桥梁建筑设计的实践与思考.pdf

1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.热带建筑第5卷 第3期18TROPI C ARCH ITECTURE2007年9月收稿日期:2007年8月作者简介:陈建国(1973-),男,一级注册建筑师.桥梁建筑设计的实践与思考陈建国(广州市市政工程设计院,广州,510060)摘 要:本文笔者根据自己作为建筑师参与几个大型桥梁设计的经验,及古今中外的情况,讲述建筑师应在桥梁设计中参与的内容和桥梁建筑设计的必要性,同时尝试找出桥梁设计中的误区。关键词:桥梁建筑设计;桥梁选型;桥梁细部设计The Practice&Research in Bridge Architecture DesignChen Jianguo(GuangzhouMunicipal EngineeringDesign&Research Institution,Guang Zhou,510060)Abstract:According to the experience of being the architect attending the design of some big-sized bridges,including the situa2tion at all the times and around the world,the author describes the prerequisite the architect should advance during the process ofdesign,and tries to find out the miss area in the design aswell.Key words:Bridge architecture design;Bridges construct format;Detail-design of bridge 自古以来,桥梁设计都是紧跟时代建筑艺术的步伐,体现该时代艺术风格,得到重视。桥梁往往成为城市的一个地标,一个象征。古往今来,那些名声显赫的桥梁设计都非常讲究,如赵州桥、卢沟桥,又或是解放后的南京长江大桥(图1),我们都可以发现建筑师匠心独运的痕迹。这些桥梁都在历史的长河中沉淀成为一个城市的象征。它们的共同特点,都是科技与艺术的结合体。近些年很长的一段时间由于国内建设飞速发展,大量新建桥梁涌现,但设计上急功近利的操作方式,加上国内大部分桥梁设计工程师未经过正规的艺术和美学训练,国内设计的桥梁设计大多由结构师一手包办,认真一点的模仿国外,这些大桥缺少艺术神韵,或者和环境不协调。大桥的投资不菲,体量巨大,不但成不了地标,而且不能使桥梁提升城市的现代形象,这点确实令人惋惜。为什么国内就不能出现国外的那种优秀作品呢?其实,国外桥梁设计人员除了像我国一样有桥梁工程师外,还有桥梁建筑师(Bridge Architect)的参与。文革前国内的桥梁设计是有建筑师参加的,经文革后建筑师就在桥梁设计中缺位了。国外桥梁设计中,建筑师的参与很深入,既有早期和桥梁结构工程师并行进行结构选型,也有中期才参与进来,他们对桥梁结构师反提条件,其在桥梁设计中的地位不亚于结构工程师。我们熟悉的“世界上最美大桥”之一金门大桥的图1 解放初建筑师所参与的南京长江大桥独具匠心体现了那个时代的建筑特征,让普通的钢绗架桥也使人过目难忘悬索吊桥的方案,就是一位来自芝加哥市的建筑师斯特劳斯1920年设计的。斯特劳斯先生在大桥的整个规划、设计、建设过程中呕心沥血,倾注了全部的精力,终于积劳成疾,在大桥建成一年后因病去世。旧金山人民为了纪念他,专门在大桥的入口处为他建起了一座铜像,永远纪念他所作的贡献。建筑师能够考 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.第3期陈建国:桥梁建筑设计的实践与思考19虑桥梁对环境的协调、尺度比例、美感、材质、颜色、和各种细部造型。具体来说,建筑师于桥梁设计当中的任务就是在满足功能的基础上充分了利用结构美、工艺美,创造形式美,并和周边的生态和环境相协调,让桥梁与人和文化相对话。建筑师的深入参与桥梁设计可产生出更多不朽的作品,对建筑艺术的运用自如也可创造出传世的桥梁作品。我们熟悉的贝聿铭先生不单是世界著名的建筑师,其主导设计的美秀美术馆正门的吊桥更可称为桥梁设计的经典(图2):在穿过长长隧道后,突然被完美技术和建筑艺术相结合的桥梁设计所征服,山谷之间,眼前交叉着的钢线经过一个大半的椭圆形架再紧扣,于中央部分形成的X字型,钢线一端连着一座非对称地长130米的吊桥,另一端44根银线向天空展开而去。该桥利用了隧道的自重摩擦力,通过椭圆形的钢架形成一个绝妙的悬挂结构体系,纤细的桥体完全融入了山体,据贝聿铭先生说设计该桥的灵感来自于中国的“世外桃源”、“豁然开朗”的典故,该桥已经成为桥梁美学和桥梁结构的教材实例。下面笔者简单介绍一下建筑师在桥梁设计的所能主导的部分内容。图2 贝聿铭先生设计的美秀美术馆正门的吊桥为桥梁美学和桥梁工程设计人员所称誉1 环境分析人、建筑、环境和谐发展是当今城市建设中的最重要目标,也是建筑师所考量的要点。但在过去的二十年间,由于环境分析设计缺位,没有对周边环境的考虑,笨重的混凝土桥体置入城市的中心已经造成了缺憾,巨大的长跨桥梁破坏美丽的水系和城市。广州市在90年代建了不少大桥,由于只考虑交通功能,没考虑大桥对环境不利因素的影响,结果大桥边原有的商业旺地和江畔名胜慢慢衰落了,没了人气,教训很深刻。在这方面我们可以参照建筑设计中的行为心理和生态建筑理念。也就是根据当地自然和社会生态环境,运用生态学、建筑技术科学的原理,采用现代科学手段,合理地安排并组织建筑与其他领域相关因素之问的关系,使其与环境之间成为一个有机组合体的构筑物;而作为大型人工设施的桥梁,注定要发展和自然社会密切联系的绿色桥梁。在桥梁设计的开始,建筑师就应该参与进来,特别是大型桥梁,必须将长长的引桥及其主体与其所在地环境,景观或城市风景相结合,特别是在涉及尺寸关系和比例的场合,必须把桥梁设计成与其设定环境互补,并与之和谐存在。和周边条件的协调包括很多方面,如建筑的、历史的、环境的、地形的、结构的、几何的、地质的、社会的、文化的、考古学的等等,都要仔细考虑。设计师思考的相互关联范围愈大,他就有可能愈加有效的控制桥梁及其周围环境的特性、意义和影响。设计中要拉近自然和构造两者的组合之间的距离。应当把桥梁及其周围环境的所有元素视为设计一致性中互相联系的部分(图3)。桥梁设计呼唤建筑师的参与,最近的一些大桥的设计就引入了景观建筑规划,如杭州湾大桥,事实证明,在环境设计中有建筑师的参与比没有好。图3 东京跨海大桥由于净空要求很高,因此引桥非常长,设计师将引桥设置在单侧凹位,引桥下可停靠小船,本来过长的引桥对周边的不利影响化为海平面上优美的曲线桥梁对所处的自然和文化环境产生巨大的冲击,要尽量与之和谐相处,相互呼应。具有鲜明的时代象征和文化特征更能体现时代氛围,和环境相结合的桥梁更具有代表性。2 桥梁选型也就是结构选型,桥梁的结构就是其骨骼系统,这个系统对于桥梁的体量、比例和美感非常重要。一般情况下,桥梁的交通功能主要体现在采用连续梁的 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.20热带建筑(2007)第5卷引桥上,对主桥体的要求只有宽度、荷载和通航净高净宽,所以对主桥体的桥梁选型影响不大。桥梁选型涉及到以下方面:首先,桥梁选型所涉及到是桥梁的跨度,当地的地理和地质条件,通航高度和通航量,桥梁的经济性要求;其次,桥梁选型所涉及到的是桥梁的体量,体量会对视觉产生巨大的冲击,大的体量让人敬畏,很容易成为地标,但是大的体量会削弱周边因素的效果,甚至是破坏性的,大型桥梁的选型不当会造成城市当中的一个庞大,长期存在的败笔,设计时要反复分析;再次,桥梁选型所涉及到的是桥梁的外观形象,我们所熟悉的桥型有梁桥、桁架桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥以及衍生出来的各种组合结构桥,桥型要和跨度和体量综合考虑(图4)。一般情况下,满足桥梁的使用功能后有多种结构选择,但是这种选择往往给误导成“形式和功能”之争,特别是在地标性的桥梁设计当中。图4 恰当的选型让桥梁成为城市的窗口。建筑师盖茨黑德设计的纽卡斯尔的千禧桥,大船通过时,大桥会被拉起,钢索与水面平行,该桥获得了英国建筑最高奖R I BA Stirling奖在桥梁设计中“形式从属于功能”的意思通常被理解为结构简单、经济的工程造价就足以体现视觉上的美感。桥梁功能必须得到满足,但是满足功能的前提有更多的选择,我们不能允许与美学毫无关系的因素来决定桥梁的表现形式。功能无法决定桥梁的形式,正确地说,技术和艺术的完美结合应该是形式表现功能。设计大师们的作品和著作中都可以明确的看到结构性能和美学意义的重要联系。经济性本身毫无美学意义,过于重视会忽视了桥梁作为地标节点的作用。在以经济性为主的环境下,建筑师可以按照效率和经济的原则创造和提炼视觉形式,因为如果不这样的话,再好的视觉形式也有可能被搁置、弃用。顺便说一下,桥梁现阶段的结构设计和规范水平落后于民用建筑,结构师倾向于选择简单桥梁结构体系。桥梁建筑设计要根据实际情况确定桥梁的各种结构选型适用状况,分两种情况:对于大型桥梁,大桥主体的净高和航运跨度已经由航运和军事方面的要求确定,建筑师应该尽早介入,与结构工程师一起进行选型,多方面考虑美学和宜人方面的因素,衡量美观和经济,确定结构形式,然后要与道路交通工程师考虑引桥引道,以减少对周边环境的影响,不要等到结构和道路交通工程师各方面基本定好了再进行“包装”;对于中小型景观桥,建筑师所设计的方案既可以体现桥梁的结构美,也可以充分发挥自己的艺术灵感,起主导的地位。上世纪末开始,世界兴起一股建设千禧桥热,很多建筑师参与其中。如英国建筑师诺曼.福斯特的高技派风格千禧桥,桥身轻巧而优雅的给人耳目一新;西班牙建筑师升地亚哥.卡拉特拉瓦设计的De Roda2Felipe桥与Alamillo桥的流线造型令人叹为观止;还有威尔金森.艾尔事务所设计的英国盖茨黑德千禧桥等,这些桥梁由建筑师主导设计,其造型紧跟时代技术风格,桥梁的形式更人性化和多样化。3 桥梁细部设计中外古代桥梁的细部设计有共同的特点,基本源于建筑的细部设计,古代桥梁特别注重桥梁结构之外的细部设计,这些细部设计受各种建筑艺术流派的影响,体现在拱券、柱子、栏杆、雕刻上,这些细部设计是使桥梁达到美化和装饰效果;而现代桥梁的细部设计理念更加强调获得清晰和轮廓分明的剖析结构,不刻意去掩饰,无不必要的细节,倾向于单纯清晰或精细的工艺美,同时注重考虑为人的行为而设计。现代桥梁的细部设计包括以下一些内容。首先是功能使用上的细部设计。在结构选型的基础上,建筑师应该考虑诸如桥梁栏杆和台阶,结合桥型,尽可能在满足人们日常行为心理和生理尺寸的条件上进行人性化的设计。其次是桥梁的肌理材质和其他细部设计:结合桥梁结构中所具有体、面、线、点等因素,利用材质的肌理和颜色来创造出韵律感,增加细部的观赏性。结构各构件所选取材料的表面质感和色彩的运用非常重要,不能过分突出自己而忽视和环境的相协调(图5)。再有是桥梁的颜色和景观照明细部设计。桥梁建筑设计中的景观照明不同于交通照明,着重于造景。由于城市的夜景是构成城市文化的重要的一环,至今国内大城市几乎所有大桥增加了桥梁的景观照明,景观灯光对表现桥梁的体、面、线、点的表现力的意义远远高于照明,夜晚给桥梁提供了深邃的极易表现自我的背景,加上水面虚幻的倒影,在强灯的照射下的桥梁显得特别有魅力。设计时注意不必太均匀,利用明暗不同的灯光的照射来体 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.第3期陈建国:桥梁建筑设计的实践与思考21现桥梁的桥型体量和其构造美,注意预留泛光灯的位置,灯光不能影响交通的可视性,另外也要注意节能(图6)。图5 金门大桥不但总体效果好,其细部设计从肌理、材质、颜色都有周详的考虑图6 笔者所参与设计的拱斜拉协作体系桥,该桥采用宝剑式斜塔,拱肋和斜塔交汇于承台,拱胁水平力和斜塔水平力相互抵消,形成无推力体系。设计上通过断面和肌理的走向体现其受力变化和张力,泛光灯的设计更加强化这种效果 桥梁设计需要建筑师的参与,建筑师近年也在国内桥梁设计开始活跃起来。如万敏先生所带领的设计团队,多次中标国内大桥工程,其设计的桥梁澳门三桥、重庆奉节夔门长江大桥、福州闽江五桥等,中标率大大高于当地的桥梁设计院,其中标工程一般委托桥梁设计院完成结构和交通工程设计。4 结语关于桥梁设计建筑师所参与的内容笔者就简单介绍以上一些,总的来说,与房屋建筑发展一样,国内的桥梁建筑的发展阶段已经经过了温饱型的结构经济为主的阶段,随之是小康以上的阶段,桥梁设计会更注重其地标性、城市人文景观内涵、个性。不能拿“形式跟随功能”来当借口,随意造出庞大的,或者模仿出似是而非的作品。要知道,桥梁设计在城市中的影响是深远的,桥梁形式的塑造不应只求荷载效应,而不考虑其外观,同时桥梁形式的塑造也不应只求外观,而不考虑桥梁承受荷载的效应。两个主要目标,功能和外观,不可摆脱地结合在一起,因而某座具体桥梁的特定形式的选择,应从设计过程进化而来,设计过程交替和连续的考虑在形式功能和外观两个方面的各个决策的效应。“最后形式将显露出 至少在设计师的意见中 使设计的两个方面最优化,功能和外观两者确定形式”。因而在桥梁建筑设计中,无论起始阶段、中期和后期建筑师更多的参与,无疑会将桥梁设计的品味提高到更新的层次。参考文献:1Gottemoeller F.Bridgescape.The Art of DesigningBridges.New York JohnW iley&Sons.1998.2For man R T T,GodronM.景观生态学M.张启德译.田园城市文化事业有阳公司.1994.3 万敏.生态立交.绿色桥梁的理论与实践J.世界桥梁.2005.04.