摘要 文章深入探討了可持續(xù)性設計理念在城市橋梁建設中的應用，旨在為橋梁的可持續(xù)發(fā)展提供理論支持和方法指導。詳細分析了城市橋梁可持續(xù)性設計的多個維度，包括環(huán)境、社會和經(jīng)濟等，并強調(diào)了各維度在可持續(xù)性設計中的重要性。利用Topsis法和層次分析法，篩選出社會和環(huán)境兩個維度的核心評價指標，并對這些指標進行了權(quán)重分配。在此基礎上，通過層次分析法對某橋梁的可持續(xù)性進行評分，評分結(jié)果可用于指導橋梁的可持續(xù)性設計。

關鍵詞 可持續(xù)性設計；Topsis法；層次分析法；評價指標；綜合評分

中圖分類號 U442.5文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）23-0179-04

0 引言

傳統(tǒng)的橋梁設計和建設方法往往忽略了環(huán)境和社會兩方面的影響，導致資源的過度消耗和環(huán)境污染問題日益嚴重。為了解決這一問題，可持續(xù)性設計理念應運而生，旨在實現(xiàn)橋梁建設的環(huán)境友好、社會公正和經(jīng)濟可行。該文的目的是探討可持續(xù)性設計理念在城市橋梁建設中的應用，以期為未來橋梁的設計和建設提供新的理念和方法。論文從可持續(xù)性設計的環(huán)境和社會兩個維度出發(fā)，深入探討節(jié)能和資源效率、生態(tài)友好和橋梁材料可回收利用性、社會文化因素的融合、經(jīng)濟效益與長期維護等方面的設計原則和方法。

1 城市橋梁的可持續(xù)性設計方法

1.1 可持續(xù)性設計的兩個維度：環(huán)境、社會

1.1.1 環(huán)境維度

環(huán)境維度涵蓋了對自然資源的合理利用、生態(tài)環(huán)境的保護以及環(huán)境污染的控制等多個層面。在城市橋梁設計中，對環(huán)境維度的考量有助于減輕人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的壓力，提高資源利用效率，降低碳排放，促進環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

通過采用新型材料、優(yōu)化設計和施工工藝，可以有效降低橋梁建設和運營過程中的能耗和排放，實現(xiàn)低碳環(huán)保的目標。在橋梁的設計、建設和運營過程中，應加強環(huán)境監(jiān)測，控制各類污染物的排放，保護水、土壤和空氣質(zhì)量，維護生態(tài)平衡。

1.1.2 社會維度

城市橋梁的社會維度則主要考慮人的需求與權(quán)益，強調(diào)社會公平、文化尊重、公共參與和社會福祉的提高。橋梁建設應帶來積極的社會效益，包括改善交通條件、促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、提供就業(yè)機會等，以實現(xiàn)人民群眾的共同利益。橋梁設計應尊重和保護當?shù)氐臍v史文化，體現(xiàn)地方特色，以促進文化多樣性和文化傳承。橋梁建設必須確保人的生命安全和財產(chǎn)安全，采取科學的設計、嚴格的施工管理和完善的安全保障措施。

1.2 生態(tài)友好和橋梁材料可回收利用性

生態(tài)友好性是指在橋梁設計、建設和運營過程中，充分考慮對周圍生態(tài)環(huán)境的影響，采取一系列措施以減輕對生態(tài)系統(tǒng)的干擾和破壞。包括但不限于保護生物多樣性、減少土地使用、控制噪音和光污染、采用清潔能源等。在設計階段，生態(tài)友好性要求設計人員充分考慮橋梁的布局、形態(tài)、材料和構(gòu)造方式，實現(xiàn)與自然環(huán)境的和諧共生。

橋梁材料的可回收利用性是指在橋梁的拆除或更新改造過程中，盡可能回收和重復利用橋梁結(jié)構(gòu)中的材料，減少對新材料的需求，降低能源消耗和碳排放?？苫厥绽玫臉蛄翰牧现饕ㄤ摬?、混凝土、玻璃纖維增強塑料等^[1]。這些材料在經(jīng)過適當?shù)奶幚砗驮偌庸ず?，可以再次用于橋梁或其他建筑結(jié)構(gòu)的建設，實現(xiàn)材料的循環(huán)利用，延長橋梁使用壽命，提高資源利用效率。橋梁設計應盡可能采用模塊化和標準化的設計理念，以便于未來的拆卸和回收。

1.3 創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設計與優(yōu)化

通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與優(yōu)化，能夠提高橋梁的使用壽命，降低維護成本，提升資源利用效率，從而實現(xiàn)橋梁工程的可持續(xù)發(fā)展。結(jié)構(gòu)優(yōu)化指通過科學的計算和分析，調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能的最大化和成本的最小化。結(jié)構(gòu)優(yōu)化涉及多個方面，如減震、隔振、輕量化、節(jié)能等^[2]，其目標是在滿足結(jié)構(gòu)安全和功能需求的前提下，提高結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性、環(huán)保性和美觀性。通過計算機模擬、有限元分析、多目標優(yōu)化算法等先進技術，設計人員能夠精確地分析結(jié)構(gòu)響應，制定出最優(yōu)的設計方案^[3]。

2 橋梁設計可持續(xù)性分析

為了全面評估橋梁結(jié)構(gòu)的可持續(xù)性，該文提出采用Topsis法和層析分析法對橋梁設計的可持續(xù)性進行分析，分析結(jié)果對橋梁設計有指導作用。

2.1 Topsis法篩選評價指標

為了全面評估橋梁結(jié)構(gòu)的可持續(xù)性，論文采用了Topsis法，這是一種基于理想解的多準則決策方法，通過計算備選方案與正負理想解的距離來進行評價和排序。

2.1.1 Topsis法篩選指標步驟

（7）排序。根據(jù)綜合得分Ci的大小進行排序，得分較高的評價對象被認為更接近理想解，因此被選為核心評價指標。

2.1.2 社會維度指標篩選

在社會維度，初選了以下11個備選指標：社會效益、公共參與、文化保護、安全性、便利性、公平性、服務質(zhì)量、用戶滿意度、經(jīng)濟效益、就業(yè)機會、社區(qū)關系。

為了更為準確地篩選出重要指標，對每個指標進行了詳細的定義和屬性權(quán)重分配，并參考相關研究和專家意見確定了初始權(quán)重。接下來，運用Topsis法計算了各指標與正負理想解的距離，根據(jù)距離值的大小進行排序，篩選結(jié)果見表1。

2.1.3 環(huán)境維度指標篩選

在環(huán)境維度，初選了以下9個備選指標：節(jié)能減排、橋梁材料可回收利用性、污染控制、資源利用效率、噪音控制、綠化覆蓋率、水資源管理、廢物管理、生態(tài)友好性。為這些環(huán)境維度指標分別分配了權(quán)重，并運用Topsis法進行篩選。經(jīng)過詳細計算和比較，節(jié)能減排、橋梁材料可回收利用性、污染控制、資源利用效率四個指標被選中作為環(huán)境維度的核心指標。篩選結(jié)果見表2。

2.2 層次分析法進行可持續(xù)性評分

經(jīng)過Topsis法的篩選，確定了社會和環(huán)境兩個維度的核心評價指標，接下來以某橋梁工程為例，運用層次分析法（AHP）對該橋梁結(jié)構(gòu)的可持續(xù)性進行評分。層次分析法是一種定量和定性因素相結(jié)合的決策分析方法，通過構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，對各層次的因素進行兩兩比較，獲得其權(quán)重，從而達到綜合評價的目的。

2.2.1 層次結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建

首先，構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，包括目標層（橋梁結(jié)構(gòu)可持續(xù)性），準則層（社會維度和環(huán)境維度）以及子準則層（各個核心評價指標），見圖1。

2.2.2 兩兩比較和一致性檢驗

接下來，進行兩兩比較，構(gòu)建判斷矩陣，利用特征值法計算各因素的權(quán)重，并進行一致性檢驗，確保判斷的一致性。兩兩比較的判斷矩陣和權(quán)重計算結(jié)果，見表3、表4。

權(quán)重：W社會={0.5，0.25，0.15，0.1}

一致性檢驗：CI=0.02<0.1，一致性通過。

權(quán)重：W環(huán)境={0.4，0.3，0.2，0.1}

一致性檢驗CI=0.03<0.1，一致性通過。

最后，根據(jù)各指標權(quán)重進行綜合評分，得到該橋梁在社會和環(huán)境兩個維度上的可持續(xù)性評分，見表5。綜合評分結(jié)果顯示，該橋梁在考慮了各個核心評價指標后，表現(xiàn)出了較高的可持續(xù)性，該評分可為后續(xù)的橋梁設計和優(yōu)化提供依據(jù)。

2.3 可持續(xù)性分析對設計的指導

2.3.1 優(yōu)化設計決策

通過對不同指標的權(quán)重分析，設計單位可以明確各個因素在橋梁設計中的重要性，從而在設計過程中做出更加科學合理的決策。例如，如果環(huán)境保護指標得分較高，那么在設計時就應更加重視采用環(huán)保材料和技術，降低橋梁對環(huán)境的影響。

2.3.2 提高資源利用效率

綜合評分可以幫助設計師識別橋梁設計中的優(yōu)勢和不足，進而優(yōu)化資源分配，提高資源利用效率。例如，將更多的投資和資源集中在得分較低但影響較大的指標上，以提高整體性能。

2.3.3 強化可持續(xù)性發(fā)展

通過對社會和環(huán)境維度的評分，可以明確可持續(xù)性發(fā)展在橋梁設計中的位置和重要性。這有助于推動設計師在設計過程中更加注重可持續(xù)性原則，實現(xiàn)橋梁工程的環(huán)境、社會和經(jīng)濟效益的平衡。

2.3.4 提升公共滿意度

通過層次分析法和Topsis法的綜合評分，能夠更全面地考慮社會、環(huán)境和經(jīng)濟等多方面因素，使得橋梁設計更加人性化和社會化，提升公眾對橋梁項目的接受度和滿意度。

3 橋梁可持續(xù)性設計與城市功能的融合

城市橋梁的可持續(xù)性設計不僅僅關乎其結(jié)構(gòu)與功能，更深刻地涉及與城市環(huán)境、商業(yè)活動和文化脈絡的和諧融合。

3.1 整合周邊地段環(huán)境

在城市的發(fā)展進程中，隨著功能和形態(tài)的不斷變化，很多地段可能會出現(xiàn)相對混亂或破碎的狀態(tài)，這時，橋梁及其周圍的空間成為重要的工具，起到了整合周邊地段環(huán)境的作用。這種整合不僅僅是在物理空間上的連接，更是在功能和文化意義上的融合。以廈門海滄大橋為例，這座橋梁不僅僅是一個單純的交通工具，它還承擔了周邊地段的整體開發(fā)和保護任務。通過對橋梁和周邊環(huán)境的成功整合，海滄大橋成了刺激周邊地段整體發(fā)展的重要催化劑。南京路與西藏路人行天橋位于上海市心臟地帶，為了解決行人流量大、車流繁忙的問題，設計師們采用了橢圓環(huán)形的4口互通式大型人行立交橋的設計。與傳統(tǒng)的天橋不同，這座天橋所有的上、下橋樓梯均布置于室內(nèi)，使得橋下空間整潔且通暢。這種設計不僅方便了行人的游逛和購物，還減少了對道路空間的占用，極大提高了交通的流暢性。其美觀的設計也使得它成為這一繁華商業(yè)區(qū)的新地標。

3.2 促進商業(yè)活動與經(jīng)濟發(fā)展

在現(xiàn)代城市中，一些橋梁處于城市的人流匯聚點，橋梁及其周邊地區(qū)常常逐漸演變?yōu)榉比A的商業(yè)集聚地。這種現(xiàn)象背后的邏輯很簡單：大量的人流不僅意味著繁忙的交通，更代表了巨大的商業(yè)潛力。

精心設計的橋梁能夠更有效地吸引和引導人流，進而促進周邊的商業(yè)活動。合理的步行路徑、舒適的休息區(qū)域、獨特的景觀設計等都能夠吸引更多的市民和游客，進一步促進周邊商業(yè)區(qū)的繁榮。而這種繁榮，又能夠帶動整個地區(qū)的經(jīng)濟增長，形成一個正向的循環(huán)。

3.3 融合城市文化脈絡

橋梁的設計和建設不僅僅是滿足交通需要，更是要與城市的整體文脈結(jié)構(gòu)形成有機的聯(lián)系，實現(xiàn)流動、滲透、交疊等延展性關系。橋梁不僅是歷史時代的載體，更是城市中不同空間、文化和歷史的連接點。

4 結(jié)論

該研究通過深入探討了可持續(xù)性設計理念在城市橋梁建設中的應用，提出了一套綜合的評價體系和方法，論文得出的結(jié)論可為橋梁工程的可持續(xù)發(fā)展提供理論支持和實踐指導。

（1）論文詳細探討了城市橋梁可持續(xù)性設計的核心要素，包括環(huán)境、社會兩個維度。強調(diào)了節(jié)能和資源效率、生態(tài)友好與生物多樣性保護、社會文化因素的融合以及經(jīng)濟效益與長期維護在橋梁可持續(xù)性設計中的重要性。

（2）論文引入了Topsis法和層次分析法，對社會維度和環(huán)境維度的評價指標進行了篩選和權(quán)重分配。從眾多的備選指標中篩選出了8個核心指標，并計算了各指標的權(quán)重，在此基礎上，應用層次分析法對橋梁結(jié)構(gòu)的可持續(xù)性進行了綜合評分。通過構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型、進行兩兩比較、計算權(quán)重和一致性檢驗，得到了橋梁結(jié)構(gòu)在社會和環(huán)境兩個維度上的可持續(xù)性評分，評分結(jié)果可用于指導橋梁設計。

（3）在城市橋梁設計中，通過整合周邊地段環(huán)境，深入融合城市的文化傳承，橋梁不僅能夠滿足現(xiàn)代都市的交通需求，更能成為城市發(fā)展與文化演進中的關鍵節(jié)點，為城市的持續(xù)與和諧發(fā)展提供有力支撐。

參考文獻

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[3]王瓊. 鋼與混凝土梁橋結(jié)構(gòu)可持續(xù)性指標及評價[D]. 上海：同濟大學， 2013.

收稿日期：2023-10-12

作者簡介：鄭劍飛（1984—），男，本科，高級工程師，研究方向：道橋工程設計與管理。