解讀世界級大橋——甌江北口大橋美麗的設計之魂
鋼筋鐵骨的身軀，剛中帶柔的性格，在時空變幻承載歷史與未來之間，在滾滾浪濤的甌江之上，一座世界性的大橋—— 甌江北口大橋，就這樣“橫空出世”，它將帶給我們的美和感動，注定彌久而新。
如果說甌江北口大橋是一座有靈魂的大橋，那么這靈魂一定是大橋設計師們所賦予的。這些設計者從品質(zhì)設計出發(fā)，把因地制宜、創(chuàng)新突破、經(jīng)久耐用、協(xié)調(diào)共生的設計理念融入了大橋設計的骨髓當中，使大橋擁有了雄渾的力量，文化的積淀，美麗的靈魂和生命的活力。
美源自因地制宜
節(jié)約土地約193 畝，建設資金4 億元左右
一座大橋，并不是越新奇就越好，而是要找到適合這座橋的建設方案，因地制宜的設計和選擇橋梁的位置、橋型，以及結(jié)構(gòu)。唯有與地理位置、周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，才能突顯出大橋之美。因此，甌江北口大橋作為一座世界性的大橋，第一個要做的就是根據(jù)周邊制約因素，選擇最合理的建橋方案。
早在2004 年，浙江省交通規(guī)劃設計研究院就開始了建橋方案的研究與分析，從“三橋合一”到“兩橋合一”，在歷經(jīng)了12 載的努力之后，2015 年12 月，高速與國道“共線過江，兩橋合建”的工程可行性研究報告終于獲得了國家發(fā)改委的批復。
正所謂“功夫不負有心人”。這12 載的認真研討與分析也為甌江北口大橋的建設換來了資源的有效節(jié)約。甌江北口大橋項目設計負責人戴顯榮說，通過高速公路和普通國道“兩橋合建”的創(chuàng)新設計，實現(xiàn)了廊道和岸線資源的集約式發(fā)展，不僅節(jié)約土地約193畝，還節(jié)約建設資金達4 億元左右。
事實上，在確定大橋建設方案的同時，選擇什么樣的橋型和結(jié)構(gòu)，也決定了甌江北口大橋這座世界級大橋的“設計之美”?？紤]到甌江北口大橋位于甌江入?？?，受強臺風、強潮涌、深厚軟土影響，以及受通航尺度大、航空限高嚴、周邊環(huán)境等諸多因素制約，設計師團隊創(chuàng)造性地首次選擇了“三塔四跨”雙層懸索橋，首次采用了混凝土結(jié)構(gòu)做中塔，首次在淤泥土質(zhì)中用沉井做基礎的設計。
據(jù)了解，甌江北口大橋作為世界上首座“三塔四跨”的雙層鋼桁梁懸索橋，是目前我國乃至世界上技術(shù)難度最大、建造工藝最為復雜的橋梁之一。而之所以做出這樣的設計，主要有兩大方面的制約條件。
戴顯榮說，由于甌江北口大橋南面臨近溫州機場，飛機起飛的時候?qū)娇諆舾哂幸?，所以大橋修建得不能太高。同時，橋下又需要允許3 萬噸的貨船通行，也不能太低。正是在這樣兩個條件的制約下，選擇了“三塔四跨”懸索橋的結(jié)構(gòu)形式。再加上為集約使用過江通道資源，則采用了兩橋合建雙層方案。因此，甌江北口大橋之所以成為一座世界級橋梁，就是因各種因素制約和特殊的建設條件使然，并不是追求“之最”和“第一”的結(jié)果，而是因地制宜的具體實踐。
因地制宜，突出功能實效，這是甌江北口大橋的設計團隊遵從的一項原則。為了提升海洋環(huán)境下結(jié)構(gòu)耐久性能，探索實踐多塔懸索橋技術(shù)發(fā)展，甌江北口大橋中塔采用了A 形框架混凝土結(jié)構(gòu)，這比現(xiàn)在常用的鋼塔造價低，而且整體剛度更強。
此外，將一個平面面積3600 多平方米，相當于9 個標準籃球場大小，高68 米，相當于20 層樓高度，重達1.8 萬噸，相當于15000 輛小汽車重量之和的沉井作為中塔的基礎，可以有效地提高中塔基礎抗船舶撞擊和防潮水沖刷能力，使基礎變得更加安全穩(wěn)固。
美源自創(chuàng)新突破
在技術(shù)和管理方面創(chuàng)造了多項“第一”
一座大橋的偉大，源自于設計師們大膽的創(chuàng)新突破。甌江北口大橋之所以為世界性大橋，就是因其在技術(shù)和管理方面創(chuàng)造了在國內(nèi)首次選擇“三塔四跨”雙層鋼桁梁懸索橋，首次在多塔連跨懸索橋體系中采用大剛度混凝土中塔，首次在超強河口深厚軟土地區(qū)修建超大型沉井基礎等多項“第一”，而且部分技術(shù)工藝在國內(nèi)外尚無成熟先例可循，這就需要技術(shù)精湛的設計團隊和專家團隊給予堅實的技術(shù)支撐和服務保障。
都說技術(shù)創(chuàng)新是不斷發(fā)展進步的驅(qū)動力。甌江北口大橋的設計團隊以創(chuàng)新技術(shù)為大橋的建設解決了諸多的難題。如為了解決三塔乃至多塔懸索橋核心技術(shù)——主纜與索鞍之間的抗滑移問題，浙江省交通規(guī)劃設計研究院投入600 多萬與高校及科研單位合作開展大量研究工作，形成了從理論、制造，到工藝、質(zhì)控的一整套原創(chuàng)技術(shù)，并在國際上首次將這一“全豎向磨擦板防滑索鞍”技術(shù)運用到了甌江北口大橋之上。
不僅如此，甌江北口大橋也是國內(nèi)首個采用“BIM+互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)進行全壽命周期信息化協(xié)同管理的橋梁工程。這項技術(shù)可以將現(xiàn)場沉井施工、索塔施工、主纜架設、錨碇施工、鋼桁梁安裝等分部分項工程現(xiàn)場的實施進度實時上傳至平臺，實現(xiàn)可視化、系統(tǒng)化、科學化管理，以達成橋梁建管養(yǎng)信息無縫銜接。
以中塔鋼殼沉井加工制作為例，設計階段用3D 模型能更直觀地表述工程結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)工程自動算量，協(xié)助吊裝程序由36 次優(yōu)化到18 次，首節(jié)鋼沉井制作僅用3 個月就順利完成了。而在沉井注水著床過程中，BIM 手機端載入沉井姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，協(xié)助各參建方實時查看沉井厘米級偏差，及時糾偏，確保精準定位。據(jù)監(jiān)控顯示，超大鋼沉井最終的中心偏差為11 厘米，小于44 厘米的控制值，水平角度偏差為0.21°，小于1°的控制值，達到了國內(nèi)水中超大沉井定位著床精度控制的新高度。
大橋的設計是一項系統(tǒng)性的工程，甌江北口大橋的任何創(chuàng)新突破，都離不開強而有力的技術(shù)支撐。為了確保大橋建設的科學合理性和解決大橋建設中的技術(shù)難題，甌江北口大橋的設計團隊對國內(nèi)10 家在懸索橋設計、施工及科研方面經(jīng)驗豐富的單位進行了兩輪科研課題的征詢，共征集科研課題29 個。最后篩選出了“三塔四跨雙層鋼桁架懸索橋結(jié)構(gòu)體系構(gòu)造與設計參數(shù)研究”、“強潮河口深厚軟土土層超大型沉井基礎施工關鍵技術(shù)研究”、“強臺風登錄地區(qū)雙層大節(jié)段鋼桁梁整體架設與安裝施工關鍵技術(shù)研究”、“基于移動互聯(lián)網(wǎng)+BIM 技術(shù)的建養(yǎng)一體化信息平臺關鍵技術(shù)與應用”、“長大橋梁智慧運營和養(yǎng)護關鍵技術(shù)研究”等5 大科研課題。
此外，設計團隊還積極地整合技術(shù)資源，在面對強潮河口、臺風氣候、軟土地基等難點問題時，整合幾十家大專院校和科研院所的優(yōu)勢技術(shù)資源，開展了70余項技術(shù)類專題研究來強化大橋方案設計。例如，同濟大學承擔了抗風性能研究，西南交通大學承擔了主纜抗滑移性能研究，南京水利科學研究院承擔了沉井施工期河床沖刷及預防護研究，浙江大學承擔了沉井施工全過程仿真模擬分析復核，上海船舶研究所開展了船舶撞擊及防撞研究，大連理工大學開展了波流力計算分析研究等等。
美源自經(jīng)久耐用
以安全耐久為核心，強化全壽命周期理念
甌江北口大橋佇立在甌江的入海口，必然的要經(jīng)歷風雨的淬煉與歲月的打磨。而優(yōu)秀的設計師們要做的就是想盡一切方法，讓這座世界級的大橋經(jīng)受住一切的考驗，構(gòu)筑起一座經(jīng)久耐用的安全的大橋。
戴顯榮說，建造一座耐久而又安全的大橋，更多涉及到的是將來運行過程中的安全，它包含了大橋結(jié)構(gòu)物本身是否安全，也包含了運行管理的水平。因而，設計師們必須要以大橋的安全耐久為核心，奉行全壽命周期的設計理念。
為了切實的保證甌江北口大橋的使用壽命，設計師們將大橋施工、運營養(yǎng)護、環(huán)境保護、災害防御等都納入了工程設計統(tǒng)一考慮，堅持系統(tǒng)化的設計。比如，在大橋施工中堅持“宜鋼則鋼”的原則，大力推行鋼結(jié)構(gòu)應用，預計甌江北口大橋全橋用鋼量將達40 萬噸；在標準化設計中堅持以構(gòu)件設計標準化為先導，推進模塊化建設，全橋上部結(jié)構(gòu)可工廠化生產(chǎn)、裝配化施工的比例達到了70%。
對于一座世界級的大橋而言，安全耐久的設計往往需要設計師們不斷的打磨，并精心地雕琢每一個環(huán)節(jié)。從大橋的全局性和健康可持續(xù)發(fā)展出發(fā)，甌江北口大橋的設計師們在運營養(yǎng)護層面做了充分的考量。例如針對超限超載車輛威脅橋梁結(jié)構(gòu)安全與使用壽命的情形，設計師們將大橋和周圍路網(wǎng)進行了統(tǒng)籌設計，即通過采用主線高速預檢加場區(qū)精檢，以及非現(xiàn)場執(zhí)法等多樣化的手段控制超限車輛駛?cè)氪髽颍M而確保橋梁的營運安全。
除此之外，為了方便大橋在運營期實現(xiàn)檢查和維護的便捷，設計師們還專門設計了大橋健康安全監(jiān)控系統(tǒng)，設計了主梁檢查車、主梁上下層橋面檢修道，以及主纜、錨碇、鞍室的檢修通道和塔內(nèi)爬梯、電梯等，可實現(xiàn)隨時到達隨時檢修。
而更值得一體的是，對于懸索橋最重要的承重構(gòu)件——主纜，甌江北口大橋的設計師們更是傾注了大量的心力。據(jù)了解，為了減弱腐蝕性環(huán)境對主纜的影響，設計師們在主纜外圍采用隔水密封防護外，還在鋼絲間充干空氣加以防護。同時，對于主纜的錨固系統(tǒng)，設計師們則采用可更換無粘結(jié)式多股成品索預應力錨固系統(tǒng)，其成品索索體有環(huán)氧噴涂護層、PE 內(nèi)外護套等多層防腐，索體間可灌干燥空氣，能有效保證其安全耐久性。
甌江北口大橋的主纜就像是其生命線。因此，設計師們在安全層面就考慮的更為深入和更為全面。在位于橋梁上下層橋面之間的主纜，設計師們通過消防安全評估，對部分區(qū)域做了防火設計，并對上下層橋面設置了完善的消防設施；與大橋兩側(cè)當?shù)卣y(tǒng)籌協(xié)調(diào)社會消防設施和大橋?qū)崿F(xiàn)共享，以確保災害發(fā)生時能在可接受的時間內(nèi)開展救災，為大橋安全耐久增加保障。
美源自協(xié)調(diào)共生
人、自然和社會相融，打造溫州標志性建筑
甌江北口大橋不是一座普通的大橋，它既是一座世界級的大橋，也是交通運輸部首批8 個綠色公路建設典型示范項目中唯一的橋梁工程，未來更是溫州標志性的建筑。因此，如何把人、自然和社會三者更多地結(jié)合起來，以達到和諧共生之美，就是設計師們必須去不斷尋求合理契合點的設計之本。
如何讓有限的資源發(fā)揮最大的效益，這是甌江北口大橋的設計師們需要通過各種方法去克服解決的問題。比如，為了極大的減少大橋建設對農(nóng)田的占用，設計師們因地制宜的將130 畝廢棄船廠設計轉(zhuǎn)換為了施工臨時用地；再比如，與甬臺溫復線靈昆至閣巷段項目共建管理中心實現(xiàn)了資源的聯(lián)通共享，與下層普通國道的統(tǒng)一管理實現(xiàn)了社會資源和建設成本的有效節(jié)約。
而除了將資源發(fā)揮最大化效益之外，生態(tài)環(huán)保亦是設計們必須用心去推敲和琢磨的一項功課。正所謂“最小程度的破壞就是最大程度的保護”，遵著這樣一層理念，設計師們對甌江北口大橋的橋型結(jié)構(gòu)和錨碇進行深入的研討、分析和優(yōu)化，大幅減少了林木砍伐和山體開挖，其中挖方減少了近11 萬方，墳墓拆遷減少了3000 余穴，節(jié)約建設資金約2 億元。
大橋的美，源自于協(xié)調(diào)共生。無論是資源、生態(tài)，抑或是景觀設計，都是相互依存、相互滲透、相互影響、相互制約的。因而，在景觀設計上，甌江北口大橋的設計師們將大橋結(jié)構(gòu)造型元素充分的與溫州的自然環(huán)境、地域文化相融合，從橋外、橋內(nèi)兩個層面，分主橋、引橋，以及日景、夜景，進行了寬視野、多視角的設計，并由此來提升大橋的建設品位和景觀效果。
橋外景觀層面，設計師們主要是從江中、岸上，仰視、俯視等多個視角來檢視甌江北口大橋的總體表現(xiàn)的。在充分尊重結(jié)構(gòu)需求的基礎上，設計師們對4 跨吊方案和2 跨吊方案進行了細致地比選，綜合美觀、合理、造價、施工等諸多因素，最后決定選取效果較好的4 跨吊方案。而被視作視覺焦點的中塔，設計師們更是花費了不少的心血。為了讓甌江北口大橋主橋呈現(xiàn)出雄偉挺拔、剛?cè)岵h(huán)境融合的最佳整體效果，設計師們專門研究了多種中塔A 型開放角度對景觀的影響，同時對錨碇造型、橋塔、主梁色彩展開了大量的比選研究。
此外，作為主橋不可分割的引橋，設計師們從協(xié)調(diào)性和統(tǒng)一性的角度出發(fā)，經(jīng)多種方案的對比，決定采用線條柔和、墩頂弧線與斜腹板箱梁相承接、景觀過渡性好的花瓶墩造型。
甌江北口大橋除了擁有技術(shù)性的美感之外，它也需要文化的滲透與積淀。為此，在橋內(nèi)景觀設計上，設計師們從行車的視覺感受出發(fā)，結(jié)合甌越文化、開埠文化的歷史氣息，引用了甌派建筑中舉折平緩的出檐設計。在橋塔視覺焦點之塔頂造型上，選取了溫州開埠后民國時期的門楣元素，寓意“甌江之門”。
如果說，文化賦予了甌江北口大橋于“神”，那么日夜景則賦予了甌江北口大橋以“眼”。在日夜景設計上，設計師們依然聚焦在人的行車與視覺感受。如利用耐久性涂裝增加色彩，提升環(huán)境融合度、結(jié)構(gòu)表現(xiàn)力和大橋辨識度；通過勾勒線條和色彩變換，突出大橋的輪廓與立體感。
(朱國金 王曉陽 舒思利 尤超常)
(圖片由浙江省交通規(guī)劃設計研究院、中鐵大橋勘測設計院提供)
