城市梁式高架桥美学设计与研究

林华彬

（1.浙江大学建筑工程学院，浙江 杭州 310000；

2.中交第一公路勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710075）

1 引言

梁桥是目前应用最广的桥梁结构形式，公路桥梁因其所处的自然地理条件的特点，景观要求普遍不高。常规公路梁桥中柱式墩、预制装配小箱梁和T梁占主导地位。传统的桥梁工程设计理念仅关注了桥梁交通功能，却常常忽略了桥梁的景观艺术性。

随着高质量城市建设的需要，以及近郊公路市政化发展趋势，城市高架桥景观设计显得日益重要，尤其是在发达城市。然而迄今为止，桥梁景观营造多见于斜拉桥、拱桥等特殊桥梁，对以梁式桥为代表的、量大面广的城市高架桥的景观设计研究还比较缺失。城市高架桥美学理论与实践不相适应，信息化程度低[1]。

工程实践当中常常发现，桥梁工程师不擅长建筑艺术，设计方案缺乏美感。而建筑师缺乏对桥梁的研究学习，所设计出的工程方案缺乏合理性。文章结合在某发达城市的实践情况，探讨梁式高架桥结构美学设计，为桥梁工程师和建筑师提供参考。

2 梁桥美学

唐寰澄[2]指出桥梁美学中普遍法则包括多样与统一、协调与和谐、比例、对称、韵律等。项海帆院士[3]指出桥梁造型设计与美学设计就是要使桥梁整体和局部都能体现出创新（变化）美、统一美、比例美、平衡美、和谐美、韵律美和协调美。使桥梁在其使用寿命中不但具有交通功能，而且能以其百看不厌的魅力给人以美感，人们在通过桥梁时会获得一种美的享受，得到身心愉悦的感觉。邓文中[4]指出美观不一定昂贵，美最重要的是造型和比例，在许多情况下，一座简单的桥梁可能会更恰当，更好看。徐利平[5]认为城市桥梁要讲桥梁美学和建筑美学。规范[6]针对梁桥提出梁桥上部结构的形态宜保持视觉上的连续性，上下部结构之间宜保持视觉体量的均衡。

综上所述，对于梁桥而言，桥梁美学主要包括三个方面，即工程技术美、整体和谐均衡美以及造型艺术美。工程技术美主要体现在桥梁的交通通道属性和结构工程技术性，即满足人们交通出行需求，同时桥梁结构具有工程可行性，包括最重要的桥梁设计原则——安全性、合理性、耐久性、经济性等。工程技术美在具体实践中，首先要优选合理的桥跨布置方案，满足最基本交通通道要求；其次通过优化创新工程结构方案和施工工艺，在继承过去工程技术成果的基础上创新，让城市高架桥更安全、环保、易施工、经济。整体和谐均衡美就是要求桥梁结构要与周边环境、总体景观设计以及自身上下部结构相协调，包括梁桥的上下部结构连续性和体量的均衡性。造型艺术美主要体现在桥梁建筑艺术造型、景观艺术营造与文化内涵延伸。实践过程中应当首先满足前面两点，而后再追求造型艺术美。

3 梁桥美的表现形式

城市桥梁美学语言特征包括以下八个方面：结构与造型、空间、体量、光与影、质感和肌理、色彩、细部、群体[5]。

3.1 结构与造型

对于梁桥而言，主梁和桥墩是梁桥的主要造型体，其造型和空间布置是梁桥形态的主要体现。

对于规模庞大的城市高架桥，桥梁造型总体上呈现狭长的线状或者带状，目前业内普遍认同“简洁就是美”的观点，图1和图2给出了不同形式的花瓶墩和Y型墩方案，设计过程中根据不同的桥墩尺寸选择不同参数的曲线，设计出不同造型的花瓶墩，简洁的曲线，与梁桥搭配协调，适用性强，受到了普遍欢迎。此外，城市桥梁还需与周边现有建筑相协调。比如在狭窄局促空间，高架桥设计宜采用体型轻盈、结构简单的造型。

3.2 空间

桥梁空间分为内部空间（通常是敞开的桥面）和结构与周边建筑构成的外部空间两类[5]。

实践过程中，城市高架桥特别要注重保证梁桥的通透性。良好的通透性才能提供给行人、驾驶员更好的景观感受，也能避免因为桥梁的建设导致地域的割裂。

对于窄桥，因考虑下部的通透性，往往采用独柱墩，而曲线的应用，使得独柱墩美感倍增[7]。对于高墩桥梁，通过采用墩梁固结结构，取消了盖梁，配以Y 型墩，流畅的曲线，简洁大气，大大改善了下部的通透性，如图1所示。

图1 花瓶柱墩和Y型墩

3.3 体量

城市高架桥体量主要体现在空间结构和形态，由桥梁长度、宽度、高度、主梁结构与桥墩结构等组成。

城市高架桥体量美学优化设计主要体现在梁高与桥梁高度比例、墩高与跨径比例、梁高与墩宽比例。从视觉感受出发，常用的25m和30m跨径桥梁推荐适用于10m 和16m 的桥高，而40m 跨径的高架桥，适用于20m的桥高，虽然这种方案经济性不是最好，但是能够明显改善城市高架桥的“柱林”感，增加下部通透性，减少下部和基础施工对城市的影响。综合黄金比例和桥梁结构力学的要求，几种常用跨度桥的墩宽有：跨度25 m，墩宽1.5 m；跨度30 m，墩宽1.5m～1.8m；跨度40 m，墩宽1.8m～2.1m。根据桥梁高度与桥梁跨度比例的分析，几种常用跨度的梁高建议值为：跨度25 m，梁高1.2m～1.6 m；跨度30 m，梁高1.4m～1.8 m；跨度40 m，梁高1.8m～2.1 m[8，9]。

因此，考虑标准化设计的需要，对于大规模的高架桥，桥高20m以内，优先推荐采用25m～30m作为主跨的桥梁标准化设计，实现美学设计和经济性设计相协调。相对应的墩宽1.6m 左右，梁高1.6m 左右。以上为常规高架桥设计的常见尺寸，最终设计还需要结合结构计算和造价控制综合确定。

3.4 质感和肌理

质感可以理解为人对不同材料的使用感受，是可引起人们对物质材料的雄壮、纤弱、坚韧、光明、灰涩等特性的形态心理。肌理有两个方面含义，材料本身的自然纹理和人工制造的工艺肌理，它使质感增加了装饰美的效果[4]。

对于城市高架桥，常见的提高质感和肌理的手法有刻槽与涂刷装饰，对应的美学设计内容主要是桥墩方案设计与刻槽方案适配性设计。

通过研究比较可以发现，粗大的墩柱应采用更深的刻槽和数量更多的条纹，更能够削弱桥墩的厚重感，进一步加强线条美。而窄小的墩柱刻槽深度更浅一些，线条数更少。结合工程实际情况提出的几种设计案例如图2所示。

图2 刻槽方案与桥墩尺寸适配性美学设计

3.5 光与影

在艺术意义上，光提升了建筑感染力，利用光可以创造不同的艺术氛围。用光技可展示桥梁魅力，因此阳光与城市桥梁的结构结合设计正被越来越多的设计者所重视。

设计过程可以借助阳光或者灯光营造桥梁美，特别是桥梁夜景打造。图3通过灯光打造，气势恢宏的跨江梁桥犹如巨龙盘踞大江之上。灯光、水光倒影更加衬托玉带状桥梁的美。

图3 借用灯光打造城市风景线

3.6 色彩

色彩是最直接、最敏感的艺术语言，不同的颜色可以表达出不同的氛围[5]。业界普通认为混凝土原色就是适宜的原色，特别是高品质清水混凝土的原色。钢结构涂装常见为灰色或白色系列。目前也有少数城市桥梁采用其他色彩涂装，甚至是绘画涂鸦、文化墙绘画等方法进行涂装。实践中，多数人认为，除了少数特殊装饰需求外，绝大多数桥梁不应当进行大面积绘图装饰，原色或白色最为适宜。

3.7 细部

对于梁桥而言，细部处理主要是包括栏杆、声屏障等附属设施和装饰性工程。为降低混凝土护栏与主梁的厚重感，结合工程实践，部分地区推荐护栏背面采用S型曲线设计或者刻槽修饰，加挂花篮也是常见手段之一，图4为护栏刻槽方案和加挂花篮装饰设计方案。

图4 护栏刻槽与加挂花篮装饰

3.8 群体

随着城市建设的推进，大量的桥梁形成桥梁群。它既是城市高度发达的结果，也是城市文化的体现。因此更加需要注重整体的规划和协调。

关于城市桥梁群的美学设计，常见的观点有“一桥一景”和“整体统一”，具体依城市规划要求确定。

在工程实践中，桥梁美学的八个方面不需要面面俱到，因地制宜的选择其中某些方面进行美学优化设计，做到工程技术美、整体和谐均衡美就能够满足多数城市高架桥美学设计实际需求。

4 设计手段与景观评价工作

目前，桥梁工程师一般用CAD绘制断面方案，但往往表达效果欠佳。除此之外，还可以借助素描、手绘设计、BIM技术等工程手段。然而目前多数桥梁工程师不具备素描和手绘设计能力。BIM软件上手快，三维表现力强，是桥梁工程师进行城市高架桥结构优选的不可或缺的软件。图1、图2、图4 采用了BIM 技术，提高了结构方案设计质量和美学设计效率。

桥梁景观评价需进行技术评价，主要包括结构合理性评价和工程可行性评价，重点考察设计方案的关键性技术与技术创新点，此外也需检验桥梁与桥址环境的关系、桥梁布跨、构件比例的技术合理性和空间尺度效果，考虑桥梁的构件造型是否满足要求。美学评价常见的表现手段有三维仿真效果图、动画或者三维模型等。在进行三维展示时，需特别注重站在使用者（驾驶人、乘客、行人）的角度去欣赏评价，有时候还需要动态、静态相结合去欣赏评价，才能真实反映桥梁的美。

对于常规的城市高架桥，借助高效的BIM技术，展现实际模型，并站在司乘人员和行人的视角，评价分析景观设计成果，能够更好地把握高架桥景观设计，实现建筑信息与景观设计相统一。

5 方案创作案例与美学评价

5.1 近海岸高架桥创新设计

项目临近机场与河流入海口，属于近海湾地区，项目规划道路宽度60.75m，海上施工条件差，项目所在位置直线距离机场和高速不足50m。业主对桥梁工业化、快速施工和景观设计要求高。

方案一：大悬臂节段拼装箱梁方案+花瓶墩[10]，如图5 所示。该方案的亮点在于工程技术美和创新美。设计创新主要体现在悬臂可达6m以上，悬臂和主梁分别预制、拼装，化整为零，降低了箱梁的吊装重量，60.75m宽的路基对应桥梁设计为两幅，大大降低下部和基础工程量。这种摆脱固化的混凝土箱梁方案和创新设计理念，也契合了深圳城市的创新文化。

图5 大悬臂节段拼装箱梁+花瓶墩

下部墩柱采用带刻槽的花瓶墩，降低了粗大墩柱视觉体量，上下部都采用流畅的曲线，体现整体协调美。

方案二：双层钢桁梁+花瓶墩，如图6所示。由于采用双层钢桁梁方案，可以减少桥梁横桥向宽度和下部墩柱数量，拉大桥梁与沿江高速和机场距离，有利于项目施工安全，这也体现了该方案的技术美。慢行系统设置在下层，可以遮风避雨。在造型方面，钢桁梁采用流线的三角钢桁梁，犹如海中的波浪。

图6 双层钢桁梁+花瓶墩

5.2 高架桥装饰设计

结合某发达城市现代、简洁、流畅的景观设计思路，方案采用市花勒杜鹃对桥梁进行装饰，人行道铺装采用现代简洁的马克铺装材料，营造路上花海的视觉体验。项目效果如图7和图8所示。

图7 高架桥细节装饰设计展示一

图8 高架桥细节装饰设计展示二

5.3 复合高架桥创新设计

项目规划采用高速公路、城市快速路、主干道共用线，线位周边均为发达的工业园区，用地极为紧张，拟采用复合高架方式通过，节约土地。

为给司机乘客更好空间视感，创新传统复合立交方案，从结构造型上看，本次复合高架采用拱跨结构，横向跨越能力大，属于受力良好的结构体系，结构如图9所示。桥梁上部结构采用钢混结构，充分发挥钢结构的自重轻、跨越能力大、装配化程度高的优势，有利于降低下部体量。结构造型采用流畅的曲线和刻槽，力争降低墩柱的笨重感，营造一种曲线美。通过上下桥梁错位布置，可以大幅度提高桥梁通透性，较好地体现拱结构的造型美。

图9 复合式高架桥创新设计

5.4 立交桥创新设计

该方案充分利用立交本身布置特点，结合立交匝道弯桥结构需要，提出了“大鹏展翅”的立交桥设计概念，如图10所示。通过设置拱结构有利于降低梁高，减低匝道桥纵坡，提高匝道桥安全性。该概念方案契合了城市蓬勃发展的城市特征，寓意丰富。该方案充分发挥拱结构、斜拉桥在受力和造型方面的优势，让大鹏造型更加雄壮。

图10 “大鹏展翅”立交桥创新设计

6 结语

本文总结了梁桥美学的三个方面—工程技术美、整体和谐均衡美以及造型艺术美。城市高架桥美学可以通过以下八个方面来表现：结构与造型、空间、体量、光与影、质感和肌理、色彩、细部、群体，论述了相对应的表现方法并给出了案例，以上八个方面也是开展梁桥美学设计的切入点。本文还提出美学设计手段、评价方法和思路，并结合具体项目提出多个桥梁设计方案，为桥梁工程师开展美学设计提供参考。