“工业4.0”时代的桥梁之美
桥梁作为建筑的一个类别，融合建造理念、结构形式、建筑材料、建造技术等元素，创造出奇特吸引力，成为城市、时代、技术的象征和标志。而桥梁本身，因其跨越、连接功能，给人们生活带来便利。又因与河流、自然环境的融合、协调，给人们带来感观上的愉悦；更有断桥残雪、卢沟晓月、灞桥折柳等典故带来的感情上的追忆、慰藉、共鸣、憧憬，蕴含丰富的文化内涵。所以桥梁是一种特殊的交通基础设施，设计、参与建造一座具有独特美学效果、代表性技术、被大众认可、经得起时代检验的桥梁工程项目，是每一个桥梁人的梦想。
设计完成一座交通功能完备、建筑艺术鲜明、建造工艺先进，并兼顾工程条件、经济投资、施工工期等多种工程要求的桥梁项目，最难处理的是结构与美学的关系，不仅因为涉及两个交叉学科之间的尺度把控，还有二者各自尺度的把握，美学效果不可量化带来的不确定性、技术风险、决策风险和实施风险。
精雕细琢与过度设计
改革开放以来，在国民经济高速发展的背景下，短时间内需完成大批量公路、铁路、市政桥梁的设计与修建，桥梁工程需具备的安全可靠、适用耐久、技术先进、经济合理、与环境协调等要求，是与社会发展中桥梁设计、建造水平相匹配的。经过全行业30多年的努力，交通强国、桥梁强国已经成形。而当前百年未有的大变局节点，桥梁工程原有的基本要求也需有所调整，在满足人民对美好生活向往的目标下，把桥梁建设得更美，与环境更协调，更加绿色可持续，成为桥梁人的新使命。
卢沟桥是北京市现存最古老的石造联拱桥，始建于金大定二十九年（南宋淳熙十六年，1189年）六月，妥善解决了泄洪和自身结构安全的矛盾，历经800余年水患而不倒，堪称工程界的杰作。纵联式实腹砌筑法砌筑的拱券，望柱和栏板石迎面雕刻的精美花卉图案，望柱上雕工精细、神态各异的狮子，以及久远的历史痕迹、近代屈辱历史的见证，共同构成卢沟桥特有的文化特色。早在公元13世纪《马可·波罗游记》称它“是世界上独一无二的”，并且特别欣赏桥栏望柱上雕刻的狮子，说它们“共同构成美丽的奇观”。可以说，古代工匠的精心雕琢，给我们留下了更多对桥梁结构美的感悟、对桥梁工程技术的赞叹和对美好生活的记忆与传承，更激励我们创造属于我们的美好生活。
类比出土的中国古代青铜器代表——鼎，本来只是当时的一种青铜炊器，从拥有的数量、大小、重量、花纹和工艺精美程度、铭文内容都体现出内涵的巨大差异，体现出诸侯、卿大夫、士各自的不同等级、权力、功勋、情趣。而精美的公侯鼎，更能体现其地位、财富、工艺技术和审美的最高标准，被后世认为是所有青铜器中最能代表至高无上权力的器物。其作用已经远远超出炊具范畴，承载厚重丰富的历史、文化、社会、科技内涵。
京雄高速跨永定河大桥
一座桥梁，所在的城市、区域、环境、道路背景不同，桥梁在功能以外需要承担和展示的内容不同，被赋予的艺术、审美、技术、人文信息不同，桥梁美学实施效果和内涵丰富程度取决于我们对其花费的心血精力大小。现代桥梁工程，是科学、工程、艺术、管理等多学科的综合创造，而不仅仅是传统桥梁工程所承担的安全、耐久、适用、环保、经济和美观几个工程效果的达标。在新的背景要求下，以创造历史、追求艺术的高度负责精神，打造桥梁工程精品力作成为我们的奋斗目标。
在新目标的指引下，以创造优美生活环境，促进科学技术发展，推动工程技术进步为目的，探索使用新技术，加大对桥梁工程项目的技术投入和经济投入，必定是发展的趋势所需。而仅仅为了达到装饰装修效果做的假结构、过度设计，都是工程的浪费。桥梁工程雕琢的是建筑艺术、先进技术、完备功能间的结合，而不仅仅是建筑外观、细节。雕琢的先进技术还包括：结构、材料、工艺、计算机和数字技术、可持续理念、环境和建筑景观等。雕琢的目的是创造价值，包括功能、经济、工期、美学等方面的价值提升。雕琢过程中，需要大量新技术的支持，而桥梁结构的施工和运营安全涉及国计民生，使用的技术需成熟可靠。由此，便需要引入技术成熟度理论，运用工程结构可靠度评价方法，从理论适用性、方案验证与确认、工程可行性、使用和运维的适用性等角度，对新技术的成熟度进行评价。实际工程中往往急于求成，给项目带来隐患和风险，这点需要桥梁工程技术人员慎重把握。
桥梁工程师与建筑师的相辅相成
由桥梁工程师还是建筑师主导桥梁工程设计的争论由来已久。当今社会缺乏达·芬奇那样的博学家，也缺乏莱昂哈特、邓文中那样兼具建筑艺术修养和对桥梁结构理解深刻的桥梁大家。法国科学院院士Michel Virlogeux提出：“桥梁设计是工程师的领域，不能交给建筑师。”“桥梁建筑、桥梁景观、桥梁的优雅性是工程师的问题，不能把我们大部分的工作留给建筑师。”“建筑师不能选择构件，设计桥梁需要的是驾驭力，这不属于建筑师的工作。”我们不评价这些说法的谬误，但把桥梁设计交给建筑师确实是件疯狂的事。建筑师所受的专业训练，是在项目中找到桥梁功能与环境的关系定位，完成方案的创意，对桥梁方案的确定起到关键作用。建筑师和桥梁工程师二者共同拟定结构受力模型，桥梁工程师的作用在于运用自己的技术和经验，深化桥型方案构造，保证桥梁方案满足各方面工程条件的要求，结构的安全可行，全过程二者都要密切合作。计算机技术的发展，CAD辅助设计软件的进步，不但分别帮助二者完成了各自的工作，提高了各自的工作质量和效率，更架起了二者之间的桥梁，实现了二者之间的信息传递和在同一工作平台协同工作。
信息技术的发展，各专业都已经拥有了满足自身专业工作需要的辅助设计软件，也打通了不同软件之间的接口。桥梁项目设计全阶段、全专业都可以综合利用多种计算机辅助设计软件，深化项目工作。基于建筑师常用的Rhino、SketchUp、DIALux等软件，结构工程师基于AutoCAD、DASSAULT SYSTEMES等三维建模平台进行正向设计，辅以Midas Civil、Ansys、Abaqus等有限元软件进行空间模型受力分析，并进行项目协同、图纸表达等工作。
除了二者之间的默契配合，建筑师和桥梁工程师还要共同担负起引领相关的环境、道路、排水、园林、灯光照明、检修设备、防雷等多专业的专项设计工作，保证设计理念和风格的统一，各项功能满足规范和技术标准的要求。
同样，二者还要共同承担起与部件加工和施工安装单位的协调配合工作，深入开展合理施工方案和施工工序研究，确保设计方案的可实施性，使实施效果满足预期要求。
桥梁与环境融合
合理+融合 达到工程效果最优化
桥梁工程涉及的各个专业设计与建造离不开专业设计、加工、施工规范的支持，牵头的桥梁工程师和建筑师必须了解和深入研究工程项目相关的所有设计规范，并依此开展设计工作，但是完全遵守这些规范设计会带来许多问题。主要问题包括：
规范只是各专业必须遵守的最低技术标准，对新技术新工艺支持不够，难以满足创新桥梁工程项目的需要。
规范普遍存在修编不及时的问题，项目团队专业技术人员技术水平和能力又参差不齐，对各自行业的发展动态和方向的了解不够。桥梁工程师需要基于项目要求对各专业完成总体控制，常常会遇到许多所谓不满足规范要求的阻力，由于难以对各行业的专业发展准确、深刻把握，无法判断是方案本身的问题，还是专业创新力度的问题。
各专业技术规范，仅考虑自身专业技术要求，对特殊、复杂工程条件关注不够。叠加以后可能带来常规条件难以想象的后果，导致项目无法承受。遇到矛盾，如何协调各专业技术问题的取舍，也是难点问题。
规范之间还存在相互适用性的问题，不同视角的规范要求内容不尽相同，如何选择有利的规范和技术标准，找到不执行某些规范的充足理由，极度考验桥梁工程师的专业技术水平和对项目自身，对不同专业、不同规范的理解。
以上问题，都会导致建筑师的桥梁美学创意无法实现，或者被大打折扣。工业4.0依靠的数字技术，通过协同工作平台，实现基于单一数字模型的各专业协同工作，最简单的使用效果就是把各专业的设计效果进行叠加和实时评估，或者说是把建造过程中发现的设计问题，以及以往工程项目通车运营一段时间后，进行的后评估工作都提前到设计阶段，便于发现问题，也有助于科学地解决问题。更能直接评估桥梁美学创意的可实施性，评估工程代价大小，控制和减小项目实施风险。
基于单一数字模型共同工作，即所谓的一体化设计，有利于加深各专业对项目要求、工程条件的理解，从而提高沟通效率和各自的工作效率，也有利于各专业发挥专业优势，把自身工作做到最优，从而达到总体效果最优和项目美学效果的满足。
新的技术手段和创新项目组织模式，有助于激发所有参加项目技术人员的潜力和创造力，也有助于各专业在技术上取得更大突破。可以预见，未来将会有大量在桥梁美学、建造技术方面创新的桥梁工程项目不断涌现。
结构细节设计
创新曲线应用带来的优雅
多专业协同效果
从建筑模型到三维数字模型
桥梁美学创意的基础，一般都是始于建筑师的手绘方案概念。建筑师基于项目总体规划和控制性详细规划要求，综合现场环境条件和工程条件，深化完善成为创意方案。此时，便可建立只有外膜的三维数字桥梁方案模型，在模型上进行总体尺度、结构细节的研究、深化工作。这个过程，需要桥梁工程师的深入参与，要把只有外膜的建筑方案转化为概念设计深度的结构方案，对结构整体和局部构造开展方案设计和力学分析，评估结构的可行性、合理性，并把结果返回到方案模型，进一步修改完善建筑景观方案模型，此时的工作内容和工作深度，大致相当于道路桥梁工程项目的工程可行性研究阶段。
后续的初步设计阶段，桥梁工程师需要根据上阶段的三维数字模型建立工程化和满足阶段深度要求的桥梁结构三维数字模型，建立模型的过程就是结构设计的过程，主要研究桥梁方案合理结构形式的最后确定。同时，需要深化和研究结构各主要节点部位的合理构造。在确保结构安全合理的前提下，也涉及方案整体和细节尺度的调整和把握。此时，建筑师也要依托于桥梁工程师建立的三维数字模型，对可能影响桥梁美学效果的构造进行研究，并把结果反馈给桥梁工程师在模型上进行方案调整优化。
施工图设计阶段，桥梁所有的相关专业，统一协同到桥梁工程师建立的施工图深度三维数字模型开展工作，在统一的数据库中共同完成各自专业的设计工作及各专业之间的配合协调工作。此时，建筑师的工作内容，也转移到对主体结构和附属结构细节、具体节点构造、材质质感等的把控。
在施工阶段，建筑师同样参与方案的制定，评估和帮助减少施工临时措施对结构外观的影响，和各专业一起共同完成项目建造全过程，并参与工程验收。
基于单一数字模型的各专业协同工作，数字模型的基础一定是建筑师主导完成的方案创意，所有涉及桥梁美学效果方案的调整，一定征得建筑师的同意。大部分项目往往做不到这一点，在施工图设计阶段桥梁工程师过于强调结构的安全性，牺牲或忽视桥梁美学效果，这时的坚持、碰撞、深入攻关，找到兼顾各方要求的最优解，是实现最初桥梁美学创意的关键。
新首钢大桥
桥梁工程建设服务人类衣、食、住、行的最基本需求，一直是社会生活的一项重要内容。随着时代的前进，社会经济的发展，技术的进步，人们对桥梁的要求一定会越来越高，桥梁工程涵盖的技术领域也一定会越来越广阔，越来越综合，越来越复杂，这也是工业4.0背景下所有工业产品的常态。工业4.0是利用信息化技术促进产业变革的时代，也是智能化时代。其概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化产品与服务的生产模式。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。“工业4.0”为所有人提供了一个机会，进一步发掘、转化、巩固其在行业中的身份、地位、价值、作用。变革已经来临，机遇摆在眼前，桥梁工程师的发展方向已经清晰，或者钻研于某项技术领域，成为所谓的技术专家，或者立足于桥梁项目总体，参与到桥梁美学设计工作，实现对总体的把控。借用现代复杂系统工程的比喻，未来的桥梁工程师相当于交响乐队的指挥，不要求擅长所有乐器的演奏，但要引领乐队的总体演出效果最佳。未来已来，将至已至，我们的城市，正在超越想象，我们的桥梁行业，也在超越想象。
