打破工程的学科边界——城市空间视角下高架桥梁形态的可能性探索

高架桥作为城市快速路系统的经济高效方案，在大型城市交通发展过程中承担了十分重要的作用。但随着城市的进一步发展，高架桥相对单一的结构形式对城市空间造成的一些消极影响也在慢慢呈现：大体量的外形既难以融入周边的城市风貌，也割裂了高架两侧的横向空间联系；桥下空间存在噪声、空气污染等环境问题，逐渐成为城市的灰色地带。高架桥虽然给整个城市带来强劲的经济驱动力，却也降低了高架周边区域的空间质量，这方面的劣势在快速通道的桥隧比选中愈发明显。如何保留高架桥的原有优势、与时俱进地更新优化高架桥的设计理念，以适应城市功能多元化和高品质的要求，已经是桥梁设计从业者亟待思考和回答的一个问题。

整合空间资源，挖掘设计深度，赋予城市高架更多的城市功能和美学价值，是解答这个问题的一个切入点。本文希望在城市空间视角下，对现有高架桥的设计理念和流程作启发性更新；在设计方法上，将原有的桥梁“结构”设计，提升为考虑空间要素的桥梁“形态”设计，分析城市的基本需求，梳理空间的形态特征，合理分区布局，以理性的桥梁结构响应空间需求，以创新的结构形态打造场地性格，探索城市高架桥梁形态的更多可能性。

高架桥不应成为城市空间的界限，更应成为兼具交通功能和城市活力策源的纽带，让城市生活更加高效、有序、鲜活、美好。

有效需求是设计的基本出发点。以往的高架桥梁设计往往只服务于城市的交通需求，由交通部门基于人口规模和交通流量预测，给桥梁专业设立设计目标和技术标准；桥梁专业再据此进行结构安全分析、施工可行性和工程经济性的多案比较，最终确定城市高架桥的结构形式。

这套设计流程的评价体系局限在城市交通体系内,较少考虑高架桥两侧地块之间的横向沟通需求，也忽视了城市空间完整性所带来的地块价值。随着城市发展的驱动方式从生产型转为消费型,城市空间功能日趋多样化，交通不再是高架桥梁唯一需要满足的功能,美学价值、商业氛围、无障碍空间、噪音和光污染、桥下空间的综合开发利用等方面，也逐渐成为城市高架桥设计的影响因素。设计方法上，亟待将原有的桥梁“结构”设计，提升为桥梁“形态”设计。

在设计学中，形态是设计产品的视觉化，是人需求的物化，具有强烈的实用功能、认知功能和审美功能的特征。本文中，高架桥梁形态设计是指以城市设计成果为蓝本，将高架桥的交通空间、城市街道空间、商业空间和公共休闲空间的形态要素进行立体布局，通过点线面体的结构关系和秩序，建立功能空间的流动性和完整性，并针对桥梁材料、结构和形式开展的设计活动。

基于设计方法的更新，本文尝试更新探索新的城市高架设计流程，将交通设计+结构设计的工作流，拓展为空间分析和指标建立+功能布局和形态设计+工程技术验证的三步骤设计，形成城市高架桥的全过程设计流程。

图1 本文城市高架桥设计流程

对比常规高架桥的设计流程与本文提出的设计流程，前者是后者针对交通空间进行桥梁形态设计的特例，后者更具普适性，也更能兼顾平衡城市的多元需求。

本文基于上述城市高架设计方法的探索，将城市常见空间场所进行归纳分类，提出具备典型特征的四大城市空间类型，分别为商业性空间、观演性空间、自然性空间和居住性空间。按照新的设计流程，归纳概括了不同空间的特征和需求，建立了功能区清单，制定了设计目标和设计原则。同时拓展和补充了原来基于交通和工程性的评价体系，引入了规划类的宏观指标和人性化舒适度指标等。表1是对快速交通空间介入四大典型城市空间衍生的设计需求、评价指标的探索性总结，希望对今后的高架桥设计提供一定的借鉴作用。

针对表1已归纳的空间需求与评价指标，本节进一步讨论高架桥在具体空间环境下，为消除其消极影响，如何做形态优化和结构形式的取舍。需要强调的是，本文仅是对城市高架桥梁形态的探索性研究，提出的设计案例成果只是尝试解决现有城市高架消极影响的努力之一。希望思考过程和成果能为其他设计者打开高架桥的设计思路，探索城市高架桥梁与周边地块空间和谐共生的更多可能。

一、商业性空间案例

本方案基于轻轨（BRT）站点周边地块TOD商业开发为背景，进行高架桥梁形态设计。

图2 商业性空间设计需求平面分析图

由图2的平面分析可知，快速路和轻轨BRT的线性空间横穿整个地块，由此和商业空间自身的连通需求产生了平面矛盾，而和公共交通的集散换乘需求产生了竖向矛盾。因此，需在空间上进行功能空间的合理分层分区布置。

图3 商业性空间设计需求断面分析图

从图3的断面分析，首先解决轨交（BRT）、高架、地面交通的布局层级问题。地面交通车速慢，和两侧地块粘度高、交通转向需求复杂；因此，地面交通安排在第一层（地面层）最为便利。轨交（BRT）带来公共交通人流量大且集中，有很强的快速下行至地面层进行交通转换或进入商业空间的需求；因此，将轻轨（BRT）的出站层放置在第二层作为横向联系通道便于人流疏散。轨交（BRT）空间需要专属路权，且要贴近轻轨出站层；因此，轻轨（BRT）轨道通行层相应布置在第三层。高架作为快速路系统，仅需满足车辆快速通行穿越，放在最高层更合理。

对商业性空间高架桥形态设计的方案设置了轻轨（BRT）站、公交站，最大化地实现了人流导入，贯彻了TOD的开发理念，提高了商圈的地产价值；立体交通空间合理布局，极大地提高了城市空间的利用率，拓展了功能空间面积；纵横向交通空间独立而连续、提升了通勤效率，联通商业空间提高了顾客的购物欲；高架桥梁方案据此采用上层快速路+下层轻轨的双层桥梁断面布置，桁式主梁可以放大结构跨度，减少地面桥墩数量，增加地面交通空间的通透性。高架轨交站点采用幕墙系统包裹塑形，在为内部空间提供风雨遮蔽功能的同时，也让建筑造型与周边的商业性空间氛围更加统一。

图4 商业性空间设计整体效果图

二、观演性空间案例

本方案基于聚集展览馆、音乐厅、美术馆、图书馆等核心功能的城市形象中心为背景，开展桥梁形态设计。

城市形象中心对于城市天际线有较高要求，快速路系统通常采用隧道形式穿越，本方案考虑采用低线高架+地面辅道的形式。底线高架较常规地面快速路适当抬高，为桥下的下沉式广场提供采光与通风，形成连接两侧公建的半地下建筑连廊。高架桥采用鱼腹梁桥＋斜腿刚架墩＋横系梁的结构形式，主梁、桥墩成为了建筑结构骨架半包裹的下沉空间，建筑辨识度高。高架桥主线分幅布置，分隔带空间布置，两个鱼腹截面和中央分隔带的天窗形成波浪天花板，具有韵律美。桥下空间采光好、净空充足、舒适度高。下部桥墩斜向上支撑，下端用横系梁连接。观演性空间的整体效果如图5所示。

图5 观演性空间设计效果图(桥下)

三、自然性空间案例

本方案基于大面积城市公园绿地为背景，开展高架桥梁形态设计。

自然性空间往往是城市公园的有机组成部分，绿地空间存在较强的服务需求。高架穿越绿地系统，首先须考虑桥下绿化的光照需求。通过对高架进行日照分析，调节高架桥宽和分隔带宽度，可以很好地保证桥下空间植物生长的光照需求。

从断面分析，桥下空间除了提供绿植生长空间，也可将服务型设施置入，如停车场、咖啡厅、展示区、儿童游乐场等。结合高架主梁底面和桥墩造型，桥下空间可开发更多具有特色的功能属性。整体断面如图6所示。

图6 自然性空间断面分析图

从结构出发，本文自然性空间高架桥采用大跨连续刚构桥，并对主梁、桥墩都进行了特殊设计，在结构合理的条件下，追求桥梁造型生机勃勃和灵动和谐，以呼应场地的自然特征。主梁为梁格体系，梁高变化参考力学弯矩横向、纵向起伏，像风吹起的波纹，兼顾结构合理性和建筑美感，又与绿地空间相映成趣。桥墩为V形刚构形态，取形植物萌芽，采用了四分叉造型。自然性空间整体效果如图7所示。

图7 自然性空间设计整体效果图

自然性空间方案对城市绿地内高架桥形态设计，引入桥下光照分析，为确定桥梁的高程和分隔带宽度提供了新的决策维度。整体高架桥方案桥下空间采光充足，植被光合作用充分，环境适宜；造型与公园遥相呼应，将桥梁作为建筑进行结构雕琢，体现桥梁美学，更添公园雅趣。

四、居住性空间案例

本方案基于现代住宅集聚区为背景，开展高架桥梁形态设计。

居住性空间高架桥形态设计的方案通过高架叠置缩短横向尺寸，减小噪声影响半径，让渡充足空间给建筑临街空间，改善居民采光环境，提升居民楼宜居程度。双层桥梁的结构设计可以大大增加跨度，地面层交通视线更加通透，提高行车安全性与舒适性。少立柱的桥下空间，也能在不影响行车视距的前提下，增加横向通道，缩短行人过街的绕行距离，便于人流快速通过，增强地块的横向连通性。

居住性空间高架桥结构采用双层拱梁组合桥＋柱式墩。主梁上层桥面由双悬臂鱼脊式上翻梁、上承式拱桥体系联合支撑，下层采用吊杆下挂简支叠合梁。在造型上，变截面连续上翻梁具有结构合理性，其梁高曲线变化又和下层拱肋形态交相呼应，呈现一种流线变化之美。高架叠置后整体结构高度增加，能大大提升桥梁的跨越能力，减少基础和桥墩数量，释放了桥下空间。居住性空间整体效果如图8所示。

图8 居住性空间设计整体效果图

本文从城市空间视角，重新设立了桥梁的设计目标与方法，打破城市规划、景观设计、交通规划和桥梁工程的学科边界，将城市高架桥的工程设计环节向前端拓展，通过分析城市的空间需求，吸收其他领域技术评价指标，提出了一种更完整、更宏观的城市高架桥全过程设计流程，为城市高架桥创新性设计提供方法探索。同时，通过归纳总结四大典型城市的空间需求和评价指标，提出了4个空间形态新的高架设计方案，实践了这套新的城市高架桥的全过程设计流程。希望这一探索性的设计能为设计者们打开高架桥设计思路，激发探索高架桥梁形态的更多可能。

当然，城市高架桥的设计不仅可以从城市空间视角切入进行优化，还可以与信息学、机械工程等更多领域融合。突破原有的学科桎梏，从更多角度探讨高架桥梁的形态，优化创新的桥梁结构设计，打造更有魅力的城市空间，提供更为舒适的公共服务产品，让土木工程焕发新的活力。