目前，我國城鎮化建設已進入高質量發展階段，城市環境和市政建設品質越來越受到人民群眾的關注。橋梁作為城市公共服務設施的重要組成，在城市風景、城市環境中扮演著越來越重要的角色。景觀橋創新設計理論和方法的研究將成為橋梁工程專業未來的新熱點之一。

近年來我國橋梁景觀設計備受政府和公眾的關注。由于景觀橋具有多元屬性特征，涉及交通、土木、建筑等多個專業的協調、融合，且國內外景觀橋的研究多針對橋梁形態的美學判斷或結構具體力學問題展開研究，很少將景觀橋作為獨立概念進行設計理論和設計方法的研究分析，因而缺乏景觀橋從美學理念到結構實現的系統性結構賦形理論和實踐方法研究。

傳統的橋梁結構的設計理論和方法已經很難適應現階段景觀橋設計的高品質要求，造成許多復雜造型、異形結構景觀橋的美學設計和結構設計產生嚴重脫節的問題。

由于景觀橋的多專業融合與多元屬性特性，其在設計中往往需要兼顧功能、結構、空間和美學需求。景觀橋復雜多元的功能要求經常與結構的邏輯理性要求相齟齬，尤其景觀橋美學設計思維的發散性與結構設計的規范性之間的矛盾更是難以調和。由于傳統橋梁結構設計方法是在既有橋梁結構體系框架下進行設計，因此也和景觀橋的結構創新追求之間存在矛盾。

景觀橋結構賦形創新設計方法的研究，為解決這些景觀橋設計領域存在的難點問題，提供了一條切實有效的技術實現路徑。

結構創新是景觀橋設計美學實現的最重要方法，本研究針對美學賦形中的結構創新設計方法進行研究，突破了傳統橋梁結構設計的固有思維，使結構創新設計有了明確的理論支撐和可操作的實踐方法，使得景觀橋結構體系創新能夠科學、有序地開拓、發展，避免結構創新設計落入“怪、奇、異”的反邏輯創作陷阱。

該研究的重要意義在于實現了景觀橋結構賦形的多元可能和結構創新的多樣性，解決了景觀橋在美學設計方面的多元需求；將結構設計與美學設計相融合，實現了美學感性和工程理性的和諧，有助于為社會創造更多的橋梁精品，滿足人民群眾對美好生活的向往。

本研究針對景觀橋從美學理念到結構創新實現之間的賦形難題，通過大量工程實踐和理論方法研究，從結構體系創新角度出發，以景觀橋的美學實現為目標，創造性提出了多段迭代和陣列組合兩種重要的結構賦形創新設計方法，并在工程中進行實踐驗證，獲得了良好的應用成效。

景觀橋具有結構體系復雜、功能需求多元的特征，因此在結構體系設計時，需要突破常規橋梁結構的設計方法和模式，創造出滿足景觀橋功能和景觀需求的復雜結構空間。

多段迭代設計方法在進行結構創新的同時，仍遵循橋梁結構固有的設計邏輯，該設計方法提出通過“父代—子代”的結構演化實現景觀橋的結構創新。

多段迭代設計方法以創新結構和傳統結構之間的內在聯系和力學規律為演變基礎，將目標結構的原型結構作為父代結構，通過結構的變形、扭轉、空間變異等方法實現父代到子代的功能進化，再借由力學分析把握結構演化過程中的性能遺傳特性。

該設計方法通過多次的迭代設計，實現從父代結構到子代結構的功能變異和性能遺傳。

（一）多段迭代設計法應用案例

南京青奧公園跨河橋位于南京市浦口新城核心區，橫跨城南河，連接青奧公園A、B兩個地塊的主場館。平面位于S形變寬曲面上，橋寬14.4～20.5m，設計橋型采用“波浪形”空間曲面鋼桁架橋，全長150m，為三跨連續結構。

圖1 南京青奧公園橋鳥瞰

橋梁結構以基本型等高等截面桁架梁作為0代結構，經過1代豎向波浪形曲線變異，到2代橫向S曲線變寬橫向扭轉形成橋梁的最終形態。

圖2 青奧橋結構迭代過程

（二）青奧橋結構迭代數據分析與討論

通過對三代結構的計算分析，結構在變形演進過程中存在一定程度的性能弱化，但通過合理的構造調整和結構優化，能夠將性能弱化影響降到最低，甚至在抗扭、應力幅值、穩定性等方面性能略有提升。

圖3 0代結構應力及變形分析圖

圖4 1代結構應力及變形分析圖

圖5 2代結構應力及變形分析圖

為了更好地體現結構性能和景觀功能的評價比較，對應力、撓度、振動和功能景觀四個方面進行評價賦分。賦分規則為參考規范允許的控制指標和設計合理指標之間進行差值計算以百分制賦分。

根據賦分結果計算結構性能賦分平均值和景觀功能賦分進行比較，結果如下：

圖6 迭代結構性能與功能演化圖

根據結構性能加權賦分值和景觀功能評價賦分值的變化比較，經過兩代結構迭代演變，結構性能僅下降了約14%，仍然在規范允許的合理范圍內，景觀功能提升了約50%，大大改善了景觀效果，滿足了建設方提出的“景觀獨特、結構新穎”的設計要求。同時，橋梁建成實景也達到了預期的還原度。

圖7 浦口青奧公園橋建成效果

本橋憑借獨特的結構造型、先進的設計理念和創新的設計技術獲得2019年世界人行橋獎金獎。

橋梁結構是一個龐大的系統工程，是由受拉、受壓、受彎等多種基本結構構件有機結合、協同工作而形成的結構體系。

結構創新設計需要打破傳統的結構體系組合模式，通過創新設計方法產生更多的創新結構體系。

陣列組合設計方法提出將單一結構構件根據功能和景觀需求分解成多個結構構件，再通過這些結構構件的陣列組合重構，形成新的橋梁結構體系，從而實現結構形態和功能的創新。

該方法通過計算機參數化設計能夠快速生成多個橋梁結構組合方案，極大提高了結構創新的效率。

（一）陣列組合設計法應用案例

威海石家河大橋位于威海市東部濱海新城松澗路上，東西穿越石家河公園，長約1.5Km，其中跨越石家河主橋長約200m。道路等級為城市主干路，雙向六車道，道路寬度39米。

橋梁方案構思靈感來源于展翼翱翔的海鳥形象,結合橋梁結構的受力特征，營造富有海洋特色的橋梁建筑景觀。

圖8 石家河橋美學設計意向

采用陣列組合設計法，通過對拱肋分肢組合、多連桿排列結構構件的解構重組，創造出了多種多樣的拱橋形態組合。再根據橋梁的美學意向，最終確定了橋梁結構體系組合模式。

圖9 使用陣列組合法對結構賦形

（二）石家河橋陣列組合數據分析與討論

根據陣列組合法最終形成的拱肋組合形式,中間拱肢長、低，兩側拱短、高，拱片間通過橫向V形連桿聯系成整體,V形連桿隨著拱肋的位置變化而轉動，形成富有韻律感的運動序列,并與中拱直吊桿、邊拱斜吊桿對應連接形成合理傳力路徑,實現了建筑造型、橋梁功能和結構受力的統一。

結構體系采用梁體系為主、拱體系為輔的拱梁體系聯合受力模式，既充分利用了變截面PC連續箱梁的承載優勢，又減輕了多肢拱肋的受力壓力；在保證大橋結構安全性、經濟性的同時，使拱肢優美輕巧的建筑造型得以實現。

圖10 賦形后結構受力分析

結構分析結果表明：結構穩定安全系數為10.8，具有足夠的結構穩定安全性。彈性階段標準組合，鋼結構拱肋正應力最大值為-178.3Mpa，符合規范要求。

陣列組合法既可以將構件作為單獨受力構件進行分析，又考慮了陣列構件的相互作用影響。因此在設計中靈活運用了這種組合結構的特點，采用動態平衡設計思路：三根拱肋之間不采用閉合連桿體系，而是采用開放式V撐結構，使三根拱肋之間實現空間力系的動態平衡。

動態平衡的核心思想是：當每一根獨立的構件實現力的平衡，那么結構空間力系整體也就實現了平衡。這種動態平衡設計思想很好地與陣列組合設計方法相適應，解決了結構在“解構-重構”過程中的系統集成問題。

圖11 陣列組合動態平衡受力示意

威海石家河大橋通過陣列組合方式實現了景觀橋從美學設計到結構賦形之間的無縫過渡；通過不同形態、矢跨比和長度的拱肋結構相組合，實現設計美學意向表達；通過空間力系動態平衡實現各拱肋受力的平衡和協同作用。橋梁的景觀效果和結構受力均達到了預期目標，使橋梁成為威海濱海灣新區的標志性景觀。

圖12 石家河橋建成照片

我國現階段城市建設已進入高質量發展階段，人民群眾對景觀橋梁提出了更高要求，其建設需求和品質標準也在迅速提升。

目前，國內外景觀橋梁的設計主要依靠結構師的自覺與建筑師的跨界參與，缺乏系統性的理論和方法研究，在美學設計理念和結構賦形實現之間存在較大的隔閡和理念沖突。

景觀橋設計以美學目標和多元功能為導向，要求橋梁結構同時滿足受力、美學和功能的需求。因此，景觀橋結構體系創新成為景觀橋設計中從美學概念到結構賦形實現的核心問題。

本研究通過大量的工程案例實踐，創造性地提出了結構賦形創新設計方法，提出了多段迭代設計方法用于實現傳統結構的再創新。以傳統結構體系為基礎，通過多段逐層演進的方式實現結構性能的遺傳和景觀功能的變異，從而實現結構體系的創新。創造性地提出陣列組合設計方法，將單純的結構構件以不同的形態參數進行排列組合，創造出新的組合結構體系，并通過動態平衡分析理論將這些結構構件有機地組合在一起，形成全新的結構體系。

多段迭代法和陣列組合法通過變形和組合兩條技術路徑，解決了景觀橋美學設計到結構賦形的難點問題，推動了景觀橋結構體系設計的創新。

大量實際工程應用及實踐成效表明，該種方法能夠高效完成景觀橋結構的創新和美學實現，對于我國景觀橋設計技術和理論的發展具有重要意義。

文章來源：橋梁視界