绿色桥梁设计探讨
2015-04-03
1、绿色设计的概念及设计原则
1.1、绿色设计的概念
绿色设计(Green Design)，也称生态设计(Ecological Design)、可持续设计(Sustainable Design)、产品全生命周期设计(Product Life Cycle Design)等。是指在产品及其寿命周期全过程的设计中，要充分考虑对资源和环境的影响，在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时，更要优化各种相关因素，使产品及其制造过程中对环境的总体负影响减到最小，产品的各项指标符合绿色环保要求的一种系统设计方法。相似于抗震设计，绿色设计是一种概念设计。绿色设计要对整个生产、生活系统物质能量的充分利用进行综合分析,形成良性的生产循环,它具有减量（Reduce）、重复利用（Reuse）、和循环（Recycle）的特点。其中减量是指节约资源、降低能耗,实现可持续发展。重复利用是指在减少消耗的同时注重产品的再利用性,以最大程度的发挥产品的价值。循环指合理回收再利用废弃物中有用成分以开发二次资源。
1.2、绿色设计的原则
绿色设计要遵从六项基本原则,即①产品全寿命周期闭环设计原则。从产品全生命周期出发，考虑产品的生命周期内各个阶段对周围环境的影响；②资源最佳利用原则。尽可能选用通过简化产品结构实现可回收再利用性的可再生资源,并在产品的整个生命周期中最大限度的利用选用的资源的设计原则；③能源最佳利用原则。在产品整个生命周期循环中实现能耗最少，并尽可能的利用可再生能源；④污染极小化原则。在设计过程中就消除污染源,从根本上防止污染；⑤技术先进原则。应用最先进的技术来获得最佳的生态经济效益；⑥功能先进实用原则。绿色设计的最终目标是向用户和社会提供功能先进实用的绿色产品。
2、桥梁结构物的产品特殊性
桥梁结构物具有极其特殊的特点,主要表现在:一是桥梁的建造在造价上和原材料的价格及设计、施工方案等相关,与市场的需要关系不大,基本是由政府部门根据社会、经济的发展状况来确定实施的；二是桥梁的建设规模导致桥梁设计对社会效益、经济效益及生态效益影响巨大；三是桥梁设计的使用年限决定了其对社会、环境影响的深远性；四是桥梁在其寿命范围内的使用过程中不会产生对环境有害的垃圾但在超期服役后就变成了难以处理的废弃物；五是桥梁需要具有抗侵蚀和抵御不利环境因素的能力。
3、绿色桥梁设计的思想
3.1、桥梁体系的选用
桥梁体系中的各种体系均有一定的适用范围,在设计中要根据实际情况,对梁、拱、刚架、吊与组合体系进行合理的选用,避免提高造价和为建成后的养护造成困难。在桥梁设计中如若只一味地追求景观效应,采用大量不同的体系进行设计,会出现很多弊端。首先会造成施工工艺复杂,需要使用大量不同的各种模板和机械设备。且使用构件的尺寸不能满足受力要求；其次是对于一些不适用于上跨桥桥梁体系会造成视觉上的侧向压缩感使人感到压抑。再次是由于索结构和钢结构的桥梁对防腐的要求高,会造成建成后的养护工作繁杂,使投入加大,并且随着交通的急速发展，上跨桥可能会改建，而复杂体系的桥梁改建难度非常大。以上这些弊端都不符合绿色设计的基本原则。所以在桥梁设计过程中应结合建设地周围地理条件、采用相对简洁、统一的结构体系。并充分考虑桥梁结构体系日后维护、改建的可行、便利。当然，复杂体系桥梁的景观效果不能否定，只是不能过多。
3.2、桥梁结构设计
根据绿色设计的原则中的六项基本原则,在对桥梁结构进行设计时,要结合具体的实际情况,以桥梁的适用性 (serviceability)、安全性(safety)、经济性(economy)和美观性(aesthetics)为最终目标，进行技术先进的结构设计。
在设计中要准确分析结构受力, 充分考虑桥梁在其生命周期内所面临的各种荷载、各种不利的环境因素以及自身承载能力的退化,通过全面精准的结构计算、科学合理的施工方案、绿色可循环的原料等方法在保证桥梁使用过程中的安全适用的前提下，减少材料能耗并降低环境污染。以最小的费用，实现最大的效益。在设计过程中还可以采用模块化设计方法。模块化的构件具有方便更换、拆除的优点,而且拆除后的构件仍然具有较大的利用空间。
3.3、桥梁附属设备的设计
伸缩缝、支座、排水系统、照明系统等都是桥梁的附属设备,他们虽然在工程造价中占用的比例不高,但也对整个桥梁的设计和应用起着重要的作用。目前大多数桥梁的排水系统设计比较简单,不合理,使得大量的桥面污水肆意流淌直接击打着地面,这种情况的形成正是当初在桥梁设计时未全面考虑环保因素而造成的。通过绿色设计可以实现对桥梁原有缺点的优化,使设计更为合理和实用。通过选择性能更优越的PVC管等排水系统的材料可以使排水设备更轻质、节能、抗腐蚀。在设计中要根据当地的降水情况进行水力计算来准确设置足够数量的排水系统。通过设计合理的排水管数量使桥面排水更顺畅。在通过排水系统将水引离桥面后,还要考虑如何对水流进行疏导。例如可以直接将水流引至排水沟，以减少其对地面的二次污染。同时可以采用连接管将多个桥面排水管连通后再接入同一套疏导系统的方法来达到使整个桥梁更美观简洁、更低能耗的目的。
3.4、桥梁结构的耐久性设计
桥梁结构的耐久性是桥梁设计中的重要考虑环节,它决定着桥梁结构的使用寿命。使用寿命过短会造成资源的极大浪费,加大初期投资的成本和后期养护及维修费用成本,降低效益,违背了绿色设计的基本原则。在桥梁建设的初期设计中要根据其结构的用途对耐久性做出具体设计要求,对桥梁使用的材料、施工的便利性、桥梁的后期使用和维护以及功能过时和寿命期费用等因素都要在设计中进行充分考虑和关注。还要采取各种措施使桥梁结构在漫长的服役期内,能够适应各种变化,从而能够更好的为交通服务。要实现这个目标就需要在桥梁的设计阶段对桥梁结构的可检性、可修性、可换性、可强性、可控性及可持续性等因素进行充分的分析研究,要对传统的设计理念提出挑战,如果桥梁建成后其各个部件无法顺利实现检查、更换、及时修复,且不能得到有效控制、加强和可持续发展,就会导致桥梁结构在内、外因复合作用下,逃不出破损,倒塌的命运。工程师在对桥梁设计时,要认识到桥梁整体结构和各组成部件的寿命是不同的,例如:拉索的使用年限一般为10年至40年；橡胶支座的使用期限要小于20年；桥体钢结构的油漆保护年限最佳状况为20年；而拉索护套的使用年限不到20年等等。在设计中,设计师要充分考虑这些自身寿命期低于结构设计寿命期的部件,要实现对桥梁结构设计的变形在构造上达到“可控”的目的,同时在构造上保证其建成后可查、可修、可换、可加强,只有这样才能在日后的运营阶段对桥梁进行有效的维修、加固,达到保证桥梁结构耐久性的目的。
3.5、达到设计使用年限后的桥梁的处理
对桥梁进行的绿色设计,须遍及整个桥梁的生命周期,这样设计出的桥梁与传统理念下设计的桥梁相比校更具优越性。在注重绿色设计的同时对达到设计使用年限的桥梁的处理也要同样给予重视。桥梁工程具有造价昂贵且不易回收再利用的特点,所以要以尽量延长其使用寿命为原则,对达己经到设计使用年限的桥梁,通过健康检测来确定其承载能力,根据具体结果对可继续使用的桥梁采用重新设定使用年限的方法处理,对于承载能力己经不能满足使用条件的桥梁,可以采用降低等级或改作人行桥等方法来进行继续使用。不得已需要拆除的情况下，要预先计划好拆除产生的废料绿色处理问题，这也是为什么桥梁设计中尽量采用绿色材料的重要原因。
4、结束语
总之，绿色是目前设计领域提出的一种全新的概念,在产品设计制造过程中,从形成概念到生产制造等各个阶段,都以绿色理念为基础,在设计制造中节约资源和能源,设法防止产品及工艺对环境产生的负作用,使设计出的产品更满足绿色产品的要求,并从根本上防止污染。绿色桥梁是符合资源节约，可持续发展和绿色设计的主题思想、是桥梁工程全生命周期分析方法的体现，是桥梁工程设计创新发展的一个重要方向，是可持续发展战略的一部分，应当大力提倡。
参考文献
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