青島城市軌道交通R3線高架橋梁景觀美學設計

葉佩文（中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西西安　710043）

青島城市軌道交通R3線高架橋梁景觀美學設計

葉佩文
（中鐵第一勘察設計院集團有限公司，陜西西安710043）

隨著我國城市化進程的飛速發展，城市軌道交通高架橋梁因工程投資省、建設工期短等優勢成為城市公共交通發展的重要構成部分，它的出現緩解了城市交通形形色色的壓力問題，也對其沿線景觀帶來了不容忽視的影響，研究軌道交通高架橋梁景觀美學設計意義重大。本文結合青島城市軌道交通R3線地理位置、線路走向、周圍環境和景觀美學等因素，建議標準梁采用景觀效果好，降噪明顯的單線U梁并置方案，墩柱采用圓端形截面墩柱，橋梁的整體比例關系采用均方根系列作為依據，從景觀角度墩高和橋梁的跨度適宜比例為1：2.5左右，為相似工程橋梁景觀設計提供參考。

城市軌道交通高架橋梁景觀美學設計標準梁橋墩橋跨

1　引言

隨著我國經濟的高速發展， 城市化進程的加快， 國內經濟發展較快的區域中心城市的交通擁堵問題日益受到關注， 大力發展公共交通已經成為業內共識， 城市軌道交通由于其運量大、環保性好而成為大城市改善城市交通環境的首選。城市軌道交通線路一般分為地下、地面和高架3種敷設方式， 相對于地下線而言， 采用高架線在節省工程投資、縮短建設工期等方面具有顯著優勢，成為城市軌道交通在城市周邊交通發展的主要構成部分。城市軌道交通高架橋梁不僅是城市空間景觀中的重要特征，而且也是城市規劃中的突出因素。它一旦建成，即成為強有力的標志并隨之改變所在地域的原有景觀特征。在未來的設計中，最為重要的發展將體現在如何把握城市中日益增多的高架橋梁與周圍空間景觀之間的關系，使之在便捷適用的同時能保護和展現最好的特征和景色。

青島城市軌道交通R3線是線網規劃“一環四線”組成部分，是通往董家口經濟區的軌道交通快線，貫穿整個青島西海岸新區，線路起自經濟技術開發區的嘉陵江路站，經由經濟技術開發區、靈山衛影視文化產業區、新區中心區、古鎮口軍民融合創新示范園區、董家口經濟區五個片區，線路所經片區規劃人口密集，形成了黃島區（西海岸新區）各組團間及黃島區與青島主城區和紅島經濟區間的主要客流走廊。線路全長70.14km，其中地下線18.32km，高架線49.28km，地面線2.54km。設車站22座，其中地下站8座，高架站13座。本線高架橋梁長達50km，是典型的規劃引導型線路，其景觀美學設計要求比較突出。青島市是國家歷史文化名城和風景旅游勝地，對城市建筑的景觀性要求較高，因此研究城市軌道交通高架橋梁景觀美學設計意義重大。

2　軌道交通高架橋梁的景觀美學

美學是從人對現實的審美關系出發，以藝術作為主要對象，研究美、丑、崇高等審美范疇和人的審美意識、美感經驗，以及美的創造、發展及其規律的科學，表現在客觀的事物帶給人感官美的享受。城市軌道交通高架橋梁的審美，是以一個實實在在、功能性極強、結構全部外裸、各組成部分功能明確的結構實體作為審美客體，人們通過對高架橋梁的感受、知覺、表象等心理認知，啟發聯想，激發美的感受。高架橋梁的審美內容主要包括功能結構合理、視覺結構美觀、整體環境協調等方面。

圖1　單線U梁斷面圖

圖2　組合箱梁斷面圖

圖3　單箱單室箱梁斷面圖

圖4　墩柱方案綜合比選圖

圖5　墩高小于10m時視覺效果分析

高架橋梁結構不同于其他的建筑結構，它的三維空間特點全部在人的視覺之內，沒有隔斷和裝飾。遠看時，看到的是高架橋梁與環境的整體形象；近看時，特別是走到橋下時，可能由于凈空低而感到壓抑，或者由于跨度小、橋墩數量多而感到零亂，也可能覺得橋梁、橋墩的造型優美，比例協調而舒暢。因此，高架橋梁結構在保證穩固的基礎上，造型必須虛實相宜，線條簡潔流暢，體量均勻，對比協調，受力明晰，賦予高架橋梁生機與活力。

因此，在美觀服從于功能的前提下，要將城市軌道交通高架橋梁建成一道亮麗的風景線，必須力求研究好高架橋梁的每一個元素。這是一項綜合系統工程，本文僅從人體視覺分析梁型、橋墩、橋高、橋梁跨度、橋高與跨度的比例關系、橋梁美化與周邊的整體協調等方面，重點研究軌道交通高架橋梁自身的結構形式和景觀美學設計。

3　軌道交通高架橋梁的特點及其景觀設計應考慮的因素

城市高架橋梁一般位于城市交通走廊，位置顯要，在為人們提供方便快捷交通的同時，對城市景觀及擁堵的城市空間有著強烈的壓迫和割裂作用，因此橋梁的景觀問題越來越得到人們的重視，高架橋梁景觀問題是現代交通對環境提出的新問題，并已經發展為一門新型學科。但橋梁景觀問題至今仍沒有一個系統的解決方案。這是因為橋梁作為城市的生命線工程，與其它建筑比較起來，其景觀設計涉及的因素較多。

這一點在軌道交通高架橋梁工程上表現得尤為突出，與一般城市道路高架相比，由于軌道交通高架橋梁對結構剛度的要求明顯高于城市道路高架橋，這就使得在滿足強度條件的前提下，橋墩的最小截面尺寸要大于相應的道路高架橋；同時由于軌道交通高架橋梁橋面較窄，因此橋墩截面尺寸的變化范圍相對較小，這一切都導致了軌道交通高架橋梁在橋梁景觀的處理上難度較大。通過以往的設計經驗并結合本工程設計實踐，本文認為橋梁景觀設計中應充分考慮以下因素，并綜合這些因素確定一個好的設計方案。

圖6　橋梁整體比例適宜的實景照片

圖7　橋梁高度太低的實景照片

圖8　橋梁高度過高的實景照片

3.1橋梁自身的功能需求

由于軌道交通軌道結構大都采用無縫線路，當梁體與鋼軌之間有相對溫差或相對豎向變形時，都會引起鋼軌的附加應力，研究表明尤其對于簡支橋梁結構，當橋墩的線剛度小于一定的數值時，由于橋墩變形引起的鋼軌附加應力將對行車安全造成影響，甚至出現鋼軌破壞的嚴重問題，因此地鐵設計規范明確了橋墩的最小線剛度要求。

3.2橋梁空間和場所精神的營造

橋梁空間是具有明顯秩序感的城市空間，即按幾何形態學原理進行布局的流動性空間構成。所以橋梁空間的韻律感是其最明顯的特點，就像音樂一樣，不同的節拍和韻律給人的感受不同，這就是場所精神。優美的旋律才能打動人，而良好的橋梁空間秩序才能形成有沖擊力的場所精神。從宏觀的空間關系及周邊環境的變化來推敲橋跨的比例和變化，使整個橋梁在與周邊城市空間及環境相適應的節奏和空間序列中協調共生，從而形成和諧而極具生命張力的場所精神。

橋梁的建設是和環境景觀、綠化處理緊密結合的，這一點在國外已經得到了充分重視，表現在高架橋梁的橋下綠化帶一般都比較寬，從而以較大范圍的綠化來淡化橋梁對城市空間的不利影響。

3.3橋梁合理的建筑尺度和細部刻畫

橋梁因其自身結構特點往往是粗線條的，細部缺失，尺度感差。而人作為在城市生活的主體，對高架橋梁的觀察一般是以正常視角來看的，這就要求我們在考慮橋梁的整體的宏觀旋律和節奏的同時，必須注重 建筑尺度和細部的刻畫。在設計中根據人體尺度及視覺要求來平衡各種要素之間的關系，注重各部件之間的連接，力求實現統一、均衡，使橋梁在具有宏大氣魄的同時，又具有溫暖而和諧的親和力。

表1　標準梁綜合比較表

3.4橋梁的材質和色彩

材質和色彩雖然是依附于大的建筑空間和細部尺度的表皮，但它們卻是給人直接印象的重要元素，材質和色彩猶如人的衣著，合理的搭配則會顯得得體，與建筑空間相得益彰，形成完整而優美的景觀效果。

4　青島城市軌道交通R3線高架橋梁景觀美學設計

4.1標準梁構造形式及景觀設計

梁部結構設計應構造簡單，便于施工架設，目前城市軌道交通高架橋梁中常用的截面形式主要有單箱單室箱梁、組合箱梁、U梁等幾種形式。根據以上分析，本線初步確定以下幾個方案進行綜合比選研究。

4.1.1單線U梁并置方案

方案簡述：橋梁上部結構采用兩片單線U梁并置形式，U梁高1.8m，梁體內、外側腹板均采用流線弧形外觀，斷面如圖1所示：

方案優點：建筑高度低，U型梁比箱梁建筑高度低1.5m左右，有利于上跨立交；結構受力需要的主梁上翼緣可兼做檢修及旅客緊急疏散通道，下部空間可布置通信、信號、電力電纜等管線，截面利用率高；采用分片預制，對吊裝設備起吊能力要求低，可采用小型架橋機橋上運架，也可采用橋下運輸、整孔吊裝的架設方法，運架方式靈活；降噪效果好，對比其他箱形梁，U梁腹板具有阻隔輪軌噪音的作用，U梁沒有列車振動引起的箱梁體內的混響噪音；U梁為開口斷面，方便后期維修檢查。

方案缺點：橫向剛度相對較弱，動力特性稍差，但仍可滿足規范要求；在渡線區段及較大跨度節點橋處，需轉換梁型；墩頂蓋梁橫向尺寸較大，需施加預應力。

4.1.2組合箱梁方案

方案簡述：橋梁上部結構采用組合箱梁截面形式，箱梁高1.8m，箱梁腹板采用斜腹板，組合箱梁斷面如圖2所示：

方案優點：組合箱梁，受力清晰，施工工藝成熟；采用分片預制，對吊裝設備起吊能力要求低，可采用小型架橋機橋上運架，也可采用橋下運輸、整孔吊裝的架設方法，運架方式靈活。

方案缺點：結構整體剛度較弱，行車動力條件稍差；受跨越能力限制，跨越較大的城市道路及河流處又要變為整體箱梁；后期橋面板、橫隔板的澆筑工作量較大；橋面設置擋板及聲屏障后，體量較大，側向視野阻擋較嚴重；梁高較低，箱梁內部空間狹窄，不方便后期的維修檢查。

4.1.3單箱單室箱梁方案

方案簡述：橋梁上部結構采用單箱單室箱梁截面形式，梁高1.8m，箱梁腹板采用斜腹板，單箱單室箱梁斷面如圖3所示：

方案優點：單箱單室箱梁截面結構整體性好，剛度大，徐變上拱小，結構動力性能好；跨越能力強，適應跨路口的需要；適應性好，可方便的用于區間曲線、渡線段。

方案缺點：梁體自重較大，運架設備的要求較高；橋面設置擋板及聲屏障后，體量較大，側向視野阻擋較嚴重；梁高較低，箱梁內部空間狹窄，不方便后期維修檢查。

4.1.4綜合比選（表1）

綜合分析，以上三個方案各有優缺點，均為可行方案。但結合線路沿線區域規劃、周邊環境及景觀效果等因素綜合考慮，本工程高架橋梁推薦采用景觀效果好，降噪明顯的單線U梁并置方案。

4.2墩柱景觀美學設計

橋墩作為高架橋梁的承重結構，是高架橋梁的重要組成部分，對于城市軌道交通橋梁，由于所處位置的特殊和大范圍連續布置，使得其極易進入人們的視線，成為關注的重點。本線高架區間貫穿青島西海岸經濟新區多個功能板塊，結合橋梁上部結構斷面形式以及沿線周邊環境等因素綜合考慮，本工程主要構思以下三種墩形方案。（圖4）

由于城市有限的用地和復雜的環境，橋墩多應做的精巧，體量不應過大。橋墩形狀可以采用矩形、正方形、圓形等多種形式的橫截面。在橫截面面積相等的情況下，圓形橋墩對視線的通透性影響最小，其次是正方形橋墩，矩形橋墩在不同視角方向對視線通透性有不同程度的遮擋，并且程度大于前兩者。

圓端形截面墩柱與梁部流線形外觀協調性好，建成后整體景觀效果好。矩形截面墩柱線條流暢，棱角分明，受力較好。矩形截面墩柱，墩頂采用“Y”形，墩頂蓋梁可按鋼筋混凝土結構設計，減少了預應力鋼束張拉，施工簡單，施工速度快，但此墩形適應墩高的能力較差。綜合分析，本線高架橋梁推薦采用景觀效果好的圓端形截面墩柱，在直線段設置凹槽。

4.3高架橋梁跨度景觀美學設計

4.3.1人的視覺特點分析

視覺特性是分析景觀問題的出發點，是景觀與環境設計的依據，在道路空間中，不同用路者的視覺特性是不同的。人的視線特點：人眼的水平視角為30°～40°（ 正常中央視角區域），人眼的余光視角可達150°左右，但是超過正常視角以外的兩側余光視角范圍內，人眼辨認物體形狀的能力減弱而只能憑感覺去感知物體的大致外輪廓。人眼的垂直視角在-15°～60°左右，當俯角超過60°時辨認物體形狀的能力迅速減弱。

人在室外由遠及近地觀察物體時，在遠處，看到的是物體的整體比例關系，這是對物體的外輪廓判定。當人走近物體時，隨著視線的拉近，逐漸看到物體的細部構造，對整體比例關系起限定作用的約束元素發揮作用，也就是說，近處看到的是物體細部構成的尺度關系，即物體構成的比例劃分，這是對物體的細節尺度判定。

對于橋梁而言，當從較遠距離觀察時，視覺就側重于橋梁跨度與高度之間的整體外輪廓比例關系；當從較近距離觀察時，視線焦點主要集中在橋梁的構配件尺度方面。

4.3.2高架橋梁標準跨徑研究

本工程高架線路較長，標準梁跨的數量較多。標準跨徑應結合結構類型、施工方法、技術經濟及橋梁美觀等方面綜合考慮。跨徑過小導致橋墩過多，既影響景觀，又影響施工速度；跨徑過大，梁高的增加將較為明顯，同時施工難度也相應增大。根據目前國內外軌道交通橋梁建設經驗，標準梁跨度基本在25～35m之間，具體應根據城市橋梁建設環境綜合分析。本線以1km橋長為研究對象，對25m、30m、35m三種跨度的技術經濟指標進行了綜合比選， 單從材料指標的角度分析，30m跨度較為經濟合理，因此，本線推薦30m跨度為高架橋梁的基本跨徑。

4.3.3高架橋梁整體比例關系景觀美學研究

根據青島軌道交通高架橋設計的工程實踐，標準梁的經濟跨度為30m，因此本文分析中以30m作為橋梁整體比例關系研究的基本依據。

一般認為，具有黃金分割比（1：1.618）的長方形是比例最優美的。在工程實踐中，對于由橋墩和橋身實體框定的空間而言，一般不可能獲得如此理想的高寬比，常見的是1:（1：2.3）的比例，經過人們的認知實踐，公認為也是比例勻稱的。在上述均方根比例關系的基礎上，需要對橋梁整體比例關系進行修正——橋高的修正。

修正的原因：在實際環境中，橋梁在視野中所占的比例隨著視線距離的增大而減少，而地表地貌的變化所占視野比例增大，地表地貌的變化對橋梁的外輪廓有著修飾和修改的作用。人距離橋梁越遠，對于橋梁的高跨比例判定能力越低。人近距離觀察橋梁時，由于橋梁對人視線角度的遮擋，空間視線的切割影響 壓抑感的主要控制因素是橋梁高度和梁底板面的寬度。在保證了將橋梁在近距離范圍內對人的心理壓抑感減小到最小之后，需要對所得的高跨比例做一個適當的調整，使之盡可能的與實際現場觀感效果接近。（圖3）

由上面的分析可知，當墩高在l0m以下時，不論是由橋墩與橋身實體框定的空間的比例還是此中最佳水平視角方位內的部分，比例都欠佳，過于扁平。而且，此時在正常視距上（道路邊緣），人眼對橋身的仰視視角在12°～17°，占據了垂直視野中正中的主要部分，顯得較為壓抑。較明顯，因此會對人的視覺心理產生壓抑感。

當墩高在10～14m附近時，對視覺效果壓抑的影響比較不明顯，當橋高低于這個范圍時，對人的視線有明顯的壓抑作用，而當橋高高于這個范圍時，對于減輕視線壓抑的作用并不明顯，相反由實體框定的空間具有理想的高寬比，但最佳水平視角范圍內的空間顯瘦高，且此時墩高又過高，從而給人以不穩定的感覺。

橋梁高跨比例為1：2.5時，橋孔的整體比例顯得比較舒展，橋高與跨度的比例也和我們一般的視覺習慣相吻合。在外形的穩定感及造型的美觀之間取得了平衡，比較符合人的視覺習慣，如圖6所示：

橋梁的高度太低的時候會對視線有明顯的遮擋，同時人的視覺心理也會有非常強烈的壓抑感，如圖7所示：

在跨度相同的情況下，橋梁的高度過高，會給人以不穩定的感覺。采用接近正方形的1：1.4的比例明顯不如采用工藝設計中廣泛使用的1：2.5給人的穩定感強。如圖8所示：

綜合分析，從高架橋梁景觀美學角度分析，本工程建議高架橋梁高跨比例為1：2.5。

4.4高架橋梁美化與周邊環境整體協調的美學研究

城市軌道交通高架橋梁的整體環境景觀與綠化處理是緊密結合的，要體現高架橋梁的設計功能與美觀，只有與環境協調、相融，才能體現出建筑的美。

首先是橋墩的綠化，橋墩綠化可以使橋梁產生與周圍的環境共生的互動關系，其處理方式包括在墩身種植爬藤植物，在橋底和墩柱周圍鋪植草坪、花池、綠化帶，并種植喜陰的綠色植物，在有條件的地段，結合墩柱設計豎向的花槽或者豎向的片狀綠化，提高橋梁的綠化覆蓋程度。然后是橋梁周圍環境的綠化，在橋梁周圍設置一定范圍的綠化隔離帶或更大面積的綠色草坪，使橋梁的景觀有更加優美的背景環境作襯托，從而提高橋梁的景觀欣賞指數，達到優化橋梁景觀設計的目的。考慮再細致些，有條件時可以對梁身細部優化處理，包括橋梁構配件的尺度對于周圍環境的影響處理。在滿足橋梁使用功能的前提下，可對橋梁的構配件細部進行更加細致的構思，并加以裝飾手法的運用，以提高橋梁細節的可觀賞性，從而達到對橋梁的優化效果。最終的景觀設計目標要求高架橋梁自然和諧的融入背景環境， 使得乘坐軌道交通的乘客可以感受軌道交通的快捷便利， 而周邊的居民、行人、司機等感受不到高架橋梁帶來的干擾與困擾。

5　結語

隨著時代的發展和科技的不斷進步，特別是高架橋對城市交通的影響越來越大，人們對橋梁建筑的審美心理、審美觀點、審美標準、審美能力的不斷提高，高架橋梁建筑美也被不斷賦予新的內涵。

結合本線高架區間的地理位置、線路走向、周圍環境和景觀美學等因素，建議標準梁采用景觀效果好，降噪明顯的單線U梁并置方案，墩柱采用圓端形截面墩柱，橋梁的整體比例關系采用均方根系列作為依據，從景觀的角度墩高和橋梁的跨度適宜比例為1：2.5左右，但這只是理論分析的結果，實際墩高的理想值需要綜合各方面因素，具體問題需具體分析。

［1］GB50157-2013，地鐵設計規范［S］.

［2］GB50490-2009，城市軌道交通技術規范［S］.

［3］建標104-2008，城市軌道交通工程項目建設標準［S］.

［4］唐亞琳.城市軌道交通高架橋的景觀美學設計［J］.都市快軌交通，2009（12）:48-52.

［5］高山.城市軌道交通高架橋梁景觀設計［J］.科技創新導報，2010（18）:151-152.

［6］鄭君長.城市軌道橋梁景觀設計概要.第十六屆全國混凝土及預應力混凝土學術會議暨第十二屆預應力學術交流會，2013:242-246

［7］中鐵第一勘察設計院集團有限公司，青島市紅島—膠南城際西海岸段軌道交通工程可行性研究報告［Z］.西安:中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2014.

［8］中鐵第一勘察設計院集團有限公司.青島市紅島—膠南城際軌道交通二期工程項目建議書［Z］.西安:中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2014.

［9］中鐵第一勘察設計院集團有限公司，青島市紅島—膠南城際軌道交通二期工程可行性研究報告［Z］.西安:中鐵第一勘察設計院集團有限公司，2015.

［10］盛洪飛.橋梁建筑美學［M］.香港:萬里機構·萬里書店，1992.

葉佩文（1985—），男，工程師，2009年畢業于北京交通大學道路與鐵道工程專業，工學碩士。