斜拉橋橋梁主體構(gòu)件景觀設(shè)計(jì)

林選泉 劉月琴   該文發(fā)表于《城市道橋與防洪》[M]， 2005年第5期

本文為黑龍江省交通廳(2002)課題――《松花江大橋橋梁景觀設(shè)計(jì)的研究》部分成果

摘要：結(jié)合松花江大橋橋梁景觀設(shè)計(jì),探討斜拉橋主體構(gòu)件各部分的景觀設(shè)計(jì),其中包括了斜拉橋主體構(gòu)件景觀設(shè)計(jì)的總體方針,標(biāo)準(zhǔn)性構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)分析,斜拉橋均衡穩(wěn)定性的景觀設(shè)計(jì)分析,斜拉橋橋塔、拉索、橋墩的造型設(shè)計(jì)及比選景觀設(shè)計(jì)方案。使松花江大橋成為一件大地藝術(shù)品,為哈市景觀增添新亮點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：橋梁景觀; 斜拉橋; 景觀設(shè)計(jì); 橋梁設(shè)計(jì); 橋梁美學(xué); 哈爾濱市;  

Landscape Design of Main Structural Member of Cable-stayed Bridge                

Abstract: In combination with the landscape design of Songhuajiang Bridge, the paper approaches to the landscape design of every part of main structural members of cable-stayed bridge, in which includes the overall policy of the landscape design of main structural member of cable-stayed bridge, the design analysis of criterion structure, the landscape design analysis of balanced stability of cable-stayed bridge, the shaped design of tower, cable and pier of cable-stayed bridge as well as the landscape design option f...

Key words: : landscape of bridge; cable-stayed bridge; landscape design; bridge design; bridge aesthetics; Harbin City;

引言

斜拉橋其剛度大、空氣動力性能好，且簡捷流暢、連續(xù)舒展、輕巧纖細(xì)、、向上動勢感強(qiáng)，體現(xiàn)橋梁的現(xiàn)代美。它與懸索橋同屬懸吊式結(jié)構(gòu)，在景觀特征上有共同之處，與其他橋型相比，都增加了塔和索的構(gòu)造，在空間構(gòu)圖上對單維突出的水平大梁起到了協(xié)調(diào)比例的作用。斜拉橋橋型景觀主要是以豎直線的橋塔、斜直線的拉索、拱曲線的主梁等為主基調(diào)，斜拉橋的橋體景觀印象中，是以剛性的美為審美主格調(diào)。斜拉橋的橋塔、主梁、拉索、橋墩等橋梁主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的景觀設(shè)計(jì)是橋梁（總體）景觀設(shè)計(jì)的重要組成部分，影響著橋梁整體風(fēng)格和形象。

1.斜拉橋主體構(gòu)件景觀設(shè)計(jì)總體方針

    橋梁主體構(gòu)件景觀設(shè)計(jì)是橋梁景觀設(shè)計(jì)的重要組成部分，是局部與整體的關(guān)系，其景觀設(shè)計(jì)景觀設(shè)計(jì)總體方針應(yīng)該與橋梁景觀設(shè)計(jì)的總體方針為依據(jù)。^［1］

1.1  景觀性  

橋梁架在河流上作為景觀裝點(diǎn)著大地，一座大橋由于本身規(guī)模宏大，氣勢磅礴，自然成為獨(dú)立景致，以而成為該環(huán)境主要景觀。

松花江大橋與橋域周圍自然景物、人工景物一起構(gòu)成人們生活空間中的整體景觀，它不僅影響原有環(huán)境，而且改善了景觀，給人們生活帶來了豐富的變化^［3］。

松花江大橋位于松花江干流中游，松嫩平原中心的哈爾濱江段，是松花江流域第一座大跨徑橋梁，是國道主干線哈爾濱環(huán)城高速公路（四環(huán)路）的重要橋梁，目前是一座城郊橋梁。該橋橫跨松花江南北兩岸，橋域是四周開闊的沖積平原，灘地平坦，極具現(xiàn)代橋梁美的大橋，躍然于四周環(huán)境，體現(xiàn)現(xiàn)代橋梁的美，它與周圍的環(huán)境構(gòu)成了一幅美麗景觀，使得松花大江具有功能價(jià)值的同時(shí)又具有景觀價(jià)值。

隨著哈爾濱的城市建設(shè)發(fā)展，松花江大橋?qū)⒊蔀橐蛔鞘袠蛄?，將成為哈爾濱市又一具有標(biāo)志意義的新景觀點(diǎn)。

1.2象征性（信號性）                  

人類從周圍環(huán)境中接受表示各種不同意義的信息并做出反應(yīng)。斜拉橋連同周圍環(huán)境一起映入人們的眼簾，懷著工程上的穩(wěn)定和精神上的安全感，產(chǎn)生各種復(fù)雜心情。

斜拉橋既是人們所看到的一種由構(gòu)件組成的力學(xué)結(jié)構(gòu)，同時(shí)又是具有信號作用和多種象征含義的一種標(biāo)記^［4］

松花江大橋具有標(biāo)記性的同時(shí)也具有象征性。

松花江大橋位于在建的哈爾濱四環(huán)路上，它和環(huán)城高速路構(gòu)成線性連續(xù)通道，和其它路線組成哈爾濱市OK型道路交通網(wǎng)絡(luò)體系。

Lynch在《城市的意象》認(rèn)為，邊界是線型要素，屬城市、地區(qū)或鄰里之分界線，路能成為邊界，從這個(gè)角度上看。哈爾濱環(huán)城高速公路是哈爾濱的界線，而松花江大橋是這一“界線”的“節(jié)點(diǎn)”。( 見圖1)

1．3文化性 

松花江大橋預(yù)計(jì)建造費(fèi)用為3.1256億人民幣，其設(shè)計(jì)除滿足功能性、經(jīng)濟(jì)性、安全性外，更應(yīng)上升到文化、藝術(shù)、景觀層面，使其成為一件大地藝術(shù)品。

哈爾濱素有“天鵝項(xiàng)下珍珠城”、“丁香城”美稱，專家考證哈爾濱就是女真語“天鵝”之意。哈爾濱曾是遠(yuǎn)東著名的國際商埠，有“東方小巴黎”、“東方莫斯科”之稱,且曾是中國金、清兩代王朝的“龍興之地”。哈爾濱有42個(gè)民族，民俗文化多異且建筑和文化雜糅著濃郁的歐陸風(fēng)情和本土氣息。哈爾濱同時(shí)是歷史文化、音樂文化、冰雪文化名城。

因此，松花江大橋景觀設(shè)計(jì)須結(jié)合哈爾濱歷史文化進(jìn)行，并將橋梁整體景觀設(shè)計(jì)與旅游文化設(shè)計(jì)結(jié)合起來。

1．  4旅游性  

  城市斜拉橋橋域能形成特殊的橋空間，結(jié)合橋梁本身景觀及橋域?yàn)I水帶狀景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)，能形成新的旅游資源。  

黑龍江省旅游業(yè)開發(fā)的“OKL”框架設(shè)想中，哈爾濱市是其“O”字的中心，哈爾濱市制定了旅游業(yè)“九五”計(jì)劃與2010年長期規(guī)劃綱要，提出了在旅游產(chǎn)品開展中，除繼續(xù)拓展冰雪旅游、金源文化開發(fā)利用外，要“利用松花江旅游資源優(yōu)勢，開辟沿江旅游帶，形成新景區(qū)，再創(chuàng)優(yōu)勢”。

松花江大橋南岸附近有“長嶺湖旅游區(qū)”和“金河旅游區(qū)”，而“金河旅游區(qū)”是哈爾濱市旅游資源開發(fā)項(xiàng)目之一，可構(gòu)成市西部旅游區(qū)中心，那么隨著將來環(huán)城高速公路的開通，城市建設(shè)的迅速發(fā)展，松花江大橋?qū)⒊蔀槭袇^(qū)西部旅游分點(diǎn)，與它們構(gòu)成市區(qū)西部的旅游帶^［1］。( 見圖2)

2. 松花江大橋主體構(gòu)件景觀設(shè)計(jì)

2.1．橋梁主體構(gòu)件景觀設(shè)計(jì)理念分析

從松花江大橋所處的地理、歷史、文化、經(jīng)濟(jì)背景上看，結(jié)合松花江大橋所具有的景觀性、象征性、文化性、實(shí)用性，旅游性，橋梁主體構(gòu)件景觀設(shè)計(jì)理念分析如下表1：                    

表1

 2.2整體的均衡穩(wěn)定

幾乎所有的美學(xué)家、建筑學(xué)家都一致認(rèn)為比例在建筑藝術(shù)上的重要性，合乎比例或優(yōu)美比例是橋梁建筑美的根本法則。

斜拉橋以高聳的主塔呼吁了塔側(cè)斜拉索的均衡穩(wěn)定感，加上斜拉索形成簡潔明快的力線，它們構(gòu)成三角形形態(tài)，加強(qiáng)了橋梁平衡的姿態(tài)，其空間形態(tài)在景觀上已具備了先天優(yōu)勢。在松花江大橋主體構(gòu)件景觀設(shè)計(jì)中注意構(gòu)件要素之間比例與尺度的和諧、均衡穩(wěn)定。

2.2.1跨徑分割之比  

一般橋的邊、主跨合理而均衡的跨度比為1：2：1，但從拉索應(yīng)力疲勞來看，希望由活載引起的應(yīng)力度變化要小，一般恒載大的砼斜拉橋邊跨可大些，為0.3-0.4間^［5］，松花江大橋邊跨138m與主跨336m比為0.411，合乎美學(xué)比例。

2.2.2梁高與中跨之比  

結(jié)構(gòu)纖細(xì)是現(xiàn)代橋梁美學(xué)著眼點(diǎn)，據(jù)國內(nèi)外資料統(tǒng)計(jì)，梁高與中跨比在1：80-1：300間，大多超過1：200^［5］，松花江大橋主梁梁高2.47m與主跨比為1：136，能體現(xiàn)現(xiàn)代橋梁纖細(xì)的美學(xué)原則。

2.2.3塔高與中跨之比 

主塔高度與拉索角度有關(guān)，資料統(tǒng)計(jì)表明，從景觀角度看，塔高與中跨之比在1/4-1/7范圍內(nèi)是合適的，松花江大橋塔高113m與中跨之比接近1/3。

2.3主 塔

作為斜拉橋主體構(gòu)件要素而在力學(xué)上起著重要作用的主塔，其高聳挺拔的風(fēng)姿引人注目，起著象征和標(biāo)志作用，是景觀中最重要的因素之一，因此，對橋梁主塔應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，按照橋梁景觀設(shè)計(jì)的原則作造型及外裝的完善，使橋塔在蘊(yùn)藏著自身力量感、緊張感同時(shí)，又孕育著向高空伸展，刺破青天的動勢，誘發(fā)參觀者升入更高境界，由“情境”層面進(jìn)入“意境”層面，從而使橋塔具有高揚(yáng)功能與動態(tài)美。

斜拉橋的獨(dú)特風(fēng)格主要受塔的造型和索的布置形式影響，主塔的造型、結(jié)構(gòu)形式受工程條件、橋跨、橋面寬、拉索布置等因素影響，在松花江大橋工研階段，黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院，在推薦選用合梁混凝土斜拉橋的情況下，設(shè)計(jì)了:柱門塔、異形門塔、直柱無上橫梁門塔、 A型門塔四種方案，從工程角度考慮，選取直柱門塔、A型門塔較合適。從主體構(gòu)件景觀設(shè)計(jì)角度看，松花江大橋橋塔造型設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合橋梁所處的歷史、文化、背景、經(jīng)濟(jì)、地理背景及橋梁所具有的景觀性、象征性、文化性、旅游性，此外，在斜拉橋橋塔造型方案分析比較中，筆者提出“造型上揚(yáng)功能視覺穩(wěn)定性縱線條-凹曲槽 塔柱遞減”5個(gè)指標(biāo)，詳見下圖3表2。 

通過橋塔景觀分析比較，確定對直柱門塔方案進(jìn)行橋塔造型景觀設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容有：塔柱造型、 塔柱面面造型、上下橫型造型、塔柱基座造型

表2

 2.3.1 橋塔造型象征性景觀設(shè)計(jì)

依據(jù)“主體構(gòu)件景觀設(shè)計(jì)總體方針”，對直柱門型塔進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，融入了“天鵝”設(shè)計(jì)元素、“經(jīng)濟(jì)騰飛”、“銳意進(jìn)取”設(shè)計(jì)元素和“關(guān)口門戶”設(shè)計(jì)元素。通過計(jì)算機(jī)“虛擬真實(shí)” ，對直柱門型塔上橫梁位置的心理效果不足之處進(jìn)行改進(jìn)性景觀設(shè)計(jì)

2.3.2塔柱造型設(shè)計(jì)深度^［7］

①基本構(gòu)造造型不變，只對表面肌理作一定處理或使用裝飾材料

②在現(xiàn)有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不作變更基礎(chǔ)上，對其適當(dāng)增減，改變斷面形狀形狀。

③在不改變整體造型基礎(chǔ)上，對局部構(gòu)造、斷面進(jìn)行變更以達(dá)最佳景觀效果

( 圖4--圖9 為松花江大橋橋塔造型設(shè)計(jì)部分方案）

2.4．拉 索

斜拉橋的動勢是由主梁、橋塔和拉索來共同體現(xiàn)的。拉索不僅是斜拉橋的主要構(gòu)件,而且也是決定橋梁景觀的重要因素，它的斜直線分置，與橋塔構(gòu)成的簡潔、穩(wěn)定的幾何構(gòu)圖，蘊(yùn)藏著明確、強(qiáng)勁的力感，同時(shí)又加強(qiáng)橋的平衡感^［6］。

橋梁眾所周知是承重結(jié)構(gòu)，由于構(gòu)造外露，因而在其內(nèi)部存在“物理上的力”但另一方面又以“心理上的力”吸引人們。橋各種傳遞力構(gòu)件產(chǎn)生了心理引誘力線，斜拉橋的斜拉索作為能產(chǎn)生心理引誘力線的一種構(gòu)件，由于其布置形式不同（單索面、雙索面、輻射式、豎琴式、扇形式、星形式）所產(chǎn)生的心理引誘力線效果也不同，景觀設(shè)計(jì)中注意拉索不同布置形式產(chǎn)生不同的心理引誘力線效果。松花江大橋主橋結(jié)構(gòu)形式為雙塔雙索面，拉索采用空間扇形布置，設(shè)4 ×13對，共104根斜拉索。

拉索與主梁角度越大，引導(dǎo)觀賞者向上的力勢感越強(qiáng)，而其夾角與橋梁工程的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能有關(guān)。松花江大橋主橋橋索順橋向標(biāo)準(zhǔn)索的距離為12m，索與塔夾角由59.6°向79.2°過渡，由此，心理引誘力線產(chǎn)生的向上動勢感強(qiáng)，體現(xiàn)了松花江斜拉橋的剛勁感、生命感、充實(shí)感和穩(wěn)定感。

松花江大橋斜拉橋扇形式布置的拉索，產(chǎn)生優(yōu)美的節(jié)奏與韻律，按中國古代“陰陽生萬物”的哲學(xué)思想，拉索屬“陰”，主塔屬陽，陽性為實(shí)，陰性為虛，虛實(shí)相生，對立統(tǒng)一，在景觀設(shè)計(jì)中，對拉索的色彩涂裝、夜景照明設(shè)計(jì)把握其分量和比重。

2.5.橋墩藝術(shù)造型設(shè)計(jì)

引橋是橋梁工程組成部分,也是主橋與路基的過渡段。在大型橋梁景觀設(shè)計(jì)中,如果忽略了引橋的景觀設(shè)計(jì)，必然會影響全橋景觀的整體效應(yīng)，根據(jù)橋地段的地形條件,松花江大橋引橋設(shè)計(jì)為連續(xù)鋼箱梁,并通過減小梁高,加大翼板寬度,優(yōu)化防護(hù)欄基座等方法,使上部結(jié)構(gòu)顯得輕盈流暢，在此前提下,對引橋橋墩進(jìn)行藝術(shù)造型設(shè)計(jì),選擇外型優(yōu)美的橋墩型式就變得更為重要了。

引橋橋墩必須具備安全可靠地傳遞和承受壓力以及承受風(fēng)力和防撞等功能。景觀設(shè)計(jì)中除考慮其功能、經(jīng)濟(jì)、施工技術(shù)、管理等因素外，還需考慮應(yīng)與上部鋼箱梁及周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。

按照橋梁美學(xué)原則,引橋單體橋墩造型設(shè)計(jì)可應(yīng)用以下的方法展示：造型獨(dú)特、結(jié)構(gòu)輕巧、線性優(yōu)美、比例和諧，通過單體橋墩連續(xù)排列形成起伏節(jié)奏,表現(xiàn)序列韻律美，并與環(huán)境協(xié)調(diào)。

橋墩纖細(xì)感設(shè)計(jì)對引橋景觀影響較大，為了使橋墩看上去輕盈纖細(xì)有味，設(shè)計(jì)可中采取下面一些做法：

(1) 墩表面增加縱向裝飾線條或開槽形成凹入部分，增加光影效果，使墩表面實(shí)體面積減少,以減輕墩笨重的體積感,改善單調(diào)表面。

(2) 改變墩斷面形狀:墩斷面形狀取決于功能、結(jié)構(gòu)及施工技術(shù),在實(shí)際斷面處理過程中,可以把棱角以切角或圓弧過渡,使墩角過渡自然且顯得輕盈活潑。

(3) 采用空透式橋墩:把墩上部的開口設(shè)計(jì)成空透式,使橋墩體態(tài)更為靈透、輕盈,增強(qiáng)整體韻律感,減輕墩的體量感^［7］。

松花江大橋引橋橋墩材料以混凝土為主材料,具有可塑性,其形態(tài)設(shè)計(jì)自由度大。在原設(shè)計(jì)的帶凹槽Y形橋墩的造型基礎(chǔ)上, 考慮了橋墩立體形態(tài)的虛實(shí)、剛?cè)帷纪辜肮庥白兓?，運(yùn)用計(jì)算機(jī)“虛擬真實(shí)”技術(shù)引申設(shè)計(jì)出了一系列Y形橋墩。（圖10 為松花江大橋橋墩造型景觀設(shè)計(jì)部分方案）                                          

  圖10

松花江大橋投資額大、跨越能力強(qiáng)，交通功能意義大，有其自身的景觀性、象征性、文化性、旅游性，它的建成將添補(bǔ)國內(nèi)在低溫地區(qū)建造特大斜拉橋的空白。由于它所處的地理位置與環(huán)境及其本身的景觀價(jià)值。隨著哈爾濱城市建設(shè)的發(fā)展，松花江大橋?qū)⒊蔀樾碌难亟糜尉坝^點(diǎn)，成為哈爾濱市又一具有標(biāo)志意義的景觀建筑。在松花江大橋主體構(gòu)件設(shè)計(jì)中導(dǎo)入橋梁景觀設(shè)計(jì)理論, 使松花江大橋成為一件大地藝術(shù)品，為哈爾濱市景觀藝術(shù)增添新亮點(diǎn)。

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－文中涉及的動畫和效果圖由林選泉2001制作

考文獻(xiàn)：

[3]　賈艷敏,林選泉,等. 松花江大橋景觀設(shè)計(jì)[A]. 2002 年全國橋梁學(xué)術(shù)會議論文集[C]. 北京: 人民交通出版社, 2002.

[4]  [日]山本宏. 橋梁美學(xué)[M]. 北京：人民交通出版社，1989.

[5]　和丕壯. 橋梁美學(xué)[M]. 北京: 人民交通出版社,1999.

[6]　賈艷敏, 林選泉. 松花江斜拉橋夜景景觀設(shè)計(jì)[J]. 公路,2003,(9).

[7]  海滄大橋景觀設(shè)計(jì)[Ｚ]. 福建: 廈門路橋景觀藝術(shù)公司,1997.