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3.创建全球大跨度桥梁数据库
本节说明用于调查的工具和方法，以及创建的全球大跨度桥梁数据库的组件。
3.1 软件工具
为了完成调查，我们建立了Microsoft Access数据库来记录从各种调查来源的桥梁的详细信息。图形用户界面表单用于以标准化方式促进数据输入，如图5所示。
数据已从Access数据库中导入到Microsoft Excel以进行分析。数据库连同每座桥梁附带的数据字段一起从Excel导出到Batchgeo.com地图。这能让数据库内的桥梁显示在交互式全球地图上，所有数据库字段均可过滤和搜索。最后，从Batchgeo.com中将数据库导出到Google Earth(.kml)文件，并再次详细说明所有数据库，以最终用于构建交互式网站http://bridges.eng.monash.edu， 界面如图6所示。该网站由Monash大学代管，运营成本非常低。这样，这个网站将可以使用很多年。
3.2数据库域
每座桥的数据条目归纳为三个子类别：位置、构造和状态。表单上的其他条目有助于管理和组织数据库。每个类别中的组件如下：
·位置
·全球
·国家
·州/地区
·城市
·路口
·经度和纬度
·构造
·施工开始和结束（年）
·年龄
·设计年限
·设计师/顾问
·类型
·材料，依据：
·铁索、桁架
·桥面板
·码头/桥塔
·尺寸：
·总长（m）
·最大跨度（m）
·状态
·用法：
·步行/自行车，
·公路，或者
·铁路
·健康：
·良好
·陈旧
·不足
·修改
·重建（按年）
·监测
·问题（缩写，最多3个问题）
·其他
·数据库ID（内部）
·桥名
·NBI编号（仅限美国）
·结构ID
·图片
·记录
·来源
这些组件中的某些组件的解释按顺序给出。
3.2.1建造形式
桥梁类型仅限于五种桥梁类型分类之一：拱形，斜拉，悬臂，悬索或桁架，如图3所示。使用这些分类中的至少一种，几乎可以清楚地识别出所有被调查的桥梁。如果结构是一种以上桥梁的组合，则使用最主要的分类或主跨的分类，而其他分类则包含在“注释”输入字段中。
3.2.2建筑材料
桥梁材料分为三个主要输入字段：铁索/桁架，桥面板和码头/桥塔，以便详细记录用于主要结构元件的材料，这对多材料桥梁很重要。
3.2.3桥梁健康状况
由于缺乏全球范围内对状态的共识和清晰定义，桥梁健康仅限于以下三种可能的应对措施：
良好：该桥梁结构不需要定期维护计划即可进行修复，并且在功能上适合其目标。
陈旧：该桥梁结构合理，不需要进行意外修复，但不再适合或不足以实现其目标。
不足：需要进行紧急修复的桥梁结构，并且应该根据结构问题的严重性，限制车辆或者完全禁止通行。
仅根据美国过去的做法，现存的既陈旧又不足的桥梁才被归为缺陷（联邦公路部，2016）。应当指出，《美国国家桥梁清单》使用的术语与过去相似，我们在此的定义不应与此混淆。
3.3数据库源
从可用的在线资源中收集了所调查的每座大跨度桥梁所需的详细信息。最著名的来源包括：
·Wikipedia.org
·Structurae.net
·Highestbridges.com
·Bridgehunter.com
·BridgeReports.com (原Uglybridges.com；仅限美国，使用NBI)
·Designer fact sheets/documents
由于可以免费获得国家桥梁清单，因此美国境内的桥梁包含非常详细和准确的条目。
除BridgeReports.com之外，所有使用的资源都是众筹，因此细节的质量和准确性差异很大。为了确保尽可能准确地详细记录输入数据库的桥梁，使用卫星图像（谷歌地图），街景图像（谷歌街景），图片和交叉图来确认位置，跨度，材料和使用情况（如果可用）。参考其他在线资源。
尽管进行了大规模的搜索和数据收集，但几乎可以肯定的是仍然存在代表性不足的地区。有趣的是，在1980年代至2000年代发非洲，印度，南美以及中国和日本，可能还存在一些未记录在数据库中的大跨度桥梁。不幸的是，互联网的本质是我们偏向西方（Graham，De Sabbata，＆Zook，2015），这是西方偏见，因此数据中可能存在一些系统性偏见。但是，由于这些数字可能很小，因此对结果的影响可能很小。但是，我们仍然强烈建议记录所有大跨度桥梁，所以该网站的用户可以提出添加桥梁数据的建议。
4.数据分析
4.1地理分布
表1已详细显示出全世界大跨度桥梁所在的位置，和拥有数量较多的大跨度桥梁的国家。总之，美国有着数量最多的大跨度桥梁，紧接着的是中国和挪威（日本以38座大跨度桥梁位居第四）。这三个国家的大跨度桥梁数目占据世界大跨度桥梁数目的一半以上。显然，这三国需要投资大量的科技和技术来运营和维护大跨度桥梁。
可视化的数据库清晰地标示出建造大跨度桥梁的主要地理位置，如美国的密西西比河和中国的长江（如图7所示）。大跨度桥梁的集中意味着在控制腐蚀，降解和热循环的环境因素中将存在一些相关性。这样就可以使用一座桥梁在控制这些因素上的相关经验来指导具有相同地理特征的桥梁的管理（或设计）。
4.2桥梁模型
表2展示了桥梁数据库中的所有桥型。数据显示，美国是唯一一个使用桁架桥和悬臂桥的桥型来建造大跨度桥梁。这表明仅此一项，就需要单独对这些结构进行研究。同样值得关注的是，亚洲和欧洲更热衷于建造斜拉桥。基于此，亚洲和欧洲的国家可以共享他们在建造和管理斜拉桥方面的经验。
4.3建造年份
图8的（a）和（b）分别显示了最近两个世纪以来，建造大跨度桥梁的国家和大跨度桥梁的桥型。从图中可以注意到几个有趣的时间跨度。首先，在公共工程管理法（公告工程管理，1939年）的指导下，20世纪30年代，北美出现大量的桥梁，其中主要桥型是悬索桥。在第二次世界大战期间，桥梁建设的数量明显减少。第二次世界大战后，北美桥梁的数量又开始增加，欧洲紧随其后。第二个兴趣期是近二三十年来亚洲的建筑热潮，伴随这大量斜拉桥的建造。相反的，北美国家桥梁建设在20世纪60年代达到顶峰之后开始下降。从这些数据可以推测，经济快速发展的国家会建设大量的大跨度桥梁。所以，可以预想，非洲和拉丁美洲将很快会建造大量的大跨度桥梁，主要桥型可能是斜拉桥，由此带来的是这地区在相关技术的研究和核心技术的教育会得到进一步的发展。
4.4年龄和设计年限
根据北美国家的AASHTO LRFD设计标准，永久桥梁结构的最小设计年限为75年。而澳大利亚、欧洲、中国的标准是100年。一些国家使用的是欧洲规范的改编版，其规定的最小设计年限为120年。Koh，Park和Choo对大跨度桥梁的设计年限进行了很好的研究，包括了限制桥梁寿命的重要因素，如疲劳、耐久性、活载和船舶碰撞。基于这些因素，表3已列出超过设计年限的大跨度桥梁的数量。
图9给出了三个全球主要区域的桥梁使用寿命分布，以及一些建议的设计年限。很明显，北美和欧洲建于20世纪50年和60年代的桥梁正在接近75年的设计年限，而建于第二次世界大战前的大跨度桥梁将在接下来的20年内接近100年的设计年限。
虽然表3中的一些百分比和图9中涉及到的一些桥梁的寿命似乎较高，但值得注意的是，用来衡量实际结构的效用的“设计年限”其实是一个相对模糊的概念。第一，现行标准不能适用于那些于标准制定前已存在多年的桥梁。第二，即使在标准制定的时候，也没有大量的经验足以得出桥梁可能使用寿命的具有说服力的结论。第三，同时期的技术在运用于实际生产前，很少进行针对其预期的设计年限的现场测试。第四，实验室用来估计材料、构件或结构设计年限所使用的加速加载和劣化过程与该领域的自然过程有所不同。因此，在这种背景下，设计年限对于确定现有桥梁结构的实用性具有有限适用性，而桥梁的当前状况和功能更值得我们关注。更进一步说，正如我们所看到的，桥梁的年龄是病情状况的有用替代物。
4.5条件状况
表4归纳了每个地区大跨度桥梁的条件状况。在建造大跨度桥梁起步较晚的地区，过时的桥梁数量较少，这表明桥梁的年龄和状况之间存在很强的相关性。与之相反的是，北美过时桥梁的数目较多，这再次表明年龄和状况之间存在很强的相关性。这种关系如图10所示。
有趣的是，大跨度桥梁的过时率（为27.4%）高于ASCE基础设施报告卡中报告的所有桥梁的平均率（为13.6%）。毫无疑问，这与流行在关键运输线上建设大跨度桥梁有关，因其建成后能大大提高通行能力。另一方面，大跨度桥梁的缺陷率（9.4%）与美国普通桥梁数量的缺陷率（据报道也为9.4%）相近。
4.6修复和设计年限
使用有关桥梁是否进行了大修或为预期的结构修复的可用信息，可以得知有多少桥梁已达到某些目标设计年限。表5归纳了在达到设计年限目标之前已进行过大修或修复的桥梁数量和所占的百分比。应当指出，此数据有两个潜在的缺陷：（1）现有桥梁记录中可能未记录已进行的重大修复工程；（2）指出修复工作，可能是为了改善功能而不是恶化状况。粗略地说，这些影响数值的因素可能会相互抵消，至少能使表5中的数据表现出真实状态。从表5中可以明显发现，大多数已超过目标设计年限的桥梁已进行了结构修复。这表明，大部分桥梁没有达到目标设计年限。全球只有12%的桥梁达到75年的设计年限而无需进行重大的结构修复，这个数字在北美和欧洲分别为8%和5%。这对于桥梁生命周期成本分析非常重要，后者通常将设计年限作为决策的基础。尽管可以说观察到的速率是受当年建设技术的限制，并且现代建筑理应表现得更好，但是毫无疑问，某些现代技术还存在一些迄今未知的内置缺陷。鉴于此，在生命周期分析中允许设计年限存在重大不确定性似乎是谨慎的做法。
4.7修复和寿命
图11显示了按建设十年分列的定期维护和重大修复的桥梁数量分布。显然，较老的桥梁更可能受到重大修复。但是，令人惊讶的是，过去50年来修建的许多桥梁都进行了大规模修复。不幸的是，有关该级别的修复是否需在设计阶段进行的数据微不足道，但从实际上看，这些数据似乎不大可能能得出大跨度桥梁需要进行比预期更快更频繁的修复。
4.8不同桥型的修复和条件状态
表6给出了不同桥型的大跨度桥梁的状况。很显然，美国最普遍的大跨度桁架桥具有很高的过时率和缺陷率。这可能由于桁架桥功能不足造成的，并且由于这些桥的年龄特征与较旧的大跨度悬索桥相似，所以不能完全解释表6中的比率，只能说这种桥型比其他桥型更容易受侵蚀问题的影响。表7中细分的桥梁类型常规维护和修复率在一定程度上证实了这一点。显然，桁架桥和悬臂桥的修复率最高。由于美国这种类型的桥梁众多，因此也部分解释了美国桥梁（随着年龄的增长）对高水平修复技术的需要。
进一步看，图12显示了受腐蚀、磨损、承载状况和过载影响的桥梁类型的百分比。大跨度桁架桥和悬臂桥的这些比率是最高的，这与Farhey（2011）的发现相似。Farhey指出，这些桥型的桥梁在其75年的设计年限内，平均63%需要修复。
4.9检查与监测
图13显示了数据库中报告和记录的检查与监测的数据。需要注意的是，结构健康监测系统是运用在较新的桥梁上，而不是已出现老化且需要修的较旧的桥梁上。仅从已有的需求来看，这是令人惊讶的，并且可能反映了新旧桥梁管理方面的预算差异。当与先前给出的康复率相比时，这更令人惊讶，这表明大部分康复决策的制定是没有经过结构健康监测系统（SHM）。实际上，采用SHM通常能降低生命周期成本。不过，对于现有的大跨度桥梁，掌握有大量信息的操作员可通过复杂的建模和全面检查而无需进行监测即可成功进行修复。
5.结论
鉴于显示的年龄与康复需求之间的关系，以及可以提高的技术，美国目前的状况表明了全球对大跨度桥梁有着未来的管理需求。除了中国、挪威以及日本外，大多数国家和桥梁建设国都没有足以与美国媲美的大跨度桥梁基础设施。不过，解决桥梁老化所需的工程知识是无国界的，加强国际合作有助于大跨度桥梁的发展。
在美国最新的基础设施报告中，ASCE估计美国的桥梁修复工作需要约1,230亿美元的预算才能解决（ASCE，2017年）。尽管此金额适用于各种跨度的桥梁，但它都给出了有关忽略桥梁维护成本的警告：桥梁维修的支出只能推迟，不能避免。考虑到大跨度桥梁的重要性以及大跨度桥梁关闭造成的社会经济影响，高水平的修复和低水平的监测成本更便宜。因此，未来大跨度桥梁在设计时考虑到经常性和意外维修，和可升级性设计显得至关重要。对于现有桥梁，无论当前情况如何，都可以对较旧的大跨度桥梁进行广泛的结构健康监测和针对特定地点的评估，因为这将有助于将来改进决策。在将这一信息传达给桥梁建设者以及整个社会的过程中，桥梁工程界无疑可以发挥重要的作用。
数据显示的一些具体问题包括：
·设计年限的概念不过是一个理想的目标，而非基于统计数据（桥梁抽样）或技术基础（例如材料劣化率或结构力学）。因此，应该从公众的认知，设计规则和生命周期评估的角度来强调其重要性，也应该更多侧重于强调功能或服务的生命周期——在此期间内，预计或最好保证由于结构或功能原因的大规
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