青岛城市轨道交通R3线高架桥梁景观美学设计
1 引言
随着我国经济的高速发展， 城市化进程的加快， 国内经济发展较快的区域中心城市的交通拥堵问题日益受到关注， 大力发展公共交通已经成为业内共识， 城市轨道交通由于其运量大、环保性好而成为大城市改善城市交通环境的首选。城市轨道交通线路一般分为地下、地面和高架3种敷设方式， 相对于地下线而言， 采用高架线在节省工程投资、缩短建设工期等方面具有显著优势，成为城市轨道交通在城市周边交通发展的主要构成部分。城市轨道交通高架桥梁不仅是城市空间景观中的重要特征，而且也是城市规划中的突出因素。它一旦建成，即成为强有力的标志并随之改变所在地域的原有景观特征。在未来的设计中，最为重要的发展将体现在如何把握城市中日益增多的高架桥梁与周围空间景观之间的关系，使之在便捷适用的同时能保护和展现最好的特征和景色。
青岛城市轨道交通R3线是线网规划“一环四线”组成部分，是通往董家口经济区的轨道交通快线，贯穿整个青岛西海岸新区，线路起自经济技术开发区的嘉陵江路站，经由经济技术开发区、灵山卫影视文化产业区、新区中心区、古镇口军民融合创新示范园区、董家口经济区五个片区，线路所经片区规划人口密集，形成了黄岛区（西海岸新区）各组团间及黄岛区与青岛主城区和红岛经济区间的主要客流走廊。线路全长70.14km，其中地下线18.32km，高架线49.28km，地面线2.54km。设车站22座，其中地下站8座，高架站13座。本线高架桥梁长达50km，是典型的规划引导型线路，其景观美学设计要求比较突出。青岛市是国家历史文化名城和风景旅游胜地，对城市建筑的景观性要求较高，因此研究城市轨道交通高架桥梁景观美学设计意义重大。
2 轨道交通高架桥梁的景观美学
美学是从人对现实的审美关系出发，以艺术作为主要对象，研究美、丑、崇高等审美范畴和人的审美意识、美感经验，以及美的创造、发展及其规律的科学，表现在客观的事物带给人感官美的享受。城市轨道交通高架桥梁的审美，是以一个实实在在、功能性极强、结构全部外裸、各组成部分功能明确的结构实体作为审美客体，人们通过对高架桥梁的感受、知觉、表象等心理认知，启发联想，激发美的感受。高架桥梁的审美内容主要包括功能结构合理、视觉结构美观、整体环境协调等方面。
高架桥梁结构不同于其他的建筑结构，它的三维空间特点全部在人的视觉之内，没有隔断和装饰。远看时，看到的是高架桥梁与环境的整体形象；近看时，特别是走到桥下时，可能由于净空低而感到压抑，或者由于跨度小、桥墩数量多而感到零乱，也可能觉得桥梁、桥墩的造型优美，比例协调而舒畅。因此，高架桥梁结构在保证稳固的基础上，造型必须虚实相宜，线条简洁流畅，体量均匀，对比协调，受力明晰，赋予高架桥梁生机与活力。
因此，在美观服从于功能的前提下，要将城市轨道交通高架桥梁建成一道亮丽的风景线，必须力求研究好高架桥梁的每一个元素。这是一项综合系统工程，本文仅从人体视觉分析梁型、桥墩、桥高、桥梁跨度、桥高与跨度的比例关系、桥梁美化与周边的整体协调等方面，重点研究轨道交通高架桥梁自身的结构形式和景观美学设计。
3 轨道交通高架桥梁的特点及其景观设计应考虑的因素
城市高架桥梁一般位于城市交通走廊，位置显要，在为人们提供方便快捷交通的同时，对城市景观及拥堵的城市空间有着强烈的压迫和割裂作用，因此桥梁的景观问题越来越得到人们的重视，高架桥梁景观问题是现代交通对环境提出的新问题，并已经发展为一门新型学科。但桥梁景观问题至今仍没有一个系统的解决方案。这是因为桥梁作为城市的生命线工程，与其它建筑比较起来，其景观设计涉及的因素较多。
这一点在轨道交通高架桥梁工程上表现得尤为突出，与一般城市道路高架相比，由于轨道交通高架桥梁对结构刚度的要求明显高于城市道路高架桥，这就使得在满足强度条件的前提下，桥墩的最小截面尺寸要大于相应的道路高架桥；同时由于轨道交通高架桥梁桥面较窄，因此桥墩截面尺寸的变化范围相对较小，这一切都导致了轨道交通高架桥梁在桥梁景观的处理上难度较大。通过以往的设计经验并结合本工程设计实践，本文认为桥梁景观设计中应充分考虑以下因素，并综合这些因素确定一个好的设计方案。
3.1桥梁自身的功能需求
由于轨道交通轨道结构大都采用无缝线路，当梁体与钢轨之间有相对温差或相对竖向变形时，都会引起钢轨的附加应力，研究表明尤其对于简支桥梁结构，当桥墩的线刚度小于一定的数值时，由于桥墩变形引起的钢轨附加应力将对行车安全造成影响，甚至出现钢轨破坏的严重问题，因此地铁设计规范明确了桥墩的最小线刚度要求。
3.2桥梁空间和场所精神的营造
桥梁空间是具有明显秩序感的城市空间，即按几何形态学原理进行布局的流动性空间构成。所以桥梁空间的韵律感是其最明显的特点，就像音乐一样，不同的节拍和韵律给人的感受不同，这就是场所精神。优美的旋律才能打动人，而良好的桥梁空间秩序才能形成有冲击力的场所精神。从宏观的空间关系及周边环境的变化来推敲桥跨的比例和变化，使整个桥梁在与周边城市空间及环境相适应的节奏和空间序列中协调共生，从而形成和谐而极具生命张力的场所精神。 桥梁的建设是和环境景观、绿化处理紧密结合的，这一点在国外已经得到了充分重视，表现在高架桥梁的桥下绿化带一般都比较宽，从而以较大范围的绿化来淡化桥梁对城市空间的不利影响。
3.3桥梁合理的建筑尺度和细部刻画
桥梁因其自身结构特点往往是粗线条的，细部缺失，尺度感差。而人作为在城市生活的主体，对高架桥梁的观察一般是以正常视角来看的，这就要求我们在考虑桥梁的整体的宏观旋律和节奏的同时，必须注重建筑尺度和细部的刻画。在设计中根据人体尺度及视觉要求来平衡各种要素之间的关系，注重各部件之间的连接，力求实现统一、均衡，使桥梁在具有宏大气魄的同时，又具有温暖而和谐的亲和力。
3.4桥梁的材质和色彩
材质和色彩虽然是依附于大的建筑空间和细部尺度的表皮，但它们却是给人直接印象的重要元素，材质和色彩犹如人的衣着，合理的搭配则会显得得体，与建筑空间相得益彰，形成完整而优美的景观效果。
4 青岛城市轨道交通R3线高架桥梁景观美学设计
4.1 标准梁构造形式及景观设计
梁部结构设计应构造简单，便于施工架设，目前城市轨道交通高架桥梁中常用的截面形式主要有单箱单室箱梁、组合箱梁、U梁等几种形式。根据以上分析，本线初步确定以下几个方案进行综合比选研究。
4.1.1单线U梁并置方案
方案简述：桥梁上部结构采用两片单线U梁并置形式，U梁高1.8m，梁体内、外侧腹板均采用流线弧形外观，断面如图1所示：
图1 单线U梁断面图
方案优点：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；结构受力需要的主梁上翼缘可兼做检修及旅客紧急疏散通道，下部空间可布置通信、信号、电力电缆等管线，截面利用率高；采用分片预制，对吊装设备起吊能力要求低，可采用小型架桥机桥上运架，也可采用桥下运输、整孔吊装的架设方法，运架方式灵活；降噪效果好，对比其他箱形梁，U梁腹板具有阻隔轮轨噪音的作用，U梁没有列车振动引起的箱梁体内的混响噪音；U梁为开口断面，方便后期维修检查。
方案缺点：横向刚度相对较弱，动力特性稍差，但仍可满足规范要求；在渡线区段及较大跨度节点桥处，需转换梁型；墩顶盖梁横向尺寸较大，需施加预应力。
4.1.2组合箱梁方案
方案简述：桥梁上部结构采用组合箱梁截面形式，箱梁高1.8m，箱梁腹板采用斜腹板，组合箱梁断面如图2所示：
图2 组合箱梁断面图
方案优点：组合箱梁，受力清晰，施工工艺成熟；采用分片预制，对吊装设备起吊能力要求低，可采用小型架桥机桥上运架，也可采用桥下运输、整孔吊装的架设方法，运架方式灵活。
方案缺点：结构整体刚度较弱，行车动力条件稍差；受跨越能力限制，跨越较大的城市道路及河流处又要变为整体箱梁；后期桥面板、横隔板的浇筑工作量较大；桥面设置挡板及声屏障后，体量较大，侧向视野阻挡较严重；梁高较低，箱梁内部空间狭窄，不方便后期的维修检查。
4.1.3单箱单室箱梁方案
方案简述：桥梁上部结构采用单箱单室箱梁截面形式，梁高1.8m，箱梁腹板采用斜腹板，单箱单室箱梁断面如图3所示：
图3 单箱单室箱梁断面图
方案优点：单箱单室箱梁截面结构整体性好，刚度大，徐变上拱小，结构动力性能好；跨越能力强，适应跨路口的需要；适应性好，可方便的用于区间曲线、渡线段。
方案缺点：梁体自重较大，运架设备的要求较高；桥面设置挡板及声屏障后，体量较大，侧向视野阻挡较严重；梁高较低，箱梁内部空间狭窄，不方便后期维修检查。
4.1.4综合比选
标准梁综合比较表 表1
梁型
比较项目 单线U 梁 组合箱梁 单箱单室箱梁
景观 景观好 景观差 景观一般
对带配线线路适应性 较差 好 好
力学性能 开口薄壁截面，抗扭性能略差 横向整体性略差 整体刚度好，结构动力性能好
适宜施工方法 预制架设、现浇施工 预制架设、现浇施工 预制架设、现浇施工
与车站衔接适应性 对侧式车站、岛式车站均适用 对侧式车站、岛式车站均适用 仅适用侧式车站
预制梁运输 整孔架设，桥上桥下均可运输 整孔架设，桥上桥下均可运输 整孔架设，桥上运输
噪声与振动 噪声小，腹板可起到部分声屏障作用、振动小 箱体共鸣噪声较小、振动小 箱体共鸣噪声较大、振动小
综合分析，以上三个方案各有优缺点，均为可行方案。但结合线路沿线区域规划、周边环境及景观效果等因素综合考虑，本工程高架桥梁推荐采用景观效果好，降噪明显的单线U梁并置方案。
4.2 墩柱景观美学设计
桥墩作为高架桥梁的承重结构，是高架桥梁的重要组成部分，对于城市轨道交通桥梁，由于所处位置的特殊和大范围连续布置，使得其极易进入人们的视线，成为关注的重点。本线高架区间贯穿青岛西海岸经济新区多个功能板块，结合桥梁上部结构断面形式以及沿线周边环境等因素综合考虑，本工程主要构思以下三种墩形方案。
圆端形截面T形墩 矩形截面T形墩 矩形截面Y形墩
图4 墩柱方案综合比选图
由于城市有限的用地和复杂的环境，桥墩多应做的精巧，体量不应过大。桥墩形状可以采用矩形、正方形、圆形等多种形式的横截面。在横截面面积相等的情况下，圆形桥墩对视线的通透性影响最小，其次是正方形桥墩，矩形桥墩在不同视角方向对视线通透性有不同程度的遮挡，并且程度大于前两者。
圆端形截面墩柱与梁部流线形外观协调性好，建成后整体景观效果好。矩形截面墩柱线条流畅，棱角分明，受力较好。矩形截面墩柱，墩顶采用“Y”形，墩顶盖梁可按钢筋混凝土结构设计，减少了预应力钢束张拉，施工简单，施工速度快，但此墩形适应墩高的能力较差。综合分析，本线高架桥梁推荐采用景观效果好的圆端形截面墩柱，在直线段设置凹槽。 4.3 高架桥梁跨度景观美学设计
4.3.1人的视觉特点分析
视觉特性是分析景观问题的出发点，是景观与环境设计的依据，在道路空间中，不同用路者的视觉特性是不同的。人的视线特点：人眼的水平视角为30°～40°（ 正常中央视角区域），人眼的余光视角可达150°左右，但是超过正常视角以外的两侧余光视角范围内，人眼辨认物体形状的能力减弱而只能凭感觉去感知物体的大致外轮廓。人眼的垂直视角在-15°～60°左右，当俯角超过60°时辨认物体形状的能力迅速减弱。
人在室外由远及近地观察物体时，在远处，看到的是物体的整体比例关系，这是对物体的外轮廓判定。当人走近物体时，随着视线的拉近，逐渐看到物体的细部构造，对整体比例关系起限定作用的约束元素发挥作用，也就是说，近处看到的是物体细部构成的尺度关系，即物体构成的比例划分，这是对物体的细节尺度判定。
对于桥梁而言，当从较远距离观察时，视觉就侧重于桥梁跨度与高度之间的整体外轮廓比例关系；当从较近距离观察时，视线焦点主要集中在桥梁的构配件尺度方面。
4.3.2高架桥梁标准跨径研究
本工程高架线路较长，标准梁跨的数量较多。标准跨径应结合结构类型、施工方法、技术经济及桥梁美观等方面综合考虑。跨径过小导致桥墩过多，既影响景观，又影响施工速度；跨径过大，梁高的增加将较为明显，同时施工难度也相应增大。根据目前国内外轨道交通桥梁建设经验，标准梁跨度基本在25～35m之间，具体应根据城市桥梁建设环境综合分析。本线以1km桥长为研究对象，对25m、30m、35m三种跨度的技术经济指标进行了综合比选， 单从材料指标的角度分析，30m跨度较为经济合理，因此，本线推荐30m跨度为高架桥梁的基本跨径。
4.3.3高架桥梁整体比例关系景观美学研究
根据青岛轨道交通高架桥设计的工程实践，标准梁的经济跨度为30m，因此本文分析中以30m作为桥梁整体比例关系研究的基本依据。
一般认为，具有黄金分割比（1：1.618）的长方形是比例最优美的。在工程实践中，对于由桥墩和桥身实体框定的空间而言，一般不可能获得如此理想的高宽比，常见的是（1：2.3）的比例，经过人们的认知实践，公认为也是比例匀称的。在上述均方根比例关系的基础上，需要对桥梁整体比例关系进行修正――桥高的修正。
修正的原因：在实际环境中，桥梁在视野中所占的比例随着视线距离的增大而减少，而地表地貌的变化所占视野比例增大，地表地貌的变化对桥梁的外轮廓有着修饰和修改的作用。人距离桥梁越远，对于桥梁的高跨比例判定能力越低。人近距离观察桥梁时，由于桥梁对人视线角度的遮挡，空间视线的切割影响 压抑感的主要控制因素是桥梁高度和梁底板面的宽度。在保证了将桥梁在近距离范围内对人的心理压抑感减小到最小之后，需要对所得的高跨比例做一个适当的调整，使之尽可能的与实际现场观感效果接近。
图5 墩高小于10m时视觉效果分析
由上面的分析可知，当墩高在lOm以下时，不论是由桥墩与桥身实体框定的空间的比例还是此中最佳水平视角方位内的部分，比例都欠佳，过于扁平。而且，此时在正常视距上（道路边缘），人眼对桥身的仰视视角在12°～17°，占据了垂直视野中正中的主要部分，显得较为压抑。较明显，因此会对人的视觉心理产生压抑感。
当墩高在10 ～14m附近时，对视觉效果压抑的影响比较不明显，当桥高低于这个范围时，对人的视线有明显的压抑作用，而当桥高高于这个范围时，对于减轻视线压抑的作用并不明显，相反由实体框定的空间具有理想的高宽比，但最佳水平视角范围内的空间显瘦高，且此时墩高又过高，从而给人以不稳定的感觉。
桥梁高跨比例为1：2.5时，桥孔的整体比例显得比较舒展，桥高与跨度的比例也和我们一般的视觉习惯相吻合。在外形的稳定感及造型的美观之间取得了平衡，比较符合人的视觉习惯，如图6所示：
图6 桥梁整体比例适宜的实景照片
桥梁的高度太低的时候会对视线有明显的遮挡，同时人的视觉心理也会有非常强烈的压抑感，如图7所示：
图7 桥梁高度太低的实景照片
在跨度相同的情况下，桥梁的高度过高，会给人以不稳定的感觉。采用接近正方形的1：1.4的比例明显不如采用工艺设计中广泛使用的1：2.5给人的稳定感强。如图8所示：
图8 桥梁高度过高的实景照片
综合分析，从高架桥梁景观美学角度分析，本工程建议高架桥梁高跨比例为1：2.5。
4.4 高架桥梁美化与周边环境整体协调的美学研究
城市轨道交通高架桥梁的整体环境景观与绿化处理是紧密结合的，要体现高架桥梁的设计功能与美观，只有与环境协调、相融，才能体现出建筑的美。
首先是桥墩的绿化，桥墩绿化可以使桥梁产生与周围的环境共生的互动关系，其处理方式包括在墩身种植爬藤植物，在桥底和墩柱周围铺植草坪、花池、绿化带，并种植喜阴的绿色植物，在有条件的地段，结合墩柱设计竖向的花槽或者竖向的片状绿化，提高桥梁的绿化覆盖程度。然后是桥梁周围环境的绿化，在桥梁周围设置一定范围的绿化隔离带或更大面积的绿色草坪，使桥梁的景观有更加优美的背景环境作衬托，从而提高桥梁的景观欣赏指数，达到优化桥梁景观设计的目的。考虑再细致些，有条件时可以对梁身细部优化处理，包括桥梁构配件的尺度对于周围环境的影响处理。在满足桥梁使用功能的前提下，可对桥梁的构配件细部进行更加细致的构思，并加以装饰手法的运用，以提高桥梁细节的可观赏性，从而达到对桥梁的优化效果。
最终的景观设计目标要求高架桥梁自然和谐的融入背景环境， 使得乘坐轨道交通的乘客可以感受轨道交通的快捷便利， 而周边的居民、行人、司机等感受不到高架桥梁带来的干扰与困扰。
5 结语
随着时代的发展和科技的不断进步，特别是高架桥对城市交通的影响越来越大，人们对桥梁建筑的审美心理、审美观点、审美标准、审美能力的不断提高，高架桥梁建筑美也被不断赋予新的内涵。
结合本线高架区间的地理位置、线路走向、周围环境和景观美学等因素，建议标准梁采用景观效果好，降噪明显的单线U梁并置方案，墩柱采用圆端形截面墩柱，桥梁的整体比例关系采用均方根系列作为依据，从景观的角度墩高和桥梁的跨度适宜比例为1：2.5左右，但这只是理论分析的结果，实际墩高的理想值需要综合各方面因素，具体问题需具体分析。
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