台北市長柯文哲下令在農曆春節假期拆除忠孝橋引道原先預計要花八天,結果六天就完工(2月7~12日),並於2月13日提前恢復通車不禁想到《工程、設計與人性:為什麼成功的設計,都是從失敗開始?》(To Engineer Is Human: The Role of Failure in Successful Design提到有關橋梁的二三事,摘錄如下,有興趣的讀者不妨參考:

第一本英語猜謎書出版於1511年,其中有一個謎題是:「什麼愈輕就愈令人害怕?」書中提供的答案是「橋」。而當時和現在一樣,造橋者就算建再長的橋,但基於美學與經濟上的理由,顯然也會尋求使它變輕的方式。此外,由於心理和結構不斷在多與少間掙扎,因此橋梁史上充斥著慘敗與輝煌成功等,既矛盾又環環相扣的實例,從而提供了許多技術性的謎語、教訓及意外。(摘自《工程、設計與人性》〈13橋梁的成敗〉)

以下摘自《工程、設計與人性》〈6設計就是要達到目的〉)

橋梁的演化可以追溯到原始人伐木渡河,而那光榮的歷史還包括羅馬輸水道。然而,現代橋梁既不是用手邊的原木,也不是用成堆石頭造成的。它們是在精心設計下,以混凝土及鋼筋造成,好符合這複雜社會對功能、審美與經濟上的需求。由於建造更大、更引人注目,或價格較低廉橋梁的新需求不斷產生;因此,即便設計師想要,也未必能乾脆複製以往的成功佳作。也許複製一般的公路橋梁行得通,但當公路要刷新紀錄,橫跨較寬闊的海灣,或較深的峽谷時,這顯然就不管用了。此外,有時你缺乏範例可抄襲,或是沒有已證實的經驗可仿效。因此,現代橋梁發展史,也是設計比金字塔、大教堂,或甚至羅馬輸水道等更科學大型工程結構的發展史。

1779年時,第一座鐵橋架設在鑄造拱形鐵架的英格蘭煤溪谷(Coalbrookdale)鑄造廠附近,而其中的細節都仿造當時成功,並人人耳熟能詳的石材與原木結構。直到今天,仍有行人在這座橫跨塞汶河(Severn River),長達100英尺的鐵橋上來來去去。

在建造的當時,鐵橋所象徵的,是利用新材料造橋的大膽實驗,而它之所以管用,是因為所依據的石造拱橋結構細節管用。不過,一旦鐵材在煤溪谷證明,它是種可行的新建材,人類便要求它不僅在空間,還有在知識上,都得跨越極大的鴻溝。由於新材料具有石材建物絕對沒有的抗拉力,因此橋樑的新設計便尋求以嶄新的方式來利用鐵。而這新實驗元素的組合,應該發出了一個確切的訊號,那就是︰幾世紀來在石材上所累積的經驗,在鐵橋的發展中,將無法扮演指引的角色。而毫不令人意外的是,鐵橋製造商必須經歷一段嘗試錯誤期,來從本身及別人的經驗中學習。

19世紀時,鐵路的發展與擴張需要橋梁,而木材則為許多早期的鐵道橋提供了原料。這不但是種常見的材料,在工地附近通常也唾手可得。然而,木橋需要維修,以確保它們不會腐壞;此外,它們也很容易因火車鍋爐內的熊熊烈火而引燃。後來鐵自然而然的取代木材,成為造橋材料,雖然是無可避免的事,但這種轉變耗去19世紀的大部份時間,其中主要的原因在於,鐵橋看來不僅是種新玩意兒,也很難以捉摸。而鐵橋坍塌的數目,至今仍令人議論紛紛。

1847年時,維多利亞女王(Queen Victoria)指派了委員會,深入調查鐵橋的使用狀況,責令成員「致力查明相關原理,並訂定規則,好讓工程師與機械工能分別在業界自信地應用這金屬,同時以理論說明,並親身體驗已建鐵橋在各種環境下的狀況。」而實際的情形是:當時橋梁發生我們今天所知的疲勞失效fatigue failure),在疾駛而過的火車下無預警地坍塌。

委員會在1849年發佈的報告中,提出誤導的金屬疲勞概念,並建立了一套理論,說在震動下會產生結晶作用(crystallization),而這錯誤的觀念一直延續到邁入20世紀。不過,儘管這篇報告對金屬疲乏提供了錯誤的解釋,但確實促使英格蘭同業公會(English Board of Trade)針對造橋壓力方面,制定了一些規定,從而對安全有所裨益。

同樣地,1840年代時,美國也建造了許多鐵橋,不過當1850年,一座賓夕法尼亞州(Pennsylvania)的橋梁在火車下坍塌後,當局便下令將紐約與伊利鐵路(New York and Erie Railroad)沿線所有的鐵橋都換成木橋。

然而,意料之中的是,相關新技術的開發並未因而中斷,在互相較勁的橋梁設計師,還有營造商信誓旦旦地保證,新技術無論是性能或價格都具備優勢下,新建的鐵橋仍如雨後春筍般出現。儘管風險顯而易見,但在19世紀後半期,大家依舊認為,鐵橋要比木橋好,而其中部分原因在於,隨著鐵材產量增加,產量提高、成本下降,因而使它能與在某些地方變得較稀少、較昂貴的木材相匹敵。如果完全不承認,許多野心勃勃的設計確實失敗了,那麼橋梁的歷史就不完整(中略)

哪一項創新會帶來成功的設計,哪一項會導致失敗,卻是無法料得準的。不管是橋梁、飛機,還是摩天樓,每個設計新事物的機會,都提供了工程師看似數不清的選擇。這位工程師也許會決定,要從已成功通過人力及自然力考驗的設計中,盡量抄襲看似良好的特點,但他也可能決定,要改善先前設計中那些看來不足的方面。因此,屹立了數十年、但某些地方出現無害裂痕的橋梁,對規模與交通需求大同小異的橋來說,或許可以當作改良設計的基礎。再不然,就是歷經多年,或甚至數十年的使用後,都沒出太大毛病的既有設計,也許會促使工程師設法使它變得更輕巧,進而降低製造成本,因為從那狀況看來,這零故障的原型是設計得超過安全標準了。

到頭來,設計的抉擇便宛如人生的抉擇一般。就像規劃時無論考慮過多少路線,當你從芝加哥到紐約時,最後只能挑一條路走。雖然工程師能針對計畫的結構體,在紙上構思出兩種,或甚至更多種能滿足需求的設計,但在最後的分析中,仍只能選其中一種加以執行。而對設計師或評選委員會來說,眼前面對要選擇哪個書面設計,以付諸實行的問題,就像美國詩人羅伯特.佛洛斯特(Robert Frost)所面臨的問題一樣:

黃槐林間有兩條叉路,

可惜我不能走兩條路。

我這個過客躊躇良久,

我朝一條路極目遠眺,

只見它蜿蜒沒入樹叢;

Two roads diverged in a yellow  wood,

And sorry I could not travel both

And be one traveler, long I stood

And looked down one as far as I could

To where it bent in the undergrowth;

設計師試圖向前眺望,想斷定自己不同的設計最後會有什麼發展,但通往未來之路卻似乎總是不斷分岔,最後在灌木叢中變得模糊不清。縱使常見的橋梁比新設計的橋花費更高,或儘管它在座落處並不顯眼,但超保守的工程師可能會走別人走過的老路,選擇這種橋梁。而大膽並富想像力的工程師,則能為橋梁注入意義,猶如佛洛斯特對尋常岔路所做的一樣。本世紀初,有結構藝術家之稱的瑞士工程師羅伯特馬拉爾(Robert Maillart),便發展出兼具經濟與美觀,並徹底改革橋梁建築的創新混凝土設計,而你可以說,他追隨了詩人佛洛斯特的腳步:

這兩條路在林中分岔,

我選人跡罕至的那條,

而那造就了天壤之別。

Two   roads diverged in a wood, and

I   took the one less traveled by,

And   that has made all the difference.

(摘自《工程、設計與人性》〈6設計就是要達到目的〉)

《工程、設計與人性:為什麼成功的設計,都是從失敗開始?》(To Engineer Is Human: The Role of Failure in Successful Design

亨利.波卓斯基(Henry Petroski◎著  

楊幼蘭◎譯

2014年6月25日出版

3D FRONT   

 

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