道路橋梁設計中結構化設計的具體應用探討

謝楊 楊繼文 龔成

（1.中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010；2.武漢天興洲道橋投資開發有限公司，湖北 武漢 430010）

由不完全統計報告數據來看，我國在2007-2011 年間共發生了至少17 次大型橋梁坍塌事件，事故導致270 人死亡、111 人受傷、23 人仍下落不明。道路與橋梁發生事故的根本原因大多與其建造質量有關，以上慘痛的數據為設計工作者敲響了警鐘，應該在工程安全性方面多下功夫。就目前正在建設中的道路橋梁工程而言，設計師廣泛采取結構化設計方案，原因有多方面。論效果，結構化設計在多次實踐應用中展現優勢，成為道路橋梁設計中的最佳選擇。論安全性，結構化設計從全局出發考慮到項目的最終質量和安全性能。論經濟性，結構化技術為施工過程提供便利的同時，縮短了工期，節省了成本，使得建設單位獲得最大利益。

1 何為結構化設計

結構化設計顧名思義，是將工程整體視為設計對象的方法。其更為科學的解釋為，在有限的環境中存在許多制約條件，設計為達到某種既定的目標，譬如建造成本低，承重能力強等，而產生的最佳方案。該定義與運籌學的原則相似，旨在找到符合要求的最優解。結構化設計常被用于建設投入資金多，工期較長，對于安全性要求較高的工程項目中，因此其遵循五個原則：①整體功能性原則，在道路橋梁工程中，結構化設計完成既定要求的同時，不能舍棄建造項目的基本功能，要有全局的眼光。②經濟適應原則，結構化設計最終達到的結果一定是最佳的，資金投入也應該是其中考慮到的一部分。③安全性原則，結構化設計的終極目標就是確保道路橋梁工程的整體質量。④環境保護原則，目前所倡導的生態文明建設也是結構化設計中不容忽視的細節。⑤構件特殊性原則，道路橋梁工程中不同的組成構件對于安全性的規定也需要融入到結構化設計中。

2 為何要在道路橋梁設計中應用結構化設計

2.1 滿足現狀的需求且具備靈活性

結構化設計對于道路橋梁領域來說是一個全新的名詞，應用的時間短，但達到的效果卻是極佳的。從傳統道路橋梁設計與結構化設計的對比中可知，結構化設計具有相當大的優勢。從靈活性分析，傳統設計方法具有非常大的局限性，它只是在機械化步驟的基礎之上形成可行的建造方案，而結構化技術是在可行的方案中挑選最佳項。從現狀需求角度來說，傳統設計方案普遍通用，欠缺對于現實狀況的把握。而結構化設計恰恰相反，以目前道路橋梁工程而言，大多是難度系數極大的項目，又面臨資源稀缺且建造結構繁雜的困難，結構化設計會結合建設要求篩選出最有效的方案。結構化設計理念處于動態變化狀態，不僅體現其靈活性特點，還彰顯其時代必然性的本質特征。

2.2 為現場施工提供準確的依據

結構化設計最新穎的點體現在其遵循整體到部分的原則。具體解釋為，從整體要求出發對道路橋梁工程進行簡單規劃，在將目光放于工程中的每一個部分，并對該部分的設計進行詳略兩種分析，形成兩份設計報告。詳細的設計報告無疑是給現場施工提供了更多可靠的依據，以往在施工之前，設計師要與施工隊伍進行技術的交底工作，繁瑣又麻煩。結構化設計在無形中省略了該環節，設計師在設計圖中明確的介紹了各部分的具體操作，采用哪種材料，使用什么技術手段等，施工隊伍可以一目了然。環節的減少也意味著施工提前，工期可能會縮短，結構化設計對于施工工作的開展有著巨大的價值。

3 怎樣在道路橋梁設計中應用結構化設計

3.1 在材料選擇與使用方面的應用

結構化設計在材料選擇與使用方面的應用多體現于混凝土材料。混凝土是道路橋梁結構的填充物，直接決定了工程的質量。結構化設計中對于混凝土施工技術的設計主要是針對材料的選擇和使用兩個部分。對材料的選擇而言，混凝土這種材料相對特殊，是通過制造得到的，因此結構化設計就針對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，同時固定水泥、砂、石的磅秤標準，設計中規定一定不能忽視骨料中含水率的測定，因為這是確定準確用水量的關鍵。第二步是按照裝料的順序進行裝車，設計中指出一般是先裝石子，然后是裝水泥，最后裝砂子。結構化設計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行分裝，使用時與粗細骨料一同加入。第三步是按照要求攪拌，攪拌一定要遵循結構化設計要求，如需摻入外加劑，要注意調整攪拌時間。另外，結構化設計為保障混凝土的制備質量，描述細節時提出攪拌過程開始前要經過相關人員的坍落度和易性等鑒定。對材料使用而言，混凝土的使用需要符合道路橋梁工程對于承重能力、安全性能和使用期限的要求，結構化設計中指出鋼筋混凝土具有其特殊的化學屬性，一旦出現腐蝕狀況，就會導致整個工程項目的質量受到威脅，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縮減。因此，在現場施工的過程中可以采取增加保護層的思路來解決問題。

3.2 在工程性能方面的應用

道路與橋梁工程面臨的在大難題就是如何應對陰雨天氣，這些外界因素很可能會對工程的質量造成影響，結構設計在該方面的應用發揮了巨大的優勢。提高道路橋梁抵御不良外界環境的能力要從其建造材料入手，結構化設計中考慮到這一點，明確指出應該選擇高密閉性的混凝土材料，以免積水滲透對整個工程結構造成威脅。除此之外，結構化設計指導進行的防水性能檢測中，要求施工人員重視路面狀況，觀察其是否粘結完好，是否出現起皮脫皮的現象。同時還要關注排水管道的布局，避免松散布局導致雨水滲透到道路橋梁的結構之中而產生不良后果。

4 結束語

總的來說，道路橋梁設計采用結構化設計模式是發展推動的結果。結構化設計采用由整到分的大致思路，然后進行模塊的劃分，針對不同的模塊產生不一樣的設計方案，概括的方案用于對整個道路橋梁工程項目的展望，詳細的方案用于對施工過程的指導和規范。道路橋梁工程是國家重點惠民工程，其安全性能是最不容小覷的，結構化設計是符合要求的，且具備人性化特點，是建筑設計單位的不二之選。