基于比例視誘法的高速公路跨線橋梁景觀技術研究＊

胡志堅 段樹明 潘立華 張謝東

（武漢理工大學交通學院1） 武漢 430063） （中交第二公路勘察設計研究院有限公司2） 武漢 430050）

0 引 言

關于建筑結構物美的考慮，很重要的一點是其欣賞視點的分析，主要包含視角、視距、視野與速度等.對于景觀敏感點位置的高速公路跨線橋梁，其結構形式以多跨布置的梁式橋為主，一般包括較大跨徑的主橋部分和等跨徑布置的引橋部分，其視點通常是位于結構側向，且有一定速度（被交道路上的交通）條件下的動態視點，故跨線橋梁景觀以立面范圍內的整體效果為主［1］，景觀效應包括主橋自身的協調性、主橋與引橋的協調性等.但現有的跨線橋景觀研究通常都局限于簡單的橋型探討［2］，或只針對具體的橋梁開展［3］，沒有形成系統的高速公路跨線橋景觀建設技術.

本文擬基于高速公路跨線橋梁結構特點，提出比例視誘法開展景觀優化設計研究，并通過從莞高速清溪支線上的清溪湖大橋開展具體的工程應用.

1 比例視誘法基本原理

建筑物的協調美，體現于量的方面就是要盡力追求比例與尺度，橋梁作為一種水平方向

單維突出的建筑物，尤其要注重比例恰當.比例視誘法就是在力學分析的基礎上，按照一定的比例要求完成橋梁各部分的比例布置，然后采用視線誘導方式實現橋梁各組成構件間的視覺效果.其實施包括兩個方面：（1）根據具體比例要求確定橋梁各總體設計參數，包括孔跨布置、墩高與跨徑比、梁高比例等；（2）結合視覺心理和視錯覺等美學原理，通過橋梁構件細部的線型變化與過渡，誘導人們的視覺感知，從而達到結構實際尺寸的視覺隱藏等景觀效果.

1.1 孔跨布置的黃金分割比

為了基本保持連續性和節奏感，跨徑布置應均一化.從視覺效果上講，黃金分割比例0.618是較好的選擇［4］.以3跨連梁為例，中跨處于視覺的中央，增加中跨的跨度，能使比例協調，左右均衡，增強其穩定性和平衡感，見圖1.而邊跨太短則顯得比例失衡，兩邊輕，中間重，給人快要失去平衡的感覺.

另外，中間跨為等跨的多跨連續梁，其邊跨與中跨跨度之比宜在［0.65，0.70］內；梁橋相鄰跨度的比值（小跨比大跨）宜接近0.618，此時橋跨變化會顯得平順、流暢、有韻律感與節奏感.

圖1 3跨連續梁的邊中跨視覺比例與力學性能比較

1.2 跨徑與墩高比

橋梁結構作為一種跨越障礙物（如河流、道路、峽谷）的功能結構，其水平方向的尺寸感往往要比其他方向的尺度更突出，因此，按常規的美學心理，橋梁的跨度（L）應大于其墩高（H），即水平方向尺寸（跨徑L）比豎直方向尺寸（墩高H）要大，這樣才會產生良好的視覺效果.但H 的取值也不能太小，從美學考慮，在滿足橋下凈空要求的同時，H 的取值不宜小于10m［5－6］.且在滿足橋墩最小高度的基礎上L／H的比值越大越好.

其次，在實際橋梁方案中，可能采用不等跨布置方式，但不同孔跨的L／H 盡可能采用相同比值，即“小跨配矮墩，大跨配高墩”.這樣能在視覺比例與協調上能達到較好的景觀效果.

1.3 上部結構的視覺誘導

1）梁高的視覺誘導 對梁橋而言，主梁作為其主要構件，應考慮梁高和應力的平衡選定適當的構造.設計時需做到形態纖細、輕巧、連續流暢并且使結構的每一點都有效地抵抗作用在其上的力.梁體本身應該細薄，強調向水平方向延伸，其上、下緣線間盡量連續，不產生突變.

通常橋梁跨徑確定時，上部結構的梁體高度也根據受力要求隨之確定，但實際上梁體高度可通過視線誘導的方法進行截面處理，達到理想的視覺效果.不同截面形式的梁有著不同的長細比，因此當設計時發現梁因長細比太小而顯得笨重時，可以通過局部處理誘導主梁截面形狀.如圖2所示，將橋面板向梁的外側加大懸伸.通常的做法是使懸臂長度大于梁高以及底板寬度的一半，同時保證懸臂板底板不過多上翹，減少梁體與陽光的接觸，此時梁體在視覺上會顯得更輕盈.

其次，將箱梁外側的腹板做成傾斜的倒梯形斷面，使到達梁底的光線減少，可以使梁高對視覺的沖擊最小.也可進一步將梁截面做成曲面的流線型，避免梁底出現棱角，能有效隱藏梁體實際高度，達到梁高很薄的視覺效果，這不僅視覺形象優美，增加梁的纖細感，同時可大幅提高梁體的整體景觀效果，當然會相應增加一定的施工難度.

圖2 加大箱梁懸臂以降低主梁視覺高度

圖3 腹板傾斜方式降低主梁視覺高度

2）跨中部位的視線誘導 對于大跨連續梁橋，較大的跨度容易使人產生梁體中部下垂的錯覺，合適的做法是在設計時結合縱坡考慮，預先設置預拱度.當然，跨度越大時則預拱度越不明顯.

3）連接部位的視線誘導 在主橋和引橋的連接部產生跨徑不連續時，要調整跨徑，改變斷面，形成平緩的過渡段，會得到很好的效果.如在厚度不同的梁的連接部分，進行“抹角”“蓋板”“漸變”等，或適當保留部分用地，用植栽高檔樹木過渡.

1.4 橋墩的視覺誘導

1）橋墩布置的通透感 橋墩的布置由橋下凈空要求、地質水文要求、通航情況、美學標準等共同決定.其形式一方面要保持與結構和周圍地形的協調，另一方面要提供足夠的橋下視野空間.

一般情況下，應減少橋墩數量以保證橋下空間開闊，采光充分，并且橋跨數較少時，多采用奇數跨.但若所跨地形本身比較對稱則仍采用偶數跨.但對多跨橋，特別是超過7～8跨的長橋而言，奇數跨和偶數跨的視覺差別則并不大.而對橋墩的布置位置則需與地形條件相搭配，例如對跨越山谷的橋，橋墩不宜設于山谷的最深處，而對跨河或跨海橋，最好將橋墩設在靠近海岸線附近的陸地上或懸崖突出部位.

對于多孔跨布置的橋梁，如果橋墩高度隨地面線變化處理得當，則一個個豎立的橋墩會隨著高度的變化而形成優美的韻律感，所以對橋位處的地面線型有時應進行適當處理，使其從視覺上更能滿足對稱、變化等整體景觀效果.

2）橋墩造型的視覺處理 橋墩造型是否美觀，也是橋梁美學的一個重要方面.以混凝土為主要材料的橋墩最富可塑性.X形、V形、四叉形和薄殼式以及近似H形橋墩都獲得了成功，并為它們所屬的橋梁增色不少.見圖4～5.

圖4 橋墩造型

圖5 橋墩色彩造型

另外，合理利用色彩和光影效應會給人視覺以結構形式變化的感覺，達到意想不到的橋墩造型效果，圖5中墩身的涂裝給人以一種鏤空的感覺，使原本單調橋墩造型具有跳躍感.

3）橋墩與梁體的視覺過渡 橋墩的體量大小與上部結構構造息息相關，要使橋墩看上去輕盈纖細而有韻味，并與主梁相協調.良好的橋墩與梁體視覺過渡首先表現在尺度方面，薄墩厚梁給人以頭重腳輕、不穩定的感覺，而厚墩薄梁讓人產生笨重的感覺；其次表現在二者形狀的一致，如對于預制混凝土I型梁或由直線邊構成的箱梁，則應該用由平面與直線邊構成的橋墩，而對于由曲面構成的箱梁則應用由曲面構成的橋墩，見圖6.

圖6 橋墩與主梁形式一致

橋墩與梁結合的原則是考慮視覺上的自然、連續.二者結合處應盡可能無蓋梁，以減少視覺障礙，如采用Y形、V形墩等.如果墩柱通過蓋梁與上部連接，則沿橋軸方向看去，橋下連續性被橫隔梁阻斷，墩成為視覺重點，此時要特別注意墩的造型與表面處理，改善視覺印象，除此之外，蓋梁端頭或耳梁盡量不要外露，否則會對橋梁整體連續性有所削弱，留下遺憾.

1.5 橋臺的視覺誘導

橋臺美觀與否和整座橋梁的美觀程度聯系密切，特別對于跨數不多的橋梁則更為明顯，并且對周圍環境也有重大影響，橋臺的視覺處理見圖7.常規設計的橋臺外觀展現的是笨重的混凝土實體，再加上運營期間表面的污痕等累積使其很難與美學直接關聯.在此基礎上，如果進行簡單的栽植視誘，見圖7b），則植物的鮮明色占據視覺的主體，在增加橋臺層次感的同時，橋臺的混凝土實體尺寸在視覺上也不再突顯，笨重感消失，并且淡化了混凝土表面的美學影響.當然如果條件允許，采用生態錐坡方案則可更好地使橋臺完全融合到環境中，美學效果更佳.

圖7 橋臺的視覺處理

2 工程實例

石馬河大橋是新建的廣東從莞高速公路上的一座關鍵橋梁，分離式結構，單幅橋面寬16.75 m，需同時跨越東深公路和石馬河，并且橋軸線與石馬河斜交.由于受地形條件限制，石馬河大橋跨越東深公路跨必須設置70m的主跨，同時受兩側連接線的路面標高限制和橋下現有公路路面標高限制，石馬河大橋的橋下凈空僅為5.5m.另外，石馬河的泄洪要求高，新橋的修建不允許對河流泄洪能力造成太大影響.

2.1 石馬河大橋總體景觀設計

原設計僅從功能角度出發，橋跨布置方案為40m＋70m＋40m＋5×30m，沒有考慮美學的比例要求，見圖8a）所示.此時不僅左邊跨的設置顯得過于急促，且由于主橋跨在跨東深公路側，給人以視覺中心偏移的感覺，不符合傳統的視覺審美習慣.同時位于石馬河中的30m跨徑引橋部分不僅顯得節奏過快，給人以視覺緊迫感，而且由于其墩高與跨徑比基本接近于1，非常不利于視覺享受.

圖8 從莞高速石馬河大橋孔跨布置方案比較

考慮視覺比例完成的橋跨布置方案為40m＋3×70m＋50m，此布置方案的邊中跨比基本接近黃金分割比要求，視覺上不存在邊跨的急促感和引橋的緊迫感，且沒有增加最大跨徑的技術要求；以3個70m等跨布置將橋梁的視覺中心基本布置在橋跨中部，徹底消除視覺中心偏移感；視覺上橋梁各跨間比例勻稱；由于新的橋跨布置方案不存在30m的引橋跨徑，其跨徑與墩高之比也完全能滿足視覺要求，使該橋的水平方向尺寸得到凸顯，符合橋梁審美要求.另外，橋墩布置的通透感也因橋墩個數的減少而得到保證，總體視覺效果良好，在確保經濟性與可行性等的前提下，很好地達到了景觀效果.

2.2 石馬河大橋細部景觀設計

1）箱梁視覺設計 結合石馬河大橋的橋跨布置和經濟性考慮，連續梁式結構是其最佳選擇.由于受橋下凈空和橋梁跨徑的限制，該橋如不合理設計必然會造成“矮橋”效果.如圖9a）、10a）所示，石馬河大橋墩頂位置箱梁截面高度取4.5m，如上部采用傳統的直腹板變截面箱梁，懸臂寬度為4.375m，此時箱梁的全部高度都在側向視點范圍內，即圖中所示光線完全到達箱梁底部，視覺上“矮橋”效應明顯，給人以壓抑感.若將箱梁改為斜腹板形式，懸臂寬度變為4.75m，同時對箱梁各折角采用圓弧過渡，則梁體實際高度得到很好“隱藏”，景觀效果明顯改善.

圖9 石馬河大橋墩頂斷面方案比較（單位：cm）

2）橋墩視覺設計 由于橋墩個數的減少，使橋下空間的通透感得到了有效保證.另外，結合上部結構的弧線設計，橋墩墩身采用弧線過渡，在墩身中間設置凹槽增加立體感，并在墩頂位置采用“鏤空”結構，使主跨橋墩造型與上部箱梁平順過渡.與常規的薄壁墩相比，不僅橋墩造型上有明顯改觀，突出了層次立體感，基本消除了“矮橋”效果，而且造價不會增加，工藝要求也不復雜.

圖10 石馬河大橋細部方案效果圖比較

3）橋臺的景觀設計 由于該橋兩側接線有條件將橋臺完全置于視線范圍之外，景觀要求不高，最終采用埋置式橋臺方式.

3 結束語

橋梁景觀設計可以極大地提高橋梁的觀賞價值、審美價值和旅游功能，對當地的精神文明和社會經濟發展帶來積極的影響.本文根據高速公路跨線橋梁結構特點和視點要求，提出了比例視誘法，即基于黃金分割比和橋梁跨徑與墩高比合理確定橋梁的孔跨布置，并結合翼板寬度、斜腹板、橋墩造型與韻律等手段實現橋梁結構的視覺誘導，形成了科學的高速公路跨線橋梁景觀技術，并在石馬河大橋的設計過程中得到了具體應用，取得了良好景觀效果.

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