自从美国人George Washington Ferris于1893年设计出第一个摩天轮之后,摩天轮就如雨后春笋一般不断涌现在世界各地,并迅速成为了游乐园里必不可少的吉祥物,它也因其设计者而得名Ferris Wheel。这台既精巧又宏大的钢铁设施,在诞生之初却并不是冲着娱乐去的。
摩天轮的设计是为了与同时期的巴黎铁塔一较高下,不同于法国人对静态结构的执着,正引领着第二次工业革命的美国更愿意展示其强大的工业设计能力。虽然未能如巴黎铁塔一般成为地标建筑,但兼具美观与娱乐的摩天轮成功走向了全世界。
摩天轮主要由巨大的轮体和遍布四周的座舱组成。座舱,也就是我们乘坐的“小篮子”。它并不是牢牢固定在轮体上,否则随着轮体旋转,座舱就会上下颠倒,就像训练宇航员适应太空环境的离心机一样折磨,除非你愿意像滚筒里的仓鼠一样顺着滚动的座舱奔跑。所以座舱也必须是活动的,这样才能保证乘客们乘坐时不会天翻地覆。根据轮体与座舱的连接方式,我们把摩天轮分为两种构造:重力式摩天轮和观景摩天轮。
重力式摩天轮轮体和座舱之间是通过铰链连接,铰链是允许几个连接件相对转动的机械装置,是机械机构里最常见的运动副没有之一。假如你用钉子把两个木棍钉在一起,恭喜你就获得了铰链+1。钟表的指针、汽车的轮轴、门与门框的连接,都是通过铰链。把座舱悬挂在轮体上,无论转到哪个位置,都能利用重力作用自然下垂,Ferris所设计的第一个摩天轮就是这种构造,当今世界的大多数摩天轮也都是如此。
观景摩天轮是一种比较新型的构造,为数较少,其中最著名的例子当属位于英国的伦敦眼。伦敦眼的座舱被设计成了胶囊形,由两条环形滑轨抓握着,伸出轮体。整个座舱被滑轨抓住,可以依靠滑轨自由转动,再加上座舱底部的配重,让座舱始终保持水平。举个类似的例子,就像横握着装了半瓶水的塑料瓶,无论手臂摆动呈什么角度,瓶中的水始终会自由流动,直到恢复水平面。
除了连接形式不同,近年来又诞生了不同轮体形式的无辐式摩天轮,它没有巨大的支撑架,只剩下一个巨环高高耸立,整体看起来光滑简洁,极具未来感。有时,为了保证足够的支撑力,摩天轮一部分轮体被置于地下,游客从地下进入摩天轮的座舱。巨大的轮体本身不会转动,而是座舱在外圈的轨道上旋转,或许把它看作一个环形的电梯更为合适。
目前为止绝大多数摩天轮都要依靠巨型支架支撑,这与斜拉桥所需的Y形支架结构不谋而合,如果能将两种设施合二为一,娱乐出行两开花岂不美哉。斜拉桥与摩天轮复合体系应运而生,永乐桥和天津之眼就是这种组合,这也是目前唯一实现这一构想的案例。作为21世纪非著名空想家,笔者也设计了几款摩天轮供将来那些敢想敢做的人去实现。
我们喜欢各种各样的摩天轮,缓缓转动的巨轮呈现出一种动态的美感。从原子结构到银河系,圆周运动充斥着宇宙的各个角落构成了我们的世界。一如相互啮合、永不停歇的齿轮般静谧而永恒,这或许是刻在人类基因中的美学,摩天轮赋予了人们无限的遐想,时代的更迭、人生的起伏、归于平淡的感情,一起一落之间述尽人间沧桑,也许这就是摩天轮如此吸引人的原因吧。