为了每天能洗澡,你知道古罗马人有多努力吗?

作者: 云山

来源: 果壳

发布日期: 2020-11-05

本文详细介绍了古罗马人为了提供城市供水而建造的水道桥的历史和技术细节,展示了古罗马人在工程和建筑方面的创新和智慧。

西班牙塔拉戈纳地区,有一座古怪的石拱桥,高达27米,行人走上去不免心惊胆战,而且桥道修得异常狭窄,只容单人通过,于是便有了“魔鬼桥”之称。如此不便的桥梁,似乎不是为行人而建。它是干什么的呢?答案让人意想不到——供水。没错,今天行人脚下已经不复存在的潺潺流水,才是这座桥的主角。对应其供水的功能性,我们将这类桥命名为“水道桥”。

在了解水道桥之前,我们得先感悟一番罗马帝国的强盛。

罗马帝国发祥于今天意大利首都罗马,被誉为喷泉之都。这些数量可观的喷泉如今只作观赏嬉戏之用,但在罗马帝国时期,却是重要的公共用水区,普通市民可以随时享用清洁的水源。如此庞大的供水从哪来?当然要就近从穿过城市的河流找起。水量丰沛的台伯河是跨越罗马城的一条重要河流,它的水资源可以满足市民基本的生活需求。但罗马帝国有钱任性,为了提供更高水平的生活质量,又向外寻找大量新的淡水资源。

通常选择从城市周边的山川湖泊取水,确定好水源后,通过输水管道运送到城市。为了减少流水的蒸发,合理的做法是修建地下引水渠,修建原理类似中国新疆地区的坎儿井。当输水管道遇到低洼的河谷,水渠就需要通过抬高架空的方式顺利渡过河谷。这个时候,就轮到水道桥登场了。这样一来,又有了新的问题:露天的水道难免水分会蒸发。这一点也没有难倒聪明的古罗马人:他们在桥上增加了水盖,同时还可以避免尘土落入,污染水源。

从整体看,水道桥又高大又平整。在当时技术不发达的年代,如此高大的桥梁又是怎么建造的呢?首先要考虑的问题,是建材。罗马时期的水道桥都采用重达几吨的石块垒砌而成,这些石块大多是花岗岩。有了优质的石材,还得有优秀的建造工艺。通常,为了适应山泉水的高度,需要修建很长的引水城墙。如果几十公里长的路途都修建密封的城墙,耗费的石材和人力未免过多,同时密封的城墙也阻挡了河谷船只的通行。

为了解决这个问题,古罗马人选择采用中空的方式来修建水道桥。他们研究了从古希腊遗传下来的框架结构,发现当时的希腊人为了保持横梁的稳固,每隔一小段距离就必须设置石柱。若是两根石柱距离过远,横梁会因压力难以有效分散而发生折断。过多的石柱占据了大量的空间,显然不适用于几十公里长度的水道桥。古罗马人不会被此难倒,他们做了颠覆性的创新——拱券。

简单来讲,拱券结构是一种弧形的建筑结构,相比于传统的框架结构,能更好的分散压力,加强支撑力度的同时,又节省了材料。

单是发明了拱券结构还不够,想把水道桥搭建成几十米高也是个严峻的问题。好在方法总比困难多,古罗马人将木质的脚手架派上了用场。先搭建好木质的拱券框架,把石头按弧形走向依次摆放在脚手架上以建造石拱桥。顶部的石头搭建完毕后,由于能够符合静力平衡,将脚手架移开也不会坍塌。

在建成的水道桥上,我们并没有看到脚手架的身影,但它是功不可没的,好在历史资料图记录了它的存在。得益于坚硬的花岗岩建材和拱券结构的运用,如此高大的水道桥由始至终没有使用水泥灰浆等去黏合,却仍然稳若泰山。

肉眼看到的水道桥似乎是水平的,但根据水往低处流的规律,便可推想水道桥有着轻微的倾斜。

几十公里长的水道桥,若是倾斜度明显,就不能保证桥面的稳固性,再者倾斜度过大,水流冲击过猛,对桥身的侵蚀性增强,也会缩短水道桥的使用寿命。想保持轻微的落差,需要精密的科学计算。以法国嘉德水道桥为例,整条输水道全长约50公里,从水源处到城市只有17米的落差。整条水道的坡度被控制在3.4‰左右,相当于每隔一米的长度,它的一头只比另一头高出0.34毫米。要达到如此精确的坡度,就得先测量出原有地形的坡度。

罗马人创造了一种水准仪来计算相同距离内两地的落差,再通过距离和落差计算出每一段的坡度,其原理与现代的水准测量仪基本一致。测出了实际坡度后,就可以通过在原有地段填土或挖坑的方式改变两地落差,以达到预期的坡度。

有了水道桥,大量源源不断的水从四面八方汇聚到罗马城。城内兴起了数量众多的喷泉、温泉、公共浴场等完善的供水设施,市民的生活水平达到了前所未有的高度。在当时的年代和社会条件下,要想实现每日沐浴,随时享用清洁水源,在其他城市只有王公贵族才有资格,在罗马城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、安抚民心才是国家长治久安之计。

战争侵略、奴隶剥削,听起来残酷,但从另一个角度看,古罗马人领土开辟到哪,便将他们的智慧和文化传播到哪。今天我们可以在世界各地看到水道桥的遗迹。这些遗迹既有古罗马人创造的基础,又有各自衍生的智慧。英国庞特基西斯特水道桥诞生于工业革命时期,使用生铁与锻铁强化弧形结构,为适应工业运输需求,成为通船的运河。墨西哥腾布里克神父水道桥,在干旱的沙漠地区缺乏使用木材为原料的脚手架,原住民因地制宜用土胚代替木材。

地理的魅力就在于遥远的相似性,它能穿越时空见证天人合一的智慧。今时今日,各种电力泵站能够轻松地将水加压提升,大部分水道桥也已经不再使用。总有一天,这些残存的石块将消磨殆尽,就如同辉煌的罗马帝国时代已然终结。而智慧,却可以生生不息。

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