如何提高我们的桥梁美学设计思维？

工程不是科学，而是一门艺术，桥梁设计是一门艺术。美学上的成功依赖于关键维度之间的恰当关系。美学品质不是通过在结构设计概念中增加细节来实现的，而是存在于基本的结构配置中。

桥梁美学昔称桥梁建筑艺术，为建筑美学的一个分支，桥梁作为公共建筑，其自身的实用性和艺术性极大地影响并改变着人类的生活环境，既是人类宝贵的物质财富，也是重要的精神财富。 桥梁不仅美化了风景还链接了历史，还通向了未来是文化艺术与科学技术的完美结合体。

法国色彩学家朗克洛：“每一个国家，每一座城市或乡村都有自己的色彩，而这些色彩对一个国家和文化本体的建立做出了强有力的贡献。”一座桥是组成一个城市的一部分。世界上没有一个美丽的城市可以容纳一座丑陋的桥梁。所以，每一座桥在这个城市里要担任什么角色，应该是城市的一部分，而不是由桥梁工程师决定的。如果城市计划中某一座桥被指定作为这个城市的名片，我们设计这座桥的时候就要考虑这个要求。

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。 那么桥梁的美到底是怎么形成的呢？

今天，小编主要从 桥梁外部因素 来谈谈桥梁美学一些特征。

 

 

很多人认为，桥梁要实现美学的价值，就必须要增加造价，同时又费时费力，不经济，这点我不认同。美学质量通常与桥梁结构中的力流有关，而一个合理的结构通常是经济的。由此可见，并不总是需要花更多的钱来实现一个有吸引力的桥梁，需要大家要改变这个看法。

 

在桥梁中，最重要的视觉印象是由结构元素本身的形状产生的。一些最具美感的桥梁是那些其结构元素验证了观众所期待的。它们在应力最大的地方最厚，应力最小的地方最薄，如下图。

 

因为低成本通常伴随着高效率，所以最好看的结构可能是最便宜的。 美学质量的提高应该和其他质量标准一样看待:结构完整性、安全性、耐久性或可维护性 。有时这种改进需要更多的钱，有时不需要。挑战总是在于找到在不花更多钱的情况下进行改进的方法。这种改进可以在美学上进行，也可以在其他质量上进行。如果改进确实花费更多钱，那么，就像其他质量一样，有一个问题值得我们深思的是:考虑到这座桥可能会成为近一个世纪的景观，这种改善值得增加成本吗？

如果成本效益可以应用于美学以及安全性、耐久性和可维护性，那么美学可以作为一个标准与所有其他标准一起进行评估。它可以在与所有其他设计相同的预算、功能、技术可用性、材料和时间限制内应用。它不比其他这些更重要，也不那么重要。虽然最吸引人的建筑确实是高效和经济的，但并不是每个低成本的建筑都是漂亮的。工程问题有许多解决方法。无论工程师多么客观，当替代设计表现同样好时，他仍然必须做出选择。正是在这些主观的决定中，才会发现美与不美之间的差异。

桥梁外观最重要的决定因素是几何形状和在环境中的位置、上部结构类型和形状、桥墩位置和类型以及桥台位置和高度。正是在这些元素的设计中，才能获得美学上的成功。

人们的反应取决于他们首先看到的东西。第一印象很快被后来的信息覆盖。人们首先看到的是主要结构的形状元素。比如下面这座桥。

 

如果时间和距离允许，接下来是主要元素的颜色，然后是细节的形状和布局。因此，桥梁外观的最重要的决定因素按其重要性顺序为:

1.垂直和水平几何形状及其与周围地形和结构的关系；换句话说，桥有多高，它是在一个平面还是两个平面上弯曲，以及同时看到的它周围的东西。这是一个重要的因素，但对于大多数“重型”桥梁来说，这些标准是由公路布局决定的，桥梁设计者几乎没有控制权。

2.上部结构类型:拱、多梁、刚架、曲线梁等。

3.桥墩放置

4.桥台位置、形状和暴露高度

5.上部结构形状，尤其是高跨比

6.桥墩形状

7.桥台形状

8.栏杆详图9.表面颜色和纹理10.装饰

前五个决定因素通常被认为是严格的“工程”决策。最后五个元素是谈到桥梁美学时最常想到的。然而，关于后五个要素的决策几乎不可能完全弥补关于前五个要素的糟糕决策。

 

比如当你拿到这种地形断面形式，你会想到用什么桥型呢？

 

统一性:所有的元素都应该有助于一个单一的整体；例如，所有元素通常应该来自同一个形状族，例如具有圆形边缘的形状。

经济:桥梁应该用最少的材料来完成它的工作。这座桥不仅要经济实惠，而且要看起来结构足够。比例:每个元素的大小应与整体结构概念明确相关。

比例:每个元素的大小应该与整体结构概念明确相关。

适当性:桥梁作为一个整体应该和周围的事物有一个清晰一致的关系。放置在桥上的工业区在美学上不同于住宅区或农村地区的桥梁。

 

 

1 桥梁感知

桥梁美学的成功取决于识别 光、影和阴影的效果以及桥上观察者的可能位置。 对桥梁的感知主要是视觉上的。 人们可以接近桥的某些部分，比如城市街道上高架桥的立柱。 在这里，触觉，安全感，或者头顶上过往车辆的噪音都有助于形成对桥梁的感知。 这些例外将在指南的其他地方讨论。

然而，占主导地位的感觉总是视觉。 接下来的讨论与视觉有关。 对于大多数桥梁来说，日光是视觉感知的媒介。 因此，桥的方向对人们的感觉有很大的影响。 朝南的表面总是最亮的。 他们的影子在地震期间变化相对较小，但可能会随着季节的变化而显著变化； 他们的颜色会很快褪色。 朝东或朝西的表面半天处于阴影中，另一半时间阴影强烈且变化迅速。 朝北的表面将完全处于阴影时代； 它们的颜色会保持最长时间的鲜艳。 设计师不能控制日光，也很少能控制方向，但阴影阴影容易受到控制。

 

 

2 视点，固定和移动 

当一个设计师为一座 桥注入他的美学意图时，第一个想法必须是桥的观众的可能位置。 看到一座桥的背景也影响着这座桥将产生的影响。  对于一座横跨公园山谷的桥，观看者将是下面小径或道路上的公园使用者； 对于城市街道上的高架桥，这些是街道上的行人和司机。 对于大多数桥梁来说，根据位置的不同，有几个这样的视点。

 

桥本身创造了周围环境的新视角。在主要障碍(河流等)上建桥或者在一个城镇的入口处，十字路口可能具有重要的象征意义。

在过去，这是通过在桥上放置雕像、牌匾、精致的照明设备或观景台来实现的。 显然，并不是所有的观点都能被同等程度地接受；通常有必要在它们之间分配优先级，例如，给予占优势的观察者更多的权重，或者给予从市中心购物区的视角比从城镇仓库的视角更多的权重。

市中心的景色，以及从市中心看去的景色都受到这种结构的影响。 对于静止或步行的观众，最重要的变量是距离和高度。 对于主要从半英里外观看的桥梁，主要关注的必须是大面积的整体形状和颜色。 细节并不重要。 对于近在咫尺的桥梁，细节和表面纹理将成为更多的关注点。 如这座桥。

许多公路桥主要是由从桥下通过的公路上的驾驶员看到的。这是一个非常可控的情况。观看者通常以恒定的眼睛高度和恒定的速度沿着指定的线(他们的公路车道)移动。桥梁第一次进入视野的点、它在视野内的时间长度以及桥梁在每个点的视觉框架内的尺寸都是可以预测的，并且对于每个观察者来说是相对相同的。视觉体验类似于电影，挡风玻璃的功能类似于屏幕，设计师控制每一帧上呈现的内容。

 

(限制通行的高速公路上的桥梁是个例外；很可能只有高速公路上的使用者——在高速行驶的汽车上——才能看到它。)对于著名的桥梁，观看区域可能覆盖几平方英里，并在桥的视野内包含整个社区。

 

3 公路环境

高速公路环境的本质是车辆的高速运动，这些车辆偶尔会合并和分流。 在互通立交处，模式 变得相当复杂，可能涉及多层次和多位置的车辆路径交叉。 出于安全考虑，应在建筑物中设置大型净开口，要求最低限度的护栏，当需要护栏时，其方向应与行车路线平行或成微小角度。

 

这些相同的特征有助于提高驾驶员的心理舒适度和审美反应。大开口意味着司机可以看透另一边，知道接下来会发生什么。这也意味着来自桥墩、桥台和墙壁的潜在威胁垂直线不在关注范围内，留下了潜在的令人愉快的水平线，作为创造积极印象的不受干扰的机会。 

 

这些潜力的充分实现需要道路设计师、桥梁设计师、交通工程师和景观设计师之间的早期和全面的沟通。 在早期阶段协调高速公路各方面的机会将提高安全性、改善外观并可能降低成本。早期对结构外观的关注可能会导致轻微的线形调整，这同样是安全的，但会显著改善桥梁外观。对标志需求的早期评估可能会为标志支架创造更安全的替代位置。协调多学科的关注也能影响立交布局。例如，从桥下移动坡道gore会使其从阴影处移动到光亮处，从而显著提高其可见度和安全性。

 

在多层立交内，单个多层结构或一系列紧密间隔和重叠的结构将占主导地位，足以建立自己的环境。需要研究该组件的视觉效果，以确定合适的结构/美学方法。 

城市环境通常更加封闭。城市建筑通常需要挡土墙，有时会被建筑物遮挡。在这里，每一个可视表面都是人造的，并且通常是硬边的，垂直尺寸与水平尺寸处于相同的数量级，并且更强调垂直可能是合适的。然而，驾驶员视线的连续性仍然是最重要的。 水平线应尽可能符合公路几何形状，尽可能为驾驶员提供明显的“视觉空间”。 

 

在城市环境中，行人和慢速司机的观点变得更加重要。人行道变得不仅仅是通道。应该考虑停下来欣赏风景的机会，应该避免隐藏的角落和暴露在高速交通中。在高速公路上，小尺度的纹理、细节和特殊材料可能不会被注意到，但它们可能是城市结构中有价值的组成部分。

 

 

几何学中的一个基本公理是:整体等于其部分之和。这就是创造一个吸引人的结构的情况，只要元素彼此相关。在设计中，遵循同样的哲学:缺乏对细节如何与结构的其余部分相适应的关注会有损于整体外观。

一个放置不当的灯具或一个暴露的落水管只是两个会破坏整体效果的细节例子。另一方面，特殊的灯光标准或不同寻常的结构钢颜色可以使桥梁成为地标。设计师绝不能忽视每个单元是如何融入期望的整体表达的。

 

 

   

几何形状、布局和概念是外观的主要决定因素，应该在项目的前期阶段加以解决。设计标准通常允许足够的灵活性来改善桥梁的外观。关键是与其他设计学科(道路、照明、交通、景观)的早期接触，因为在早期阶段，修改的影响较小。

首先谈到几何学 ：我们都知道，由长的连续曲线和切线组成的路线比由短的离散线段组成的路线看起来更好。如高速公路上的道路工程线型规划。 在布置水平和垂直线形时，设计师通过最小化土方工程来满足视距和其他设计要求，包括经济性和安全性等。

 

 

看这两张图，后者看起来“扭曲”，破坏了高速公路的视觉流动。当两条道路的坡度分离时，产生的纵断面通常是凸竖曲线。 在条件允许的情况下，竖曲线应尽可能长。曲线何时足够长是一个只能在特定桥梁环境下才能回答的问题，但它几乎总是比AASHTO（美国设计规范）最小值长得多。这个时候，就要求道路工程师要掌握一点桥梁设计师的思维。

再谈到布局 ， 布局就是布置下部结构单元，以便最大限度地减少对桥梁所跨越的连续部分的干扰。 一旦确定了主跨度的跨度与垂直净空比(S/G )，应尽可能保持不变，以便跨度随着高度的降低而成比例地降低。  桥梁主要元素的比例是其视觉冲击力的最强决定因素 。对于桥墩的位置，关键的比例是跨度与垂直净空，或者跨度与桥下空间的整体形状。 通常该空间的水平尺寸(跨度)超过垂直尺寸越多，即高跨比越小，桥梁看起来就越好。

 

 

 

这是保持跨度与高度成比例的一个很好的例子。这座桥下宽敞的开放空间最大限度地减少了桥对视觉的破坏。很棒！

桥下空间(空间走廊)的宽度应尽可能大。这在互通式立交中，能够看到桥外不仅是一个安全问题，也是一个美学问题。这座桥保持了高速公路完整的空间走廊，允许通过合并区域观看。 美又安全！

 

布局的另一个理想情况是是尽量减少列数 。这个时候需要我们设计师识别实际的视线。例如，二维跟三维还是有区别的，视觉观感不一样，多柱排架从末端看起来很简单(在立面上看)，但隐藏的柱在更典型的对角线视图中会非常明显。从大众角度上看，一组这样的排架可以成为一个真正的森林(下图)。 理想的情况是最小化列的数量和它们所占用的空间 。 

 

这图在立面视图将仅显示这些柱中的第一个。现实中他们都会被看到。短跨度和宽桥墩往往给观众一种封闭的感觉。实在让人很压抑哈，你会不会呢？我们再来看下图这个间距就显得比较自然和谐。嗯，呼吸都顺畅许多！

 

为了合理分配桥下的空间，设计者应考虑跨度长度(S)、墩帽长度(M)和桥墩身宽度(B)之间的关系(对于单柱式桥墩),或柱组宽度(A )(对于多柱式桥墩)。  对于单轴桥墩，应调整跨距长度和悬臂，使基础处的桥墩长度约为跨距长度的1/8或更少。

该规则适用于相对较短的墩帽长度(M小于12m（40英尺）)和最常见的跨度长度(比如15m），下图示意。

 

    单轴墩基础处的墩长与跨长之比 

然而，一旦墩帽长度增加超过40英尺（12m），使用单柱式墩就成问题了。在这些情况下，从结构和美学角度来看，多栏排架可能是更好的选择。如下图这些宽阔的实心轴墩形成了封闭的隧道效果。

 

 

 

对于多柱式桥墩，柱组的总宽度(A)应为跨度长度(S)的1/4或更小 。对于相对较窄的桥梁和较长的跨度不在这次的讨论范围里。设计者还应考虑墩帽长度M，并将A值限制在0.7M左右

一般来说，桥台的位置是根据现场条件、几何和结构要求等因素确定的。 桥台的布局对桥梁的整体外观非常重要，尤其是对于单跨、双跨或三跨结构。如果拟建桥梁有特殊处理，如石材或砖饰面，或条纹，那么桥台外露区域的高度和宽度就变得非常重要。设计者应设法确定桥台的位置，使处理足够暴露，以增强结构。有条件有时间有需求的时候，也要重点考虑这一方面。

设计师应该从场地的要求中发展出一个整体概念。 所有决定，无论大小，都应符合这一理念。例如，相似的形状应该用于桥的各种部件。

 第一，桥梁应该与周围环境相协调。

设计一座与周围环境融为一体的桥梁是所有设计师在项目开始时都应该考虑的一个概念。必须特别注意周围区域。设计师应该问自己的问题是: 我是否从拟建桥梁的给定区域带走了什么东西？什么样的桥会提升给定区域？桥上需要什么样的特征？ 这些问题的答案必须在项目的初始阶段得到充分理解。

例如，在一个风景优美的地区，视线可能会被坚固的栏杆挡住，而不是被敞开的栏杆挡住。  在试图创造美学上令人愉悦的桥梁时，设计师应该避免添加太多的特征来增强它们的外观。 一座桥有多少特色并不重要，重要的是这些特色如何与给定的区域相融合。 设计师应该尝试融入与周围环境互补的特色，而不是制造对比。

在砖石结构突出的地方修建红砖桥与该地区不协调。此外，在某些类型的桥梁上使用某些材料可能会降低桥梁的整体外观。例如，建议在石桥上设置灰色金属交通护栏，而不是木制或棕色的，这可能会降低桥的美学效果。 设 计 师应该考虑从引桥上看这座桥是什么样子，必须特别注意观察桥梁的背景。 有些材料会比其他材料更好地与背景融为一体，从而产生美观的结构。 颜色、材料和固定装置不应该太低调，因为它们创造了桥梁的视觉效果。不同角度不一样哦！

第二，在整个结构中使用相同的材料。

如果桥墩由平面和直边组成，护栏和桥台也应如此；如果桥墩由曲面构成，护栏也应该是弯曲的。 一个地区的所有相关要素都需要一起设计：桥梁、挡土墙、隔音屏障、交通屏障和景观美化。 主干道上有许多桥梁，这些桥梁常常是一座接一座，甚至是同时出现的。对这种连续体验的关注要求将所有桥梁的外观放在一起考虑。

对于新建和改建路线情况， 一个桥梁概念/主题并不要求所有的结构都相同。一条路线上的变化可以影响用户的心态，例如随着高速公路进入市区，可逐渐减少跨度。此时桥梁主题发生了变化或差异，这个时候就要考虑桥梁中内部元素。

那么，桥梁中结构元素与非结构元素该合理搭配呢？其实一座桥往往呈现在观众面前的是她的附属设施（栏杆，桥面铺装，桥梁颜色，表面纹理等），而不是你这个结构你用了什么高性能的材料，结构内部如何达到最优化力学流，结构设计如何做到创新。

比如，当构件被设计满足所有不同的情况(如高度相差很大的锤头墩)时，依赖结构构件(如标准化桥墩配置)可能会产生令人失望的结果。遇到这种情况，我们就要依靠非结构元素(栏杆轮廓、颜色、表面纹理)来传达主题可能更好。 

有时候，桥梁布局和结构要求严重限制了工程师的工作，似乎妨碍了达到美学质量的一般准则的应用。 设计师应该将这些情况视为挑战，以发现隐藏在问题中的内在的，或许是非传统的美，并坚持到找到为止。

对于改造和重建桥梁情况，精确地重建或复制旧结构通常既不可能也不可取。 新的结构技术、新的材料和新的功能要求都将使它成为一个不合理的解决方案。然而，有可能将新的要求和技术结合到旧桥的重建中，同时仍然尊重最初的设计意图。也可以在旧桥旁边建造新桥，使两者在视觉上保持一致并具有吸引力。应考虑未来替换剩余的旧桥，以及如何将其融入新桥的规划中。

对于改造和重建桥梁情况，理想的特征可以成为在新老结构中使用的共同细节、共同比例和共同结构系统的基础。新功能不一定是旧功能的翻版。例如，可能没有必要建造新的卵石桥台来匹配旧的桥台。然而，新的基牙可以在尺寸、形状、颜色和/或比例上相似，以达到所需的一致性。试图在浇注的混凝土中复制毛石可能是灾难性的，因为颜色的差异将有损新旧外观。

当下很多人会潜意识地认为美学会增加造价。可如今人们越来越关注桥梁的外在表现和对周边环境的影响，考虑桥梁美学效果，不一定会增加，即使适当增加造价，也应权衡美学上的改善是否值这个钱？设计者的责任就是寻求功能、经济和优雅之间的平衡。比如关注比例和细节，往往也可以在不增加造价的基础上创造 出非常优雅的桥梁。

随着我国经济 的 发展，桥梁美学问题会被越来越来重视起来，在现代的桥梁建筑中，美学已经被列为一门独立的项目进行研究，因此桥梁色彩设计系统十分必要，能够解决以往设计时的感性、主观问题。相信依据科学的参数化设计系统，将会有更多的大桥成为我们生活中的一道道亮丽的风景线。

对于我们的桥梁工作者，邓文中院士认为能把握结构安全的人只能称为结构工程师，而能同时把握结构安全和桥梁美观的人，才称得上是真正的桥梁工程师！大家加油!