2013-10-25 中国科学报（第10版 调查）
一座桥，一个城，一段历史
——中国石桥的前世今生
■本报记者 马佳 胡珉琦
桥是一种用来跨越障碍的大型构造物，通常是为了方便交通，让行人、车辆等越过障碍物。桥的这种连接交通的作用也常常被比作联系情感的象征，并因此产生了众多的文学作品。
同时，桥在构造形式上也和文明的发展同步进行着，或者在一定程度上也代表着文明的发展程度。因此，在文明进程当中，桥的形态不断地发展，也不断地被淘汰。
石桥，由于它材质耐久、构造独特，在漫长的历史长河中，不但没有被淘汰，反而承载着一种文化保存至今。
“最早，人们在河中放置大石头，涉水过河，并逐步地在石头上加上木板或石梁而渐渐发展成石桥。”东南大学土木工程学院教授丁汉山告诉《中国科学报》记者，“这种丁步桥作为石桥的起源是比较可信的。”
从木到石 从浮到稳
关于石桥的起源，除了丁步桥外，还有一种说法，那就是：在很偶然的情况下，雷电将大树劈倒，正好搭在了河两岸。人们看到猪从树干上来回于河的两岸，渐渐开始利用树干过河，而成为桥的原型。
但丁汉山说，目前来看，丁步桥作为石桥的起源更加可信一些。当丁步桥发展到在石头上架起木板或木梁以后，就发展出了木桥。但是木桥有个缺点，就是容易腐烂，防火性差，不易耐久。因此后来就发展到了石梁，成为石梁桥。
古代桥梁的发展基本是先有浮桥，后有木桥，再后来发展到石桥。这条发展路线的可信度更高一些。
丁汉山告诉《中国科学报》记者，从我国的考古记录来看，石桥的出现距今将近2000多年。
石桥的发展，可能是从木梁发展到石梁，又出现石拱桥。不过丁汉山指出，在出土的一些汉代砖画的描述中，平桥（即梁桥）和拱桥都有很多，因此很难界定两者出现时间的早晚，考证也比较困难。
据资料记载，石拱桥在世界桥梁史上出现得比较早，中国的古石拱桥最早出现在汉代（公元前二世纪），敞肩圆弧拱桥创建于隋代（581～618年）。各种古桥形式在以后的时代相继交叉延续。到明、清出现了悬链线拱等超时代的桥梁先进科技。古代石拱桥进入了一个工厂化生产的大发展时代。
丁汉山介绍，在西方国家，现存最古老的拱桥，大约1～2米宽，距今有3000年的历史。而我们国家现存的石拱桥中，距今1400多年的赵州桥算是最古老、体量最大的石桥。而很多其他的石桥，由于地处繁华地区或交通要道，在几千年的发展中，随着道路拓宽等，都渐渐消失了。
建于隋代的赵州桥是我国现存石桥中比较经典的案例。它有独创的敞肩结构，也就是在大拱肩部两边各增加了两个小拱，在洪水来临时，有效地进行分流，增加了石桥的使用寿命。
承受压力的经典
丁汉山告诉《中国科学报》记者，古代桥梁基本分为四大体系：平桥（梁桥）、拱桥、浮桥及悬索桥。
现在，包括西方国家，都普遍认为，西方现有的斜拉桥、悬索桥都是起源于我国的索桥。比如我国的泸定桥，这是一座铁索桥，因中国工农红军在长征途中“飞夺泸定桥”成为重要的历史纪念地。
但丁汉山介绍，悬索桥最早并不是铁索，而是竹索或藤索，少量的还有采用其他植物作为索的。目前在我国西南地区，现存还有很多悬索桥。不过除了铁索桥以外，其他竹索或藤索桥的年代都不是很早。因为这两种索桥本身的使用寿命就只有一二百年。
此外，浮桥是在出现固定桥梁之前，比较好的一种桥型。因为在古代，过大江大河，由于生产力的限制在河中修桥不太现实，于是就用链将船相扣，形成浮桥。据史书记载，我国最早的，保存较好的浮桥距今已有3000年的历史。
但是由于木质的桥桩和木梁都有寿命问题，因此，渐渐变成石桩，石梁。因此，在古代的桥梁发展中，石桥因为经久耐用，也被保存至今。
就石桥本身的分类而言，分为平桥和拱桥。两者在技术上相比较，石拱桥的耐久性更高。丁汉山介绍说，拱桥由于其特殊的形制，拱形部分的石材都是受到压力的。这也符合石材的特点。因为石头是一种抗压而不抗拉的材料。
比如，一些有3000年历史的古墓的墓道也是拱形。这种形状，在拱状的区域受到的都是压力。这也是古人在生活中慢慢摸索出来的。
而平桥，石梁的上部受压，但下部受到的是拉力。因此相比拱桥，桥的跨界比较小，而且耐久力也不及拱桥。
丁汉山举例说，南京著名的石桥七桥瓮，建于明代初期，即使在现代也能承受30～50吨左右的汽车通行。但是为了保护古桥，不再通车，成为江苏省文物保护单位，成为湿地公园的一部分。
石拱桥本身又分圆弧形、弓形、折边形拱桥。折边拱在浙江、绍兴一带存量很多。这是由于在南方，河道通常都需要通航，这需要桥拱抬高一些，因此而发展出很多方法，比如大半圆形拱、薄拱以及折边拱。其目的就是扩大通航净空。
相反在北方，河道的通航需求不如南方多，因此北方的拱桥大多比较厚实，也较少出现大半圆形的拱。
从南方到北方，我国现存的石桥大约有1万～2万座，丁汉山告诉《中国科学报》记者，南方石桥通常纤细高耸，而北方厚实。
超时代的营造技术
中国古桥作为中国科技和文化艺术的集大成者，包括了桥梁的设计和建造技术；桥梁美术装饰的设计和制作技术；桥碑、桥亭、桥楼等附属设施的设计和建造技术等等，桥梁科技的延伸还可包括桥梁材料的开采技术、加工技术和运输技术，基本可以概括为桥制、桥材、桥艺、桥匠、桥史、桥俗、桥文、桥社、桥派等领域。中国古桥的营造，从选料、式样、施工及其维护，都积累了大量科技创造。
有观点认为，中国古桥的营造技术自成体系，与国外现代桥梁技术并没有过多的交集，中国现代桥梁工程先驱、中科院院士茅以升形容中国古桥技术具有“超时代性”。
丁汉山就在接受《中国科学报》记者采访时表示，现代桥梁技术虽然已多由钢筋混凝土替代，但是在一定程度上也继承了古代桥梁的营造技术。
悬链线拱桥技术被称为是20世纪50年代西方发明的世界最先进的桥拱技术，但事实上，我国早在明、清时代就已成系列地建造了这类桥梁。
迎仙桥位于绍兴市新昌县拨茅镇桃树坞村。桥系东南及西北向，横跨惆怅溪，是浙江古干道上的重要桥梁。全长33.20米，其中桥面长5.60米，宽4.40米，东南和西北分别置10级和9级石台阶，长13.50米和9.10米，桥高8.00米，拱高7.10米，桥跨径14.70米，拱券用石块干砌而成。
我国著名的土木工程专家、东南大学土木工程学院教授丁大钧在《中国绍兴现存古石桥建筑》一文中指出，倒悬链线拱桥在静载下基本不产生弯矩，是先进的拱桥曲线。国外20世纪中期才开始应用，中国新建的拱桥随即予以采用。
在1990年，现享受国务院特殊津贴专家、浙江省绍兴市运输管理处原总经济师罗关洲在绍兴发现了新昌地区的迎仙桥和嵊州地区的玉成桥两座古代悬链线拱桥。这两座桥的桥拱曲线实测数据和推算出的拱轴系数表明，它们的各截面弯距均为零。可见，中国采用倒悬链线形建造拱桥较国外早了约300年。
此后，全国其他地区又陆续发现了这类古桥，已形成一个系列。但丁大钧发现，这类石桥的分布相对集中，说明这项技术后来没有得到广泛传播。
此外，在现代交通系统中广泛使用的立交桥，我国早在南宋时期就已经有了。
丁大钧在文章中写道：古时在桥下设置纤道，供纤夫拉纤时行走，构成有当时特色的“立交”。
比如，广宁桥系南北向单孔七折边形石拱桥，为绍兴现存最长的7折形石拱桥。罗关洲告诉《中国科学报》记者，广宁桥桥拱下有纤道，为古时拉纤之用,也可供人行走，具有立交性质，故可认为是中国最早、也可能是世界最早立交桥的雏形。该桥始建于南宋嘉泰年前。
现代技术修复古桥
现存古代桥梁，一些已经成为文物保护单位，作为历史珍贵资料保留，还有一些甚至还担负着交通功能。不过大多数的古代桥梁已经不能承受时间的变迁而受到不同程度、不同方式的损坏。
丁汉山说，对于石桥来说，除了暴露在自然界，受到风蚀等自然的损坏，现如今更多的威胁来自现代环境的变化。
环境的污染造成酸雨增多，对于很多石桥，桥面尤其是有着历史文化意义的桥面雕刻受到的腐蚀十分严重。而现代交通的变化，一些处在交通要道的石桥由于已经不符合需求被拆除或因不是文保单位而处于无人管理的状态。
目前，丁汉山等有关专家正在国家文物局的筹备下，希望对我国的古石桥进行普查、建档。这对于一些损坏严重又无人管理的古桥来说，确实是一个好消息。不过，对古桥的修复也需要因桥制宜。
尤其是中国古桥独特的营造技术也决定了在当代修复的过程中必须按照其特有的加固方法和施工工艺。
比如，由于古石拱桥的结构材料性能不明，在现代修复过程中，计算模拟修复过程的精确性会受到很大影响。但由于它们又是历史悠久的文物，不能用钻孔等手段来获取材料性能。因此，国外的古桥学者已经提出了一种适合古石拱桥的无损检测技术——探地雷达（GPR）。它可以在不破坏古桥的前提下检测其内部材料性能及裂缝等缺陷。
激光扫描，快速获取精确仿真的古桥几何模型，也正成为一种研究趋势。激光扫描仪集光、机、电为一体，能在较短的时间内利用激光测距的原理，结合横向和纵向转角的精确记录，计算出被测点与扫描仪相对位置，从而得出建筑物的三维空间位置。
