我们为什么设计不好景观桥梁？（上）

一座桥梁的设计可以是平庸的，可以是传统的，也可以是创新的。而创新又有多种表现方式，虽然发明也是创新的一个特例，但创新不只是发明，创新是发展和改良，通过用传统的概念和方法使得我们所设计的桥梁获得更多价值。而这其中的价值就体现在改善功能，降低生产成本、增强其耐久性和美观效果上。 我们都知道一座成功的桥必须考虑“安全、实用、经济、美观”。其中美观是外在的，是可以看得到的。但这美必须包含她的健康。有病害或者不实用的桥梁都不能算得上美。 那么桥梁的美是如何通过概念设计表达出来的呢？

我们桥梁技术人员长期以来一直关注解决概念设计的问题。人们普遍认为，今天许多结构的整体质量还有许多不足之处。技术进步很快，但它们并没有充分反映出应有的多样性、美感和敏感性，尽管有一些零星的尝试，比如下图的Signature Bridge。很多时候，结构工程师通过重复标准设计而忽略了创意概念设计阶段，并且没有充分贡献自己的想法来与建筑师进行富有成效的合作。因此， 桥梁工程师经常浪费创造建筑文化的机会 。那么桥梁工程师该怎么去突破呢？

我们工程师 通常要去挑战合理概念设计的一些毫无根据的假设和先入为主的观念， 这样才能避免我们在设计桥梁时陷入固定思维中。 比如以下 几点 ，是不是我们工程师们经常会涉及。

第一，每个人都知道钢板梁、预制混凝土梁、现浇混凝土梁是最经济的结构。

第二，让我们使用与之前其他结构相同的设计。

第三，承包商（设计方）容易获得的桥梁结构形式，并且承包商 （设计方） 熟悉技术，并且有成套的图纸。

第四，从区域特色或者整体环境来看，钢结构或混凝土结构更受欢迎，因此我们将采用相同的结构。

第五，我们一直都是这样做的，而且经过了时间的考验。

第六，我们过去没有这样做过，为什么要冒险。

第七，无论如何，成本将区分和决定形式、材料和技术，因此为什么要进行所谓的概念设计。

第八，建筑师在实现结构的可施工性方面很麻烦，他们不了解结构工程并且他们的结构不符合成本效益，因此避免他们构思结构。

今天，我们可以任意使用最先进的代码，这些代码是大数据上可用的高度更新知识的浓缩提取物，先进计算机具有任何可能形式（桥型）的强大计算和分析能力；同时我们具有大量选择和多样性的高强度和轻质材料，以及我们还拥有各种强大的建筑技术和设备。 尽管取得了这些进步，我们还是多次看到外观丑陋、不可持续和构思不佳的结构 。那么为什么会产生这种现象呢？思考再三，我认为有如下几点：

从结构工程师教育体系上来看， 土木工程是实践性学科，很多老师在大学课堂上照本宣科，所讲内容早已脱离实际。目前大学教育与专业结构工程师之间缺乏联系。必须有一个专业结构工程师系统来指导大学里的学生，这样他们才能在专业上取得成功。

大学里的科研实验室进行大量的研究 ，也产生并发表了很多先进的成果。同样必须有一个系统，将在大学实验室获得的知识传授给专业结构工程师、规范和标准，这样才能形成一个良性循环。目前很多高校科研人员并未把工程实际与科研成果紧密联系起来。

准则和标准应该以不限制创新和自由思想的方式编写 。

关于计算机软件 。我认为计算机应该成为工程师的奴隶，尤其是在概念设计方面。他们不应该将工程师的思想禁锢在想象工程中，让他们陷入计算机建模的泥潭。计算机应该仅仅是工程师的工具，把他们从繁重的计算工作中解放出来，但它们不应该成为灵感的源泉。

那么产生并简要分析了以上限制桥梁美学发展的现象后，作为桥梁工程师，我们该如何去寻找桥梁美学呢？这个时候我们就要了解一些桥梁概念设计。有个学者说过 ，所谓概 念设计定义为一个在与社会文化背景密切相关的情况下，通过融入美学来寻找桥梁形式的过程。在上述定义中，形式发现、美学和社会文化背景这三个术语概括了概念设计。

 

  Craigellachie拱桥  

  Menai吊桥  

时间追溯到19世纪， 国外桥梁工程师托马斯·特尔福德设 计并建造了Craigellachie拱桥(1814年)和Menai吊桥(1819年)。这两座桥梁就已开始表达了桥梁美学，他 在寻找经济高效的桥梁形式的同时，通过适当确定结构尺寸以适应各种作用力，同时有意识地使桥梁变得优雅。从那时起，我们在这一传统中看到了一些杰出的和革命性的桥梁，如古斯塔瓦·埃菲尔的玛利亚·皮亚桥(1876-1877)，罗柏林的破纪录的吊桥(1805-1869)。然而，瑞士工程师Robert Maillart (1872-1940)和Christian Menn (1927-2018)遵循这一传统，将桥梁设计提升到了结构艺术的下一个层次，也就是下图的天空之桥。

 

  古斯塔瓦·埃菲尔的玛利亚·皮亚桥  

 

  罗柏林的破纪录的吊桥  

 

  Christian Menn  

  Robert Maillart  

桥梁外观设思路主要分为两种：遵循自然形式找形和力流找形。

自古以来就有音乐、艺术和人工制品与自然相联系的概念。人们发现某种节奏在自然界中无处不在，存在于花瓣、树叶、松果、贝壳、空间，甚至人类的特征中，遵循着某种神圣的规则。当这种神圣的法则存在于大自然中，人类的心理习惯了这种 数学比例 的节奏，人类在音乐、艺术和艺术品中吸收这种比例是很自然的，以便于他们和谐地融入大自然。

从 自然中获得的 用于寻找结构形式的规则可以被定 义为“ 遵循自然 的形式找形 ” ，而这 其中的数学法则被称为 黄 金分割法则。 黄金分割法则有许多不同的名称，也许是在文艺复兴时期制定的； 黄金分割，黄金分割，黄金比例，黄金比例。

那么我们桥梁是否可以利用这一法则呢？ 一些优雅的 拱桥 似乎满足这一比例。比如Maillart著名拱桥的跨高比从4.9到10.7不等，非常接近黄金分割，如跨高比10.7的Stauffacher桥、跨高比10.6的Zuoz桥、跨高比7.2的Schrahbach桥、跨高比7.0的Hombach桥、跨高比6.92的Salginatobel桥、跨高比6.23的Schwamback桥西孟加拉邦提斯塔河上的加冕桥尽管具有2.06的跨高比，这对于拱桥来说是非常低的，但似乎是通过黄金分割法则获得其美学吸引力。

 

力 流找形。所谓 力流找形可定义为 桥梁的经济性和效率总是通过提供刚好足以抵抗力的结构部件的尺寸来实现的。按 照日本建筑师安藤忠雄的说法， 理想的结构是最小化到只剩下实用和美观的程度 。大卫·比灵顿的结构设计理念是“高效、经济和优雅”。据他说， 工程师的工作是发明美观、成本更低、消耗材料最少的结构 。德国工程师rg Schlaich倡导轻型桥梁和结构，这些桥梁和结构具有生态、社会和文化意义。它们是高度可持续的，因为它们使用最少的资源，易于建造和重复使用。从公元前25年的罗马建筑师维特鲁夫到当代的德国工程师约尔格·施莱希，还有从德福的克雷加奇桥到门恩的桑尼伯格桥，力流找形似乎一直是桥梁的构思方式。

 

所有类型的桥梁，包括拱桥、悬臂（连续/刚构）桥和缆索桥，都是根据力流原理构思的，在建筑师介入桥梁设计之前，力流都是通过它们的形式明确表达的。

此外，还有一种逆力流设计的结构。在城市环境中，观众不断地从不同角度看到许多公共设施结构，如机场、体育场馆和博物馆等。他们需要一定的装饰和象征意义，以通过创造力、独创性和想象力为结构的艺术丰富做出贡献。这些结构需要抽象和象征性视觉形式安排方面的专业知识。建筑师在这些方面都受过良好训练，他们遵循“形式追随功能”的原则。如果需要，为了通过象征性视觉形式的表达来实现他们的“敬畏”因素， 他们必须以一种不自然和迂回的方式在结构形式中“强制力量流动”。

因此，建筑师和工程师之间的合作始于90年代末的标志性桥梁，桥梁形式是通过 强制力的流动 来实现的。 这个过程定义也称为通过强制力的流动来找形。

 

一些杰出的桥梁通过调整力的流动来满足设计者的要求，就是使用这一原理构思出来的。这些违抗自然力流动的结构，尽管在完工时是杰作，却饱受批评，因为它们总是在很大程度上超出预算，花费的时间比预期的要多得多，而且在施工难度也极高。在这些新型桥梁中，具有视觉形式的抽象和符号化的建筑倾向是显而易见的。

 

 

 

 

 

 

本期主要从 外观概念设计 来给大家展示了桥梁美学设计思路，下期小灰将从 结构概念设计 方面与大家分享桥梁结构艺术。

我们下期见！