图 1 阿拉米罗桥
2. 1. 2 合理用料，顺应力的流向，达到流线美 原则
优越合理的结构，应当根据最直接的传力途径来 组织各构件，结构力传递路径越直接，其工作效率就 越高， 所 耗 材 料 也 就 越 少［9］。 瑞 士 著 名 桥 梁 专 家 Ｒobert － Maillart 对三铰拱桥的改进就以自然的力流传 递为依据，如图 2。
图 4 大桥景观设计
2. 3 Ｒobert － Maillart 的继承与创新 从瑞 士 桥 梁 专 家 Ｒobert － Maillart 在 1899 年 至
1930 年设计的几座桥梁 （ 图 5） ，可以看到他对桥梁 结构设计和美学思想的继承与创新———既坚持一贯的 简洁明快的风格，又使桥梁力的流向愈加明确且富有 表现力。
从 Stauffacher 桥中由拱到桥面的实体挡墙以延续 传统石拱桥的风格到 Zuoz 桥中对传统罗马拱肩墙的 视觉表现，再到 Tavanasa 桥的全新钢筋混凝土三铰 拱形式的出现 ， ［12］ 并最终在 Salginatobel 桥将这一桥 梁结构形式的力与美发挥到极致，Ｒobert － Maillart 的 设计理念简单而复杂———首先尊重科学的事实，然后 将自己的创造性的想象力与经验赋予这座桥梁。科学 的事实是三铰拱的最大弯矩发生在 1 /4 跨中 （ 图 2） ， 而创造性的劳动是他将这一弯矩形式实体化，桥梁的 截面由 1 /4 跨中至拱脚处逐渐缩小，保证了结构形式 与受力要求的统一协调。在 Maillart 三铰拱的设计中， “力走捷径” 的力学理论是结构形式更加简洁明快的 基础，在萨尔瓦多． 穆勒 《建筑结构》 中对屈曲现 象的解释将这一理论加以拓展：
进入 20 世纪后，中国的桥梁建设如雨后春笋， 在不断创造新的记录与满足公众生活需求的同时，也 应看到我国的桥梁设计面临的问题：
（ 1） 缺少考虑桥梁的可施工性，可养护型和耐
久性。 （ 2） 缺少采用新结构，新材料的激励机制和以
创新为主的评价标准。 在桥梁概念设计中，以既有成熟的概念设计程序
作为设计创新的基础应该是年轻桥梁工程师可供参考 的思路： ① 概念的生成： 是为满足多重目标和约束 条件，形成合理，可行方案的思考过程。② 方案构 思： 从集思广益的角度，方案宜多多益善，它不仅体 现工程师的洞察力，还有设计者独特个性和风格。③ 概念选择： 对可能的备选方案进行评估和比较，从中 筛选少数几个优秀的方案。④ 方案比选： 对优秀的 方案进行分析，研究和详细的比较，最终确定最佳概 念设计。 1. 3 怎样做好概念设计
关键词： 桥梁概念设计; 美学评价; 能量平衡; 最小耗能原理; 协调管理
桥梁作为公共建筑物，首先以其实用性极大的满 足了人们的生活需求。同时桥梁自身所具有的固定性 和艺术性使得人们在修建之前就必须考虑桥梁的概念 设计与成桥后的美学效应。
桥梁概念设计蕴含了创新理念，是桥梁设计的核 心； 而在桥梁美感创造过程中，工程师所依据的不仅 是科学的真理，还有贯彻和运用科学真理的智慧以及 在工程实践中积累的经验［1］。 1 桥梁结构的概念设计 1. 1 桥梁概念设计
［2］ 肖汝城 . 桥梁结构分析及程序系统 ［M］ . 北京： 人民交通出版 社，2002.
在桥梁结构的概念设计中，著名桥梁工程师的经 典之作和形成的系统理论具有重要的参考价值：
德国的莱昂哈特提出： 要对各类桥梁的适用范围 娴熟于心，并构思最初的可能方案，按照合适的比例 拟定初步的总体布置［2］；
英国曼奇斯特大学季天健教授和其博士生在对 50 年以前的结构概念设计研究发现： 现代的计算手 段进步发挥的作用远不及结构概念的作用，深刻理解 结构概念中关键力学问题是做好设计的基础。
（ 2） 为了让轨道交通乘客过江时有较好的视觉 感受和舒适感，选择了开敞的桁架梁，并尽量减少杆 件数量以减少杆件对视角的干扰［11］。
（ 3） 在拱桥结构中，拱肋是主要的心理引导线。 设计者选择个性粗犷的桁梁拱桥作为主选方案，整体 上恢宏大气，充分体现了技术美学特征； 夜景亮化的 光影效果通过变幻奔放的深色调配合更加强这种效果 （ 如图 4） ，使桥梁与周围环境相互协调。
（ 1） 桥梁工程师首先应该尊重科学的自然规律， 合理利用积累的经验，并同时具有一定的艺术及美学 修养。利用既有的结构设计中力与能量平衡的自然准 则进行创造性的设计应该成为年轻工程师的努力方 向。
（ 2） 对于不同的桥梁结构形式，对力学与美学 侧重点有所不同，工程师要把设计所依据的各种资料 完全消化和记在心里； 了解各类桥梁的使用范围并娴 熟于心。
（ 1） 两江交汇处的朝天门大桥是重庆 “门” 户 景观区重要的组成部分，拱桥的巨大跨径与江面在空 间上形成 “城市之门” 的效果，桥梁的尺寸与江面 宽度在几何上是协调统一的，弱化了传统拱桥的实腹 印象，而重点突出主拱肋的承力主体性。二次抛物线 形在主边跨间的圆润过渡消除了上弦杆与桥面系连接 时造成的突兀感。
马登阳 ，刘山洪 ( 重庆交通大学建筑与土木工程学院，重庆市 400074)
摘要： 桥梁的概念设计蕴含了创新理念，是桥梁设计的核心技术。在对桥梁概念设计阐述的 基础上，引出概念设计的原则。通过对重庆朝天门大桥和瑞士著名桥梁专家罗伯特 － 米拉特几座 典型桥梁结构的力学与美学评价，阐述了桥梁结构的内、外能量平衡的机理及其传递途径; 并强 调了最小耗能原理这一基本准则对桥梁概念设计的指导作用以及新型美观桥梁与环境的几何协调 管理。
预应力先生———林同炎教授在预应力混凝土结构 以及结构概念与体系的开创性贡献，托罗佳的结构哲 学的著作等都是真实地有益于社会发展进程的可传承 的财富。从上述观点中可以看到做好桥梁概念设计， 需从以下四个方面着手：
（ 1） 概念设计构思和总体布局。 （ 2） 概念设计中关键力学问题。 （ 3） 概念设计中对创新技术的认定。 （ 4） 实现更加合理结构的途径。 2 桥梁结构美学评价 2. 1 桥梁美学与结构设计原则 建筑结构是人类按照实用要求，在对自然界加工 改造过程中创造出来的物质实体，同时又在加工改造 过程中运用美学规律，注入审美理想，显示审美价值 的艺术作品［6，7］。 因 此， 桥 梁 美 学 与 桥 梁 概 念 设 计 紧 密相关，对桥梁美学的研究应该遵循美学的一般属 性： （ 1） 桥梁美的客观性： 桥梁美感的存在是客观 的，它存在于桥梁的形态，材质，结构，技术和功能 等独立或融合作用于周围环境中。 （ 2） 桥梁美的主观性： 桥梁结构的美与丑的判 断是与审美主体的主观意识紧密相联系的。 （ 3） 美的相对性： 美是主 客 观 的 统 一，主 观、 客观因素的变化必然导致审美观念的变化。 （ 4） 美的社会性： 美具有相对性，但不能否认 在一定时期和社会中具有较统一的，为社会公众普遍 接受的审美标准［8］。 在桥梁结构的美学评价中，应该遵循的结构设计 一般原则。
2. 1. 1 结构力度美原则 建筑结构的力度表现越突出，它带给人的审美感
受就愈强烈。图 1 为圣地亚哥—卡拉特拉瓦设计的阿 拉米罗桥，这座桥完美诠释了桥梁结构的力与能量平 衡机理及其传递途径： 大倾角的桥塔在外部结构力和 能量上给人不平衡的印象，利用张拉索平衡桥塔继续 倾斜的趋势，蕴含着一种潜藏的运动，将传统斜拉桥 通过自身对称来追求稳定状态的基本原理推翻。桥塔 似乎暗示着 “未完成” 的状态，顶部尖角处理且飞 翔的形态和张紧的拉索构成一幅强劲有力的动力学图 景。
朝天门长江大桥由 552 m 主跨及两侧对称布置的 190 m 边跨组成。主跨为钢桁架系杆拱，两侧边跨为 变高度桁架梁，拱肋上下弦线形采用二次抛物线形， 上弦部分线与边跨上弦间采用圆曲线过渡。桥梁的整 体布置如图 3。
图 3 朝天门长江大桥图
桥梁景观建设是一种反映城市特色、体现地域文 化、展示时代风貌的建设活动，这给桥梁景观设计提 供了广 阔 空 间，同 时 也 对 桥 梁 设 计 提 出 了 新 的 要 求［10］。怎样利用 桥 梁 与 环 境 的 几 何 协 调 理 念 对 朝 天 门大桥进行景观设计成为重中之重，整桥在景观设计 与美学方面有以下几个特点：
在桥梁概念设计中，对结构物中关键力学问题的 处理是结构成功的关键。最小耗能原理是联系结构力 内外能量平衡与构造稳定措施的纽带，这一规律已在 在电能消耗问题，塑性力学增量理论问题和力学强度 理论等问题中得到验证，并在桥梁耐久性设计理念， 生态设计理念，全寿命机制中得到广泛应用［14，15］。 3结论
在桥梁概念设计中，年轻的桥梁工程师应该从工 程实践中思考各桥梁优缺点，从相互比较中理解桥梁 概念设计中结构力学与美学的双重考虑下的经典桥梁 所遵循的原则：
图 5 Ma
2013 年第 2 期
每当在不同路线之间存在着一个选择的时候，一 个物理现象将按照最容易的路线发生，这是一个基本 的自然规律［13］。这一规律即是最小耗能理论： 任何 耗能过程都将在与其相应的约束条件下，以最小耗能 的方式进行，最小耗能原理是对能量守恒定律这一能 量传递规律的最一般描述。
桥梁概念设计是指选择满足桥梁功能，结构，施 工，耐久，环保，经济与美观要求和设计原则的最佳 设计。虽然不需太多投入和太详细计算，但可明确设 计理念，创新点和设计重点和难点； 对设计构思与总 体布局，关键力学问题以及创新技术的认定是概念的 设计的关键。
在 2002 年项海帆院士就指出我国桥梁建设存在 的问题： 一是桥梁美学方面的考虑欠缺，二是设计创 新的短板［2］，而这两者都与桥梁的概念设计密切 相 关。 1. 2 概念设计程序
第 2 期 ( 总第 200 期) 2013 年 4 月 20 日
华东公路 EAST CHINA HIGHWAY
文章编号： 1001 － 7291 （ 2013） 02 － 0069 － 04
文献标识码： B
No． 2 （ Total No． 200） April 2013
桥梁结构的概念设计与美学评价
著名的桥梁造型工程师和艺术家圣地亚哥—卡拉 特拉瓦通过确立自己建筑创作的基本内容———运动、 力与形式，运用技术手段将自然美与艺术美有机结 合，设计的桥梁以其纯粹的结构形式形成的优雅形态 而举世闻名［3］。