道路橋梁設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用探討

謝楊 楊繼文 龔成

（1.中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430010；2.武漢天興洲道橋投資開(kāi)發(fā)有限公司，湖北 武漢 430010）

由不完全統(tǒng)計(jì)報(bào)告數(shù)據(jù)來(lái)看，我國(guó)在2007-2011 年間共發(fā)生了至少17 次大型橋梁坍塌事件，事故導(dǎo)致270 人死亡、111 人受傷、23 人仍下落不明。道路與橋梁發(fā)生事故的根本原因大多與其建造質(zhì)量有關(guān)，以上慘痛的數(shù)據(jù)為設(shè)計(jì)工作者敲響了警鐘，應(yīng)該在工程安全性方面多下功夫。就目前正在建設(shè)中的道路橋梁工程而言，設(shè)計(jì)師廣泛采取結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方案，原因有多方面。論效果，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在多次實(shí)踐應(yīng)用中展現(xiàn)優(yōu)勢(shì)，成為道路橋梁設(shè)計(jì)中的最佳選擇。論安全性，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)從全局出發(fā)考慮到項(xiàng)目的最終質(zhì)量和安全性能。論經(jīng)濟(jì)性，結(jié)構(gòu)化技術(shù)為施工過(guò)程提供便利的同時(shí)，縮短了工期，節(jié)省了成本，使得建設(shè)單位獲得最大利益。

1 何為結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)顧名思義，是將工程整體視為設(shè)計(jì)對(duì)象的方法。其更為科學(xué)的解釋為，在有限的環(huán)境中存在許多制約條件，設(shè)計(jì)為達(dá)到某種既定的目標(biāo)，譬如建造成本低，承重能力強(qiáng)等，而產(chǎn)生的最佳方案。該定義與運(yùn)籌學(xué)的原則相似，旨在找到符合要求的最優(yōu)解。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)常被用于建設(shè)投入資金多，工期較長(zhǎng)，對(duì)于安全性要求較高的工程項(xiàng)目中，因此其遵循五個(gè)原則：①整體功能性原則，在道路橋梁工程中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)完成既定要求的同時(shí)，不能舍棄建造項(xiàng)目的基本功能，要有全局的眼光。②經(jīng)濟(jì)適應(yīng)原則，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)最終達(dá)到的結(jié)果一定是最佳的，資金投入也應(yīng)該是其中考慮到的一部分。③安全性原則，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的終極目標(biāo)就是確保道路橋梁工程的整體質(zhì)量。④環(huán)境保護(hù)原則，目前所倡導(dǎo)的生態(tài)文明建設(shè)也是結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中不容忽視的細(xì)節(jié)。⑤構(gòu)件特殊性原則，道路橋梁工程中不同的組成構(gòu)件對(duì)于安全性的規(guī)定也需要融入到結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中。

2 為何要在道路橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)

2.1 滿足現(xiàn)狀的需求且具備靈活性

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)對(duì)于道路橋梁領(lǐng)域來(lái)說(shuō)是一個(gè)全新的名詞，應(yīng)用的時(shí)間短，但達(dá)到的效果卻是極佳的。從傳統(tǒng)道路橋梁設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)的對(duì)比中可知，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。從靈活性分析，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法具有非常大的局限性，它只是在機(jī)械化步驟的基礎(chǔ)之上形成可行的建造方案，而結(jié)構(gòu)化技術(shù)是在可行的方案中挑選最佳項(xiàng)。從現(xiàn)狀需求角度來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案普遍通用，欠缺對(duì)于現(xiàn)實(shí)狀況的把握。而結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)恰恰相反，以目前道路橋梁工程而言，大多是難度系數(shù)極大的項(xiàng)目，又面臨資源稀缺且建造結(jié)構(gòu)繁雜的困難，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)會(huì)結(jié)合建設(shè)要求篩選出最有效的方案。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)理念處于動(dòng)態(tài)變化狀態(tài)，不僅體現(xiàn)其靈活性特點(diǎn)，還彰顯其時(shí)代必然性的本質(zhì)特征。

2.2 為現(xiàn)場(chǎng)施工提供準(zhǔn)確的依據(jù)

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)最新穎的點(diǎn)體現(xiàn)在其遵循整體到部分的原則。具體解釋為，從整體要求出發(fā)對(duì)道路橋梁工程進(jìn)行簡(jiǎn)單規(guī)劃，在將目光放于工程中的每一個(gè)部分，并對(duì)該部分的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳略兩種分析，形成兩份設(shè)計(jì)報(bào)告。詳細(xì)的設(shè)計(jì)報(bào)告無(wú)疑是給現(xiàn)場(chǎng)施工提供了更多可靠的依據(jù)，以往在施工之前，設(shè)計(jì)師要與施工隊(duì)伍進(jìn)行技術(shù)的交底工作，繁瑣又麻煩。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在無(wú)形中省略了該環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)圖中明確的介紹了各部分的具體操作，采用哪種材料，使用什么技術(shù)手段等，施工隊(duì)伍可以一目了然。環(huán)節(jié)的減少也意味著施工提前，工期可能會(huì)縮短，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)對(duì)于施工工作的開(kāi)展有著巨大的價(jià)值。

3 怎樣在道路橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)

3.1 在材料選擇與使用方面的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)在材料選擇與使用方面的應(yīng)用多體現(xiàn)于混凝土材料。混凝土是道路橋梁結(jié)構(gòu)的填充物，直接決定了工程的質(zhì)量。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中對(duì)于混凝土施工技術(shù)的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)材料的選擇和使用兩個(gè)部分。對(duì)材料的選擇而言，混凝土這種材料相對(duì)特殊，是通過(guò)制造得到的，因此結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)就針對(duì)其制備提出一部分剛性要求。第一步是按照配比確定原材料的用量和車輛的重量，同時(shí)固定水泥、砂、石的磅秤標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)中規(guī)定一定不能忽視骨料中含水率的測(cè)定，因?yàn)檫@是確定準(zhǔn)確用水量的關(guān)鍵。第二步是按照裝料的順序進(jìn)行裝車，設(shè)計(jì)中指出一般是先裝石子，然后是裝水泥，最后裝砂子。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中提到摻合料要隨水泥一同裝車，外加劑通常是按照用量進(jìn)行分裝，使用時(shí)與粗細(xì)骨料一同加入。第三步是按照要求攪拌，攪拌一定要遵循結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)要求，如需摻入外加劑，要注意調(diào)整攪拌時(shí)間。另外，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)為保障混凝土的制備質(zhì)量，描述細(xì)節(jié)時(shí)提出攪拌過(guò)程開(kāi)始前要經(jīng)過(guò)相關(guān)人員的坍落度和易性等鑒定。對(duì)材料使用而言，混凝土的使用需要符合道路橋梁工程對(duì)于承重能力、安全性能和使用期限的要求，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中指出鋼筋混凝土具有其特殊的化學(xué)屬性，一旦出現(xiàn)腐蝕狀況，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工程項(xiàng)目的質(zhì)量受到威脅，承重能力大幅度降低，安全性能直線下降，道路橋梁的使用期限也相對(duì)縮減。因此，在現(xiàn)場(chǎng)施工的過(guò)程中可以采取增加保護(hù)層的思路來(lái)解決問(wèn)題。

3.2 在工程性能方面的應(yīng)用

道路與橋梁工程面臨的在大難題就是如何應(yīng)對(duì)陰雨天氣，這些外界因素很可能會(huì)對(duì)工程的質(zhì)量造成影響，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在該方面的應(yīng)用發(fā)揮了巨大的優(yōu)勢(shì)。提高道路橋梁抵御不良外界環(huán)境的能力要從其建造材料入手，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)中考慮到這一點(diǎn)，明確指出應(yīng)該選擇高密閉性的混凝土材料，以免積水滲透對(duì)整個(gè)工程結(jié)構(gòu)造成威脅。除此之外，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)指導(dǎo)進(jìn)行的防水性能檢測(cè)中，要求施工人員重視路面狀況，觀察其是否粘結(jié)完好，是否出現(xiàn)起皮脫皮的現(xiàn)象。同時(shí)還要關(guān)注排水管道的布局，避免松散布局導(dǎo)致雨水滲透到道路橋梁的結(jié)構(gòu)之中而產(chǎn)生不良后果。

4 結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，道路橋梁設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)模式是發(fā)展推動(dòng)的結(jié)果。結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)采用由整到分的大致思路，然后進(jìn)行模塊的劃分，針對(duì)不同的模塊產(chǎn)生不一樣的設(shè)計(jì)方案，概括的方案用于對(duì)整個(gè)道路橋梁工程項(xiàng)目的展望，詳細(xì)的方案用于對(duì)施工過(guò)程的指導(dǎo)和規(guī)范。道路橋梁工程是國(guó)家重點(diǎn)惠民工程，其安全性能是最不容小覷的，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是符合要求的，且具備人性化特點(diǎn)，是建筑設(shè)計(jì)單位的不二之選。