可持續(xù)性設(shè)計(jì)理念在城市橋梁建設(shè)中的應(yīng)用

摘要 文章深入探討了可持續(xù)性設(shè)計(jì)理念在城市橋梁建設(shè)中的應(yīng)用，旨在為橋梁的可持續(xù)發(fā)展提供理論支持和方法指導(dǎo)。詳細(xì)分析了城市橋梁可持續(xù)性設(shè)計(jì)的多個(gè)維度，包括環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等，并強(qiáng)調(diào)了各維度在可持續(xù)性設(shè)計(jì)中的重要性。利用Topsis法和層次分析法，篩選出社會(huì)和環(huán)境兩個(gè)維度的核心評(píng)價(jià)指標(biāo)，并對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行了權(quán)重分配。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)層次分析法對(duì)某橋梁的可持續(xù)性進(jìn)行評(píng)分，評(píng)分結(jié)果可用于指導(dǎo)橋梁的可持續(xù)性設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 可持續(xù)性設(shè)計(jì)；Topsis法；層次分析法；評(píng)價(jià)指標(biāo)；綜合評(píng)分

中圖分類(lèi)號(hào) U442.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）23-0179-04

0 引言

傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計(jì)和建設(shè)方法往往忽略了環(huán)境和社會(huì)兩方面的影響，導(dǎo)致資源的過(guò)度消耗和環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。為了解決這一問(wèn)題，可持續(xù)性設(shè)計(jì)理念應(yīng)運(yùn)而生，旨在實(shí)現(xiàn)橋梁建設(shè)的環(huán)境友好、社會(huì)公正和經(jīng)濟(jì)可行。該文的目的是探討可持續(xù)性設(shè)計(jì)理念在城市橋梁建設(shè)中的應(yīng)用，以期為未來(lái)橋梁的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供新的理念和方法。論文從可持續(xù)性設(shè)計(jì)的環(huán)境和社會(huì)兩個(gè)維度出發(fā)，深入探討節(jié)能和資源效率、生態(tài)友好和橋梁材料可回收利用性、社會(huì)文化因素的融合、經(jīng)濟(jì)效益與長(zhǎng)期維護(hù)等方面的設(shè)計(jì)原則和方法。

1 城市橋梁的可持續(xù)性設(shè)計(jì)方法

1.1 可持續(xù)性設(shè)計(jì)的兩個(gè)維度：環(huán)境、社會(huì)

1.1.1 環(huán)境維度

環(huán)境維度涵蓋了對(duì)自然資源的合理利用、生態(tài)環(huán)境的保護(hù)以及環(huán)境污染的控制等多個(gè)層面。在城市橋梁設(shè)計(jì)中，對(duì)環(huán)境維度的考量有助于減輕人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的壓力，提高資源利用效率，降低碳排放，促進(jìn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

通過(guò)采用新型材料、優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工工藝，可以有效降低橋梁建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的能耗和排放，實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保的目標(biāo)。在橋梁的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)，控制各類(lèi)污染物的排放，保護(hù)水、土壤和空氣質(zhì)量，維護(hù)生態(tài)平衡。

1.1.2 社會(huì)維度

城市橋梁的社會(huì)維度則主要考慮人的需求與權(quán)益，強(qiáng)調(diào)社會(huì)公平、文化尊重、公共參與和社會(huì)福祉的提高。橋梁建設(shè)應(yīng)帶來(lái)積極的社會(huì)效益，包括改善交通條件、促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提供就業(yè)機(jī)會(huì)等，以實(shí)現(xiàn)人民群眾的共同利益。橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)尊重和保護(hù)當(dāng)?shù)氐臍v史文化，體現(xiàn)地方特色，以促進(jìn)文化多樣性和文化傳承。橋梁建設(shè)必須確保人的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全，采取科學(xué)的設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的施工管理和完善的安全保障措施。

1.2 生態(tài)友好和橋梁材料可回收利用性

生態(tài)友好性是指在橋梁設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，充分考慮對(duì)周?chē)鷳B(tài)環(huán)境的影響，采取一系列措施以減輕對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾和破壞。包括但不限于保護(hù)生物多樣性、減少土地使用、控制噪音和光污染、采用清潔能源等。在設(shè)計(jì)階段，生態(tài)友好性要求設(shè)計(jì)人員充分考慮橋梁的布局、形態(tài)、材料和構(gòu)造方式，實(shí)現(xiàn)與自然環(huán)境的和諧共生。

橋梁材料的可回收利用性是指在橋梁的拆除或更新改造過(guò)程中，盡可能回收和重復(fù)利用橋梁結(jié)構(gòu)中的材料，減少對(duì)新材料的需求，降低能源消耗和碳排放。可回收利用的橋梁材料主要包括鋼材、混凝土、玻璃纖維增強(qiáng)塑料等^[1]。這些材料在經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚砗驮偌庸ず?，可以再次用于橋梁或其他建筑結(jié)構(gòu)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)材料的循環(huán)利用，延長(zhǎng)橋梁使用壽命，提高資源利用效率。橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能采用模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)理念，以便于未來(lái)的拆卸和回收。

1.3 創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

通過(guò)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與優(yōu)化，能夠提高橋梁的使用壽命，降低維護(hù)成本，提升資源利用效率，從而實(shí)現(xiàn)橋梁工程的可持續(xù)發(fā)展。結(jié)構(gòu)優(yōu)化指通過(guò)科學(xué)的計(jì)算和分析，調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能的最大化和成本的最小化。結(jié)構(gòu)優(yōu)化涉及多個(gè)方面，如減震、隔振、輕量化、節(jié)能等^[2]，其目標(biāo)是在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)安全和功能需求的前提下，提高結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和美觀性。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬、有限元分析、多目標(biāo)優(yōu)化算法等先進(jìn)技術(shù)，設(shè)計(jì)人員能夠精確地分析結(jié)構(gòu)響應(yīng)，制定出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案^[3]。

2 橋梁設(shè)計(jì)可持續(xù)性分析

為了全面評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的可持續(xù)性，該文提出采用Topsis法和層析分析法對(duì)橋梁設(shè)計(jì)的可持續(xù)性進(jìn)行分析，分析結(jié)果對(duì)橋梁設(shè)計(jì)有指導(dǎo)作用。

2.1 Topsis法篩選評(píng)價(jià)指標(biāo)

為了全面評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)的可持續(xù)性，論文采用了Topsis法，這是一種基于理想解的多準(zhǔn)則決策方法，通過(guò)計(jì)算備選方案與正負(fù)理想解的距離來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)和排序。

2.1.1 Topsis法篩選指標(biāo)步驟

（7）排序。根據(jù)綜合得分Ci的大小進(jìn)行排序，得分較高的評(píng)價(jià)對(duì)象被認(rèn)為更接近理想解，因此被選為核心評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.1.2 社會(huì)維度指標(biāo)篩選

在社會(huì)維度，初選了以下11個(gè)備選指標(biāo)：社會(huì)效益、公共參與、文化保護(hù)、安全性、便利性、公平性、服務(wù)質(zhì)量、用戶(hù)滿(mǎn)意度、經(jīng)濟(jì)效益、就業(yè)機(jī)會(huì)、社區(qū)關(guān)系。

為了更為準(zhǔn)確地篩選出重要指標(biāo)，對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)的定義和屬性權(quán)重分配，并參考相關(guān)研究和專(zhuān)家意見(jiàn)確定了初始權(quán)重。接下來(lái)，運(yùn)用Topsis法計(jì)算了各指標(biāo)與正負(fù)理想解的距離，根據(jù)距離值的大小進(jìn)行排序，篩選結(jié)果見(jiàn)表1。

2.1.3 環(huán)境維度指標(biāo)篩選

在環(huán)境維度，初選了以下9個(gè)備選指標(biāo)：節(jié)能減排、橋梁材料可回收利用性、污染控制、資源利用效率、噪音控制、綠化覆蓋率、水資源管理、廢物管理、生態(tài)友好性。為這些環(huán)境維度指標(biāo)分別分配了權(quán)重，并運(yùn)用Topsis法進(jìn)行篩選。經(jīng)過(guò)詳細(xì)計(jì)算和比較，節(jié)能減排、橋梁材料可回收利用性、污染控制、資源利用效率四個(gè)指標(biāo)被選中作為環(huán)境維度的核心指標(biāo)。篩選結(jié)果見(jiàn)表2。

2.2 層次分析法進(jìn)行可持續(xù)性評(píng)分

經(jīng)過(guò)Topsis法的篩選，確定了社會(huì)和環(huán)境兩個(gè)維度的核心評(píng)價(jià)指標(biāo)，接下來(lái)以某橋梁工程為例，運(yùn)用層次分析法（AHP）對(duì)該橋梁結(jié)構(gòu)的可持續(xù)性進(jìn)行評(píng)分。層次分析法是一種定量和定性因素相結(jié)合的決策分析方法，通過(guò)構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，對(duì)各層次的因素進(jìn)行兩兩比較，獲得其權(quán)重，從而達(dá)到綜合評(píng)價(jià)的目的。

2.2.1 層次結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建

首先，構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，包括目標(biāo)層（橋梁結(jié)構(gòu)可持續(xù)性），準(zhǔn)則層（社會(huì)維度和環(huán)境維度）以及子準(zhǔn)則層（各個(gè)核心評(píng)價(jià)指標(biāo)），見(jiàn)圖1。

2.2.2 兩兩比較和一致性檢驗(yàn)

接下來(lái)，進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)建判斷矩陣，利用特征值法計(jì)算各因素的權(quán)重，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，確保判斷的一致性。兩兩比較的判斷矩陣和權(quán)重計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)表3、表4。

權(quán)重：W社會(huì)={0.5，0.25，0.15，0.1}

一致性檢驗(yàn)：CI=0.02<0.1，一致性通過(guò)。

權(quán)重：W環(huán)境={0.4，0.3，0.2，0.1}

一致性檢驗(yàn)CI=0.03<0.1，一致性通過(guò)。

最后，根據(jù)各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行綜合評(píng)分，得到該橋梁在社會(huì)和環(huán)境兩個(gè)維度上的可持續(xù)性評(píng)分，見(jiàn)表5。綜合評(píng)分結(jié)果顯示，該橋梁在考慮了各個(gè)核心評(píng)價(jià)指標(biāo)后，表現(xiàn)出了較高的可持續(xù)性，該評(píng)分可為后續(xù)的橋梁設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供依據(jù)。

2.3 可持續(xù)性分析對(duì)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)

2.3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)決策

通過(guò)對(duì)不同指標(biāo)的權(quán)重分析，設(shè)計(jì)單位可以明確各個(gè)因素在橋梁設(shè)計(jì)中的重要性，從而在設(shè)計(jì)過(guò)程中做出更加科學(xué)合理的決策。例如，如果環(huán)境保護(hù)指標(biāo)得分較高，那么在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)更加重視采用環(huán)保材料和技術(shù)，降低橋梁對(duì)環(huán)境的影響。

2.3.2 提高資源利用效率

綜合評(píng)分可以幫助設(shè)計(jì)師識(shí)別橋梁設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)和不足，進(jìn)而優(yōu)化資源分配，提高資源利用效率。例如，將更多的投資和資源集中在得分較低但影響較大的指標(biāo)上，以提高整體性能。

2.3.3 強(qiáng)化可持續(xù)性發(fā)展

通過(guò)對(duì)社會(huì)和環(huán)境維度的評(píng)分，可以明確可持續(xù)性發(fā)展在橋梁設(shè)計(jì)中的位置和重要性。這有助于推動(dòng)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中更加注重可持續(xù)性原則，實(shí)現(xiàn)橋梁工程的環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益的平衡。

2.3.4 提升公共滿(mǎn)意度

通過(guò)層次分析法和Topsis法的綜合評(píng)分，能夠更全面地考慮社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)等多方面因素，使得橋梁設(shè)計(jì)更加人性化和社會(huì)化，提升公眾對(duì)橋梁項(xiàng)目的接受度和滿(mǎn)意度。

3 橋梁可持續(xù)性設(shè)計(jì)與城市功能的融合

城市橋梁的可持續(xù)性設(shè)計(jì)不僅僅關(guān)乎其結(jié)構(gòu)與功能，更深刻地涉及與城市環(huán)境、商業(yè)活動(dòng)和文化脈絡(luò)的和諧融合。

3.1 整合周邊地段環(huán)境

在城市的發(fā)展進(jìn)程中，隨著功能和形態(tài)的不斷變化，很多地段可能會(huì)出現(xiàn)相對(duì)混亂或破碎的狀態(tài)，這時(shí)，橋梁及其周?chē)目臻g成為重要的工具，起到了整合周邊地段環(huán)境的作用。這種整合不僅僅是在物理空間上的連接，更是在功能和文化意義上的融合。以廈門(mén)海滄大橋?yàn)槔?，這座橋梁不僅僅是一個(gè)單純的交通工具，它還承擔(dān)了周邊地段的整體開(kāi)發(fā)和保護(hù)任務(wù)。通過(guò)對(duì)橋梁和周邊環(huán)境的成功整合，海滄大橋成了刺激周邊地段整體發(fā)展的重要催化劑。南京路與西藏路人行天橋位于上海市心臟地帶，為了解決行人流量大、車(chē)流繁忙的問(wèn)題，設(shè)計(jì)師們采用了橢圓環(huán)形的4口互通式大型人行立交橋的設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)的天橋不同，這座天橋所有的上、下橋樓梯均布置于室內(nèi)，使得橋下空間整潔且通暢。這種設(shè)計(jì)不僅方便了行人的游逛和購(gòu)物，還減少了對(duì)道路空間的占用，極大提高了交通的流暢性。其美觀的設(shè)計(jì)也使得它成為這一繁華商業(yè)區(qū)的新地標(biāo)。

3.2 促進(jìn)商業(yè)活動(dòng)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展

在現(xiàn)代城市中，一些橋梁處于城市的人流匯聚點(diǎn)，橋梁及其周邊地區(qū)常常逐漸演變?yōu)榉比A的商業(yè)集聚地。這種現(xiàn)象背后的邏輯很簡(jiǎn)單：大量的人流不僅意味著繁忙的交通，更代表了巨大的商業(yè)潛力。

精心設(shè)計(jì)的橋梁能夠更有效地吸引和引導(dǎo)人流，進(jìn)而促進(jìn)周邊的商業(yè)活動(dòng)。合理的步行路徑、舒適的休息區(qū)域、獨(dú)特的景觀設(shè)計(jì)等都能夠吸引更多的市民和游客，進(jìn)一步促進(jìn)周邊商業(yè)區(qū)的繁榮。而這種繁榮，又能夠帶動(dòng)整個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，形成一個(gè)正向的循環(huán)。

3.3 融合城市文化脈絡(luò)

橋梁的設(shè)計(jì)和建設(shè)不僅僅是滿(mǎn)足交通需要，更是要與城市的整體文脈結(jié)構(gòu)形成有機(jī)的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)流動(dòng)、滲透、交疊等延展性關(guān)系。橋梁不僅是歷史時(shí)代的載體，更是城市中不同空間、文化和歷史的連接點(diǎn)。

4 結(jié)論

該研究通過(guò)深入探討了可持續(xù)性設(shè)計(jì)理念在城市橋梁建設(shè)中的應(yīng)用，提出了一套綜合的評(píng)價(jià)體系和方法，論文得出的結(jié)論可為橋梁工程的可持續(xù)發(fā)展提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。

（1）論文詳細(xì)探討了城市橋梁可持續(xù)性設(shè)計(jì)的核心要素，包括環(huán)境、社會(huì)兩個(gè)維度。強(qiáng)調(diào)了節(jié)能和資源效率、生態(tài)友好與生物多樣性保護(hù)、社會(huì)文化因素的融合以及經(jīng)濟(jì)效益與長(zhǎng)期維護(hù)在橋梁可持續(xù)性設(shè)計(jì)中的重要性。

（2）論文引入了Topsis法和層次分析法，對(duì)社會(huì)維度和環(huán)境維度的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了篩選和權(quán)重分配。從眾多的備選指標(biāo)中篩選出了8個(gè)核心指標(biāo)，并計(jì)算了各指標(biāo)的權(quán)重，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用層次分析法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的可持續(xù)性進(jìn)行了綜合評(píng)分。通過(guò)構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型、進(jìn)行兩兩比較、計(jì)算權(quán)重和一致性檢驗(yàn)，得到了橋梁結(jié)構(gòu)在社會(huì)和環(huán)境兩個(gè)維度上的可持續(xù)性評(píng)分，評(píng)分結(jié)果可用于指導(dǎo)橋梁設(shè)計(jì)。

（3）在城市橋梁設(shè)計(jì)中，通過(guò)整合周邊地段環(huán)境，深入融合城市的文化傳承，橋梁不僅能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代都市的交通需求，更能成為城市發(fā)展與文化演進(jìn)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，為城市的持續(xù)與和諧發(fā)展提供有力支撐。

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收稿日期：2023-10-12

作者簡(jiǎn)介：鄭劍飛（1984—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：道橋工程設(shè)計(jì)與管理。