温州瓯江北口大桥是甬台温高速公路复线和温州市南金公路两大项目跨越瓯江的控制性工程。其中，甬台温高速公路复线是国家高速公路G15W3的重要组成部分；南金公路是国家公路网规划中新增G228国道在浙江省境内的重要组成部分。本项目主桥为“三塔四跨双层钢桁梁”悬索桥（主缆跨度230+800+800+358m），高速公路位于上层，南金公路位于下层，结构新颖独特，系国内外首座三塔四跨双层钢桁梁悬索桥。
因地制宜 两桥合一
一座大桥，并不是越漂亮就越好，而是要找到适合这座桥的建设方案，因地制宜地设计和选择桥梁的位置、桥型及结构。唯有与地理位置、周边环境相协调，才能突显出大桥之美。因此，要根据它的跨越能力和所在的地理位置，选择最合理的建桥方案。
早在2004年，浙江省交通规划设计研究院就开始了建桥方案的研究与分析，从“三桥合一”到“两桥合一”，在历经了12载的努力之后，2015年12月，高速与国道“共线过江，两桥合建”的工程可行性研究报告终于获得了国家发改委的批复。通过高速公路和普通国道“两桥合建”的创新设计，实现了廊道和岸线资源的集约式发展，不仅节约土地约193亩，还节约建设资金达4亿元左右。
事实上，在确定大桥建设方案的同时，选择什么样的桥型和结构，也决定了瓯江北口大桥的“设计之美”。考虑到瓯江北口大桥位于瓯江入海口，受强台风、强潮涌、深厚软土影响，以及受通航尺度大、航空限高严、周边环境等诸多因素制约，设计师团队创造性地在国内首次选择了“三塔四跨”悬索桥、混凝土结构做中塔、淤泥土质中用沉井做基础的设计。
据了解，瓯江北口大桥作为世界上首座“三塔四跨”的钢桁梁悬索桥，是目前我国乃至世界上技术难度最大、建造工艺最为复杂的桥梁之一。而之所以做出这样的设计，主要是有两大条件受限。
通常像类似的跨江大桥，一般都采用双塔的结构形式，北边一个塔，南边一个塔，但是为了保证大桥的稳定，这样建造的桥梁桥高就会比较高。然而，瓯江北口大桥南面邻近温州机场，飞机起飞的时候对航空净高有要求，所以大桥修建得不能太高。同时，桥下又需要允许3万吨的货船通行，也不能太低。正是在这样两个条件的制约下，最后选择了“三塔四跨”悬索桥的结构形式。
因地制宜，突出功能实效，这是瓯江北口大桥的设计团队遵从的一项原则。为了提升海洋环境下结构耐久性能，探索实践多塔悬索桥技术发展，瓯江北口大桥中塔采用了A形框架混凝土结构，这种结构的造价要比现在常见的长距离跨海斜拉桥要低，而且整体刚度更强。
此外，将一个面积3600多平方米、相当于9个标准篮球场大小，高68米、相当于20层楼高度，重达1.8万吨、相当于15000辆小汽车重量之和的沉井作为中塔的基础，可以有效地提高中塔基础抗船舶撞击和防潮水冲刷能力，使基础变得更加安全稳固。
钢套箱
创新突破 科研先行
技术创新是不断发展进步的驱动力。瓯江北口大桥的设计团队以创新技术，为大桥的建设解决了诸多难题。如为了解决三塔乃至多塔悬索桥核心技术——主缆与索鞍之间的抗滑移问题，浙江省交通规划设计研究院投入600多万，与高校相关单位合作开展大量研究工作，形成了从理论、制造，到工艺、质控的一整套原创技术，并首次将这一“全竖向摩擦板防滑索鞍”技术运用到了瓯江北口大桥之上。
不仅如此，瓯江北口大桥还采用“BIM+互联网”技术，对工程进行全寿命周期信息化协同管理。这项技术可以将现场沉井施工、索塔施工、主缆架设、锚碇施工、钢桁梁安装等分部分项工程现场的实施进度，实时上传至平台，实现可视化、系统化、科学化管理，以达成桥梁建管养信息无缝衔接。
中塔
以中塔钢沉井加工制作为例，设计阶段用3D模型能更直观地表述工程结构、实现工程自动算量，协助吊装程序由36次优化到18次，首节钢沉井制作仅用3个月就顺利完成了。而在沉井注水着床过程中，BIM手机端载入沉井姿态监控系统，协助各参建方实时查看沉井厘米级偏差，及时纠偏，确保精准定位。据监控显示，超大钢沉井最终的中心偏差为11cm，小于44cm的控制值；水平角度偏差为0.21°，小于1°的控制值，达到了国内水中超大沉井定位着床精度控制的新高度。
大桥的设计是一项系统性的工程，任何创新突破，都离不开强而有力的技术支撑。为确保大桥建设的科学合理性，解决大桥建设中的技术难题，瓯江北口大桥的设计团队对国内10家在悬索桥设计、施工及科研方面经验丰富的单位进行了两轮科研课题的征询，共征集科研课题29个。最后筛选出了“三塔四跨双层钢桁架悬索桥结构体系构造与设计参数研究”“强潮河口深厚软土土层超大型沉井基础施工关键技术研究”“强台风登陆地区双层大节段钢桁梁整体架设与安装施工关键技术研究”“基于移动互联网+BIM技术的建养一体化信息平台关键技术与应用”“长大桥梁智慧运营和养护关键技术研究”等5大科研课题。
此外，设计团队还积极地整合技术资源，在面对强潮河口、台风气候、软土地基等难点问题时，整合几十家大专院校和科研院所的优势技术资源，开展了70余项技术类专题研究来强化大桥方案设计。例如，同济大学承担了抗风性能研究，西南交通大学承担了主缆抗滑移性能研究，南京水利科学研究院承担了沉井施工期河床冲刷及预防护研究，浙江大学承担了沉井施工全过程仿真模拟分析复核，上海船舶研究所开展了船舶撞击及防撞研究，大连理工大学开展了波流力计算分析研究，等等。
北塔
安全耐久 系统设计
建造一座耐久而又安全的大桥，不仅包含了大桥结构物本身是否安全，也涉及运行管理的水平。因而，设计师们必须要以大桥的安全耐久为核心，奉行全寿命周期的设计理念。
为了保证瓯江北口大桥的使用寿命，设计师们将大桥施工、运营养护、环境保护、灾害防御等都纳入了工程设计统一考虑，坚持系统化的设计。比如，在大桥施工中坚持“宜钢则钢”的原则，大力推行钢结构应用，预计瓯江北口大桥全桥用钢量将达40万吨。在标准化设计中，坚持以构件设计标准化为先导，推进模块化建设，全桥上部结构可工厂化生产、装配化施工的比例达到了70%。
对于一座世界级的大桥而言，安全耐久的设计往往需要设计师们不断的打磨，并精心地雕琢每一个环节。从大桥的全局性和健康可持续发展出发，瓯江北口大桥的设计师们在运营养护层面做了充分的考量。例如针对超限超载车辆威胁桥梁结构安全与使用寿命的情形，设计师们将大桥和周围路网进行了统筹设计，即通过采用主线高速预检加场区精检，以及非现场执法等多样化的手段控制超限车辆驶入大桥，进而确保桥梁的营运安全。
除此之外，为了方便大桥在运营期实现检查和维护的便捷，设计师们还专门设计了大桥健康安全监控系统，设计了主梁检查车、主梁上下层桥面检修道，以及主缆、锚碇、鞍室的检修通道和塔内爬梯、电梯等，可实现随时到达随时检修。
而更值得一提的是，对于悬索桥最重要的承重构件——主缆，瓯江北口大桥的设计师们更是倾注了大量的心力。据了解，为了减弱腐蚀性环境对主缆的影响，设计师们在主缆外围采用隔水密封防护外，还在钢丝间充干空气加以防护。同时，对于主缆的锚固系统，设计师们则采用可更换无粘结式多股成品索预应力锚固系统，其成品索索体有环氧喷涂护层、PE内外护套等多层防腐，索体间可灌干燥空气，能有效保证其安全耐久性。
瓯江北口大桥的主缆就像是其生命线。因此，设计师们在安全层面就考虑得更为深入、更为全面。在位于桥梁上下层桥面之间的主缆，设计师们通过消防安全评估，对部分区域做了防火设计，并对上下层桥面设置了完善的消防设施；与大桥两侧当地政府统筹协调社会消防设施和大桥实现共享，以确保灾害发生时能在最短的时间内开展救灾，为大桥安全耐久增加保障。
南锚模板
桥与自然 和谐共生
瓯江北口大桥是交通运输部首批8个绿色公路建设典型示范项目中唯一的桥梁工程，未来更是温州标志性的建筑。因此，如何把人、自然和社会三者更全面地结合起来，以达到和谐共生之美，就是设计师们必须去不断寻求合理契合点的设计之本。
如何让有限的资源发挥最大的效益，这是瓯江北口大桥的设计师们需要通过各种方法去克服解决的问题。比如，为了减少大桥建设对农田的占用，设计师们因地制宜将130亩废弃船厂设计转换为施工临时用地；再比如，与甬台温复线灵昆至阁巷段项目共建管理中心实现了资源的联通共享，与下层普通国道的统一管理实现了社会资源和建设成本的有效节约。
而除了将资源发挥最大化效益之外，生态环保亦是设计师们必须用心去推敲和琢磨的一项功课。正所谓“最小程度的破坏就是最大程度的保护”，遵循这样一层理念，设计师们对瓯江北口大桥的桥型结构和锚碇进行深入的研讨、分析和优化，大幅减少了林木砍伐和山体开挖，其中挖方减少了近11万方，坟墓拆迁减少了3000余穴，节约建设资金约2亿元。
大桥的美，源自协调共生。无论是资源、生态，抑或是景观设计，都是相互依存、相互渗透、相互影响、相互制约的。因而，在景观设计上，瓯江北口大桥的设计师们将大桥结构造型元素充分地与温州的自然环境、地域文化相融合，从桥外、桥内两个层面，分主桥、引桥，以及日景、夜景，进行了宽视野、多视角的设计，并由此来提升大桥的建设品位和景观效果。
桥外景观层面，设计师们主要是从江中、岸上，仰视、俯视等多个视角来检视瓯江北口大桥的总体表现的。在充分尊重结构需求的基础上，设计师们对4跨吊方案和2跨吊方案进行了细致的比选，综合美观、合理、造价、施工等诸多因素，最后决定选取效果较好的4跨吊方案。而被视作视觉焦点的中塔，设计师们更是花费了不少的心血。为了让瓯江北口大桥主桥呈现出雄伟挺拔、刚柔并济、环境融合的最佳整体效果，设计师们专门研究了多种中塔A形开放角度对景观的影响，同时对锚碇造型、桥塔、主梁色彩展开了大量的比选研究。
中塔浮运
此外，作为主桥不可分割的引桥，设计师们从协调性和统一性的角度出发，经多种方案的对比，决定采用线条柔和、墩顶弧线与斜腹板箱梁相承接、景观过渡性好的花瓶墩造型。
瓯江北口大桥除了拥有技术性的美感之外，它也需要文化的渗透与积淀。为此，在桥内景观设计上，设计师们从行车的视觉感受出发，结合瓯越文化、开埠文化的历史气息，引用了瓯派建筑中举折平缓的出檐设计。在桥塔视觉焦点之塔顶造型上，选取了温州开埠后民国时期的门楣元素，寓意“瓯江之门”。
如果说，文化赋予了瓯江北口大桥以“神”，那么，日夜景则赋予了瓯江北口大桥以“眼”。在日夜景设计上，设计师们依然聚焦在人的行车与视觉感受。如利用耐久性涂装增加色彩，提升环境融合度、结构表现力和大桥辨识度；通过勾勒线条和色彩变换，突出大桥的轮廓与立体感。
作者 / 朱国金 杨秀 尤超常
作者单位 / 浙江省交通规划设计研究院
中铁大桥勘测设计院
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