橋梁美學在“大跨度橋梁”課程的教學探索

艾輝林

摘要：“大跨度橋梁”作為橋梁工程專業后期的專業選修課程，主要從力學分析入手講解大跨度橋梁的基本設計方法與施工過程。本文論述了在“大跨度橋梁”課程教學當中通過適時引入橋梁美學的相關內容，重點通過案例分析討論等教學手段，使學生了解橋梁美學的分析法則，初步形成橋梁美學的認知能力。

關鍵詞：橋梁美學；大跨度橋梁；橋梁造型；教學體系

中圖分類號：U448.25 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）47-0127-02

一、前言

“大跨度橋梁”作為交通土建工程或橋梁工程專業課程通常安排大學后期學習，主要安排講解斜拉橋、懸索橋等內容。該課程主要針對已有的大跨度橋梁結構形式分別加以論述，介紹斜拉橋、懸索橋等結構形式的特點及設計理論、施工方法，使學生初步具有解決大跨徑、較復雜橋梁問題的能力[1]。

受我國長期土木工程結構一貫秉承的“實用、安全、經濟、適當兼顧美觀”的觀念影響，大量設計類同、美學景觀價值不大的橋梁成批修建，影響了橋梁結構還兼顧地方景觀標志的功能展現[2]。隨著近年觀念的逐漸轉變，社會對橋梁美觀的要求逐步得到提高，但工程設計界目前具有相關知識的人才不足，尤其是懂結構美學的橋梁工程師比較缺乏，導致設計片面追求“新、奇、特”，反而使橋梁美學走偏[3]。

二、大跨度橋梁與橋梁美學教學結合應用探討

1.大跨度橋梁與橋梁美學教學現狀。目前多數工科院校相關專業并未開設“橋梁美學”課程，上海應用技術大學土木工程的交通土建方向專業亦如此；同時受整體教學課時的限制，短期我校也不具備增設該專業選修課程的前提條件。通過“大跨度橋梁”實踐教學可以看到目前教學體系培養的學生具有相對較強的結構力學分析能力，然而較為缺乏結構造型分析能力，因此如何在其專業培養過程中在有限的教學計劃安排中能夠讓學生初步形成將結構與造型美學聯系起來分析的能力成為當前教學的一個難題和急需解決的問題。

2.橋梁美學教學應用探索。為在“大跨度橋梁”課程中引入橋梁美學的概念，本課程首先探索在介紹已建大跨度橋梁工程背景時，著重介紹了“20世紀最美麗的橋梁”。該活動是1999年世界30位著名橋梁工程師、建筑師和學者評選的20世紀最美麗橋梁，其中包括懸索橋3座、斜拉橋5座、拱橋3座、梁橋4座。課堂重點分析了其中的美國金門大橋、法國諾曼底大橋、日本多多羅大橋以及香港汀九大橋，上述四座橋梁既是大跨度橋梁的代表之作，同時又是將橋梁結構與造型美觀協調統一的典型。其中美國金門大橋造型優美，比例協調，為橋梁工程的一顆明珠；法國諾曼底大橋是一座和當地景觀完美協調的斜拉橋；日本多多羅大橋是20世紀最大跨度斜拉橋，與瀨戶內湖的多島景觀相協調，具有東方神秘的美感；香港汀九大橋是混合結構的杰作，藝術和技術的統一，一艘就緒啟航的“帆船”。

通過分析上述四座大跨度橋梁的結構造型及其美學特點，讓學生了解橋梁美學的分析法則，初步形成橋梁美學的認知能力。美學基本法則主要包括：比例、對性、韻律、均衡、風格、色彩與材質等。

三、大跨度橋梁橋塔的造型與美學教學結合

橋塔作為纜索承重橋梁的主要構件在“大跨度橋梁”課程會進行詳細論述，主要內容包括：（1）橋塔形式，包括沿橋縱向和橫向的布置形式；（2）橋塔高度；（3）橋塔截面。橋塔結構作為纜索承重橋梁的主體構件要素在力學上起著重要的作用，其高聳挺拔的風姿引人注目，起著象征和標志作用，是橋梁景觀中最重要的因素之一。恰當的造型設計使得橋塔在蘊藏自身力量感的同時，又孕育著向高空伸展，刺破青天的動勢，從而使橋塔具有高揚功能與動態美[4]。

1.橋塔形式。橋塔造型形式多變，縱橋方向通常可分為獨柱式、A字型和倒Y型等，橫橋方向通常可分為獨柱型、雙柱型、門型、H型、A型、寶石型和倒Y型等，如圖2所示。塔柱造型又可分為柱式橋塔、框架式橋塔以及拱形橋塔，其中柱式橋塔常用在斜拉橋中，構造簡潔，視覺連續，具有較好的傳力效果；框架式橋塔是采用桿件（橫梁）將兩根單柱連接起來，既加強了橋塔的剛度，也形成了視覺上的連續；拱形橋塔多應用于寬橋體系上，多應用于跨度不大的城市景觀橋梁。框架式橋塔的橫向連接帶來了穩定的感覺，為表現動感通常將塔柱間距向下逐漸加寬延伸，給人以堅挺的力感和雄踞屹立的形象[5]。

2.橋塔高度。橋塔的高度主要是由其力學性質決定的，同時兼顧與主跨跨徑和纜索結構之間造型比例的視覺效果。通常對于雙塔斜拉橋塔高與主跨的比例宜選用0.18—0.25，獨塔斜拉橋塔高與主跨比宜選用0.30—0.45；而懸索橋塔高與跨徑比不宜超過0.25。

3.橋塔截面。橋塔截面的選定除了滿足纜索承重橋梁的強度、剛度及穩定要求以外，還可以在截面局部范圍進行“切角”或“凹槽”處理，在不明顯影響塔柱有效截面前提下，采用凹、凸、十字、圓弧型等切角，在塔柱表面能夠產生縱向線條，再加上光影效果，豐富了表面變化，增強了橋塔的聳立感；同時還能有效降低風阻，增強結構的抗風穩定性[6]。

四、結語

本文通過在“大跨度橋梁”教學過程中有選擇性地介紹橋梁美學相關知識，取得了一些初步的成效，主要體會如下：

1.通過有重點有選擇性地介紹最美橋梁的造型特點，讓學生建立了初步的美學評判準則，使學生懂得欣賞橋梁的美。

2.通過有重點性地分析橋塔結構受力特點與造型美觀的協調統一，結合案例討論了美學知識的應用，加深了學生對橋梁美學知識的理解。

3.通過將力學分析與橋梁美學相結合的教學嘗試，豐富了課堂教學內容，進一步調動了學生課堂學習的積極性，該教學方式也值得進一步探索應用。

參考文獻：

[1]胡曉倫，王慧萍.大跨徑橋梁教學中的“求真務實”[J].教育教學論壇，2015，（10）：141-142.

[2]余丹如.橋梁美學漫談[J].國外公路，1998，（01）：5-9.

[3]梁艷，李亞東.土木專業綜合課程教學改革與實踐——以基于SRTR項目的橋梁美學為例[J].高等教育研究，2015，32（03）：18-20+41.

[4]林選泉，張芳途，劉月琴.斜拉橋主體構件景觀設計[J].城市道橋與防洪，2005，（05）：8-11+1.

[5]涂靜.纜索支承橋梁橋塔的造型及其力學特性[D].長安大學，2005.

[6]趙敏，鄭國棟.懸索橋造型設計的美學分析[J].北方交通，2008，（10）：68-71.