桥梁设计创新在城市建设中的工程美学实践

桥梁作为城市交通的重要组成部分，不仅承载着运输的功能，也是城市文化和美学的重要体现。随着城市化进程的加快，桥梁设计创新在满足功能需求的同时，更应注重工程美学的融入，以提升城市形象和居民的生活质量。

桥梁设计创新的思路与方法

桥梁设计的创新是需求与实际环境的结合，力学与美学的结合，整体与局部、文化与理念的结合，安全性、经济性和美观性的统一，以及“四新”技术应用的结果。

需求与环境的结合

桥梁设计的创新往往是因为在实际环境中不断产生出更高的需求、需要做出一些新的能满足和实现这些需求而迸发出来的设计理念。

桥梁是构成环境的重要要素之一，要达到桥梁与环境相协调的目的，应该对桥址环境进行剖析和了解。掌握桥址环境的特点，如地形地质条件、水文性质、河流的通航情况，针对性进行设计，自然环境对于桥梁的影响也不言而喻。人文环境是社会环境与文化环境的综合，不同的社会及文化背景对于桥梁的美观要求不同，对设计方案的影响也较大；桥梁设计方案构思中还应注重桥梁施工技术与施工工艺对桥型方案的影响，要在保证桥梁施工顺利的基础上进行体现桥梁美学的设计；同时方案应因地制宜，尽可能降低对周边环境的影响，最大限度保持原有自然环境。

图1 澄浪桥

位于浙江宁波的澄浪桥，是一座中承式无风撑系杆拱桥，主桥跨径183米，全长431米。主拱截面采用变高变宽的矩形截面，宽度拱顶至拱脚由2米渐变到6米，高度拱顶至拱脚由2米渐变到8米，拱肋自1/4处至拱脚上下分为两片之间采用镂空连接增强视觉通透性，避开高、宽钢箱带来的厚重感。

通过对区域现状和规划分析，桥梁坐落于城市繁华区两岸，周边环境以高楼、多层建筑为主，天际线呈较明显“凹”字形变化。通过选用一跨过河的拱桥形式，能较好地利用空间，加上设计采用坦拱方案使天际线在由高到低再到高的过程中，形成新的更好的过渡和节奏感。

力学与美学的结合

桥梁往往成为城市的标志性建筑，是城市影响力价值的体现之一。

在需求为目标的设计中不能忽视城市天际线和区域整体景观需求。学习借鉴建筑美学基础知识和理念，才能做出更有赏心悦目、提高城市品位的桥梁艺术作品。如何做好力学设计和美学设计的结合是桥梁设计师要努力追求的。

在注重桥型或景观效果上应该秉持力学合理的原则。桥梁设计应将力学性能和美学价值相结合，创造出既安全又具有视觉冲击力的桥梁艺术作品。

图2 朵花大桥

位于贵州龙里的朵花大桥，主跨528m，为双塔双索面叠合梁斜拉桥，主桥全长1018m，桥宽30m。主塔采用薄壁空心钻石形索塔，北塔高265m，南塔高245m，桥面距谷底逾280m。除满足交通功能外，桥上设有玻璃人行步道、超高观光电梯和空中观景平台，斜拉桥的结构与打造“谷底—塔柱—桥面”的多维立体峡谷观光空间相结合，提升了桥位区域的旅游价值。

为布置人行道与玻璃步道，朵花大桥在大跨径斜拉桥上采用了大悬臂钢—混凝土板组合的断面形式，除可实现交通和旅游观光等多项功能，还可减小结构自重，斜拉索布置在车行道与人行道之间，形成人车分隔且有效降低横向弯矩，综合考虑了景观需求和结构力学合理。

“四新”技术应用

积极采用“四新”技术——新材料、新技术、新工艺和新设备，设计出更为理想的桥梁设计方案，是设计师应积极探索的。

新材料：高强度、高性能的材料应用，如UHPC、高强度钢丝等，从提高桥梁承载能力上发挥材料优势。

新技术：以技术结合景观需求设计新型桥梁型式，以数字技术赋能桥梁设计，适应不同环境、交通和城市需求。

新工艺：利用先进的施工技术和方法，在预制拼装、顶推、转体等工艺上发挥技术优势，提高效率、质量同时满足复杂桥型的施工需求。

新设备：使用新型的施工设备和智能检测设备、无人机航测等，保障桥梁设计和施工精度及建设和运营安全。

图3 朵花大桥上的新结构——UHPC-CA新型湿接缝

以朵花大桥为例，车行道采用纵横钢梁+预制混凝土桥面板的桥面结构形式，湿接缝是实现预制桥面板连接的关键构造，解决湿接缝处易出现开裂、渗水以及老化等病害是设计重点之一。在设计过程中，使用了具备优异工作性能、材料强度和长期耐久性的UHPC-CA新型湿接缝灌浆材料，并通过改进接缝构造和黏接面处理提升接缝的力学性能。并且，针对UHPC-CA新型材料，进行工作性能、力学性能（抗压强度，抗折强度）、耐久性能（抗氯离子扩散系数，抗冻融循环）和体积稳定性能（收缩应变）等性能测试。结果表明UHPC-CA作为桥梁湿接缝材料以满足该桥新结构设计要求是适合该桥设计要求的。朵花大桥也成为国内首座采用“普通高强混凝土+UHPC-CA”桥面结构的斜拉桥。

整体与局部

文化与理念的结合

桥梁设计中，还要充分考虑整体设计理念对营造现代城市需求的重要性，要统筹城市区域整体与桥梁单体局部区域的环境、人文、需求等结合，实现结构与景观、力学与美学的结合，才能设计出标志性建筑景观带。

安全耐久

技术性和美观性的统一

安全耐久和技术性与美观性，对桥梁设计至关重要。好的设计作品，好的创新方案，都需要将安全、耐久、技术性进行全面、认真地计算和分析。位于天津滨海新区的西中环跨海河特大桥，采用刚性系杆拱的下承式提篮拱桥结构，拱肋与主梁固结，梁底设置减隔震支座。跨径布置410m，桥宽60m。拱肋高82m，拱肋内倾12°，两片拱肋间设置13道横梁。全桥设置43对竖直吊杆，两侧钢箱系梁中分别布置9根水平系杆索。

图4 西中环跨海河特大桥

该项目采用了基于寿命期与性能的软土高震区大跨径拱桥的抗震技术，以及速度锁定摩擦摆支座+叠层橡胶支座，实现了“共同减震”的“两水准设防，两阶段设计”安全设计理念。另外，通过超宽超重带竖曲线钢箱梁整体顶推施工技术和以数字技术辅助顶推施工工艺助力施工过程控制。通过智能步履式顶推系统，构建数字孪生模型、BIM三维可视化模型、失效模式库、失效风险库和应急处置库的多源信息施工管控平台、开发与控制系统平台、可视化模型、移动终端等联动的网络管控系统，实现长距离超宽超重的钢箱梁顶推施工实时、可视化监测，保证钢梁顶推施工全过程的安全性和线形。这些都基于安全和技术要求实现桥梁的优秀作品。

桥梁设计中的质量安全控制

质量安全的重要性

在新造型桥梁方案创新的同时，不能忽视计算分析，质量安全是一切的基石。无论设计多么新颖独特，必须要符合相关标准和法规要求，并有可靠的质量和安全保障。质量安全确保产品在使用过程中稳定可靠。

在实践中，需要将设计创新与质量安全深度结合。在进行创新设计时，要从设计源头考虑如何保障产品的质量和运营使用安全，通过不断提升技术水平和施工管理水平，在保障质量安全的前提下实现创新突破。

注重前期勘察

为后期优质设计提供基础保障

结合建设工期和要求，应做好项目前期及策划，注重总体设计，对接好外围环境和需求，保证开展施工图前的外部条件稳定、依据充分、总图稳定。同时，规划条件、现场条件、接口条件要充分消化吸收，应踏勘现场，全面掌握项目建设条件。设计专业应认真研读勘察成果制定设计方案。

加强专业协同

注重精细化设计

一是针对工程项目特点做好全专业策划，组织专业对接，避免因专业衔接问题导致的缺项漏项。二是材料选择对桥梁结构和造型的影响应深入研究，实施应具有可操作性，工艺成熟。三是精细设计才能减少变更。设计应全面考虑工期、施工条件、耐久性等全过程条件，加强工程造价过程管理，确保工程投资可控。

质量体系制度建设

确保设计成果品质

要依照质量体系的要求，在工程设计文件的质量特性方面实施设计全过程质量管理，从而保证在功能性、安全性、舒适性、可实施性、经济性、技术先进性等各个环节不出现偏离，提供出优质的设计产品。要严格执行“三校”、“两审”等各项质量保障制度，确保设计产品在各阶段均有人复核把关，确保设计成果质量优异。

科技攻关与人才培养

创造创新优势

要不断加大科技投入促进技术创新，大力开发和全面应用新技术、新成果、新材料、新工艺，提高设计工作效率和科技含量。

要充分发挥设计中的科研优势，结合工程的重点、难点、特点和关键技术问题进行专题科技攻关，以创新带进步，以成果带发展。

要加大复合型人才培养，以专家团队助力项目技术进步，从设计原则、方案总体思路、桥型立意创新等整体进行把控，在项目的重、难点问题上、在技术方案解决上加强培养。

建筑师与桥梁工程师的协同

随着人们对桥梁的文化艺术、景观造型等方面的需求越来越多、越来越高，将建筑学专业的技术逻辑、设计方法，以及各种建筑思想和美学理念不断融入桥梁设计，已经不断地在世界各地桥梁工程中进行着实践和探索。桥梁设计中建筑师与桥梁工程师的紧密合作对于实现创新和美学目标至关重要。

桥梁工程师与

建筑师的合作

为建造出更美的桥梁，需要桥梁工程师与建筑师的通力合作。从桥梁概念设计阶段到初步设计到施工图，每一个阶段的各种决策，都会影响结构功能与美学效果。

建筑师拥有先进的建筑设计理念及优秀的美学表达技术，在与桥梁工程师的结合中，能提出更为优秀的美学概念方案。当代建筑美学可为桥梁的创新发展提供丰富的指导意见，桥梁工程师也可在这种过程中不断提升原创能力和技术水平。

协同合作

创造细节匹配得更精细考虑

在方案阶段引入建筑师进行过程跟踪和参与方案，能够为结构创造更多细节精细化思考，为桥梁增添艺术品质。桥梁工程师通过不断反复的结构计算，与建筑师不断交流来实现建筑师意图。可以说，桥梁是艺术与技术的结合体，通过结合能够做出激动人心的桥梁作品。

协同设计应用实例

以九龙湖过江大桥方案设计为例，该桥跨越赣江，主桥为中承式系杆拱桥，方案设计的桥梁跨径为80+268+80m。采用无风撑外倾蝴蝶拱设计，主桥拱肋立面为飞燕造型，主拱、主梁均采用钢结构。从建筑理念的思路出发，本桥地处南昌南部产业新城，该区域为新产业聚集区，设计方案应充分体现现代、活力，形态应力求简洁、积极向上，因此，以“舞动”腾飞的拱肋型式贴切创意。将拱肋设计成三角形截面，通过空间扭转塑造出柔美的形态，在行车视角，强劲有力；在行人视角，简洁现代；在行船视角，轻盈律动。

图5 九龙湖过江大桥

图6 从各个视角看九龙湖过江大桥

同时考虑为实现行人舒适过桥，全线慢行系统设置于梁体下方，通过慢行系统外悬，使拱桥整体平面呈弧形曲线，通过设置双面吊索，既丰富了桥梁造型又进一步解决拱肋结构稳定问题。

利用数字技术助力设计创新

在设计创新中，要加强数字协同，充分利用数字技术赋能设计高质量。

企业可通过建立BIM及数字化中心，以创造“数字经济”为目标，集成智慧科技手段服务工程项目全过程；用信息化降低沟通成本，用数字化降低试错成本，用智慧化降低决策成本。围绕“高起点、高标准、高质量”发展宗旨，以现代新型信息化技术为手段，创造出更为优秀的桥梁方案，驱动企业的数字化转型。

BIM及数字化业务的延伸，有利于设计创新的优质实现，以及在施工与运维领域更好完成设计作品，最终实现项目全生命周期价值。

一是，提升数字化适应力是创新能够持续的关键之一。伴随数字化进程不断推进，只有改变认知并不断调整和提升对BIM技术和数字化应用的适应力和领导力，理解数字赋能设计的重要性，才可能实现设计创新的“数字化加速度”。

二是，推动BIM等数字技术应用推广，提高设计产品质量。提升BIM设计的应用能力，做好协同，完善工程项目过程精细化设计，才能不断提升设计质量和效率。数字技术应用既是手段的提升也是精细化设计的保证。

桥梁设计创新不仅关乎技术的前沿探索，更是艺术与工程、传统与现代的完美结合。通过遵循创新的思路与方法，严格控制质量，促进跨学科协同，以及利用数字技术，不仅提升了桥梁的设计水平，更赋予了城市新的生命力与美学价值。未来，还将继续在桥梁设计创新的道路上探索前行，为城市建设贡献更多智慧与力量。

本文刊载 / 《桥梁》杂志

2024年 第4期 总第120期

作者 / 曹景

作者单位 / 天津市政工程设计研究总院有限公司

编辑整理 / 裴小吟

美编 / 赵雯

审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲

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