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所以每天早晨能洗澡,你明白古罗马人真的很努力付出吗?

时间:2020-11-06 11:15:42 出处:bet36体育官网

来源:果壳

在西班牙的龙蒿,有一座奇石拱桥,高27米。行人走上来都会忍不住害怕。而且桥路极其狭窄,只准一人通过,故称“魔鬼桥”。

 西班牙塔拉戈纳的“魔鬼桥” |RAFAEL LPEZ-MONN

这样不方便的桥好像不是给行人建的。它是做什么的?

答案出乎意料:——供水。

是的,这座桥的主要特征是今天行人脚下不再存在的流水。与其供水功能相对应,我们将这种桥梁命名为“水道桥”。

罗马帝国:喷泉、浴池,都是为你准备的

在我们了解水道桥之前,首先要了解罗马帝国的实力。

罗马帝国起源于今天意大利的首都罗马,被称为喷泉之都。现在这些喷泉只用于观赏和玩耍,但在罗马帝国时期,它们是重要的公共水域,普通市民可以随时享用干净的水。

这么庞大的水源从何而来?当然,你要从附近流经城市的河流入手。水资源丰富的台伯河是穿越罗马的重要河流,其水资源可以满足市民的基本生活需求。

但罗马帝国富裕任性,为了提供更高质量的生活,寻求大量新的淡水资源。通常,水是从城市周围的山脉和湖泊中提取的。水源确定后,通过水管输送到城市。

为了减少流水的蒸发,修建类似中国新疆坎儿井的地下引水渠道是合理的。(主要工作原理是:在干旱地区,冰雪融水流出山口时,通过竖井输送到地下涵洞中,可以有效防止水资源的蒸发和流失。(

当输水管道遇到地势低洼的山谷时,运河需要架空顺利穿越山谷。这时,轮到了水道桥。

 罗马输水道 |《巨人的文明》

于是,出现了一个新的问题:水在开放的水道中蒸发是不可避免的。这一点都没有困扰聪明的古罗马人:他们在桥上加了水罩,同时还能防止灰尘掉进去污染水源。

法国嘉德水道桥的水盖 |Yann de Fareins

再任性的想法也能实现

总的来说,水道桥又高又平。当时技术不发达,这么高的桥是怎么建起来的?

首先要考虑的是建筑材料。罗马时代的水道桥是用几吨重的石头建造的,其中大部分是花岗岩。

问题是,这么多石头从哪里来?

意大利的地理位置 |地理狗看世界

我们来看看意大利的地理位置。它位于亚欧板块和非洲板块的交界处。由于板块挤压和摩擦,地下岩浆丰富。

花岗岩是侵入地下深处的岩浆冷却固化后形成的。它们的质地相当坚硬,因为地面的高温高压。后来随着地壳的隆起,花岗岩从地表出现,最后被罗马人使用。

花岗岩的形成 |地理狗看世界

师承古希腊,也能自创门派

用优质石材,一定要有过硬的施工工艺。

通常为了适应山泉水的高度,需要修建很长的导流墙。如果在几十公里的道路上修建密封的城墙,会耗费太多的石头和人力,而且密封的城墙还会阻挡船只在山谷中的通行。为了解决这个问题,古罗马人选择了空心化的方式修建水道桥梁。

他们研究了从古希腊继承下来的框架结构,发现当时的希腊人为了保持横梁的稳定,不得不隔很短的距离立起石柱。如果两根柱子之间的距离太远,横梁就会断裂,因为压力难以有效分散。

希腊帕特农神庙 |维基百科

古希腊的帕台农神庙是典型的框架结构。现在可以看到里面全是柱子,是为了防止横梁断裂。

太多的石柱占据了很大的空间,显然不适合几十公里长的水道桥。古罗马人不会被这个难倒,他们做出了颠覆性的创新——拱门。

简单来说,拱形结构是一种弧形的建筑结构。与传统框架结构相比,它能更好地分散压力,加强支撑,节省材料。

拱券受力与框架结构受力分析 | @陈睿婷/星球研究所

脚手架,隐形的功臣

光发明拱形结构是不够的,建造几十米高的航道桥也是一个严重的问题。好在方法总是比较难,古罗马人用的是木脚手架。

先搭一个木拱架,把石头按弧形方向依次放在脚手架上,搭一座石头拱桥。顶层石材建成后,脚手架如果拆除不会倒塌,因为它可以满足静平衡。

拱券搭建模拟实验过程 | TBS世界遗产

在完工的航道桥上,我们没有看到脚手架,但却是必不可少的。幸运的是,历史数据地图记录了它的存在。

得益于硬质花岗岩建材和拱形结构的应用,这么高的航道桥从头到尾都没有用水泥砂浆粘结,但依然像泰山一样稳固。

搭建水道桥的真实过程 | TBS世界遗产

如此水平,水也能流

水道桥肉眼看似水平,但根据水向下流动的规律,可以推断水道桥有轻微倾斜。

如果航道桥的坡度明显,桥面的稳定性就不能得到保证。而且坡度过大,会增强桥体的侵蚀,缩短航道桥的使用寿命。

为了保持微小的差距,需要精确的科学计算。以法国的守护水道桥为例。整个水道长约50公里,从水源到城市只有17米的落差。整个航道坡度控制在3.4左右,相当于每隔一米,其一端只比另一端高0.34 mm。

以嘉德桥为例的坡度计算 |本文作者

要达到这样精确的坡度,首先要测量原始地形的坡度。

罗马人创造了一个水平仪来计算同一距离内两个地方的差异,然后通过距离和差异来计算每个部分的斜率。其原理与现代水准仪器基本相同。实测坡度后,可通过在原路段填筑或挖洞来改变两处的差异,达到预期坡度。

能够完成这样一系列艰难的建造过程,说明当时的罗马人有着高超的数学计算能力和高超的技能水平。这背后的根源在于繁荣的罗马帝国。繁荣的奴隶制给了罗马公民更多的闲暇时间来关注科学教育。

古罗马时期的水准仪 | Youtube

有了水道桥,大量的水从四面八方流向罗马。大量的喷泉、温泉、公共浴池等完善的供水设施在城市中如雨后春笋般涌现,市民的生活水平达到了前所未有的高度。

在当时的时代和社会条件下,为了实现日常洗澡,随时享受干净的水,其他城市只有王公贵族才有资格,但在罗马却是普通市民日常生活方式的真实写照。罗马统治者深知关注民生、安抚人心是国家长治久安的关键。

 罗马大浴场 |@英国巴斯罗马浴场博物馆

智慧无法复制,只有因地制宜的创新

战争侵略和奴隶剥削听起来很残忍,但从另一个角度来看,古罗马人在开拓领土的地方传播他们的智慧和文化。

今天,我们可以看到世界各地水道桥梁的遗迹。这些遗物不仅有古罗马人创造的基础,也有他们自己衍生的智慧。

庞特基西斯特水道桥诞生于工业革命时期,其弧形结构采用生铁和锻铁加固。它成为船只的运河,以满足工业运输的需要。

英国庞特基西斯特水道桥

墨西哥坦布里克的父亲水道桥在干旱的沙漠地区缺少木制脚手架。土著人根据当地情况用土胚代替木材。地理的魅力在于遥远的相似,可以通过时空见证天人合一的智慧。

 墨西哥腾布里克神父水道桥残存的土胚

现在各种电动泵站都可以轻松加压提水,大部分的水桥都不再使用了。总有一天,这些残存的石头会被耗尽,就像辉煌的罗马帝国已经结束一样。

而智慧则可以长生不老。

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