工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程
工程反思錄 ——細數人類歷史上失敗的大型工程
我們從未停下探索的腳步
從數百萬年前人類學會利用工具
到現如今我們上天、下海、入地
我們不斷地發(fā)展著工程技術
同時
也不斷地失敗著
然而
正是一次次的失敗
才帶來了如今的輝煌
銘記失敗，才能走得更遠
讓我們細數一下
人類歷史上失敗的大型工程項目
意大利瓦伊昂大壩（Vajont Dam）
二戰(zhàn)結束后，意大利逐漸從戰(zhàn)爭的陰霾中走出，基礎建設、民生、經濟發(fā)展都逐漸進入高速發(fā)展時期。
當時電力是制約生產能力的一大障礙，意大利北部城市用電需求與日俱增，建立一座大容量的水力發(fā)電站成為北部城市首要任務。后經工程師多方考察，瓦伊昂峽谷憑借其狹長的地形，并且位于阿爾卑斯山區(qū)，冰川融水十分豐富等得天獨厚的優(yōu)勢成為了興建水壩的絕佳選擇。略有瑕疵的是：
①選定壩址左岸存在一古滑坡。
②瓦伊昂此處的地層巖性是石灰?guī)r與粘土巖互層，粘土層遇水后易膨脹變成軟弱夾層，導致滑坡。
但是勘察人員提出的上述安全隱患并未得到重視。1956年大壩開始施工，但在施工還不到一年時，意大利決策者決定將大壩用途改為核電站配套服務的抽水蓄能電站，將原定230m的設計高度增至262m，庫容也達到初始設計的3倍，約1.65億立方米。
直到1960年完工，開始注水實驗，水位上升時，大壩左岸出現了長達2km的拉張裂縫。
一月后，大壩左岸發(fā)生巖質滑坡，約70萬m3的滑坡體滑入水庫，涌起10m高浪。工程師研究后得出，是由于水位上升，導致山體層間滑動，水位上升速度與滑坡發(fā)展顯著相關，故工程人員決定通過控制注水速度，控制滑坡緩慢滑入水庫。
蓄水初期，減緩注水速度后，似乎成功控制了滑坡位移。
但是！次年8月，位移速度卻反常持續(xù)增加，甚至增至3.5cm/day，但此時降低水位為時已晚。
9月28日，連續(xù)大雨，雨水滲入山體，層間摩擦再度降低，山體位移速度已增至20cm/day，水質也變得渾濁。
1963年10月9號22點39分，災難，還是發(fā)生了!
大約2.6億立方米滑坡體以110km/h速度沖入水庫，填滿了接近1800m長的庫段。甚至，部分山體上推至對面140m，整個過程僅用了45秒。
山體滑入引起了高達250m的巨浪，肆虐著瓦伊昂上下游的村莊，許多人在睡夢中還來不及反應，就已然被洪水所吞沒，這場災難中2000余人喪生。
作為大壩，僅壩頂輕微受損，整體經受住了巨大的沖擊荷載，避免由于泥石流所引起的二次傷亡，其結構穩(wěn)定性顯然是成功的。
（橙色、綠色區(qū)域分別為第一、二次滑坡影響區(qū)域）
作為電站，瓦伊昂還沒來得及給北部城市供電就被滑坡體泥漿填滿了，是徹頭徹尾的失敗。
留給意大利以及世界的，是慘痛的教訓以及反思！
北宋三易回河
我國燦爛歷史星河有許多浩大的民生工程，例如京杭大運河、都江堰等。但也有一些令人扼腕嘆息的失敗工程，其中北宋時期三易回河尤為之甚。
《宋史河渠志》中言道：黃河自昔為中國患，故虎牢迤東距海口三二千里，恒被其害，宋為特甚，由不能順其就下之性以導之故也。
北宋黃河改道的歷史背景大致如下：
黃河由于自然地質條件改變以及人為影響，歷經千百年的沖刷、泄流，使得黃河故道堆積了大量泥沙，致使原有河道堵塞逐漸發(fā)展為地上河，最終導致黃河改道。
北宋初期，恰好歷經黃河改道的自然現象，造成了一定程度的水災。然而宋朝統(tǒng)治者卻心生疑慮，黃河故道流經汴梁城北，可以作為宋朝都城天塹，有效阻止契丹人南下進攻，但若黃河一直改道，對于契丹人而言，天塹變通途，朝野危矣！
因此，黃河改道計劃就此開始了。
第一次是宋仁宗年間，計劃將黃河改道六塔河東流。歐陽修力諫仁宗：“全河東注，必橫潰泛濫，齊、博、德、棣、濱五州之民皆為魚鱉食矣”。但宋仁宗執(zhí)意改道，其結果是1056年“宋朝塞商胡北流，入六塔河，不能容，是夕復決，溺兵夫、漂芻藁不可勝計”，河北軍事重鎮(zhèn)損失慘重。
第二次是宋神宗年間，據歷史記載，王安石建議繼續(xù)實施回河工程，其結果如何？黃河奪淮入海，洪災泛濫，“凡灌郡縣四十五，而濮、齊、鄆、徐尤甚，壞田逾三十萬頃”。蘇軾評價此工程為“汝以有限之材，興必不可成之役；驅無辜之民，置之必死之地。橫費之財，猶可力補，而既死之民，不可復生”。二易回河導致在北起海河，南至淮河這個區(qū)域，形成了嚴重的洪泛區(qū)。
第三次是宋哲宗年間，他希望能一改前人敗績，直接讓黃河回歸故道，但結果也十分慘烈。1099年，黃河再度決堤，引起特大洪水，甚至將山上禹廟都沖毀了，宋哲宗哀嘆：“元符二年之水，三門開元所建「圣德頌」并大歷年重修「禹廟」皆在山頂，悉遭漂沒。蓋自開元、大歷以來，水未有如此之大，非堤之過也”
經過宋朝三位君主的黃河改道工程，致使河北、山東、蘇北等地經濟遭受重創(chuàng)，最直接的影響就是作為宋朝抵御契丹的軍事重鎮(zhèn)河北，戰(zhàn)斗能力嚴重不足，后金兵長驅南下，如入無人之境。
某種意義上來說，三易回河工程加速了宋朝的覆滅，發(fā)人深思！
基督救世主大教堂
基督救世主大教堂，高103米，教堂端莊而優(yōu)雅的矗立在莫斯科河畔，內部金碧輝煌，威嚴壯觀，但是她卻有著一段曲折的興建史。
該教堂始建于1812年，為了紀念俄國人民成功抵御拿破侖進攻而建，主體結構于1860年基本完工。內壁巧奪天工的壁畫和雕塑的精雕細琢就用了20余年，耗費了巨大的人力財力，其歷史價值不可估量，但她接下來的遭遇卻令人唏噓。
1917年，俄國爆發(fā)“十月革命”，沙皇統(tǒng)治被推翻，蘇聯成立了，斯大林決定炸毀基督救世主大教堂。
取而代之建造蘇維埃宮殿作為地標性建筑，為了體現世界第一，該宮殿設計高度約415米。
但是天公不作美，計劃實施后，先后遭遇了地基缺陷、饑荒、戰(zhàn)爭等問題，蘇聯百廢待興，蘇維埃宮殿計劃只得擱置，經年累月無人維護，變得蕭瑟荒頹。
赫魯曉夫上任以后，決定將廢棄建筑利用起來，改建成了一個露天泳池，直徑130多米，深6米，可供萬人同時游泳，也可謂一“奇景”。
1992年蘇聯解體后，俄羅斯又決定重建大教堂。在大量社會捐助的基礎上，終于在2000年，基督救世主大教堂又重新矗立在了莫斯科河畔，但內飾的精美程度和文化價值都難以與原教堂比肩。
兜兜轉轉，卻又回到了原點，甚至還有所倒退，基督救世主大教堂真是命途多舛。
魁北克大橋&塔科馬海峽大橋
（Quebec&Tacoma Bridge）
橋梁在人類歷史上的發(fā)展代表了生產力的改變，從最原始的獨木橋，到石橋，再到鋼混結構橋梁，現代橋梁的發(fā)展已經達到了十分成熟的階段，但正所謂失敗是成功之母，正是前人一次次摸索，才有了如今的輝煌。
先說魁北克大橋，魁北克大橋是一座鉚接鋼桁架懸臂梁橋，位于加拿大魁北克市，全長987米，寬29米。
1907年夏，魁北克橋梁公司現場工程師Norman McLure開始注意到了橋梁主結構構件形變量不斷增加，多次向該公司顧問工程師Theodore Cooper反映這一問題。最終，Cooper也確認工程存在嚴重問題，發(fā)電報要求施工方不要再往橋面增加荷載。然而就在8月29日下午，兩人還未來得及將消息傳遞給施工方，魁北克大橋南部懸臂和中心部位發(fā)生了坍塌，在15秒內全部墜入圣勞倫斯河，造成橋上的86名工人中75人喪生，11人受傷，成為了當時世界上最嚴重的橋梁工程事故。
1916年，橋梁中段主跨在吊升安裝的過程再次垮塌，又造成13名工人喪生，該陰霾很長一段時間籠罩著加拿大工業(yè)界，后經研究人員確認，鋼結構設計有嚴重缺陷，高估了結構的承載能力。
1922年，加拿大的七大工程學院決定將橋梁廢棄鋼材打造成戒指，發(fā)給每年從工程系畢業(yè)的學生作為警示，為了體現代表橋梁坍塌殘骸，戒指被設計成被扭曲的鋼條形狀。于是，這一枚枚戒指就成為了后來在工程界聞名的工程師之戒(Iron Ring)。
再看塔科馬海峽大橋，建成通車于1940年7月，倒塌于1940年11月，僅僅存在了4個月，此次坍塌事件，被列為「20世紀最嚴重的工程設計錯誤之一」，直接原因是8級大風導致吊橋吹垮。看上去似乎不可思議，大橋竟然能被區(qū)區(qū)8級風吹垮。
后來經過研究人員的模擬測試，得出了結論，導致大橋倒塌的元兇是——卡門渦街。
卡門渦街：在一定條件下的定常流動繞過某些物體時，物體兩側會周期性地脫落出旋轉方向相反、并排列成有規(guī)則的雙列線渦。開始時，這兩列線渦分別保持自身的運動前進，接著它們互相干擾，互相吸引，而且干擾越來越大，形成非線性的渦街。倘若渦街的交替脫落頻率與物體的聲學駐波頻率相重合，還會出現共振。
因為大橋建造時采用了過輕物料，引發(fā)了共振，最終致使大橋坍塌，此次事件在橋梁史上意義非凡，空氣動力學成為建造橋梁的一個重要考慮參數。
魁北克大橋&塔科馬海峽大橋在建造時期都接近當時的技術極限，但失敗的原因分別是因為對結構和風振問題認識不充分，后續(xù)修復新建的大橋都安全延用至今。
后記
失敗并不可怕，可怕的是不知為何而敗，人類工程建造史可以說是充滿著失敗的例子，但正是這一次次失敗后的再嘗試，才推動了人類工業(yè)技術的不斷前進！
圖片來源于網絡
參考文獻：
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[2]李著,王景.西奧多庫珀——魁北克大橋失事記[J].工程力學,1997(04):139-144.
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美編：黃紫薇
校對：張 崧
