我們為什么設計不好景觀橋梁？（上）
一座橋梁的設計可以是平庸的，可以是傳統的，也可以是創新的。而創新又有多種表現方式，雖然發明也是創新的一個特例，但創新不只是發明，創新是發展和改良，通過用傳統的概念和方法使得我們所設計的橋梁獲得更多價值。而這其中的價值就體現在改善功能，降低生產成本、增強其耐久性和美觀效果上。我們都知道一座成功的橋必須考慮“安全、實用、經濟、美觀”。其中美觀是外在的，是可以看得到的。但這美必須包含她的健康。有病害或者不實用的橋梁都不能算得上美。那么橋梁的美是如何通過概念設計表達出來的呢？
我們橋梁技術人員長期以來一直關注解決概念設計的問題。人們普遍認為，今天許多結構的整體質量還有許多不足之處。技術進步很快，但它們并沒有充分反映出應有的多樣性、美感和敏感性，盡管有一些零星的嘗試，比如下圖的Signature Bridge。很多時候，結構工程師通過重復標準設計而忽略了創意概念設計階段，并且沒有充分貢獻自己的想法來與建筑師進行富有成效的合作。因此，橋梁工程師經常浪費創造建筑文化的機會。那么橋梁工程師該怎么去突破呢？
01
避免固定思維
我們工程師通常要去挑戰合理概念設計的一些毫無根據的假設和先入為主的觀念，這樣才能避免我們在設計橋梁時陷入固定思維中。比如以下幾點，是不是我們工程師們經常會涉及。
第一，每個人都知道鋼板梁、預制混凝土梁、現澆混凝土梁是最經濟的結構。
第二，讓我們使用與之前其他結構相同的設計。
第三，承包商（設計方）容易獲得的橋梁結構形式，并且承包商（設計方）熟悉技術，并且有成套的圖紙。
第四，從區域特色或者整體環境來看，鋼結構或混凝土結構更受歡迎，因此我們將采用相同的結構。
第五，我們一直都是這樣做的，而且經過了時間的考驗。
第六，我們過去沒有這樣做過，為什么要冒險。
第七，無論如何，成本將區分和決定形式、材料和技術，因此為什么要進行所謂的概念設計。
第八，建筑師在實現結構的可施工性方面很麻煩，他們不了解結構工程并且他們的結構不符合成本效益，因此避免他們構思結構。
02
讓美學聯系工程實際
今天，我們可以任意使用最先進的代碼，這些代碼是大數據上可用的高度更新知識的濃縮提取物，先進計算機具有任何可能形式（橋型）的強大計算和分析能力；同時我們具有大量選擇和多樣性的高強度和輕質材料，以及我們還擁有各種強大的建筑技術和設備。盡管取得了這些進步，我們還是多次看到外觀丑陋、不可持續和構思不佳的結構。那么為什么會產生這種現象呢？思考再三，我認為有如下幾點：
從結構工程師教育體系上來看，土木工程是實踐性學科，很多老師在大學課堂上照本宣科，所講內容早已脫離實際。目前大學教育與專業結構工程師之間缺乏聯系。必須有一個專業結構工程師系統來指導大學里的學生，這樣他們才能在專業上取得成功。
大學里的科研實驗室進行大量的研究，也產生并發表了很多先進的成果。同樣必須有一個系統，將在大學實驗室獲得的知識傳授給專業結構工程師、規范和標準，這樣才能形成一個良性循環。目前很多高校科研人員并未把工程實際與科研成果緊密聯系起來。
準則和標準應該以不限制創新和自由思想的方式編寫。
關于計算機軟件。我認為計算機應該成為工程師的奴隸，尤其是在概念設計方面。他們不應該將工程師的思想禁錮在想象工程中，讓他們陷入計算機建模的泥潭。計算機應該僅僅是工程師的工具，把他們從繁重的計算工作中解放出來，但它們不應該成為靈感的源泉。
那么產生并簡要分析了以上限制橋梁美學發展的現象后，作為橋梁工程師，我們該如何去尋找橋梁美學呢？這個時候我們就要了解一些橋梁概念設計。有個學者說過，所謂概念設計定義為一個在與社會文化背景密切相關的情況下，通過融入美學來尋找橋梁形式的過程。在上述定義中，形式發現、美學和社會文化背景這三個術語概括了概念設計。
時間追溯到19世紀，國外橋梁工程師托馬斯·特爾福德設計并建造了Craigellachie拱橋(1814年)和Menai吊橋(1819年)。這兩座橋梁就已開始表達了橋梁美學，他在尋找經濟高效的橋梁形式的同時，通過適當確定結構尺寸以適應各種作用力，同時有意識地使橋梁變得優雅。從那時起，我們在這一傳統中看到了一些杰出的和革命性的橋梁，如古斯塔瓦·埃菲爾的瑪利亞·皮亞橋(1876-1877)，羅柏林的破紀錄的吊橋(1805-1869)。然而，瑞士工程師Robert Maillart (1872-1940)和Christian Menn (1927-2018)遵循這一傳統，將橋梁設計提升到了結構藝術的下一個層次，也就是下圖的天空之橋。
03
橋梁外觀設計思路
橋梁外觀設思路主要分為兩種：遵循自然形式找形和力流找形。
自古以來就有音樂、藝術和人工制品與自然相聯系的概念。人們發現某種節奏在自然界中無處不在，存在于花瓣、樹葉、松果、貝殼、空間，甚至人類的特征中，遵循著某種神圣的規則。當這種神圣的法則存在于大自然中，人類的心理習慣了這種數學比例的節奏，人類在音樂、藝術和藝術品中吸收這種比例是很自然的，以便于他們和諧地融入大自然。
從自然中獲得的用于尋找結構形式的規則可以被定義為“遵循自然的形式找形”，而這其中的數學法則被稱為黃金分割法則。黃金分割法則有許多不同的名稱，也許是在文藝復興時期制定的；黃金分割，黃金分割，黃金比例，黃金比例。
那么我們橋梁是否可以利用這一法則呢？一些優雅的拱橋似乎滿足這一比例。比如Maillart著名拱橋的跨高比從4.9到10.7不等，非常接近黃金分割，如跨高比10.7的Stauffacher橋、跨高比10.6的Zuoz橋、跨高比7.2的Schrahbach橋、跨高比7.0的Hombach橋、跨高比6.92的Salginatobel橋、跨高比6.23的Schwamback橋西孟加拉邦提斯塔河上的加冕橋盡管具有2.06的跨高比，這對于拱橋來說是非常低的，但似乎是通過黃金分割法則獲得其美學吸引力。
力流找形。所謂力流找形可定義為橋梁的經濟性和效率總是通過提供剛好足以抵抗力的結構部件的尺寸來實現的。按照日本建筑師安藤忠雄的說法，理想的結構是最小化到只剩下實用和美觀的程度。大衛·比靈頓的結構設計理念是“高效、經濟和優雅”。據他說，工程師的工作是發明美觀、成本更低、消耗材料最少的結構。德國工程師rg Schlaich倡導輕型橋梁和結構，這些橋梁和結構具有生態、社會和文化意義。它們是高度可持續的，因為它們使用最少的資源，易于建造和重復使用。從公元前25年的羅馬建筑師維特魯夫到當代的德國工程師約爾格·施萊希，還有從德福的克雷加奇橋到門恩的桑尼伯格橋，力流找形似乎一直是橋梁的構思方式。
所有類型的橋梁，包括拱橋、懸臂（連續/剛構）橋和纜索橋，都是根據力流原理構思的，在建筑師介入橋梁設計之前，力流都是通過它們的形式明確表達的。
此外，還有一種逆力流設計的結構。在城市環境中，觀眾不斷地從不同角度看到許多公共設施結構，如機場、體育場館和博物館等。他們需要一定的裝飾和象征意義，以通過創造力、獨創性和想象力為結構的藝術豐富做出貢獻。這些結構需要抽象和象征性視覺形式安排方面的專業知識。建筑師在這些方面都受過良好訓練，他們遵循“形式追隨功能”的原則。如果需要，為了通過象征性視覺形式的表達來實現他們的“敬畏”因素，他們必須以一種不自然和迂回的方式在結構形式中“強制力量流動”。
因此，建筑師和工程師之間的合作始于90年代末的標志性橋梁，橋梁形式是通過強制力的流動來實現的。這個過程定義也稱為通過強制力的流動來找形。
一些杰出的橋梁通過調整力的流動來滿足設計者的要求，就是使用這一原理構思出來的。這些違抗自然力流動的結構，盡管在完工時是杰作，卻飽受批評，因為它們總是在很大程度上超出預算，花費的時間比預期的要多得多，而且在施工難度也極高。在這些新型橋梁中，具有視覺形式的抽象和符號化的建筑傾向是顯而易見的。
外觀實例賞析
本期主要從外觀概念設計來給大家展示了橋梁美學設計思路，下期小灰將從結構概念設計方面與大家分享橋梁結構藝術。
我們下期見！
干貨篇
《橋梁美學設計總結》適用人群為從事橋梁設計5年內的工程設計人員，旨在于讓從事橋梁設計/施工人員避開一些彎路，快速入門。本書由林小灰總結公眾號橋梁堡相關文章、橋梁堡內部會員群干貨分享及社群付費知識星球（橋梁堡資料庫）精華文章和相關粉絲提問解答編制而成。
《橋梁美學設計總結》，本書的內容是以橋梁設計者的視角，以實際應用為出發點，針對剛入門的從業人員可能會遇到的一些問題及困惑進行歸納總結，希望對讀者有裨益。
文章來源：橋梁堡
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