城市桥梁美学创作「现代桥梁美学特点」

今天神州网小怡分享城市桥梁美学创作「现代桥梁美学特点」一文，希望对您有帮助。

桥梁是交通运输系统中的重要一环，桥梁的发展与社会文明进程相辅相成。随着现代社会对桥梁需求的日益增加，其影响力也愈发厚重。

桥梁的审美受各种不同因素影响，其中最重要的就是形式（FORM）、协调（HARMONY）、比率（PROPORTION)和比例 (SCALE）。可以说，在设计程序开始时，就要充分考虑桥梁建成后的外貌。

当代桥梁设计师要有审美概念

原始的桥梁相当简单，多由天然的石块或树干构成，谈不上外貌的美观或审美的标准。

早期的桥梁，因为材料的限制，多是石拱的形式，桥梁的外貌变化不大。随着建筑材料与结构设计的发展，钢铁、混凝土等被用于桥梁工程，这些新的建筑材料给予桥梁设计者在桥的形式、比率和比例的变化、环境协调等方面提供了更多的选择及变通之处，这也是对设计者的挑战。

桥梁工程师的训练大多着重于规制与逻辑方面。大部份工程师都可以设计出合乎规范且可行的方案，但有些经验不足的设计者会提出一些丑怪、杂乱、甚至令公众受到损害的设计。这可能源于设计者对审美方面的无知，也可能因为设计者或其上级对工程方案建成后的外貌缺乏认真考虑。无论什么原因，都容易遭至公众言论的非议。

要改善这些情况，有两点必须留意：首先是桥梁设计人员，在设计课程中应加入桥的审美基本原则；其次在设计程序开始时，要充分考虑到桥梁建成后的外貌。

一般工程师对审美的概念都不大熟识，这是因为在学校教育中没有讲及，在后来的专业工作中也少有研究。虽然审美的评价具有主观性，特别对一些并不常见的桥梁设计，审美的理解程度因人而异，但审美的概念在一定范围内是可以评定的。对审美概念有认知的鉴定人之间的意见不会相差太远，而对此本身没有认知见解的人就会有很大的差别。

工程师通常会用一些简单的辅助公式或图表来完善他们的设计，如下图，这是表现审美概念主要因素间的关系。其中最重要的四个因素是形式(Form)、 比率(proportion)、协调(Harmony)和比例(scale)，其他因素则是从这四种主因素引出或变化所得。还有一些因素，如规律、精确及经济等也都相当重要，它们使审美在一定程度范围内得到量化，帮助设计者做出一个外形美观，更为大众接受的作品。

审美概念及因素

现代科技为结构形式提供更多选择

影响桥的外貌最重要的因素是其结构形式。

横梁式桥是最原始的形式，如石板桥，树干桥等。随着工业革命的发展，钢铁、钢筋混凝土及预应力混凝土等都应用到桥梁工程上，桥的跨度增加，外貌也有了很大的变化。横梁的深度通常不变，但当跨度增长到一定程度时，要设计悦目的外形就相当困难。梁的细长度(Slenderness)，即L/D之比率，可以说是外貌设计中最重要的判断准则。L是指纵梁的跨度，D当然是纵梁的深度。梁的细长度可以令桥身产生笨重压抑或是轻巧简洁的观感。细长度通常应介于5至30之间，而连续梁可以达到45。

当细小的高架桥有巨大的桥台时，细长度为5是一个较好的比例。而当跨阔比跨高大时，则细长度应选择为10。

现在的拱桥大部分选用混凝土而不用石拱，因为钢筋混凝土可以承受更大的压力，跨度与跨高的比率得以大大增加。所以，跨度较大的桥可以只用单一跨拱，多孔拱桥虽然简洁，但比较笨重。另外，抛物线变截面的外形比半圆或椭圆形的拱更好看。扁平的拱，拱顶不应太薄，否则易产生不稳定、与面墙不平衡的现象。通常拱桥的跨度与跨高比率不大于7，大面积密闭的面墙有时要在两旁开孔，以减轻自重，看起来不过于笨重臃肿。

因为外形线条的原因，拱桥建造过程中要用上很多的劳力，而斜腿门式刚架桥不但可以轻易地跨越山谷，还有轻巧的外貌，很大程度上它已经取代拱桥。细薄的斜腿配合粗厚的纵梁或斜腿过陡（大过60度），都会感觉不安稳，斜腿最佳的形状就是斜腿的尺寸由底向上渐增。

悬臂桥（伸臂梁桥）是比较现代化的桥梁建筑形式，19世纪已用于大跨度的钢结构铁路桥梁, 例如英国的福斯桥(Forth Bridge)。现在这类桥梁可以利用混凝土建造，使外形更优美。为了合乎力学的要求，一般伸臂的长度约为跨度的0.15倍，这种形式最适合用于市区的高架桥。桥的伸臂可以现浇，中间的悬跨通常都横过道路交叉点，桥身则可以用预制件，在夜晚路上车辆较少时进行安装。

悬臂桥

英国福斯桥(Forth Bridge)

斜拉桥的刚性比一般悬索桥好，并且外形轻巧简洁，近年来应用较多。桥的拉索有两种形式，最自然、最合乎技术设计的是扇形，其全部拉索都是由塔顶向下成放射形。而另一极端是竖琴形，拉索自塔顶沿塔身向下均分成平行线。为了外形美观、桥身通透，拉索的锚固不能突出桥边，两边的边跨通常要比主桥跨小，多为主跨的0.3到0.4倍。汲水门公铁两用斜拉桥, 主跨为430m, 两边跨为160m；汀九大桥为三塔(独柱) 四跨, 即127m 448m 475m 127m；而昂船洲大桥也是独柱斜拉桥, 主跨1018m，两边跨都是298m。近年很多斜拉桥通过建造不同外形的吊塔，使外观更加美观悦目。

悬索桥的主钢缆在空中可形成优美的曲线，加之桥的跨度比较大，容易产生协调的美感。与斜拉桥一样，边跨通常比主跨小，约为主跨的0.2至0.3倍之间。青马大桥公铁两用, 主跨为1,377m, 两边跨分别为355.5m和288m。计划中的青龙大桥主跨为1,418m, 而两边跨分别为275m和236m。随着气体动力学的发展，流线型桥身截面设计可以使桥的外貌更加轻巧。青马大桥的桥身高达7.6m, 但远看仍十分秀丽，桥塔通常比较高, 达200m以上。所以主塔柱的宽度应向上渐渐缩小，如果上下尺寸不变, 远距离看会产生塔柱上宽下细的错觉。

以上桥的各种不同形式的选择是基于多种条件，如桥的功用、建桥的地点、跨度、支柱，以及经济方面的考虑。

桥梁的审美要综合考量

在桥梁审美中，比率、比例、协调等因素会对桥的视觉效果产生很大的影响。

比率

比率是指尺寸之比或各种比的方案，桥的特性受到比率的强烈影响。例如，宗教的建筑物通常会利用夸张的高度来突出其威仪，产生令人敬畏的感觉。

一座桥的主要比率，通常要考虑以下几方面因素——

◆ 柱的高度和桥的跨度

◆ 桥宽和跨度

◆ 上部结构的厚度和桥的跨度

有名的黄金比率A: B=B:(A B), 即是1:1.618，这是悦目的长方形比率。遗憾的是，这个简单比率与形状繁杂的排列并无多大关系，优良的设计不应完全靠引用数学公式而获得。

拙劣比率的建筑物，会产生不良的观感。导致这类错误的典型例子就是过于依赖两方向的平面图。一座桥，事实上是一个三方向的立体结构，不能从两方向的平面图中去体会，用合乎比例的立体模型来确定设计概念是必要的。

支配比率的各种因素

比例

比例就是考虑尺寸及大小间的关系。从空间整体看一座桥，其视觉效果与周围事物是相关联的，与附近的建筑物、道路、地形有关，这就是桥与整体的比例。

因为体积庞大，桥梁被视为地域上醒目的景物。如果一座桥不是作为主体布置，就要相应地降低其与整体的比例。这就是为什么市区内的立交桥通常都设计成细长的外形。

当近距离观察桥结构时，构件间的比例和纹理显得十分重要。虽然桥梁的大小在很大程度上是基于桥身宽度、跨度等要求，但外形比例仍有许多可变之处。例如，桥边的栏杆可选择闭合式或开放式，桥墩用一组纤细的支柱有时比用一根粗大支柱更合乎比例。

协调

桥梁必须与四周环境自然协调，而桥本身的构造也要互相调和统一。

要把一座桥协调地放进市区现存建筑物之间，或是放于郊野自然环境中，都是相当不易的，因为桥的周围有许多各异的形状、颜色，这些物理条件不是桥梁设计者所能控制的。不过，我们可以把问题简化，例如只考虑醒目的景物和重点建筑物，或是把应注意的要点控制在可以处理的范围内，即把现场事物的形状、纹理、颜色等重复引用到桥的设计上。

把握韵律、纹理和颜色对比

韵律

韵律在桥的设计中，就和音乐相同，由一些特征或特色重复排列而成，这些特征当然要简单一致。重复的特征应尽可能同邻近的细节相调和。例如，在一座长桥的设计中，桥的跨度应大致相同，保持统一韵律，即跨度与跨高之比保持不变。

节奏通常是指重复的特征互相兼容协调。如栏杆支柱、电灯柱、桥支柱等，它们之间的距离要互相协调。

不注重韵律和节奏，会使结构看起来混乱无规则，从而对结构是否合理产生怀疑。

纹理

表面的纹理会对桥的外貌产生很大影响，所以要留意选择。不同的纹理可以在同一结构中共同使用，由此改进外貌的比率，提升明暗比和品味，突出桥台与上部构件的不同功能。

混凝土要避免大面积的平滑清水面，因为面积大容易有瑕疵，使缺点突出，并且容易受风化影响。此类表面可以利用槽坑、肋棱和纹理来淡化。

不规则肋棱的好处是可以减少城市牛皮癣广告粘贴。石锤琢面则造价贵，只可用于狭的表面，如女儿墙等地方。显露砂石的纹理，可用水洗、刷扫或喷砂而成，用这种方法处理的混凝土质量要好，砂石比也要均匀。模板内用特别的橡胶或其他软的材料作衬底，可以产生意外的效果。处理后的纹理经风化、污水摩擦、霉菌或积尘，都会对外表造成影响，需要特别留意。

粗糙的表面大多适用于桥台桥墩，而平滑的表面大多适用于面梁、大梁和轻巧的桥柱等。

颜色

混凝土在拆模板后大多十分洁亮，随着风化作用，其光亮程度自然减低，不至于太炫目。所以建筑用的混凝土大多不加颜色，这也可以减少不必要的维修费用。

但是人行桥，特别是有上盖的人行桥或钢结构中，颜色的使用特别重要。在郊野中，利用淡褪的颜色来调和相类景物十分有效。使用不同色调可以有效地突出构件的形式和功用。例如主结构用一种颜色，而非结构构件，如栏杆等，可用另一种颜色。鲜明耀目的颜色通常不用，但在某些场合，例如暗淡的旧市区、运动场、学校等，黄和红等强烈的颜色，可以带来鲜明的视觉效果。

在选择桥边梁、伸臂、栏杆等的比例时，应使其影可投射在桥身，以突出桥的形式，但不应使构件与投影看起来互相分离或变形。下图说明不同比例的桥边梁有不同的投影，产生不同的感觉。但在香港，这种明显的明暗对比却不像高纬度地区那么强烈，所以有时要借用白水泥或混合不同纹理处理来达到相同的效果。

阳光对不同桥侧的影响效果

功能表达与视觉稳定

桥梁的主要功用是交通运输，这种功能最好是利用平滑曲线表达出来。在这一方面，下图列举了一些实例。事实上，弯曲的道路曲线是桥梁设计者最好的盟友，因为利用曲线更容易获得平滑及通顺的结构。相对来说，锐曲线之间只用直线来连接会感觉不流畅。

设计的基本原则就是外形与内在功能相协调。结构的每一部分都要清楚地表达其可以负担的职责。例如，桥墩底部必须稳固，桥柱底部不能建得太小，柱身也不能向外扩展开太多，否则会使外形和功能有不匹配的危形感。其他一些功能细项，如支承和接缝，都应尽量隐蔽，以免影响桥身主体功能的表达。

桥的功能可用流畅曲线来表达

不稳定的视觉现象

视觉方面，特别是当坐在快速行驶的车内，桥结构看起来应当是相当垂直稳定的。

斜身的桥墩，其倾斜度随着观察者所处角度的不同而变化。倾斜度太大时，会感觉桥面滑倒或桥墩倒下，如桥身有其他斜向的构件，这种感觉会愈发明显。而站立在静止空间观察，梯形的支柱结合长而曲线形的桥身，也会在视觉上产生构件形状不断变化，或向不同角度倾斜的幻觉。

用梯形支柱可引起视觉不稳定的现象

如果桥的上部结构是基于双数的模数，就会产生所谓不能解决的二元性(unresolved duality），这种现象与视觉的不稳定性十分相近。例如，一座两孔的拱桥，观察者的视线通常会由一拱的中线向另一拱的中线转移，因而产生不稳定和失落感。

当桥中央的支柱和桥的最高点相重在一起时，会产生不良的视觉效果。桥身似乎从高点向外垂，既缺乏统一感，又像是在能自承的单孔拱中点上加了一条支柱，与其功能不相匹配。所以，要想结构悦目，不单要看起来稳定，还要合情合理。

由不解决的二元性所引起视觉不稳定的现象

克服幻觉 美化保养

幻觉

视觉理解和感觉也受幻觉影响，如果设计者不想其设计物的外貌被误解，那就得研究并克服这种现象。可以说，幻觉是在安排和组织正确比例中的最大障碍，这也是为何要利用模型来检验建成后的结构外貌的主要原因。

对付这种现象最普遍的方法就是抵消幻觉，故意将形状作反面扭歪。例如，一条平直细长的横梁远看是向下垂，所以应把梁向上反拱，用以抵消幻觉。又如高的垂直墙，外顶点看起来会向外倾，如果把墙两端轻微内斜就可以抵消这种现象。

规律、精确和经济

规律、精确和经济这三个因素并没有在图1的表中列出，然而它们对桥的美观有一定的影响。

规律就是把桥结构的线条和镶边作顺次序、有循规的排列。最有效的方法就是限制这些线条方向，全部结构采用同一种梁，如在一连串拱桥间加入横梁接口，当然破坏美感。市区的立交桥要采用同一形色的支柱，支柱间的距离要相等。有时因为扭力的要求，单一桥柱要改为两根分开的支柱，这就破坏了柱间的规律。设计者应改良其结构设计，把扭力支承改在桥台，以求保持规律。

桥的外貌形状需要精确地描写出来。在视觉上，主桥和引桥的栏杆应是连续、平滑、不间断的。平滑的桥身底线也不应被桥台、桥柱顶及柱顶的支承所中断。桥柱、栏杆、灯柱及其他垂直构件的垂直线一定要看起来不曲、不断，很流顺。

经济因素也会影响比率、协调及比例方面的质量。过度的修饰，会增加建造费用。如果使用不锈钢的行人扶手，虽然建造成本增加，但可以减少长期维修费用，也能增加结构的高贵性，长远来说是值得的。

桥通常只有简单、明显及有限度的功能，这应在其简单平实的外貌上反映出来。当然，市区的桥梁不应像郊区桥梁那般单调朴实。

园艺美化和保养

桥与周围景物紧密相连。事实上，环境与结构不可避免是互相矛盾又相辅相成的。桥梁工程师在设计时要尽量减少桥结构对现场环境的影响，也要考虑善后问题。例如，桥梁建造过程中不可避免地要砍伐一些树木，工程完成后要植树以作补偿；市区立交桥的周围，可加上一些人工布置的园艺美化工程方案，以减少桥梁对环境的冲击；在桥台墙前种植一些花草树木来庇护灰色混凝土墙，用以缓和对环境的影响；也可把桥底的空旷无用处改建为公众休息活动的场所等。

在桥有效使用期内，我们一定要尽力去保持其容貌。除了人为因素外，雨水和风化是破坏桥外貌的主因，合理的细节设计能降低表面受雨水污染的程度。近乎水平的平面容易积尘，应该向两旁微倾，以便尘垢被雨水带走。桥边要适当地加凹槽，以免雨水带着尘埃四处流淌，留下难看的水渍。接缝也要小心设计，防止施工漏水。耐用的建筑材料可以降低风化的影响，正确的施工程序可以保证工程的质量，使桥更加耐用。

总而言之，建筑物初期和长期的外貌要依靠健全、正确的施工程序及一套系统的定期保养维修规划。

香港昂船洲大桥

行政管理 改善设计

大部分的桥梁设计者，都可以轻松地提出合乎设计规范及有条理的工程方案，当然它不一定十分突出和优美，但丑陋、杂乱无章以及受到公众言论攻击的桥也十分常见。这通常是因为一些缺乏经验的设计者，只注意结构上的安全性，太着重于结构分析设计，因而忽略桥外貌的重要性。事实上，监理工程师应该对其下属清楚指出，桥的外貌会影响大众每天的生活，它与结构设计同样重要。不幸的是，一些监理工程师本人对桥的外貌美观无知，或者是在设计初期不认真查核，到后期虽然发觉桥的外观并不美，但犹豫不决，不想因改方案而延迟工程进展。更有甚者，因为担心批评方案会伤害其与下属的感情，而不认真更改设计。

这样的情况在香港也时常出现，因而不时出现一些拙劣、外貌丑陋的桥。为了改善这方面的问题，1984年，由专业人士组成的“桥梁及有关建筑物外貌审核委员会”在香港特别行政区路政署成立，由路政署助理署长(资深土木工程师)担任主席(注：本文作者曾任主席及委员多年)。委员会每月召开方案研讨会，方案的设计者也被邀请参加，以求方案尽善尽美。香港私人或政府兴建的桥梁及有关结构物，如人行桥、挡土墙、人行隧道等，都要在初步设计时呈交方案以供讨论，经过委员会批准后才能进行详细设计，以求桥梁及有关结构物外貌尽善尽美，并与四周地理环境相协调。所以，桥的外形、支柱形状、排列方式和比例、颜色及装饰等都要详细考虑。

委员会刚成立时，委员会成员都倍感压力。因为当时呈交的很多方案都已完成细节设计，很快就要招标承建，一旦更改设计方案，工程完工的期限就要延迟，工程造价也可能增加。为了桥的外貌有所改进，也为了公众利益，即便当时受到其他政府部门及一些顾问工程师的非议，委员会还是按原则公正办事，顶住压力，对桥的外貌尽善尽美。经过多年的努力坚持，大家对委员会的工作有了十分的了解，桥梁设计者也比以往更加注意桥梁外貌的美观问题。

现在的工程教学，往往只教导结构的分析与设计，很少提及建筑物建成后对环境的冲击，以及桥梁外貌审美的概念。如果在常规的理论课程中加入一些审美课程，可更正这方面的问题。除此之外，在设计初期，应鼓励设计者与有关工程师和业主深入讨论设计物外观，加强对审美的关注。

然而，用行政管理方法只是治标不治本，如果在教育和实际工作中加强桥梁美学的传播，尽力推行以上各种计划，桥梁的设计水平自然可以提高，“桥梁及有关建筑物外貌审核委员会”也可以解散了。

作者：刘正光

作者单位：艾奕康有限公司（AECOM Asia Co Ltd）