道路橋梁建筑學(xué)初探

耿于凌++何曉鳴

摘 要：探討創(chuàng)建建設(shè)道路橋梁建筑學(xué)學(xué)科，是完善道路橋梁的學(xué)科與建設(shè)體系，以建筑學(xué)、建筑美學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)、景觀學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和結(jié)構(gòu)設(shè)計原理為基礎(chǔ)，把道路橋梁的建筑結(jié)構(gòu)、建筑功能、建筑材料和建筑形象在設(shè)計和建設(shè)之中緊密的結(jié)合起來，形成道路橋梁建筑學(xué)新學(xué)科。并依托實際工程，提出橋梁建筑學(xué)設(shè)計原理和方法，使道路橋梁設(shè)計更合理，建設(shè)更美麗，結(jié)構(gòu)更安全，環(huán)境更和諧自然。本文初學(xué)初探，拋磚引玉。

關(guān)鍵詞：道路；橋梁；建筑學(xué)；初探

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.107

1 國內(nèi)外道路橋梁建筑學(xué)研究綜述

1.1 國外研究現(xiàn)狀

在道路橋梁景觀設(shè)計方面，國外對此的研究較早。美國的景觀設(shè)計著手重心在于剖析直線路途和安全設(shè)想、景觀美學(xué)和環(huán)境維護(hù)的關(guān)連，并在設(shè)計中開始使用這類削減對原有地貌破損的理論思想。其公路方面的景觀設(shè)計主要是基于公路線形和地形，結(jié)合風(fēng)景名勝區(qū)的實地調(diào)查，使用線性模型對公路方案進(jìn)行線性空間的美化優(yōu)化，并且使用了透視圖法來觀察、衡量擬定建設(shè)的道路與周圍自然景物的配合程度。為了更好的研究完善公路景觀設(shè)計，除了泡沫板模型和專門用于自定義的模型，還加入使用了人工透視光學(xué)投影原理。目前，動態(tài)連續(xù)透視法和全景透視法是目前公路設(shè)計方案中線形設(shè)計和幾何設(shè)計的重要試驗方法。

在高速公路環(huán)境設(shè)計中，德國在生態(tài)護(hù)衛(wèi)，養(yǎng)護(hù)治理，種植計劃等方面都留下了不少的珍貴體驗，并為大家提供了可借鑒的經(jīng)驗；美國博士w ·杜爾學(xué)者的想法是讓高速公路和景觀兩者的整體設(shè)計相互配合，并對其周邊生態(tài)環(huán)境的破損率降到最小值。

日本成立了“全國SF綠色法律協(xié)會”，在公路設(shè)計方面，編制了“景觀設(shè)計”系列章節(jié)，據(jù)了解，日本國家的公路綠化工程經(jīng)常是配合邊坡綜合整治一起進(jìn)行的，概括了完整的一系列邊坡綠化的工程方法和技術(shù)要領(lǐng)。在名神高速公路的設(shè)計中，德國的建議被日本的Toure博士采用，融入景觀設(shè)計，獲得了良好的效果，不僅反映了當(dāng)?shù)氐奈幕吧?，而且具有時代感和和諧感，具有與當(dāng)?shù)丨h(huán)境相適應(yīng)的自然美。

加拿大等國在公路建設(shè)中特別重視和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，比方說在公路建設(shè)中遭遇濕地等環(huán)境問題，常會選用根據(jù)公路建設(shè)中所占濕地面積的數(shù)目，必在鄰近地帶抵償同等數(shù)目或更多數(shù)目的濕地面積的方案，以確保該濕地生態(tài)功能不受公路建設(shè)的影響，并采取各種措施，來鼓勵公路企業(yè)或社會團(tuán)體作出一些貢獻(xiàn)，把以示表彰并寫有單位名稱的公示牌建立在有貢獻(xiàn)的公路邊。

法國也十分重視公路建設(shè)和生態(tài)維護(hù)，并在公路建設(shè)過程中，把取土場巧妙的轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€生物棲息地，使其成為尊敬自然環(huán)境的經(jīng)典之作，并獲得"RUBANVERT”獎。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

在我國高速公路所關(guān)聯(lián)的環(huán)境設(shè)計相當(dāng)一段時間內(nèi)停留在對安全、功能以及經(jīng)濟(jì)的考量上，景觀設(shè)計只是植樹種草，僅此而已。近年來，隨著國外景觀設(shè)計的發(fā)展，它已由普通綠化發(fā)展到景觀格局，咱們的環(huán)境設(shè)計也漸漸重視公路綠化的整體性生態(tài)學(xué)功能、交通附屬設(shè)施功能、景觀美化功能等的聯(lián)合，與自然熔于一爐。但由于起步階段還存在文化關(guān)注和生態(tài)滲透不足。從研究內(nèi)容來看，現(xiàn)有公路景觀或僅限于植樹種草，忽視其文化特征，或注重景觀的視覺效果而忽視了社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。華中科技大學(xué)的《孝襄高速公路景觀生態(tài)工程研究》，其研究內(nèi)容著重沿線綜合環(huán)境的改善及生態(tài)環(huán)境、人文生活元素的保護(hù)，在不影響公路基本運(yùn)輸職能的情況下，構(gòu)建具有一定社會、文化、民俗意義的制度體系。特別是高速公路雕塑景觀的研究，解決了現(xiàn)有的高速公路雕塑景觀容易出現(xiàn)的一些問題，同時針對孝襄高速公路的實際情況，提出了不同區(qū)位下位置、色彩、內(nèi)容及形式的設(shè)計指引原則。相對于現(xiàn)有設(shè)計成果，本課題設(shè)計思路具更系統(tǒng)、更具體、更有針對性，其設(shè)計過程對于其他高速公路雕塑景觀設(shè)計具有很好的參考價值。此外，它的設(shè)計理念相當(dāng)重視景觀生態(tài)體系被生態(tài)因素所帶來的影響，目前，國內(nèi)外很多高速公路都是在工程主要體系確定后再進(jìn)行環(huán)境修復(fù)和景觀設(shè)計，它是一種被動的工程修復(fù)措施。而該研究經(jīng)過對高速公路建造過程當(dāng)中生態(tài)因素的剖析和探究，將生態(tài)修復(fù)與工程設(shè)計與景觀設(shè)計相結(jié)合，選取生態(tài)方法達(dá)到環(huán)境系統(tǒng)主動修復(fù)效果。再次從研究手段上，他們選取的利用視景仿真技術(shù)來建立景觀方案評價系統(tǒng)的思路大大提高了景觀方案評價的直觀性和科學(xué)性。選取普通的PC機(jī)而非采用工作站作為工作平臺，選擇常見的CAD設(shè)計圖紙而非衛(wèi)星航拍圖作為源數(shù)據(jù)，建模過程簡單方便且不影響建模的精度。

由此可見道路橋梁的美學(xué)和景觀研究已經(jīng)歷了一個長的時期，是時候該建立道路橋梁建筑學(xué)學(xué)科體系了。

2 道路橋梁的建筑學(xué)設(shè)計實踐

2.1 道路橋梁建筑線形學(xué)

2.1.1 平面線形要素

平面線形由直線和曲線組成。兩點之間直線線段最短，直線的特點是里程短、乘坐平穩(wěn)舒適、視距較好、營運(yùn)經(jīng)濟(jì)節(jié)能。汽車動力學(xué)要求直線不能過短，短線易形成"斷背曲線”，不利于道路行車。作為一個結(jié)果，最短的直線長度不小于6倍的距離相同的曲線，曲線是不小于2倍的速度之間的距離，是中國的“公路路線設(shè)計規(guī)范”的要求。然而，從駕駛員的生理方面和道路的美學(xué)方面都要求線不能太長，長線不僅會產(chǎn)生單調(diào)的景觀，并且在車高速行駛下，會使司機(jī)產(chǎn)生嗜睡，引起“隧洞視”視覺效果，對道路交通安全有不利的影響。因此，我國在設(shè)計道路上不采納較長直線也是很有必要。所以道路中最長直線的長度最好不要超過3分鐘或車速距離的20倍。

圓曲線是道路中最常用的一種線形，但曲率變化及其與客運(yùn)專線的結(jié)合，與車輛的離心力動力驅(qū)動軌跡不完全適應(yīng)。所以，在直線和圓曲線間添加一條用于緩和的弧線，用于讓汽車能夠平穩(wěn)過度，更能補(bǔ)充其線形美觀。在我國，選用回旋曲線當(dāng)作緩和曲線，回旋曲線的最大特點是轉(zhuǎn)彎半徑在線上任意點是隨曲線長度變化的。

2.1.2 縱面線形要素

縱面線形應(yīng)適應(yīng)地形條件，設(shè)計為連續(xù)、平滑的線形，應(yīng)避免頻繁的起伏出現(xiàn)在短距離內(nèi)，避免行車全程中看不見中間的直線凹槽，所以應(yīng)使用大半徑豎曲線，小坡度，避免邊坡組合中的長坡大坡度。設(shè)計曲線半徑、坡度和坡長合適合理的縱面線形，以滿足交通安全、舒適和道路美觀的要求。

2.1.3 橫斷面線形要素

由馬路邊分隔的路、車道和中心地帶，肩部就叫道路橫斷面。車道是特意為車輛提供行駛道路的部分。根據(jù)中國的《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》可知：就車輛速度來看，當(dāng)車輛速度為20km/h的車道寬度應(yīng)設(shè)計為3m；當(dāng)車輛速度為120km/h的車道寬度應(yīng)設(shè)計為3.75m；行車帶兩側(cè)還應(yīng)設(shè)置0.5～0.75m的路緣帶；在有設(shè)置條件的道路上，例如高速公路和一級公路必須設(shè)置中央分隔帶。中央分隔帶的作用一是能分隔對向車輛行駛，防止行車干擾，讓駕駛員很有安全感，二是依據(jù)研究得出：當(dāng)中央分隔帶的寬度達(dá)到12.2米時，就能夠減弱車前燈眩目、噪聲和氣浪的干擾，當(dāng)寬度達(dá)到18米時，中央分隔帶就能形成很美的景觀。路肩是道路沿線的道路安全設(shè)施的用地，能支撐路面，并能提供位置給臨時停車的車輛，綠化土路肩對景觀環(huán)境也是一種錦上添花。

2.1.4 線形要素的組合

在滿足汽車行駛動力學(xué)的前提下，思考如何滿足心理方面和視覺方面的舒適、連續(xù)及與周邊環(huán)境的和諧統(tǒng)一的方案就稱為線形因素組合設(shè)計方案。各線形要素的最好組合：一是平、縱線形組合應(yīng)該在視覺感官上能很好地引領(lǐng)司機(jī)的視野，并維護(hù)視線的不間斷性；二是平面、垂直面的對準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)平衡尺寸，使線條在心理上、視覺上平衡；三是平曲線與豎曲線要彼此吻合，且前者應(yīng)該長于豎后者。

一個優(yōu)秀的線形組合不僅具有優(yōu)美的美學(xué)效果，而且能增加了車輛的安全性。相反，在設(shè)計時要避免以下的組合：一是凸豎曲線和底底的豎曲線，不得插入小半徑的曲線，而不能與曲線的拐點相反；二是直線上的縱剖面應(yīng)避免靠近，遠(yuǎn)看中間的直槽，應(yīng)采用大半徑豎曲線，避免大坡度，直線不能插入短豎曲線；三是緩和曲線不應(yīng)和小半徑豎曲線彼此堆疊。

2.2 道路橋梁環(huán)境與景觀學(xué)

2.2.1 道路橋梁建筑美學(xué)

在道路、沿線立交、隧道、橋梁和人工建造物，以及道路規(guī)劃設(shè)計通過形成區(qū)域文化與自然景觀的融合后的綠化、景觀和環(huán)境保護(hù)是道路環(huán)境保護(hù)設(shè)計中的道路環(huán)境和景觀設(shè)計；在道路環(huán)境設(shè)計中運(yùn)用環(huán)境科學(xué)技術(shù)美學(xué)原理，適應(yīng)自然環(huán)境的發(fā)展，開創(chuàng)出一個全新的生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境。

道路環(huán)境與景觀設(shè)計的特點應(yīng)結(jié)合自然環(huán)境、道路結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)條件、接觸運(yùn)動特征、視覺思維和心理效果，運(yùn)用景觀與綠化設(shè)計，適應(yīng)性強(qiáng)，建造一組與自然景觀相容的建筑物。不僅能使機(jī)動車自由行駛，還能滿足司乘人員的視覺和生理需要；它不僅有利于沿線自然風(fēng)光的優(yōu)美開發(fā)和自然景觀的覆蓋，而且更適宜于道路建設(shè)環(huán)境和周邊自然景觀，使人文景觀良好整合，營造一個安靜、干凈、優(yōu)美的環(huán)境，讓道路變成一種藝術(shù)景觀，成為一個華麗、宏偉的沿線公園。

2.2.2 道路橋梁環(huán)境學(xué)

環(huán)境設(shè)計應(yīng)立足道路綠化，以達(dá)到防治污染，水土保持的目的。根據(jù)其功能可分為綠化環(huán)保設(shè)計和改善綠化設(shè)計兩大類。

（1）保護(hù)環(huán)境綠化設(shè)計。綠化的環(huán)保設(shè)計大多是通過綠化種植來減少噪音、減少揚(yáng)塵、水土保持和穩(wěn)定邊坡。在刮風(fēng)下雪的地區(qū)公路沿線，種植防護(hù)林；在經(jīng)過有學(xué)校、醫(yī)院、療養(yǎng)院、居民區(qū)的道路沿線，種植綠色植物以防噪、防氣體污染；還要在路基棄土場，絕緣堆坡體等地帶進(jìn)行綠化，提高水土保持的穩(wěn)定性。

（2）改善環(huán)境綠化設(shè)計。通過進(jìn)行綠化種植來改良視覺環(huán)境，促進(jìn)出行安全性是改善環(huán)境綠化的重點設(shè)計目標(biāo)。在小半徑的豎曲線的頂部，水平線的曲線向左轉(zhuǎn)動，將水平曲線中的樹或樹排成一行，作為車輛行駛標(biāo)志；在隧道洞口的外端，種植大樹作為光影適應(yīng)種植，使駕駛者駛出隧道后更好適應(yīng)光線的急劇變化；分離區(qū)之間，主線和輔道或平行的路之間，種植灌木用于在夜間的防眩栽植，使駕駛者不受對向車流的燈光影響；在道路或立交出口端的低路堤和無圍欄，種植寬度密集的灌木或小樹作為緩沖種植；當(dāng)景觀沿線，缺乏變化的地形，這是很難確定位置的網(wǎng)站，它是適當(dāng)?shù)闹参飿淠厩斑M(jìn)的道路上，形成一個明確的植被鑒定，設(shè)施的位置，作為標(biāo)識種植；至于對于任何有礙于視覺景觀的建筑物，最好種植中低樹木來進(jìn)行遮蔽。

（3）道路橋梁景觀學(xué)。道路景觀，包括人文景觀和自然景觀。各種建筑、公園、寶塔、寺廟屬于文化景觀；江河、草原、湖海、大川、高山、森林等屬自然景觀。道路景觀設(shè)計的界說是指道路線形和道路構(gòu)造物有雅觀的造型并且能與周圍環(huán)境相和諧統(tǒng)一，形成美觀的畫面，進(jìn)而創(chuàng)造一個景觀優(yōu)美，出行安全、舒適，便捷、經(jīng)濟(jì)，并且能保護(hù)道路沿線動植物生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的道路環(huán)境。

道路景觀設(shè)計的原則，是確保司機(jī)的可視性要求，建立一個區(qū)域性的視覺系統(tǒng)，讓司機(jī)可以預(yù)測接下來的道路方向和道路情況；道路設(shè)計要與自然景物相互配合，把設(shè)計的道路及其設(shè)施都納入到景觀范圍內(nèi)，顯示出區(qū)域美感，打消自然景觀中的各類阻礙，讓道路景觀的全部組成部分，形成即統(tǒng)一而又有特色的建筑群體；保障使用者的道路功能、美觀及便捷經(jīng)濟(jì)與心理視覺的統(tǒng)一性。

道路景觀設(shè)計的方法是將景觀設(shè)計部分按照道路工程劃分，結(jié)合區(qū)域環(huán)境或行政區(qū)劃，實現(xiàn)點、線、面、整體的協(xié)調(diào)；應(yīng)使道路路線平、縱、橫截面合理組合，確保道路的線條流暢、視野開闊；還應(yīng)考慮充分利用栽植綠色植被和人工建筑來補(bǔ)償，改善景觀沿路段的區(qū)域環(huán)境，使其形成自己獨(dú)特的風(fēng)格。

道路及道路上的互通式立交、橋梁、隧道、管理設(shè)施和服務(wù)區(qū)等作為不同景點，策畫時應(yīng)把握線路的線形條件與架構(gòu)物線條的相互配合，把握比例，形成韻律，注意對稱，運(yùn)用色彩。道路路線線形應(yīng)以曲線為基礎(chǔ)，保持連續(xù)性均衡性；在道路的起點上，大的建筑結(jié)構(gòu)，建筑的末端，應(yīng)注意形狀和色彩，防止視覺障礙；道路側(cè)有對視覺產(chǎn)生沖擊的場所時，應(yīng)該采取工程措施或進(jìn)行綠化對其加以遮蔽或改良。

3 道路橋梁建筑學(xué)案例分析

京珠高速公路在全國率先實現(xiàn)了大型公路工程的美學(xué)整體設(shè)計，并且，長江公路大橋在設(shè)計中占主導(dǎo)地位，影響了京珠高速公路沿線的美學(xué)景觀，而它也將繼續(xù)發(fā)揮積極作用，在未來的武漢市形成一個新的文化景觀。這就是一個道路橋梁建筑學(xué)的典型案例。

3.1 從整體考慮美學(xué)設(shè)計

北京—珠海高速公路的重點工程是武漢軍山長江公路大橋。為了保證美觀設(shè)計的效果，有必要從整體感出發(fā)，合理設(shè)計和布置，使其方案清晰化。在北京-珠海高速公路美學(xué)設(shè)計的總體定位上，軍山公路橋梁是美學(xué)設(shè)計的重點。

3.2 橋梁工程與美學(xué)設(shè)計相結(jié)合

美學(xué)設(shè)計是一個領(lǐng)先的設(shè)計，在項目實施前，橋梁就應(yīng)該設(shè)計出一定的形象效果，并在建設(shè)的同時實施設(shè)計，以確保最終的審美效果。

3.3 突出美學(xué)特色，美化大橋設(shè)計

根據(jù)橋梁美學(xué)設(shè)計的特點，重點突出了斜拉橋的特色，展現(xiàn)出武漢軍山長江公路大橋雄健剛勁的風(fēng)貌，顯現(xiàn)出大橋高聳優(yōu)美的形象，體現(xiàn)湖北中部崛起，奮發(fā)圖強(qiáng)的精神。

3.4 美學(xué)設(shè)計使景觀與環(huán)境互相協(xié)調(diào)

在武漢軍山長江公路大橋的美學(xué)設(shè)計中，不僅處理好建筑設(shè)計與環(huán)境的關(guān)系，讓大橋的整體形象和周邊自然環(huán)境相配合，更構(gòu)成了長江上又一個嶄新的人文景觀。

3.5 美學(xué)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)適中，功能齊全，經(jīng)濟(jì)適用

道路橋梁的美學(xué)設(shè)計應(yīng)該結(jié)合其功能性和適用性，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，設(shè)計適中的景觀工程標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)在設(shè)計時充分考慮實施其美學(xué)的可行性，在提高路橋造價的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)最佳景觀。

4 結(jié)論

在現(xiàn)代道路建設(shè)與橋梁建設(shè)中，道路和橋梁的設(shè)計僅滿足交通功能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還要兼顧人們的視覺需求，展現(xiàn)城市的風(fēng)采特色，傳播人類的文化積淀，也充分體現(xiàn)了對現(xiàn)代美學(xué)設(shè)計、自然生態(tài)環(huán)境和諧統(tǒng)一的訴求表達(dá)。建設(shè)道路橋梁建筑學(xué)學(xué)科，就是完善道路橋梁的學(xué)科與建設(shè)體系，以建筑學(xué)、建筑美學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)、景觀學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)和結(jié)構(gòu)設(shè)計原理為基礎(chǔ)，把道路橋梁的建筑結(jié)構(gòu)、建筑功能、建筑材料和建筑形象在設(shè)計和建設(shè)之中緊密的結(jié)合起來，很好解決了這個問題。所以，二十一世紀(jì)，通過研究道路橋梁建筑學(xué)，在道路、橋梁結(jié)構(gòu)中勢必會格外注意建筑藝術(shù)的造型，看重景觀的設(shè)計和道路橋梁的美學(xué)理念，側(cè)重生態(tài)環(huán)境的維護(hù)，要達(dá)到環(huán)境景觀和人文景觀的完美融合。在二十世紀(jì)橋梁建設(shè)的發(fā)展基礎(chǔ)上，描繪出二十一世紀(jì)宏大壯麗的新藍(lán)圖，道路橋梁建設(shè)技術(shù)必將會取得更新、更大、更長遠(yuǎn)的發(fā)展。

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