨水渗透到道路桥梁的结构之中而产生不良后果。

4 结束语

总的来说，道路桥梁设计采用结构化设计模式是发展推动的结果。结构化设计采用由整到分的大致思路，然后进行模块的划分，针对不同的模块产生不一样的设计方案，概括的方案用于对整个道路桥梁工程项目的展望，详细的方案用于对施工过程的指导和规范。道路桥梁工程是国家重点惠民工程，其安全性能是最不容小觑的，结构化设计是符合要求的，且具备人性化特点，是建筑设计单位的不二之选。