重庆桥梁的创意思维与创新能力

刘　亢，王福敏

（招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆　400067）

重庆桥梁的创意思维与创新能力

刘亢，王福敏

（招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆400067）

至2014年底，重庆市有桥梁1.3万座，其中跨江大桥有近100座，且36座跨江大桥建成时在同类桥型主跨跨径方面位居世界或中国第一。以“山、水、城、桥”区域特色和独特魅力为背景，引用“能、会、美、雅”的创作手段，通过对重庆市典型桥梁进行美学与结构剖析，介绍重庆桥梁的创意思维与创新能力。

桥梁；创意；创新；设计美学

1　创意和创新

创意指具有新颖性和创造性的想法、巧妙的构思。创新指改变旧事物、创造新事物的方法或手段。两者的共同点是创造性，但创意侧重于思想性，是一种思维；而创新则侧重于技术性，是一种能力。

2015年，重庆市桥梁协会和重庆晨报联合主办了“发现重庆之美·重庆桥梁科技科普展暨首届最美桥梁评选”活动，期间收到了一批小学生创作的桥梁创意画，见图1。

图1　重庆市小朋友画的桥

小朋友们用天马行空的想象和五彩斑斓的颜色描绘了他们心中漂亮的桥梁，还用简要的文字介绍了自己的“设计理念”。这是包含形象思维、超常规思维和创造性思维的综合性思维，这就是小朋友们的创意。

创意是创造性活动思想之源，创新是创造性活动实现之路。随着科技的进步和社会的发展，人们对精神生活提出了更高要求，且个性化和适宜性需求不断增长，也盼望攻克更大困难与障碍，实现更多自由；同时，现代学科间相互渗透和融合，社会科学已经融入自然科学，技术美学、桥梁美学从产生到发展……时代的这些特性，令桥梁创意和创新越来越重要。

重庆市在1997年之后，桥梁建设高速发展，到2000年底，桥梁的数量和规模都相当可观，但一直未能明显超越其他城市成为“桥都”。其中一个最重要的原因是：当时重庆桥梁工程技术的创意和创新性不够，被视为桥梁“灵魂”的桥文化还未得到很好展现。

2　重庆桥梁的发展历程

重庆古代从巫山人算起，约有200万年的历史。有记载的最早桥梁出现在东汉时期，距今已有2000年，现存的石拱桥——荣昌施济桥已有千年的历史［1］。重庆桥梁数量发展折线图见图2，重庆市桥梁数量分类统计（截至2014年底）见表1（数据来源于2015年重庆桥梁科技科普展）。

图2　重庆桥梁数量发展折线图

表1　重庆市桥梁数量分类统计（截至2014年底）

回顾重庆市桥梁建设的发展过程，大致可以分为5个阶段。

第1阶段：远古时期，这一时期是巴人对桥由自然到认识的发端。以重庆市武隆天龙桥为代表的一批天生桥，既展现了大自然的鬼斧神工，又启发了远古人们效法搭建桥梁，见图3。此阶段桥梁的特点是枯树卧溪、竹木成桥、块石堆砌、栈索弄险［1］。

图3　山区石砌小桥

第2阶段：古代和近代，这一时期人们利用山区地形、地质修建的各式桥梁具有鲜明的地域特色，即栈桥遗风、石拱遗影、廊桥遗梦、旱桥初生。其中石拱桥占绝大多数［1］。石拱桥是因多山多石、就地取材；栈桥是因依山傍水、地势所驱；而风雨廊桥则是地方建筑（吊脚楼）与桥的结合，见图4。

第3阶段：从20世纪中叶开始，这一时期重庆桥梁科技水平不断进步，跨江大桥问世、现代桥型诞生，开创了历史先河。1958年建成白沙沱长江大桥，1966年建成重庆嘉陵江大桥，1972年建成涪陵建峰乌江大桥。1969年建成了国内第一座双链吊桥——北碚朝阳桥，1975年建成了国内第一座斜拉桥——云阳汤溪河云安桥，1977年建成了国内第一座预应力桁架拱桥——江津仁沱桥。北碚朝阳桥见图5。

图4　秀山溪口镇天生桥（清）

图5　北碚朝阳桥

第4阶段：得益于重庆市直辖和国家西部大开发战略的实施，重庆桥梁科技开始崛起，桥梁建设翻开最新篇章。1997年，重庆建成了世界最大跨径钢管混凝土拱桥——巫山长江大桥和世界最大跨径混凝土拱桥——万县长江大桥，见图6。

第5阶段：最近10年，这一时期是重庆桥梁创意与创新的绚丽舞台，重庆桥梁追求技术、艺术以及文化相互融合，做到了“能、会、美、雅”［4］，其创新技术走向世界。2006年建成了世界上最大跨径梁桥——石板坡长江复线大桥，2007年建成了世界上独创的中承式刚构钢箱系杆拱组合结构——菜园坝长江大桥，2009年建成了世界上最大跨径拱桥——朝天门长江大桥，2010年建成了重庆首座矮塔斜拉桥——嘉悦大桥。2014年、2015年更是先后建成了东水门长江大桥、千厮门嘉陵江大桥，两者不仅分别是世界上最大跨径双塔、单塔单索面稀索体系部分斜拉桥，而且还成就了一个山地城市越江复合交通公轨桥隧一体化工程。其中，朝天门长江大桥成为了重庆市门户大桥，见图7。

图6　万县长江大桥

图7　朝天门长江大桥

经过了对大自然的模仿、历史的沉积、现代科技的飞跃、创造力的提升，当今重庆桥梁的成就可简单概括为10 000多座桥梁、1 000 m级特大跨径、100座跨江大桥、10项主跨世界之最，这些成就了1个中国桥都。而创意和创新，是重庆成为桥都的真正原因。

3　重庆桥梁创意与创新的综合环境

重庆山高谷深，江河纵横，交通阻塞。村镇依山傍水、星罗棋布，虽然鸡犬相闻，却彼此难相往来，些许舟渡，苦苦支撑农耕经济。而重庆的桥梁，使山水之城变通途。当今的重庆已是都市连绵、楼宇林立、霓虹闪烁、车水马龙，映射出山水都市的繁荣昌盛和壮美风采。“山、水、城、桥”成为了重庆现代化大都市的独特风貌，见图8。

图8　山水城桥——重庆城市风貌

重庆在地形地貌、水文气象及建筑等方面具有突出的山区和山地城市特点，再加上总体规划、整体风貌、历史人文、综合管网、环境保护、防灾减灾等诸多方面的要求，桥梁建设过程中需要克服的困难很多，但也形成了重庆桥梁创意与创新的综合环境。

4　重庆桥梁创新特点和重点

重庆桥梁具有山地城市适应性特点，同时也具有山地城市的多样性特点。重庆桥梁型式各异，且与地形相适应，具有独特的个性和魅力，主要表现在10大特性上：1）弯桥、坡桥多；2）立交桥多；3）桥梁结构形式多；4）高墩、大跨的桥梁多；5）连接城市空间的层次多；6）特殊地形地质条件下的特色结构多；7）轨道交通的载体桥梁多；8）隧桥相接多；9）单向交通桥多；10）沿江高架桥多［2］。

重庆菜园坝长江大桥同时连接重庆上、下半城和更低的滨江路，连接道路的竖直高差达80 m，彰显了山地城市桥梁的特点，见图9。

图9　重庆菜园坝长江大桥北桥头立交

重庆桥梁在创新方面的研究重点还包括以下4个方面：

1）研究和建造适合库区的桥梁。

库区桥梁与常规桥梁不同之处在于以下几点：三峡成库后，库区河流的水环境和地质条件发生了变化；水位落差大幅度增加；河床演变及航道变化；对桥梁跨越能力的要求提高；船舶撞击风险及对策；其它相关病害。

2）公轨两用桥的合理形式及建造方式。

公轨过江需求都很突出，但桥位资源越来越有限；公轨合建对桥梁的要求更高，包括荷载标准、刚度、挠度与转角、动力特性、横断面、接线、分期建设计划等。

3）组合结构桥梁的建设。

桥梁结构体系组合及材料组合成为现代桥梁建设的一种发展趋势，也是桥梁创新的一个重要内容。

4）桥梁美学的深化。

桥梁美学的深化方向包括：适合山地城市特性的桥梁（造型、色彩、灯饰等）；桥梁美学应用注重设计理念和表现手法的进一步深化［3］。

5　重庆桥梁的文化与创新

“能、会、美、雅”［4］体现了重庆桥梁的发展进程，体现了从技术到技术美学的跨界融合，体现了桥梁工程师的不同境界，也是一个完善团队的能力组合。“能、会、美、雅”的核心是创造力，意识和能力并重，即创意与创新。

5.1重庆长江大桥“雅”的创意

重庆石板坡长江大桥是重庆市主城区第一座长江大桥，其建成于1980年，时为世界上最大跨径的T构桥。其南北桥头上矗立着4尊8 m高的巨型雕塑，分别被命名为春、夏、秋、冬，见图10。雕塑象征着山城人民奋发图强、努力拼搏的精神。这在当年是大胆创意、解放思想、突破禁锢的表达方式，具有思想性和艺术性，不管是当时还是现在来看，都是重庆桥梁文化中“雅”的代表。

图10　重庆长江大桥及桥头雕塑

5.2重庆长江大桥复线桥增大梁桥跨越能力的创新

2006年建成的重庆石板坡长江大桥复线桥位于重庆长江大桥的上游侧，两桥中心线之间相距25 m。原有桥型是跨径布置为86.5 m+4×138 m+ 156 m+174 m+104.5 m的T构桥，复线桥由于与旧桥并排布置，故宜采用外形和跨径布置一致的桥型。但两桥桥墩外侧横桥向距离将近35 m，导致桥墩横向隔断通航孔道的宽度远大于原有宽度，致使复线桥不能满足通航要求。为此，复线桥取消了156 m和174 m跨之间的桥墩，采用了跨径布置为87.75 m+4×138 m+330 m+133.75 m的连续刚构桥，见图11。

图11　重庆长江大桥复线桥立面布置示意

然而，复线桥330 m主跨的预应力混凝土连续刚构桥因恒载应力过高，现有技术条件无法实施。钢箱梁的重量大约相当于混凝土梁自重的30%，如果主跨跨中采用部分钢梁代替混凝土，梁端负弯矩则会减小约1/3，330 m跨径梁桥根部弯矩大约相当于270 m全混凝土梁桥根部弯矩，从而满足当前桥梁建设的技术条件［5］。重庆长江大桥复线桥主跨自重受力示意见图12。

图12　重庆长江大桥复线桥主跨自重受力示意

为此，复线桥330 m主跨采用了“111 m混凝土梁+108 m钢箱梁+111 m混凝土梁”的钢混组合连续刚构方案，从而增大了该桥跨越能力，使其成为世界上最大跨径的梁桥。

5.3重庆菜园坝长江大桥的创意与创新

2007年建成的菜园坝长江大桥是重庆市主城区首座采用拱桥的跨江大桥。该桥拱桥桥型与山城的城市轮廓更匹配，实现了“虹贯山城”的设计创意。该桥主桥跨径组合为88 m+102 m+420 m+102 m+88 m，总长800 m，是公轨两用的刚构、钢桁梁、钢箱系杆拱组合结构，也是重庆首创的组合桥型。该桥于通车当年就被评为“重庆十大创意建筑”。

菜园坝长江大桥结构主体实际上是由3个子结构组成，即由1对预应力混凝土Y型刚构边跨和1 个320 m钢箱提篮拱中跨组成的组合结构。3个相对分离的子结构通过中跨系杆和边跨系杆连接成主跨420 m的系杆拱桥，同时通过调整设置在Y型刚构边墩处的预应力可以调整结构的整体受力。菜园坝长江大桥主桥结构组合示意见图13。

图13　菜园坝长江大桥主桥结构组合示意

与朝天门大桥的宏伟、大气相比，菜园坝长江大桥给人以“柔美”之感。因为轨道交通净空要求该桥主梁梁高需大于11 m，故其主梁具有较大刚度，进而：1）作为共同参与受力的拱结构刚度可降低，形成“强梁柔拱”；2）可省去常规中承式拱桥边跨立柱，边跨透视空间更明朗，全桥更加轻盈［6］。

5.4重庆朝天门长江大桥的创意与创新

建成于2009年的朝天门长江大桥被誉为“古典艺术与现代造桥技术的完美结合”，它是中国钢铁材料工艺和建桥技术双双达到更高水平之后的产物，具有强烈的时代特征，展示了重庆这座老工业城市的厚重感。朝天门长江大桥紧靠重庆市的地标朝天门码头下游，位于重庆市主城核心圈的入口、长江黄金水道主航道。由于桥位的特殊性，“重庆门户大桥”成为朝天门长江大桥的设计创意，它以“世界第一拱”大气、开放的姿态表达出重庆人民“恭迎天下客”的热情。

朝天门长江大桥以世界桥梁最大承载力14 500 t支座支撑，形成了190 m+552 m+190 m三跨连续梁的外部受力体系，展现了多肋飞燕式钢桁拱桥的优美外观。朝天门长江大桥以单根构件作为吊装单元，采用悬臂拼装的工艺，以桥面吊机完成了比鸟巢还重的钢结构吊装施工，且还实现了钢桁拱和刚性系杆的高精度无应力合龙。朝天门长江大桥安装示意见图14。

图14　朝天门长江大桥安装示意

图15　两江大桥悬索桥方案立面布置示意

朝天门长江大桥设计和建造过程中取得的一系列具有自主知识产权的科技创新成果，极大地推动了我国大跨度钢桁拱桥的技术进步［7］。

5.5重庆两江大桥工程总体方案的创意与创新

城市CBD核心、城市风貌敏感区构成了重庆两江大桥总体方案的创意环境。外在美观、内在科技、公轨复合交通桥隧一体，成为两江大桥的设计创意。

为实现“两桥一隧”的三位一体和结构上的连续性，设计者在两江大桥初步方案中曾提出“超级悬索桥”的创意，即利用轨道交通6号线下穿渝中半岛形成的隧道空间，用1对和主缆相当的拉索（隧道索）沿轨道隧道下方将2座大桥的主缆连接起来，不但能解决悬索桥在渝中半岛的锚碇空间问题，还将首创出世界上独一无二的超级悬索桥方案，见图15。

超级悬索桥创意所依赖的地下工程具有不确定性，从而存在较大的技术风险。对上述方案进一步研究后，设计者采用了另外一个具有创新价值且技术上更可控的方案作为工程实施方案，即稀索体系部分斜拉桥方案。该方案中，公轨复合交通的要求增加了桥梁本身的复杂性，但也为单索面稀索部分斜拉桥方案提供了良好的前提条件：双层交通线路要求主桁需要较大高度（12 m），这就使得主梁具备了很大的刚度，进而充分利用主梁自身的刚度便可大大减少斜拉索数量，形成单索面稀索部分斜拉桥。

两江大桥工程中，东水门长江大桥采用跨径组合为222.5 m+445 m+190.5 m的双塔单索面部分斜拉桥，千厮门嘉陵江大桥采用跨径组合为88 m+ 312 m+240 m+80 m的单塔单索面部分斜拉桥，两桥分别为同类桥型双、单塔世界最大跨径桥梁［8］。

两江大桥总体方案集时尚、文化和创新于一体：在桥型上，两位一体的单索面稀索部分斜拉桥进一步丰富了桥都的桥梁型式；在跨径上，大大刷新了同类桥型主跨世界纪录；在技术上，彰显了桥梁科技的进步与水平；在环境复杂性上，众多城市桥梁难有逾越者；在文化上，继承了重庆历史文化特色，并紧扣引领重庆发展方向的主题；在影响力上，从方案出炉、实施建设直至建成通车，一直受到国内外专家、学者和社会各界高度关注，受到一致好评。因此，两江大桥桥型是桥都文化的重要补充，是山地城市桥梁的典型代表［9］。重庆两江大桥实景见图16。

图16　重庆两江大桥实景

5.6重庆山区公路桥梁的设计创意

无论是高速公路上的杉木洞大桥、大宁河大桥，还是2级公路上的周家山大桥，重庆山区公路桥梁越来越关注环境、生态和可持续发展。“把公路轻轻地放进大自然”，已成为重庆山区公路桥梁的主要创意。重庆杉木洞大桥和周家山大桥见图17。

图17　重庆杉木洞大桥（左）和周家山大桥（右）

《公路工程技术标准》关于桥梁设计原则的规定在近20年间作出2次调整，均提高了对环保和景观协调性的要求。环境美成为当今桥梁设计美学的核心。重庆草坪至统景2级公路上的周家山大桥在设计、建造过程中采取了一系列措施，紧扣当前社会“以人为本”和“回归自然”的发展思想，高度注重对自然的尊重和对环境的保护，实现了美的创造和雅的境界，其建成效果被评为“桥架云蒸霞蔚间，美在无声无息处”。

6　结束语

在桥梁设计美学的发展过程中，离不开创意与创新，因此还需要进一步培养创意思维，进一步提高创新能力，从人的社会和身心需求出发，用更加细腻的手笔，创造出以人为本的桥梁文化环境。

林长川在《桥梁设计美学》提出，当前中国桥梁与发达国家的差距，主要是现代审美设计思想上的差距。这种差距是由于中国错过了工业革命所引发的技术美学的思想影响造成的。要填补这个差距，必须加强技术美学，特别是设计美学在桥梁领域的普及。

［1］孙家驷.重庆桥梁志［M］.重庆：重庆大学出版社，2011.

［2］重庆市桥梁协会，重庆交通大学，重庆市城投路桥管理有限公司，等.山地城市桥梁建设、管理研究与创新［R］.重庆：重庆市桥梁协会，2013.

［3］顾安邦.重庆桥梁建设的现状和需要研究的问题［C］//桥梁与都市国际论坛论文集.重庆：重庆大学出版社，2009.

［4］邓文中.邓文中谈造桥艺术境界——能、会、美、雅［J］.重庆桥梁，2015（3）：15-17.

［5］邓文中，代彤.重庆石板坡长江大桥复线桥总体设计［J］.桥梁建设，2006（6）：28-32.

［6］ 王福敏，刘亢.山地城市桥梁建设与展望［M］.北京：人民交通出版社，2015.

［7］王福敏，徐伟，李军，等.特大跨径钢桁架拱桥设计技术［M］.重庆：重庆大学出版社，2010.

［8］刘亢，王福敏.重庆两江大桥桥型方案的美学创新与比选［J］.公路交通技术，2014（6）：1-4.

［9］招商局重庆交通科研设计院有限公司.公轨复合交通桥隧一体总体方案研究报告［R］.重庆：招商局重庆交通科研设计院有限公司，2014.

Creative Thoughts and Capabilities in Bridge Design in Chongqing

LIU Kang，WANG Fumin

By the end of 2014，Chongqing possesses 13，000 bridges，among which，some 100 bridges are over rivers，and 36 of which won No.1，in the world or in China，in main span length among similar bridges at the time when it was built.Back on the regional features of"mountain，river，city and bridge" and their unique charm，with the creation measures of"can，able，pretty，elegant"，this paper introduces the creative thoughts and capabilities in bridge design of Chongqing based on aesthetic and structural analysis to typical bridges in Chongqing.

Bridge；creative thoughts；creation；aesthetics of design

1009-6477（2016）04-0145-06

U442.5

A

10.13607/j.cnki.gljt.2016.04.032

重庆市科委应用开发（重大）项目（cstc2013yykfC30001）

2016-03-22

刘亢（1975-），男，四川省盐亭县人，本科，高工。