所謂“文物”，至少有兩個特徵，一個是存在時間足夠長，另一個是有獨特的價值值得保存收藏。
開合橋在近代的橋樑工程中佔有重要的地位，在18、19世紀的200年間，歐洲大陸、北美大陸和英國先後進入運河時代和鐵路時代。當公路或鐵路跨越有通航要求水域時，建造了不少開合橋。進入公路時代，開合橋不能夠適應現代社會對交通的快捷要求，便逐漸從曾經的輝煌中淡出人們的視線，變成了歷史。這些變成歷史的橋樑，位於鬧市的，多半由於舊城、舊橋的更新換代被拆除；被廢棄不用的，得不到維護而自然毀損；那些仍在使用的開合橋，大多已是超期服役，猶如百戰沙場的老兵，雖遍體傷痕仍耿耿忠心。
從社會發展和技術進步的角度，開合橋基本處於被淘汰的地位。如今的橋樑工程專著，大約只會在介紹演變歷史時，開合橋才會被提及。開合橋的設計包括兩個主要部分，一個是橋樑結構，一個是“開”與“合”的機械構造，這後一部分內容又涉及動力設備。可以說，開合橋的一半是結構，一半是機械。也許是這個原因，即使在開合橋廣為流行的19世紀，橋樑工程設計教科書裡，一般也不涉及開合橋。
從文化的角度，開合橋本身是橋樑設計藝術中，有歷史價值的組成部分，代表橋樑工程歷史上一個特定的時代，承載著昔日的工程榮耀。解讀它的演變過程，會得到許多和它關聯的社會、歷史、文化、科學、工藝等信息。從這個意義上講，稱之為“文物”，應該不算勉強。
發展演變
如果不考慮在船上或是浮筒上搭建的開合橋（英文是pontoon），最早的開合橋英文是“drawbridge”，直譯就是“拖拉橋”，十分形象地說明了最初的開合方式。不過， 早期使用開合橋不是通航，而是防禦。
橋樑，是和平時期繁榮經濟的通道；而溝塹河流， 則是構成不同屬地的天然邊界。歐洲的中世紀曾很長一段時期領主割據，戰事頻繁。部落之間、城邦之間的聯繫不是經濟貿易，而是為爭奪自然資源展開的大大小小的戰爭。環繞城堡高且厚的城牆，以及城牆外面人工開挖的深溝和護城河，是安全的象徵。作為中世紀的典型建築，城堡更需要的是孤立和防衛。城堡的入口很少，在護城河或溝塹之處，一定有一座開合橋，這座橋用結實的木材構成框架，上面鋪設木板構成橋面，跨越溝塹，是城堡與外界聯繫的通道，也是城堡守衛的關卡。從城堡內將橋面拉起來，豎轉90度，橋斷開了，豎起的橋面還可以成為城堡入口的一道大門（圖1）。這便是Drawbridge的原意。
圖1 城堡入口處的開合橋
近代的開合橋， 是從建設或改造跨越運河的橋開始的。
運河水位變化很小，運河上的交通主要是特殊設計的運河船，用馬在河的兩側拖曳前行。由於不用帆，這些船體高度不大，而且往往走得很慢。在運河建設初期，沿河兩岸許多地方都尚待開發，為最大限度降低造價，沿著河岸架設的橋樑，基本上是適應當時鄉村道路的標準。橋面兩端的接線陡峭，橋下淨空也不大。據說初期運河客運開通時，需要一位船員專職提醒乘客：“前面有橋， 低頭！”
運河的開通，帶動了內陸經濟的繁榮，沿河兩岸原有的小城鎮不斷向外擴展成為大城市，同時帶動周邊形成更多的小城鎮，兩岸的交通漸漸變得繁忙。運河沿岸的經濟發展，需要在運河上架設更多的橋樑來連接兩岸的城鎮交通，需要延長陡峭橋樑的接線，降低線路縱坡，使得交通更加舒適便利。另一方面，航運對運河通航有了新的要求，希望在大江大海航行帶有桅杆的帆船能直接經由運河進入內陸，這意味著增加通航淨空。
帶有桅杆的船隻通行，需要很高的橋下淨空；兩岸的交通便利，要求橋樑兩端的接線縱坡平緩。為解決這一對矛盾，開合橋成為首選。
最初的開合橋是平轉（Swing），在運河中央立墩，兩側的橋面以中央墩為支點，在水平面上旋轉90度與水流平行（圖2）。在19世紀中葉，這樣的平轉開合橋構造簡單經濟，航道的淨高沒有限制，能夠滿足那些又高又窄的帆船通航要求。然而河中心旋轉支墩始終是航行的障礙，在本來就不寬的河道上，簡直是船員們的眼中釘。而且平轉90 度的橋面寬度佔用河道，橋面寬度超過中央支墩的立面寬度時，橋墩兩側的通航水道變得更窄。因此，這種平轉橋的適用範圍很有限。
圖2 平轉橋
19世紀後期的美國，隨著工業化進程的深入，全國各地都經歷了巨大的經濟增長，這其中也包括船舶規模的改變，此時蒸汽動力船舶已經全面取代了帆船。工業革命讓運河變得更繁忙，各方利益團體與建設和管理公路鐵路橋樑的地方政府開始發生摩擦。絕大部分麻煩是因為橋樑淨空對航運的阻礙。隨著衝突愈演愈烈，聯邦政府不得不介入協調。通常，調解結果是要求各地新建的橋樑必須有足夠的通航淨空。到19世紀末，國會立案，規定所有跨越通航水道的新建橋樑項目，必須經由國防部（War Department）審核通過。同時，對於妨礙通航的既有橋樑， 國防部有權要求對其進行升級改造。
至此，開合橋在美國進入了一個建設高峰。各種不同形式的開合橋應運而生，Drawbridge一詞逐漸被Movable Bridge取代。
開合橋的三種形式
所謂“Movable Bridge”，是指跨越通航水域的橋樑， 在特定時間臨時中斷橋面交通，上部結構移動開啟，為航行的大船讓出一條暢通的航道；待大船通過後，橋面合攏關閉，開放橋面交通。此時的Movable Bridge，不再為了防禦，而是具有雙重暢通功能：橋面的公路或鐵路暢通，橋下的船舶航運暢通。
與其他工程領域的技術發展一樣，開合橋在設計與施工方面的發展和進步，是由工業革命催生推動的，它的發展更直接與動力機械的研發同步。開合橋的研發，始於19 世紀的歐洲大陸和英國。美國的工業化進程比歐洲稍晚， 在開始大規模建設橋樑的時候，便將大西洋彼岸的研發成果作為借鑑的典範，同時使用最新的開合驅動裝置，使得美國的開合橋建設很具後發優勢。
按照上部結構開啟與閉合的運動方式，開合橋有三種主要形式——
平轉橋（Swing Bridge）
圖2是典型的平轉式開合橋。兩片桁架在中央墩處， 用強壯的橫樑連接，橫樑中點便是上部結構平轉時的中心點。橋樑開啟時，機械裝置將橋樑的上部結構整體頂升， 直到主樑兩端脫離橋臺約束，然後開始以橫樑中點為軸心，繞豎向（垂直）軸，在水平面旋轉90度，讓開河道；閉合時反向平轉90度，主樑迴歸原位，上部結構落位，主樑兩端回到橋臺支座。
這種平轉支墩位於主樑中點的平轉橋，在開啟和閉合的轉動過程中，橋樑的上部結構處於中點固定，兩端懸臂的重力自平衡受力狀態。這是最經濟的佈置方式。當河道較窄，不容許在中央設墩，或者是自然航道偏在河岸的一側，這時，就需要將支墩移向河岸一側，構成支點兩側懸臂長度的差異。為了實現平轉時的重力平衡，常常不得不在橋臺之後增加一個附加跨，在附加跨上配重以實現橋樑開啟時的重力自平衡。這又會帶來另外的問題。英國建造平轉橋多半是板梁，用配重可以實現重力自平衡，但是由於板梁擋風面積較大，在平轉時，支點處需要很強的橫向約束。美國平轉橋通常用桁架主樑，擋風面小，由於懸臂長度產生的風荷載差異相對較小。
豎轉橋（Bascule Bridge）
“Bascule”引自法語，原意為“秤”，在橋樑中特指繞水平軸轉動的開合橋。豎轉橋開啟時，一端作為轉動支點，另一端由水平位置向上升起，在立面劃出一段圓弧軌跡。初期由於開合裝置簡陋沉重，人力操縱開合十分費時費力，豎轉橋的應用遠不如平轉橋廣泛。直到19世紀末， 動力裝置有了極大的進步，豎轉橋開始表現出其特有的優勢，獲得巨大發展空間。
豎轉橋的型式主要表現在轉動支點處不同的支承方式和運動方式。支承形式為固定點支承、滾動面支承和滾軸支承。運動方式有三種，繞固定軸轉動、滾動，以及滾動與縱向平移組合。工程師在此發揮了極大的想象力，創造出許多子類型。基本上，豎轉橋的支承方式可以分為三種：1）固定軸支承，通過拖動主樑，使它繞固定軸豎向旋轉，旋轉中心儘量與旋轉主樑結構的重心重合，並且在開合過程中基本保持固定。2）滾動線支承，主樑端部與滾輪相接，滾輪前後滾動，實現梁的開合，主樑重心在開合過程中沿橋縱向水平移動。3）滾子軸承支承，通過旋轉軸附近的滾子軸承、搖桿裝置，保持旋轉中心固定，並與開合結構的重心重合。旋轉中心保持固定，並與運動物體的重心重合。
豎轉橋有單肢開合與雙肢開合兩種。單肢開合橋以主樑一端為支點，另一端沿立面圓弧軌跡移動開啟橋面；雙肢開合橋的主樑在跨中點處斷開為對稱的兩段，分別以兩岸的橋臺為水平軸旋轉開合。
提升橋
提升橋的開合是上部結構整體從橋臺上提升，為大船讓出淨空通行。在大多數情況下，橋樑的重量是通過纜繩或鏈條提升。形象的說法，就是橋臺放在兩座升降機塔架上，兩臺升降機同步操作，實現橋樑的開合。
典型傑作
平轉橋——法爾達內鐵路大橋
（El Ferdan Railway Bridge）
法爾達內鐵路大橋位於埃及伊斯梅利亞，跨越蘇伊士運河，是一座平轉開合橋。這裡有過兩座鐵路大橋。老橋也是一座平轉開合鐵路橋，老橋長318m，平轉支點設在橋跨中央，開啟時航道淨寬為148米，在1963年建成通車時，是世界上跨度最大的平轉開合橋。1967年第三次中東戰爭期間，老橋被毀。1995年，埃及國家鐵路以設計施工總承包的模式，投資8000萬美元復建新橋。新法爾達內鐵路橋在2001年年底建成通車，橋總長640米，跨徑佈置150 米-340米-150米。新橋是兩座長度為320米的獨立平轉橋， 開啟時航道淨寬320米。
新橋採用下承式桁梁，桁間距為11.4米，鐵路以橋樑縱軸線為中心線鋪設，兩側各有一個淨寬3米的公路車道。蘇伊士運河的航運遠比埃及國家鐵路繁忙，新橋建成後， 大部分是開啟狀態（圖3），只在特定的時間段運河斷航， 大橋閉合供汽車和火車通行。新橋的開合由三相電機驅動，單程（開啟或閉合）大約30分鐘。
圖3 照片來自
https://structurae.net/photos/16874-el-ferdan-swing-bridge-suez-canal-egypt
埃及政府於2014年啟動新蘇伊士運河項目，在運河東側平行開鑿另一條航道。新航道阻隔了兩岸的公路和鐵路交通，在跨越蘇伊士運河新航道上架設另一座法爾達內鐵路大橋之前，這座通車不到20年的大橋會一直處於開啟狀態。
豎轉橋——倫敦塔橋
倫敦塔橋在倫敦城區，跨越泰晤士河，始建於1886 年，1894年開通使用。有人說這座橋因為靠近倫敦塔而得名，而實際上這座橋的兩座塔，以其哥特式造型成為倫敦的地標建築。稱之為塔橋，並不需要借倫敦塔之名。
倫敦塔橋是混合橋，三個主跨，中跨是雙肢豎轉開合橋，兩個邊跨是懸索橋。立項之初，高桅杆的帆船通航要求否定了50多個建設方案。1885年，英國議會批准中跨建成開合橋的方案，並特別規定：1）中跨的通航淨空為41米（135英尺），淨寬為61米（200英尺）；2）橋墩的長度不超過56.4米，寬度不超過21.3米；3）兩個邊跨的跨度均為82.3米（270英尺）；4）施工區間中央河道必須保證48.8 米（160英尺）的通航淨寬。
開合橋的橋面寬12.5米（42英尺），主樑是四片鍛鋼桁架樑，約為1噸重，開啟時能旋轉86度。最初使用蒸汽為動力的液壓驅動系統，1974年改為電動液壓驅動。單程（開啟或閉合）需要5分鐘。
圖4 接近完工的倫敦塔橋
（照片來自維基百科）
提升橋——薩克拉門託河大橋（塔橋）
薩克拉門託河大橋位於美國加州通往首府薩克拉門託河的入口，“塔橋”是它更常用的名字。因其提升塔造型採用了當時剛剛興起的流線型現代主義風格，薩克拉門託大橋成為上個世紀30年代美國社會文化和建築特徵的一個傑出代表，在1980年列入美國國家歷史遺蹟名錄。
加州塔橋的提升跨主樑是兩片三角桁架，跨度為63.7 米（209英尺），提升總重量為1040噸；由塔內兩套獨立的電動提升系統控制，提升速度約為每秒0.3米（1英尺）；開啟時提供52米寬、30米高的通航淨空。
圖5 日落餘暉中的塔橋
（來自維基百科）
開合人行橋
開合橋是社會經濟、城市發展、交通運輸方式快速演進，各方協調向有序管理過渡期間的特殊產物，它的興盛時期不長。當社會生活的節奏變得越來越快，當城市交通總是以“緩堵”為主題時，開合橋便難有立錐之地了。
不過，工程師的創造力和想象力，總是能在合適的地方安放合適的結構。集造型、交通為一體的開合人行橋， 便是這樣，離開喧囂的鬧市，安安靜靜地為慢行者提供跨越河流小溪的通道。
最奇妙迷人的開合人行橋，當數英國2001年建成的蓋茨黑德千禧橋。這座大橋的開啟方式獨特，既不是平轉豎轉，也不是提升，而是側轉；詩意的人們形容為蝴蝶扇動的翅膀，當地人則親暱地稱為“眨眼”。這座橋跨度大約100米，主樑由一側的傾斜拱懸吊，平彎橋面。當橋下過大船的時候，橋面在4.5分鐘內側向翻轉40度（眨眼），與承重的拱構成一對翅膀（圖6）。
圖6 來自網頁
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開合人行橋也可以架在辦公樓之間，為行色匆匆的上班一族製造點小樂趣。
這座豎轉人行橋位於倫敦帕丁頓，跨越20米寬的小河，橋面由5根縱梁構成，閉合時是一座3米寬的人行橋；5 根縱梁可獨立按順序打開，各自豎轉不同的角度，便在開啟時構成一個半開摺扇的造型，如圖7。
圖7 帕丁頓的“摺扇”人行橋
這座2002年建成的康賽特（Conzett）懸吊人行橋位於比利時布魯日，是當地的美景之一。橋樑上方的兩根鋼管是承重主樑，木結構橋面擱置在橫樑上，用吊索將橫樑與主樑連接。主樑轉動，收放吊索，便可以使得橋面垂直升降，成為一座提升開合橋。
圖8 康賽特提升人行橋
這些精心創作的橋樑，為充滿古意的開合橋開創了一個新的生存空間。
本文刊載 / 《橋樑》雜誌 2020年 第1期 總第93期
作者 / 尹德蘭
作者系林同棪國際工程諮詢(中國)有限公司原橋樑總工
