橋梁欄桿造型探討

■趙素雅

（福州市交通建設(shè)集團有限公司，福州 350007）

橋梁欄桿造型探討

■趙素雅

（福州市交通建設(shè)集團有限公司，福州 350007）

介紹了橋梁欄桿的構(gòu)成及分類,橋梁欄桿的安全功能和藝術(shù)價值,分析了形式美法則的運用,結(jié)合數(shù)座大橋的欄桿案例進(jìn)行分析，并對現(xiàn)今橋梁欄桿趨勢做出分析與展望。

橋梁 欄桿 造型設(shè)計

近年來，由于不斷提高技術(shù)水平,引用新材料、新工藝,橋梁建設(shè)得到長足的發(fā)展,就欄桿而言,在結(jié)構(gòu)型式和材料方面取得了極大的進(jìn)展,欄桿在堅固、耐用的基礎(chǔ)上,更趨于結(jié)構(gòu)合理、省料,便于安裝；同時,美學(xué)的思想也更加深入地滲透到欄桿的造型設(shè)計中,并逐漸理論化、系統(tǒng)化。

1 欄桿的構(gòu)成及分類

目前,我國橋梁欄桿按不同的分類方法有如下幾種主要形式:

（1）按高度分類,有高欄、中欄、低欄、坐凳式欄桿，中欄、高欄適于中高橋梁,而低欄適用于中小橋梁。坐凳式欄桿高度與木凳相當(dāng),適用于游覽性橋梁[1]。

（2）按組成材料分類,有砼類欄桿、金屬類欄桿、非金屬類欄桿、混合式欄桿。目前,公路上廣泛采用的為砼類、金屬類（鋼或鑄鐵）（如圖1）及混合式欄桿。

圖1 金屬類欄桿

（3）按實用目的分類,有人行欄桿和防撞欄桿兩種。人行欄桿主要突出視覺上的安全感,保障行人的安全,但難以抵擋車輛的意外沖撞；防撞欄桿能對機動車輛起一定的阻礙作用,在意外情況下防止車輛沖出欄桿以外。

（4）按結(jié)構(gòu)型式分類,有節(jié)間型和連續(xù)型橋梁欄桿。節(jié)間型橋梁欄桿（如圖2）指整條欄桿由多根立柱來分割成段,每兩根立柱之間有扶手、橫檔、欄板或欄板墻組成,而扶手直撐在立柱上。這種型式的橋梁欄桿具有選材、布置靈活,預(yù)制安裝方便等特點,普遍適用于中、小橋,以及園林橋梁中。連續(xù)型橋梁欄桿有實體和透空之分,實體型欄桿是指整條欄桿的欄板墻為鋼筋砼構(gòu)成的實體 （即防撞欄桿）中間無空隙。這種欄桿的特點是穩(wěn)重安全,透視性差,主要考慮行車安全。連續(xù)透空型欄桿（如圖3）是指整體欄桿均為透空。透空的形式可以各不相同,圖案也較為豐富。它具有構(gòu)造簡單、安裝方便等特點[2]。

圖2 節(jié)間型橋梁欄桿

圖3 連續(xù)透空型欄桿

2 橋梁欄桿的功能要求

欄桿的功能美即遵循力學(xué)理論,滿足于功能需要,使欄桿形式服從功能。欄桿最起碼的功能要求——安全性,其次則是它的藝術(shù)性。所以,橋梁欄桿設(shè)計應(yīng)以安全性、堅固性與適用性為基礎(chǔ),同時兼具美好的藝術(shù)造型。藝術(shù)與技術(shù)的結(jié)合,使欄桿既能起到安全保障的作用,又能起到美化橋梁空間和周圍環(huán)境的作用,給人以美的享受。

2.1 橋梁欄桿的安全性

欄桿作為橋面系的重要組成部分,置于橋面邊緣,屬于橋梁的附屬設(shè)施,是一種安全保護裝置和措施。技術(shù)上的安全可靠,主要是指欄桿應(yīng)承受得住人群擠靠、車輛碰撞、風(fēng)所產(chǎn)生的側(cè)壓力、風(fēng)化作用的破壞力等。要保持這些功能,要求欄桿有足夠的強度、剛度,足夠的斷面尺寸和一定的嵌固深度,并考慮其本身構(gòu)造上的安全可靠。欄桿受壓部位的扶手,如果是預(yù)制扶手則長度不宜過長。另外,因中國人的平均身高為167cm,人體重心高度為94cm，故一般情況下,為安全起見,人行道欄桿的高度取大于或等于110cm就比較合適了[3]。同時,欄桿透空部分的間距不能大于12cm,這樣人的頭就鉆不出去,可以保證兒童不會因為鉆欄桿而發(fā)生危險。橋梁欄桿的安全因素還應(yīng)考慮到材料、施工的質(zhì)量,施工的工藝,養(yǎng)護管理,防腐、防風(fēng)化的處理及桿件接頭的緊密程度。欄桿除了是一種保護裝置外,它還能帶來視覺上的安全感。欄桿的高度設(shè)計應(yīng)根據(jù)橋梁所處的實際環(huán)境結(jié)合人的視覺和心理反應(yīng)做出適宜的選擇。當(dāng)橋下凈空較大時,欄桿高度應(yīng)適當(dāng)增加,一般為120～140cm,同時扶手和立柱也應(yīng)加粗?？傊?在欄桿設(shè)計中,應(yīng)將影響欄桿安全性的因素認(rèn)真加以考慮,以保證欄桿的使用壽命、強度和安全適宜性。

2.2 橋梁欄桿的藝術(shù)性

橋梁的藝術(shù)功能是在安全功能的基礎(chǔ)上發(fā)展、演化而來。隨著橋梁科學(xué)技術(shù)和藝術(shù)的緊密結(jié)合,人們對橋梁建筑及其附屬設(shè)施——欄桿,提出了更高的要求,優(yōu)秀的橋梁欄桿不僅揭示了人類社會的發(fā)展,體現(xiàn)出人類智慧與偉大的創(chuàng)造力,而且往往成為時代的象征。欄桿設(shè)計的藝術(shù)功能主要體現(xiàn)在形式美法則的運用和欄桿造型與自身橋型、周圍環(huán)境的適應(yīng)性三個方面。

2.2.1 橋梁欄桿形式美法則

橋梁各構(gòu)件相互之間要取得充分協(xié)調(diào),才能創(chuàng)造出橋梁的形式美。這種協(xié)調(diào)主要借助于對比、和諧、平衡、韻律、比例、勻稱、統(tǒng)一、互補等手法來完成。

（1）統(tǒng)一與變化。統(tǒng)一與變化是形式美的一種高級形態(tài),也是創(chuàng)造形式美的總法則。沒有變化就沒有豐富的形式和鮮明的視覺效果;沒有統(tǒng)一就會雜亂無章,缺乏嚴(yán)整。設(shè)計的價值在于兩者的相互滲透、相互結(jié)合,使作品既簡潔明快、和諧統(tǒng)一,又生動活潑、富有變化。在橋梁欄桿設(shè)計中,統(tǒng)一性體現(xiàn)在欄桿高度一致、間距相等以及單元形的不斷重復(fù)等方面。變化則體現(xiàn)在單元形內(nèi)部的組合和欄桿各部件的靈活多變上。

圖4 頤和園十七孔橋石欄桿石獅陽光

如圖4頤和園十七孔橋石欄桿石獅陽光，還有盧溝橋上及我省泉州市泉州橋上的獅子（見圖5）,近觀其形個個千姿百態(tài),形神各異,但遠(yuǎn)觀則仍具有協(xié)調(diào)、統(tǒng)一的整體效果。

圖5 盧溝橋上的石獅欄桿

（2）對稱與平衡。對稱,符合人的生理要求與心理習(xí)慣,是表現(xiàn)平衡的完美形態(tài)。它表現(xiàn)了力的均衡,是常用的一種構(gòu)圖形式。對稱給人的感覺是有秩序、莊嚴(yán)、肅穆、穩(wěn)定、安全、滿足、平和。大部分古今中外橋梁及欄桿造型都采取了對稱形式,呈現(xiàn)出一種安定的美。如下圖6～7：

對稱的不足之處在于因過于完美,缺少變化,而給人呆滯、靜止、平庸的印象。完全的對稱形式不能滿足人們審美心理的需要,所以欄桿設(shè)計應(yīng)打破絕對對稱,按量感平衡的原理（力量重心）,將欄桿的一些部件進(jìn)行局部調(diào)整,在量的變化中尋求潛在的穩(wěn)定,產(chǎn)生出運動變化的美感,令人興奮、激動,帶來生機勃勃的活力。

（3）節(jié)奏與韻律。節(jié)奏和韻律的突出特點就是具有一定的秩序性,按照一定的比例呈階段性的變化,帶來明快、自由、變化無窮的效果,有一種反復(fù)的美。如下圖8～9：

事物的周而復(fù)始形成節(jié)奏,這種反復(fù)會給人留下強烈的視覺印象。韻律則是比節(jié)奏更高一級的律動形式。橋梁欄桿的韻律常指欄桿造型有組織的變化和有規(guī)律的重復(fù),并通過體量的大小,空間的虛實,曲直的穿插,構(gòu)件排列的疏密變化來實現(xiàn)。常用的韻律手法有:連續(xù)韻律、漸變韻律、起伏韻律和交錯韻律。韻律法則如使用得當(dāng),對橋梁建筑整體形象的統(tǒng)一能產(chǎn)生非常顯著的作用,給人們帶來輕松、優(yōu)雅的情感。

圖6

（4）比例與尺度。任何一件受人歡迎的產(chǎn)品,都必須具有良好的比例和正確的尺度。這是構(gòu)成產(chǎn)品造型形式美的最基本、也是最重要的手段之一。比例是整體或局部構(gòu)件的長、寬、高之間的尺寸關(guān)系。良好的比例不只是直覺的產(chǎn)物,而且是符合科學(xué)理論的。它是用幾何語言對產(chǎn)品造型美的描述,是一種以數(shù)比的詞匯來表現(xiàn)現(xiàn)代生活和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)美的抽象藝術(shù)形式。橋梁欄桿的比例應(yīng)以其固有的功能關(guān)系和結(jié)構(gòu)關(guān)系為藝術(shù)構(gòu)思的前提,尋求欄桿的體態(tài)勻稱和比例協(xié)調(diào)。尺度是整體或局部給人感覺上的印象與其真實大小之間的關(guān)系。欄桿設(shè)計的尺度,必須與人的生理、心理特點相適應(yīng),符合人體工程學(xué),不能單純從比例美的角度出發(fā)來確定。欄桿局部的尺度對橋梁整體會產(chǎn)生很大的影響。如下圖10～11：

如果欄桿造型纖細(xì),通過對比作用,可以襯托出橋梁整體的高大、雄偉；反之,欄桿粗壯、寬厚,則會使整座橋梁顯得矮小。人們能從尺度的對比中,引起對建筑物的更為雄偉或更為親切的感覺。設(shè)計者可根據(jù)不同的情況,選擇不同的尺度效果（自然尺度、夸張尺度、親切尺度）以達(dá)到預(yù)期的目的。

（5）虛實關(guān)系。虛實關(guān)系的內(nèi)涵應(yīng)當(dāng)說非常具體而又特別寬泛,它是一個相輔相成對立統(tǒng)一的概念,虛中有實、實中有虛,無虛不能顯實、無實不能存虛。如下圖l2～13：

圖7

圖8

圖9

圖 10

圖 11

圖 12

圖 13

欄桿的“實”，就是組成欄桿的各個構(gòu)件；“虛”,就是各個構(gòu)件之間的空隙?？障哆^大,過小都不能達(dá)到較好的效果,空隙過大,會顯得結(jié)構(gòu)松散、空曠,降低安全感；過小,則會使得空間過于緊密,通透性也較差。在設(shè)計中,虛空間的處理往往被忽視,如果加以充分的考慮,可達(dá)到增加情趣,引人聯(lián)想的視覺效果。

2.2.2 欄桿造型與橋梁的適應(yīng)性

圖 14

橋梁各個構(gòu)件相互協(xié)調(diào),能產(chǎn)生較好的視覺效果,這當(dāng)然也包括欄桿與橋身的協(xié)調(diào)關(guān)系。在選型時應(yīng)考慮欄桿與主梁的結(jié)構(gòu),形成一定的對比,襯托主梁的造型。

對于拱式橋梁,欄桿形式應(yīng)盡量采用直線桿件的形式,避免由欄桿產(chǎn)生的弧形與橋拱雷同。如下圖14～15：

對于梁板式橋梁,因構(gòu)成橋體的主要線條,除柱與墩臺外,多為水平線,欄桿設(shè)計應(yīng)以垂直線為主,或穿插弧線、曲線。如下圖16：

圖 15

圖16

對于斜拉橋,因其具有為數(shù)較多的斜線桿件,這時考慮欄桿形式時,不宜再采用斜線造型,可采用較密的通欄式欄桿或?qū)嶓w板,以避免與傘狀的拉桿雷同。如下圖17～18：

欄桿材料的選擇,也應(yīng)納入橋梁整體設(shè)計所考慮的范疇中。金屬屬性的欄桿表現(xiàn)出較強的現(xiàn)代感和城市氣息,傳達(dá)出理性、銳利、機械的情感;混凝土制作的欄桿,給人感覺親切、質(zhì)樸、厚重,帶來更多的自然情趣。所以,什么樣的橋型,選配什么樣的欄桿材質(zhì)以及欄桿造型的風(fēng)格與材料的配搭,都是設(shè)計者應(yīng)重視的問題。另外,欄桿的造型及高度與橋面寬度、人行道高度都存在一定的尺度關(guān)系。應(yīng)建立適宜的高、寬比例,從整體尺度出發(fā),獲取理想的視覺效果。如下圖19：

圖17 矮寨特大懸索橋 欄桿

例如,當(dāng)橋面和人行道較為狹窄時,設(shè)計者可采用往外凸出的曲面造型欄桿,使空間向外延伸,獲得人行道在視覺上的開敞感覺。如下圖20：

2.2.3 欄桿造型與環(huán)境的適應(yīng)性

欄桿造型與環(huán)境的適應(yīng)性是指欄桿與建橋地點的自然環(huán)境、社會和人文環(huán)境、公路等級及服務(wù)對象和建橋規(guī)模相互協(xié)調(diào)。如下圖21：

自然環(huán)境包括樹木、森林、田野、山川、建筑、公路、鐵路、橋梁、水庫、電站等，也就是說,欄桿要與周圍的自然景物和人工相協(xié)調(diào)；與社會和人文環(huán)境相適應(yīng)是指選定欄桿應(yīng)考慮人們的風(fēng)俗習(xí)慣、民族特點和興趣愛好等因素。

公路等級及服務(wù)對象和建橋規(guī)模決定了橋梁的形式和標(biāo)準(zhǔn),從某種意義上說,也決定了欄桿的選擇。對于不同的地理環(huán)境,為了達(dá)到構(gòu)造物整體上的和諧,橋梁及欄桿設(shè)計要有相應(yīng)的特色。

如在山區(qū),橋梁可采用曲線橋、拱橋或梁高較低跨徑較大的梁橋,欄桿則可采用古樸素雅的風(fēng)格,達(dá)到與秀麗山川的和諧。如下圖22：

圖18 北盤江大橋 欄桿

圖19

圖20

圖21

圖22

又如,在港灣地區(qū),由于水域開闊,背景輪廓線較低,可采用吊橋、斜拉橋與海天相映生輝,欄桿設(shè)計則可采用簡潔明快的線條以反映城市風(fēng)光、體現(xiàn)城市特色。如下圖23：

圖23

再如,城市地區(qū),由于有大量的房屋建筑和公共設(shè)施,背景輪廓線疏密不同,有高有低,原有的環(huán)境已相對煩雜,因此在橋梁形態(tài)及欄桿的選擇上應(yīng)盡可能簡潔,并與環(huán)境景觀相融和[4]。

圖 24

在旅游觀光區(qū),橋梁及欄桿風(fēng)格應(yīng)配合風(fēng)景進(jìn)行設(shè)計,盡可能做得精致、華麗,這樣近觀效果較好,便于賞玩,并給人帶來美的享受!如下圖24～25：

3 現(xiàn)代欄桿設(shè)計新趨勢

（1）高度現(xiàn)代化。隨著現(xiàn)代社會高技術(shù)、新材料的開發(fā)和運用,欄桿從設(shè)計到施工各個環(huán)節(jié)都在向高度現(xiàn)代化全面進(jìn)軍。設(shè)計師們利用不斷發(fā)展的計算機輔助設(shè)計手段進(jìn)行有效的仿真分析和模擬現(xiàn)實,大大提升了方案的可行性。

（2）時代性和地域性。欄桿設(shè)計越來越具有時代特征和文化內(nèi)涵并與特定地點的地形、地貌相配合而具有明顯的地域性。

（3）自然化。在人們環(huán)境保護意識逐漸增長的今天,欄桿設(shè)計越發(fā)注重自然色彩和天然材料的應(yīng)用,使人們聯(lián)想自然,渴望與自然界的對話與交流。

（4）整體藝術(shù)化。欄桿設(shè)計更加重視局部與整體的適應(yīng)性和藝術(shù)性,將欄桿、橋型和周圍環(huán)境一起加以設(shè)計,構(gòu)成與大環(huán)境的整體統(tǒng)一,達(dá)到境界絕佳的藝術(shù)效果。

圖 25

圖26

（5）民族化。高度現(xiàn)代化的同時,不等于沒有了傳統(tǒng)和過去。現(xiàn)代化與民族化相互結(jié)合的趨勢,使現(xiàn)代欄桿造型既體現(xiàn)時代特征,又反映民族精神。

（6）個性化。大生產(chǎn)給人類社會留下了千篇一律的同一化問題,欄桿造型因缺乏個性,而顯得平庸,為了打破這種局面,體現(xiàn)足夠的特色,人們越來越追求設(shè)計風(fēng)格的個性化,以適應(yīng)多層次審美心理的要求,顯示人類現(xiàn)代文明生活的豐富多彩。

（7）人性化。在科技高度發(fā)達(dá)的今天,對技術(shù)的過于注重,導(dǎo)致機械、冷漠的情感流溢,所以現(xiàn)代欄桿設(shè)計在追求藝術(shù)風(fēng)格的變化與創(chuàng)新的同時,更加重視人文關(guān)懷,強調(diào)人情味,突出人性化因素。

4 結(jié)語

圖27

當(dāng)代社會,科學(xué)技術(shù)日新月異,人們將橋梁建設(shè)作為一種反映城市特色、體現(xiàn)地域文化、展示時代風(fēng)貌的精神文明建設(shè)活動加以倡導(dǎo)與推崇,這為橋梁欄桿設(shè)計提供了廣闊的空間和發(fā)展前景。時代的發(fā)展,社會的進(jìn)步,對設(shè)計工作者提出了更高的要求,作為設(shè)計人員不僅要具有廣泛的科學(xué)技術(shù)知識和工程技術(shù)能力，還要具有一定的美學(xué)藝術(shù)素養(yǎng)和創(chuàng)造構(gòu)思能力，才能根據(jù)現(xiàn)代社會的需要，較好地實現(xiàn)技術(shù)與藝術(shù)的結(jié)合，創(chuàng)造出從功能到形式均能符合時代要求的設(shè)計。

[1]張耀華.橋梁欄桿圖集[M].北京:人民交通出版社,1989.

[2]王琦.淺論橋梁欄桿造型設(shè)計[J].中國市政工程,1998,80（1）:51-53.

[3]高振宇,郭文軍,陳 峰.橋梁美與環(huán)境協(xié)調(diào)[J].公路交通技術(shù),2001,（8）:28-31.