橋，是與房屋建築同樣悠久的人造之物。早在《詩經》的《大雅·大明》中就有“造舟為梁，不顯其光”。意指連船為浮橋，渡渭水而迎親，大顯榮光。東漢許慎所著《說文解字》亦有“梁，水橋也，從木水，刃聲”“橋，水梁也，從木，喬生”。顯然，橋梁本為一家，是同源的。從古代木橋、石橋和房屋建築中的木梁、石梁遺迹也可以看到，在人類建造活動初期，橋與梁，從形式、功能乃至構造，都是相近的。

我國古代梁橋的構造與形式還可以在漢畫像磚與繪畫中找到蹤迹。圖1a-b是漢畫像石和漢墓壁畫中的梁橋，均為在立柱上架橫梁、梁上再鋪石闆或木闆的梁橋。而在古代兩河流域、古希臘和古羅馬等地，橋的曆史也同樣久遠。古代西方以石材為主，橋型則以拱橋居多(圖1)。遠古梁橋的構造與現當代已經大體相近了。

圖1 中外古代橋梁

橋，古往今來，往往承載了人們的情感、與河川的溝通和跨越時空的暢想。在詩人的眼裡，橋，既有“長橋卧波，未雲何龍？複道行空，不霁何虹？”（杜牧《阿房宮賦》）的恢宏，也有“雞聲茅店月，人迹闆橋霜”的冷寂（唐代溫庭筠的《商山早行》）。而現代社會，随着公共交通對于城市生活的日趨重要，橋梁自身巨大體量與尺度在城市風貌中的不容忽視，作為城市品格形象的重要标志、城市機理的脈絡以及連接城市功能分區的紐帶，人們對橋的形态與功能的要求，頗有熊掌與魚必須兼得之勢。

但有别于其他單純從形式出發的造型藝術，橋梁的基本功能仍然是交通運載。“一座橋梁真正被設計與建造的原因是出于人們跨越河流或山谷或是連接兩個地點的需求。”橋梁的功能并非由橋梁工程師定義，當然，更不是由造型設計者們如建築師定義。連接所隐含的科學與技術邏輯才是橋梁造型的出發點。作為工程結構，橋的形态來自結構自身,是力與功能的形态，而非單純的造型與膚淺的修飾。橋，并不隻是為了看上去很美而造。基于此，本文嘗試從連接的力學内涵出發，試探橋梁之形與力的關聯。

圖2 “長橋卧波，未雲何龍？”——港珠澳大橋

線的力學内涵

将兩個點連接起來的圖形是線，其中直線最短。橋作為跨域與連接的公共設施，本質上具有線的特性。

在直線上施加荷載，線呈現出的就是梁的特性。由于反力與荷載在同一水平位置，要構成與外力矩的平衡機制，隻能依靠橫截面的高度提供力臂，通過橫截面的拉-壓内力形成力偶，傳力效率低、材料利用不充分。若将線上凸，則成為拱；線下垂，即為索。拱或索以拱高或垂度成為天然的力臂，再由支座的推力或拉力形成平衡力矩，從而不再依靠橫截面的高度以及截面上成對的拉-壓内力來平衡外力矩。荷載将沿拱或索的軸線傳遞，内力為軸力，極大提高了材料利用率和傳力效率。但效率的提高也是有代價的，受壓拱存在穩定問題，需要強勁的邊界約束；懸垂的柔索先天剛度不足，需要額外剛性支撐。依靠線的彎折形成力臂，雖然減小了結構的橫截面積，但線的起拱或懸垂，也顯著增加了橋梁的整體尺度與體量。若将拱、索組合，則構成自平衡的拉壓回路，剛柔并濟，借此可擺脫對支座約束的依賴（圖3）。

圖3 線的力學内涵

連接所産生的内力，是随荷載與跨度而增大的；而内力的性質或傳力與平衡機制，則由形狀決定。對橋梁而言，跨度和荷載對應着基本的功能需求，線的形狀與平衡機制之間互為因果。平衡機制還本質地對應着應力的分布特點，即截面應力是拉-壓應力的組合，還是均布拉應力或壓應力，這決定了線的截面的尺寸、構造以及材料性能的利用。與此同時，應力又與内力成正比，與截面面積成反比，即應力的大小不僅反映了形狀的影響，還回應着内力（即功能）的需求。

橋的功能與形式之間，力學與技術之間，通過傳力機制與應力的大小和分布，有了本質的深刻關聯，而此關聯即源于這一線的力學内涵。橋，就在力與形的相互驅動中誕生。

鄧文中院士曾經指出，從古到今，我們隻産生了四種橋型：梁橋、拱橋、懸索橋和斜拉索橋。這四種橋型恰是線的力學内涵的具象化。線，構成了橋的性态及立面。這不是盲目的主觀設定和無意義的膚淺造型，而是由力驅動，由材料和構造孕育而成，潛在科學與技術的深刻内涵，是對平衡的誠實表達。

線的形态變化

雖然線的形态提供了橋梁造型的可能途徑，但橋梁設計并不是方向明确的方程求解過程，而需在功能、環境、技術與科學的諸多束縛中摸索，在解鎖中尋找創造的自由。

橋梁作為結構的安全、耐久、适用和經濟，由力主導，而作為城市功能與形象的代言，則以形為載體。經濟發展、科學技術、城市機理，與設計師對“形—力”科學邏輯的把握、對人文傳統的理解、對人情的關懷和體察以及設計師的個性品位，盤根錯節，成為工程結構創造的獨有天地，橋梁也不例外。古往今來，橋，便在這相互牽絆與相互促進中輾轉變遷，通過設計者的靈感與妙思，煥發出無限的創造活力。

以内力矩來平衡荷載彎矩的梁橋，總的形态是一條線。即便如此，也仍然可以通過橫截面高度的變化來展示彎矩的變化，回應橋梁跨度和淨空的要求；或調整支座承台的傳力路徑以适應場地條件，或以預應力技術構築拉壓閉合回路，使這根線纖薄優雅，立面生動。而桁架的應用，還可将連續的力流轉化為離散的拉壓矢量，在呈現彎矩的整體形态之上又平添了線條構圖的韻律，使梁橋的立面和尺度更為醒目（圖4）。

a 桁架連續梁橋，尺度面醒目

b 多跨懸臂桁架梁橋，桁架線條富于韻律

圖4 對彎矩的表達與控制帶來了梁橋立面的變化

作為最古老的結構形式，早期橋梁與建築中的拱，由于對結構性能認識的局限和磚石等材料性能、建造技術的掣肘，都顯得敦實厚重，立面為密實的拱面。随着新興材料及其性能的大幅提升、力學理論的發展與對拱的傳力機制認識的逐步深入，現代拱橋變得越來越通透、跨越尺度也愈發增大，一改厚重堅實的拱面，而由粗壯的拱肋與纖長的橋梁，形成曲線與直線的構圖。因淨空、跨度、場地條件與荷載等的差異，通過拱、梁相對剛度與位置的變化又使曲直之間形成對比，從而塑造了現代拱橋的不同面目（圖5）。

圖5 拱橋的立面

逐漸由傳統的拱面轉變為拱肋曲線與橋梁直線的構圖

懸索橋需要橋塔提供剛性支撐，這也在橋梁立面中加入了豎向元素。豎向的橋塔與水平延展的主梁形成十字交叉的剛性線條，通過纖柔的垂線連系，構成了簡潔明晰又頗具韻味的幾何圖形（圖6）。從早期的矮塔短跨到當代的高塔大跨，懸索橋逐漸尋找到了自身的柔美姿态，橋塔與主梁的尺度比例、塔高與懸索曲線賦予了懸索橋立面與尺度的變化，塔成為跨度之外的造型重點。

圖6 懸索橋，橋塔成為造型設計的重點

斜拉索橋采用了拉壓閉合的傳力回路，構成了索-梁自平衡體系。有單塔、多塔以及單雙疏密索面之分，因其變化豐富而為國際橋梁設計師們所鐘愛。索梁之間力的主次分配，塔的高低、造型與排列，結合拉索的疏密及排布，而形成了斜拉橋結構立面獨有的節奏與韻律（圖7）。

圖7 斜拉索橋

塔的造型及排列，結合索的布置形成富于韻律的結構立面

以上四種橋型，梁橋、拱橋、懸索橋與斜拉橋，總體上還是在平面内傳力，因而還是通過橋的立面來表達力的傳遞與平衡。如果将傳力路徑向空間擴展，與空間的拱、索網或殼結合，橋就成為了空間傳力體系，向水平方向延展的線條也具有了空間曲線與曲面交錯的意味，橋因而更為多姿。促成這一轉變的動因仍然是對傳力機制與平衡方式的探索與創新，而絕非造型盲目的先入為主。

橋的根本目的是聯通和運輸，總體是一條延伸的線。對于橋梁結構的根本需求在于構築水平跨越所需的彎矩平衡機制和抵抗撓曲的能力，功能明确、單一。當單純的結構功能在整個工程中占據主導地位時，結構形式對性能的影響可以發揮到極緻。正如鄧文中院士所說：“多數情況下，橋梁本身的體量與形态已經足夠引人注目，多餘的裝飾隻會使橋梁看起來不那麼令人印象深刻。”

線的美學意蘊

線是最抽象的藝術形式，我們祖先早已深刻把握了這一藝術形式，集中體現在書法、繪畫和篆刻中。中國的書法與水墨畫，都是借恣意潑灑、筆走龍蛇而直抒胸臆，筆墨間即飽蘸情感，文字含義、真實山水反倒退居其次。而篆刻更是徹底體現了如何在方寸之間騰挪婉轉，掙紮出一番天地。這倒有些類似我們結構工程師所面臨的境遇。結構設計，無論房屋建築還是橋梁，所受的限制非常之多，在這樣的限制下，如何探索出創造空間，或許可從書法和篆刻中求取些啟示。

圖8 線的藝術——中國書法篆刻與繪畫

在東西方現當代藝術創作中，也常常能看到橋的身影。圖9是法國現代繪畫大師盧梭的“沙布爾橋景”，畫面中安排了叢林、天空、河流、山脈等自然景物，也排布了房屋、橋梁、輪船、飛艇等人造之物，俨然一幅幻想與真實交織的圖畫；另一幅是中國畫家陳逸飛的“雙橋”，描繪了畫家故鄉周莊的流水小橋，流露出拳拳鄉情。透過這些藝術作品，橋，不僅僅充當了與自然的對話，還承擔了我們群體的記憶，寄托了亘古的鄉愁。作為橋梁工程師應該意識到，橋梁設計，不應停留于形式、功能與造型藝術的規律。這條線，還應承托人的情感、撫平被自然或人為分割的痕迹。這也許是線的藝術與橋梁藝術間的紐帶。

a 沙布爾橋景 法國 亨利盧梭

b 雙橋（油畫）中國 陳逸飛

圖9 東西方現當代繪畫中的橋

在這裡舉兩個例子。第一個是瑞士結構工程師和橋梁設計師約格康策特所設計的人行橋，位于阿爾卑斯山的Viamala峽谷，為徒步愛好者而架設（圖10）。為解決場地現場施工的困難，總體方案采用了預制裝配式簡支梁橋，整體吊裝，立面展示了簡支梁的彎矩變化，并通過橫截面為三角形的鋼木組合張弦梁來實現。這一整體概念明晰的創新體系，已足以動人心弦。而在材料選取和護欄高度的細節處理上，更顯溫情。設計師沒有采用使結構消于無形的高技手法（這一手法尤為當下許多建築師所追捧），而是用了溫暖的木材，形成了半人高的封閉護欄。他希望行人經過這座深谷之上的狹窄通道時，能閑适地欣賞周遭的環境，而不是戰戰兢兢。

圖10 瑞士格勞賓登州的阿爾卑斯山谷

Viamala“穿越枕木峽區之路”約格.康策特

另一個為鄧文中院士設計的重慶嘉悅嘉陵江大橋（圖11）。嘉悅大橋架在重慶悅來通往蔡家的路上。橋的跨度不适合做成拱橋，造價不經濟。而常規斜拉索橋的橋塔過高，與遠處的山際線、近處蜿蜒清秀的江景不協調，因而最終提出了矮塔斜拉橋的創新橋型。“Y”形雙塔的斜拉橋橋型，無論從形式、尺度還是色彩上都非常優雅，體現了設計者對環境的理解與尊重。由于橋面寬度有限，僅限車輛通行，設計方就特意為兩岸的居民留下了“下沉式”人行道，使人車上下分流，步行觀景不受幹擾。

圖11 重慶嘉悅嘉陵江大橋，2010，鄧文中

“一座橋不僅連接地點，也連接人。”在靈動與沉靜、平直與彎曲、消隐與凸顯之間，設計師的取舍與創造，既是對功能、材料和力學的把握，也是對環境、形式、尺度乃至人情的體察。關懷人們從功能到情感的需求，這才是工程結構最醇厚的美。

橋，既是連接與跨越，也是溝通和延伸，是人造之物與自然之境的悄然對話……

橋，歸根到底是人造之物，具有線的形态與力學特性，是線的空間造型藝術。一根線，可以連接大江兩岸；一根線，也可以承載曆史人文。而這一線的形态，在響應荷載和跨度的功能需求的同時，有着豐富的藝術表現力和巨大的創造空間。

橋，是工程師以力和線構築的城市雕塑，是透過力與形的對抗與交融的藝術創作。

橋梁結構與房屋建築結構一樣，力為精神，形為載體。道家常說，得意而忘形，得象而忘言。但我以為，在結構工程師和橋梁工程師的設計創造中，應當另有蹊徑，那便是——形意相通，方能妙趣橫生；形力交融，終至無礙大美。

本文刊載 / 《橋梁》雜志 2022年 第3期 總第107期

作者 / 陳朝晖

作者單位 / 重慶大學土木工程學院

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