桥梁美的隐性关联-全球今热点

随着国家经济实力与综合国力的不断提高，民族自信及审美需求也在不断提高，全民对各类工程建造物都赋予了更为宏大的期许。无论建筑还是桥梁，仅将其作为工程解决方案的设计思路早已跟不上时代的要求，当面对“元宇宙”等数字时代层出不穷的新概念冲击时则更为凸显。

在这种大背景以及各类“网红”效应的推动下，大众对于建造物的首要关注点渐渐转向对“美”的要求，而建设方则将宣传目标设定为“网红”，“网红”和“美”因此被画上等号。在既有的社会职业分工中，负责建造物美观问题的无疑是建筑师群体，传统建筑师参与到桥梁设计中正在成为一种趋势和风潮。在这一进程中，传统工程师，尤其是桥梁工程师的价值体系经受着冲击与挑战。

【资料图】

工程师与建筑师的分离

在手工业时代，无论建造房屋还是桥梁，传统匠人承担了设计到施工的全部任务。稳固、耐久、经济、美观、工艺等要素，被放在综合统一的知识系统和价值取向中加以考量。

而在现代社会分工中，上述体系被瓦解。一方面，工业化使设计与施工分离；另一方面设计工作也由建筑师与工程师两个群体共同完成。虽然这种分工提高了社会效率，但建筑师与工程师关注及思考问题的范围和方法却渐行渐远。工程师很可能将自己封闭在数字与符号抽象过的“理性”世界中；而建筑师，则被片面地理解成近似艺术家的职业，人文而“感性”成为其必备的特质。这种刻板印象与分工的不停自我强化，直到双方遵循完全不同的工程价值观，甚至对于何为“美”也无法相互认同。

在桥梁领域，工程师对自然洪荒之力的敬畏与理解更为深刻，桥梁以力学及工程可实施性为先的特点，也需要以工程师为主导。某种意义上，工程师在桥梁领域的实际身份，更接近广义的建筑师，需要通盘平衡各种因素做出最终决定。

在工程师的努力下，若干原本无法想象的伟大桥梁工程得以实现。这些遵从工程师价值体系才能得以完全的探索，但却渐渐被片面的宣传解读，被理解为只要大胆想象辅以经济投入便能见证奇迹。

这种错误解读叠加在当下视觉化、虚拟化、概念化，以及脱离物理世界束缚的“网红”特质之上会变得十分危险。尤其，当建设方也被误导且财力雄厚时，想象力的匮乏似乎就成了见证奇迹的唯一阻碍。

建筑师对于弥补想象力的空白起到了至关重要的作用，但在面对中大规模桥梁时，很多建筑设计领域的惯用思路与手法并不适用。能和工程师良好沟通，适应性改变策略、结合桥梁力学特征发展设计的建筑师却较少。在部分以建筑师为主导的桥梁设计竞赛中，脱离工程学基本考量，甚至不具备力学成立基础的设计方案并不少见。这些方案只是建立在空洞概念之上的美学符号，更不幸的是，部分方案没有经过工程性评价即被宣布胜出，因此造成实施阶段的形态大改、严重超支甚至项目搁浅。

Kraków footbridge

竞赛获胜方案

The River Wear Crossing bridge

竞赛获胜方案

以部分争议性案例来否定建筑师群体在桥梁设计中的积极作用并不可取，建筑师在人文脉络、环境协调、尺度关系、社会性思考、细部设计等方面，往往更为敏感与精准，而这些方面的亮点，更可能成为桥梁的点睛之笔，超出标志性造型带来的第一印象。

实际工作中，如何在工程师与建筑师的思想碰撞中直面冲突、建立良好对话，并以此为契机设计出开创性的作品更加值得关注。

关于“美”的冲突与对话

现代性使得科技与人文在某种程度上发生对立，不同价值观上建立的美学标准也出现偏差。在工程师看来，可度量的、可数理化的规律与规则，以及建立在其上的秩序蕴藏了大自然的美，其中既有抽象的逻辑性，又有可以视觉化表达的形态与律动。桥梁屹立在地平线上所刻画出的优雅线条，正是数学中隐藏的理性抽象之美与人类伟大能动性的结合。

在后现代的当下，人们无法回避数码物构成的虚拟世界，数码世界中的创造力与无限可能也影响着设计领域。数码世界作为物理世界的延伸，虽也具有物理限制与边界，但在表象上，使用者可以冲破既有经验对精神及物理世界的限制。这种虚拟化的世界观，对抗生活经验而诞生的“美”，更能凸显数字世界的特有价值。将这种虚幻的美带入“现实”所需要的创造力，不亚于工程师挑战自然的努力。

虽然数字孪生、万物互联等概念，在试图打通虚拟与现实间的屏障。但在短期内，尝试直接迁移虚拟世界的 “美”以及近似的概念到现实中，主要是艺术家的尝试。在处理桥梁设计及建造这类社会复杂性极高的工程问题时，缺失现实根基的概念及其衍生的形式，仅能作为一种参照，难以构成桥梁美本身。

身处这些带有时代特征的审美冲突与对话中，设计者需要慎重宣称那些单一的、虚拟的、概念性的极致之“美”可以超越一切，直面现实世界的复杂性是无法回避的事实。

“和而不同”的隐性关联

日晖港桥

该项目位于上海市日晖港与黄浦江交汇口，为一座景观人行桥，连接北岸黄浦区与南岸徐汇区，跨越距离约70m。

建筑师希望呈现一座结构为人行流线的桥，与人行流线相统一的结构布局即为Y形分叉的平面构型，而且具有较明显的主跨和侧边支撑梯道。结合这一概念，如直接采用Y形分叉简支钢梁是可以实现的，但是梁高相对较高，无法实现轻巧的效果。

简支梁作为基本方案可实现跨越，但若追求较小的梁高并非最佳，如对支座条件进行适当调整，利用类拱作用,可实现相对轻薄的需求。但这种做法的弊端在于，当桥体偏于扁平时，将产生很大的支座水平推力，在上海的软土地基中，利用桩基对这一推力直接抵抗并非优选方案。

针对这一问题，考虑在主跨支座间设置拉索，平衡基础推力，将主跨作为张弦结构进行设计，而侧向支撑跨的推力较小，可利用基础进行抵抗。最终对应70m跨度结构梁高可控制在1.2m。

在主跨造型的结构设计方面，经过结构和建筑设计师之间一年多的反复推敲，考虑过四种相对合理轻便的方案。首先，单索单撑在结构的视觉表达上呈现效果较好，相对干净利落且有韵律感，但对施工水平和节点设计要求较高。同时，因为撑杆与箱梁是面内刚性连接面外铰接，节点实施具有一定难度，而单索V撑方案的撑杆节点更容易处理。在进一步削减箱梁高度的讨论中，工程师提出了桁架式的斜撑方式。然而，力学上相对合理的桁架结构，存在下弦拉索张拉施工难度较大和缺乏美学价值的问题。其后也提出了三叉索的方案，该方案虽然节点实现较困难，且可能影响水上净空，但有助于后续方案的演化。

桥段模型示意

遗憾的是，在项目审批过程中结合各方意见，需要对桥的接地落位进行修改调整，因此这一结构方案受到了影响。虽然落位进行了调整，但继续采用Y形结构的概念仍为设计重点。结合修改后的落位，桥的平面布置不再呈现主跨+侧边支撑的形态，北侧两落点在平面上趋于受力一致，原有的结构体系不再适用。

修改后的平面流线

如仍考虑采用拉索平衡基础推力，则需要将三个支座全部拉结。由于之前方案中三叉索为三点全部拉结的方式，故考虑将其作为后续发展的基础。针对三叉索节点难以实现，在其基础衍生过分离式拉索方案以及其他变体做法。

分离式A型撑杆方案

经多种尝试均对设计效果不甚满意，最终回归到基本力学概念进行推演。如需要平衡基础推力，最简单的方式即为直接拉结。

但这一设计使桥下通航高度无法保证，需要对拉索标高进行上抬。相应的弊端在于，上抬后拉索的受力效率下降，且钢梁在拉索连接位置，将承受较大的集中力与集中弯矩，对于控制截面高度相对不利。为了减小拉索承担的推力，以便控制截面尺寸，考虑将部分推力传递至基础，设计为拉索+基础混合抗推模式。

拉索上抬后，在部分地段仍存在索下行人通过高度不足的问题。对于这一问题，通过将拉索中部轻微上提，利用侧向拉杆与中央三角平台相连得以解决。

虽然拉索的上抬与上提在结构受力上略有不利，但因此桥下获得了更高的通行空间与轻盈的形态。同时，这一调整也便于拉索在箱梁高度最大的跨中位置进行锚固张拉，而跨中梁高的加大，本是源于与弯矩相统一的考虑。

结构力流分析图

箱梁变截面尺寸与弯矩相统一

坪山高级中学人行桥

该项目位于深圳市坪山高级中学门口，跨坪山河与振环路相对，是一座供行人和自行车通行的桥梁，跨度约70m。与日晖港桥类似，平面同样为“Y”形布局。但不同的是，本桥“Y”形的建筑意图在于分散放学时的人流，避免路口拥堵。另一个不同是，需要采用廊桥来适应当地高温多雨的气候条件。

起初，建筑师设想的结构系统与日晖港桥类似，用带有索的三叉张弦结构做桥面，而桥顶采用悬垂钢板，并利用倾斜柱与拉索来抵抗悬垂钢板的端部水平力。

在第一轮结构配合中，考虑到深圳夏季台风盛行，而大跨悬垂钢板屋面的抗风能力有限，因此考虑适当增加立柱或抗风索来稳定桥顶。在桥顶、底间设置联系构件后，整桥的视觉感受不可避免接近桁架，这与三叉张弦梁的内在受力逻辑相冲突。工程师主观上也想避免重复日晖港桥，因此提出了三向斜拉的结构方案。

对于这一方案，建筑师认为其中间段构件过于繁琐，在视觉呈现上也显得单一重复。深入沟通后，双方确认了很多设计中的基本点，如Y形平面布局、轻巧的桥顶、跨中区域两侧视线的开敞、不采用桁架系统的同时也避免采用三叉张弦梁、挖掘桥顶与桥面在建筑与结构上统一编排的可能性。

在围绕这些关键点的讨论中，建筑师决定保留长边的斜拉形态，而工程师顺势发展了一种特殊的结构系统，这一系统将斜拉方案与三叉箱梁进行了组合。

最终方案的视觉解读复杂多变，立面感觉像是异化的桁架。但桥顶长边的箱梁并非桁架的上弦杆，也不承担轴向力。简支支座使得桥顶箱梁可以在分叉点处顺桥滑动，桥面的三叉箱梁挂接在长边的斜拉出挑段上，斜拉部分特意采用板式斜拉，以便与分叉段的密柱框架取得构图上的平衡，强调虚实关系。

完成立面效果

这一系统中，桥面是弯曲受力（梁）与轴向受力（斜拉）系统的组合，桥顶是纵向传力（箱梁）与横向传力（框架）的组合。体系在力流传递和视觉感受上，都不是单一直接的方式，但内在传力逻辑确是清晰明确的。

主桥入口处斜拉及地锚索

分叉桥面入口

桥顶箱梁营造出开敞空间

这种虚实错动、具有解构特点的体验，是人为将传力路径多样化的结果。但这种复杂与多样，并非为了追求复杂，而是在满足整体功能的框架下，以力学和美学共同适应多重目的而引发。另一方面，对已经被定性归类的结构系统拆解重构，结合项目的内在精神演化出多变的中间态，也是个值得挖掘的结构设计及美学议题。

前文的两个设计中，虽然具有近似的桥梁平面及初始设计需求，最终结果却差异显著。这其中，有工程师与不同建筑师作为搭档的因素，但设计中以回应项目需求而动是更为重要的原因。

设计过程看似只是回应了接续发生的一般性工程问题，但思考中却隐藏着关联与线索。对工程师而言，线索中隐藏着力学而不是固化的力学模式；对建筑师而言，隐藏着对使用者的关注而不是对预设形式的关注。在这两条隐性线索的联结纠缠中，更多的设计要素被联动，形成每个设计特有的基因。

正如基因演化的千变万化，这种“和而不同”的设计过程，本就是一种蕴含着东方智慧的广义之美。这种美，因对复杂性的包容而生动，演化出的形式中蕴藏着更为丰富的层次与内涵。

本文刊载 / 《桥梁》杂志

2022年 第4期 总第108期

作者 / 张准

作者单位 / 同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司

和作结构建筑研究所

编辑 / 周洋

美编 / 赵雯

责编 / 陈晖

审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲