未來城(BE0031)
A Scientist in the City

類別： 人文‧思潮‧趨勢>NEXT
叢書系列：NEXT
作者：詹姆斯．特非爾
       James Trefil
譯者：賴慈芸
出版社：時報文化
出版日期：1997年06月17日
定價：280 元
售價：221 元(約79折)
開本：25開／平裝／288頁
ISBN：9571323012

【夏鑄九序｜導言｜書摘 1｜書摘 2】

▼  書摘 2

不只是經過郊區道路的汽車才會產生渦流，幾乎所有流經一個固體物的流體都會產生這種現象。譬如山間溪澗裡的大石邊會激起白色的水流，你就可以從水裡的泡泡看出渦流。這說明了何以都市街道上的廢紙通常都會打圈圈，不會直接吹到一邊去。妳還可以在電線上聽到（不是看到）渦流剝離效應。風強的時候，電線往往會嗡嗡作響，因為每當渦流發生剝離，就會像撥吉他弦一樣撥動電線，而產生嗡嗡的聲音。

摩天大樓的道理也一樣，請看圖四的下圖。風吹過大樓，大樓的一側會先產生一個渦流，接著另一側也產生一個渦流。建築物就像電線一樣被「撥動」，也像電線一樣會顫動。古怪的是，大樓產生的渦流，會使大樓朝著與風向垂直的方向顫動：北風會造成建築物的東西向運動。

問題倒不是出在這種顫動本身，而在所謂的共振上。一棟摩天大樓就像所有實體結構一樣，自己會依照一種頻率振動。回想一下我們前面提過的比喻：以一把菜刀切砧板。如果你把菜刀拔起來，它會依照物理學家所謂的自然頻率振動。如果你再次把菜刀切下去，而且時間抓得恰恰好，震動的幅度會相當大，甚至會使砧板咬不住它。同樣的道理，如果渦流剝離撥動大樓，正好該大樓開始往某一個方向擺動，渦流的推力就會使擺幅越來越大，甚至使建築物倒塌。雖然到目前為止，還沒有任何一棟摩天大樓因此倒塌，卻已有不少橋樑因此塌陷，使工程師深刻體會到這不僅僅是理論上的可能性而已。

1941年，華盛頓州的塔科馬海峽大橋（Tacoma Narrows Bridge）在啟用短短四個月之後，因為一陣風產生了與該橋自然頻率一致的渦流剝離，而導致橋樑倒塌，結果非常慘烈。有一部影片記錄下該座大橋的路面上下晃動達八呎以上，最後終告斷裂，適足以說明「適時」渦流剝離的威力。我每次為工程師上物理課時，從來不會忘記播放這部影片－－以警惕學生。

過去，風力負載的設計相當原始，建築師也喜歡信任過去有用的設計，就像我們在第三章中提過的羅馬混凝土工人一樣。然而，今天我們有了複雜的電腦，在任何一根工字樑嵌入之前，都可以測試數百種不同的設計在所有風力情況下的反應。甚至還可以更進一步，依照最後決定的各種設計製作模型，放進風洞中實際測試。也就是說，遠在破土動工之前，設計師早就掌握了風力對這棟建築物的影響，並可以據此做出各種防範措施。

前事不忘，後事之師

提到建築，最引人入勝的話題之一，就是屈數可觀的「敗戰史」－－失敗經典。其中一項與風力直接相關的失敗經典，就是波士頓的漢考克大樓。這座睥睨波士頓天際，高達790呎的龐然大物，外部共用了 1 萬344片大玻璃。1973年 1 月20號，就在大樓即將完工的時候，一場暴風雨橫掃波士頓，鬆動了數十片玻璃，直落到人行道上。春去夏來，到了夏末，已有數百片玻璃脫落，三分之一的玻璃都變成了三夾板，為這棟大樓贏得了「三夾板之宮」的別稱。最後，所有的玻璃終於都被換掉了，所耗經費比整棟大樓的造價（9500萬美元）還高。

這起事件為美國營建業創造了一種不尋常的就業機會：一度有人受雇站在街上，抬頭仰望這座建築。如果看到某一片玻璃表面上開始出現眾多細紋，表一有這片玻璃將要完蛋了，這個「專業人士」就會警告路人迅速走避。

長久以來，這起「漢考克劫難」的原因一自不為人知，因為在隨著玻璃剝離而起的無數法律糾紛中，各方面都宣誓保密。不過，最近有兩位分析過這個問題的顧問，因為並沒有簽下保密協定，而得以在《建築師》（Architecture）這份專業期刊上接受訪問。他們的解釋是這樣的：這座建築所用的全是「三明治」窗戶，也就是說，兩片玻璃由鉛框隔開，內面的玻璃塗有一層反射膜。將玻璃焊接在鉛框上的焊料起了極為牢固的化合作用，使整個三明冶玻璃變成一體。風吹過時，窗戶會微微變形，而兩片玻璃中的空間就像風箱一樣，讓空氣在其間進進出出。最後，鉛框和焊料開始出現金屬疲乏現象而斷裂，但玻璃又緊緊黏在金屬框架上。結果，整個窗戶就烯哩嘩啦掉下來了。不過，我得指出，這是頭一次有人使用雙層塗膜玻璃，所以沒能預測到這個特殊問題也不足深怪。

地震

風力和重力是我們每天都會遇到的。還好，第三種建築殺手－－地震，倒不會天天發生。

當建築在風中擺動時，是有一個固著點的，建築底部是黏接在地上的。但地震發生時，情況就複雜得多。剛開始的震動會移動建築底部，但慣性作用又使得建築上部留在原處不動。最後，震動使整個建築搖擺起來，沒有任何一個固定點留下來。

眾所皆知，地震的起因是地底岩石壓力的突然釋放。在加州，這種壓力是沿著聖安地列斯斷層（San Andreas Fault）累積的，因為斷層的兩側一直互相傾軋。摩擦力會使岩石長期保持不動，能量也就逐漸累積，就像壓緊的彈簧一樣。一旦壓力累積到一個程度，就會突然釋出。斷層兩側互往對方滑動，幅度可能達到數十呎之多，而釋出累積的能量。震波通過斷層周邊的岩石，造成我們所知的地震。

震波抵達一棟建築時，關鍵性的因素就是建築底下的岩石種類。這在1989年的舊金山地震中可以看得特別清楚：同樣的震波通過時，有些地區遭到嚴重的破壞，而有些地區卻幾乎安然無恙。我們可以想像一個盛滿果凍的水泥淺盆，如果用槌子敲敲淺盆外緣，所施的能量就會以震波的型態同時通過水泥淺盆和果凍。但兩種物質的反應卻截然不同：震波通過水泥時，所有的運動都停留在分子層次，而果凍卻會顫動搖晃。同樣的能量通過這兩種物質，但由於內部分子連接的方式不同，震波所引起的運動也大不相同。

地震的情況也差不多。震波通過堅硬的岩石時，並不會產生劇烈運動，但如果遇到鬆散的土質，像是海埔新生地等，就會引發相當大的震幅。這就是何以填舊金山灣而成的瑪麗娜區（Marina District）會被破壞得那麼嚴重，而幾個街區以外，建在岩石小坡上的房子卻全然無損。

坦白說，我一直很害怕舊金山高高低低的山坡，尤其是開車經過時。我總認為一旦發生地震，山坡是很糟糕的地方，好像會滾下來似的。我跟建築工程師表明這種憂慮，他們都大笑起來。一個工程師指著鄰近山坡上的一棟摩天大樓說：「地震時，我寧可待在那裡，勝於待在平地上。」他們告訴我，那棟建築的地基深埋於堅硬的岩石中，就像前面所提的水泥淺盆一樣，不至於搖得太厲害。

起碼表面上看來如此。

但地基下的岩石還不能決定一切。一棟建築的地基會怎麼搖，還要看設計和建材。一般來說，有兩種策略可以減少地震的傷害，我們可以稱為「硬策略」和「軟策略」。

樹在風中搖擺，就是軟策略的一個例子：在壓力下暫時低頭，壓力過了就回復正常。鋼架摩天大樓就是用這種策略來應付地震，大樓會搖擺，會彎曲，可是不會倒塌。在很大程度上，用來對抗風力的設計，也可以用來防範震災。

而硬策略的基本原理，就是把房子蓋得儘可能堅固。一旦地震來襲，屋子會整個一起搖動，就像浮在波濤上的硬盒子一樣。如此一來，不管是建在哪一種地表上，也都不會倒塌。

水泥建築通常都很硬，但讓人驚訝的是，木建築也可以很硬。一種基本的技術就是在木屋外邊釘上一圈三夾板，房子一開始搖晃，三夾板會使所有角落維持九十度，因此整個房子就不會散掉。

橋樑和高架公路的問題又不一樣。像金門大橋那種大型鋼橋看起來好像不太安全，其實並不。它的彈性夠強，能夠搖擺避難。你如果曾在大風中開車通過金門大橋，一定不會忘記那種橋面彷彿翻騰變形的感覺。

而鋼筋水泥公路卻正好相反，通常都會盡量強化，受震動時會整個移動而不會散裂開來。現代建築技術在公路設計上又有突破，在支撐高架道路的水泥柱內部，現在又多加了一圈強化用的鋼條圍住柱子，像籃子一樣。輕微地震時，這些鋼條可以加強公路的強度，強震時卻可以發揮另一種作用：如果地震使水泥碎裂，這些鋼條仍然可以撐住水泥殘柱，使路面不至於斷裂崩塌。地震過後，水泥柱已經毫無價值，不過是瓦礫一堆，但仍然能夠勉強撐住路面。一位工程師解釋道：「芮氏七級以下的地震，我們的設計是為了保護建築物。而芮氏七級以上的地震，我們的設計是為了救人。」

下次你在地震帶的高架公路上開車時，別忘了這句話。

其他諸小力

無數的建築物都已消失在人類歷史的洪流之中。其中只有相當少數是毀在地震、強風等大災難上，甚至很少是倒掉的。大部分的房子都只是被荒廢，在不起眼卻從不中斷的風吹雨打中慢慢銷蝕而終歸塵土。在本章結束之前，請讀者想一想這個簡單的問題：如果人們就只是棄×××（請填入你最喜愛的一棟建築）於不顧，結果會怎樣？

只消看一眼荒廢無主的屋子，就可以預測第一階段的過程了。首先，全屋最脆弱的部分－－窗戶和屋頂－－會最先不翼而飛。或許是人為破壞，或許是風吹雨淋的結果，反正屋子保護性的外殼總會被破壞，使內部裸露出來。

然後各種小動物會住進來：鳥在椽上築巢，浣熊和松鼠則佔據天花板。等到角落裡的灰塵越積越厚，野草和一些小樹也開始冒出來了。就像人行道的縫隙裡冒出來的小草一樣，植物也開始悄悄進駐空房子，用根把原本緊密相連的建材躋開。

木造建築的崩壞程序比較快，因為生物清道夫立刻就能開始工作。木頭的強度來自於纖維素，係由葡萄糖分子長鍊串起來的，而葡萄糖是所有活細胞的能量來源。雖然人類無法消化纖維素，卻有很多生物可以。白蟻開始據地開工，細菌開始吃回樹木經由光合作用儲藏的能量。最後，木頭柱子會腐朽到不堪一擊，只要厚一點的雪或一陣強風就足以使整個建築垮掉。

如果是新的鋼筋水泥建築，就得花長一點的時間了。由於鋼筋和水泥都不能吃，所以生物清道夫起不了作用，只能靠物理或化學作用。水泥部分的崩壞和岩石的風蝕作用差不多。水分由縫隙滲進水泥，經過反覆的解凍和結凍循環，最後終會使水泥斷裂開來。路面和人行道上常常可以見到這種情形，五十年以上的舊水泥建築也因此會有斑駁龜裂的外表。這種解凍／結凍循環已經造成許多水泥橋墩的頹杞，當然也會作用在摩天大樓的樓梯井和外壁，只不過可能要好幾個世紀的時間罷了。

鋼架事實上比許多人想像中更不堪侵蝕，除非得到良好的保護，否則鋼架會生繡腐蝕，而且，只要一根柱子有一點繡掉了，就會使整根柱子倒塌下來。

幾年前，我聽過一位曾參予紐約世貿中心設計工作的工程師演講，使我對此感受尤深。有人問他世貿中心的弱點為何，他想了一下，回答道，該建築的弱點在於，整個建築的重量是由撐起外部的鋼柱承受的；如果這棟建築被棄置不用，這些鋼柱通過的地下室和地基幾乎一定會被水所淹沒。他預測，浸水浸了幾十年以後，這些地下室和地基的水會嚴重損害鋼柱。一旦這種情形發生，第一場暴風雨所帶來的風力就足以折斷鋼柱，使整個大樓倒塌。

無論一棟建築有多雄偉，有多壯觀，只要假以時日，一定有某種自然力會使其歸於塵土。