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伦敦的下水道

(2010-11-26 07:57:00)
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巴泽尔杰特

伦敦

波特兰

下水道

水泥

杂谈

分类: 大杂烩

值得指出的是,伦敦的这个被称为“七大工程奇迹”或“外国的十大建筑奇迹”之一的83英里干道、1100英里的街道排水沟和13000英里的较小的排水沟的地下水排水工程的原动力并不是来自西方人的文明。恰恰相反,西方人的文明来自于惨痛的教训。但西方人在惨痛教训之后,确实吸取了教训,于是西方的文明就得到了发扬光大。这里面有许多值得中国人学习的地方。

对于伦敦来说,1854年是一个恐怖之年。那一年,霍乱爆发,造成了上万人的死亡,而这已经是20年之内的第三次了。前任的六个市政府都未能解决日益增长的污水处理问题。这造成了整个市区的上百万居民必须每日面对污水横溢,排水系统损坏,地下水污染和泰晤士河的已经到了威胁生命的污染。考虑到伦敦是当时人口最多的城市之一,而且及其依赖于泰晤士河,政府的不作为造成了不幸的后果。遗憾的是,对数千人的死亡,议会仍然无动于衷,官僚主义和政治障碍使得解决这一危机毫无希望。

直到1858年,夏天异常炎热,泰晤士河的恶臭蔓延到了所有附近的城市,影响包括了议会中的那些认为霍乱来自空气而不是水源的议员们。议员们的阻力终于开始退却。“恶臭”(The Great Stink) 成了伦敦有史以来最大的民事工程的原动力。

在这之后的40年里,都市工作委员会 (metropolitan board of works) 的首席工程师约瑟夫·巴泽尔杰特 (Joseph Bazalgette) 建造了一个能抵御各种难题的新的大型污水排水系统。尽管他得到了议会的全力支持,他自己也做出了杰出的设计,但是在象伦敦这样一个活跃的仍在发展的城市里建造一个新的排水网络仍然是一个技术上和工程上的挑战。

最显著的挑战是在尽量不影响市区的日常生活和活动的条件下挖排污沟。另一个不太显然但同等重要的是为这样一个庞大的项目选择合同的方法和建筑材料。现代的公共项目如加州的渡槽、美国的州际高速公路和中国的三峡大坝都产生了大量的合作和团结的景象。但是在最初的时候,巴泽尔杰特没有那么幸运。

选择合适的建筑材料是一个特别重要的工程决定。对此,巴泽尔杰特毫不轻视。建筑材料必须能承受强有力的来自交通和建筑的压力,还要能抵御长期浸泡在水中所受德腐蚀。传统上,那时候的工程师都是选择一种叫作罗马水泥 (Roman cement) 的材料来建造下水道系统的昂贵的地下砖墙。这是一种普通的廉价材料,早在14世纪就开始使用了。罗马水泥的名字来自于罗马人在建设罗马共和和罗马帝国时的大量使用这种水泥。罗马水泥的“配方”在欧洲黑暗时代 (Dark Ages) 失传,后来在文艺复兴期间才又被重新发现。由于这段历史,巴泽尔杰特选择了放弃用罗马水泥来铺设下水道的砖墙,取而代之的士更新、更强但更贵的波特兰水泥 (硅酸盐水泥,Portland cement)。

波特兰水泥是一个叫作约瑟夫·阿斯卜丁 (Joseph Aspdin) 的英国水泥商人于1824年在自家厨房里发明的。阿斯卜丁在试验中发现,罗马人没有意识到,当第一次加热后,水泥 (即精细的石灰石和黏土) 中的一部分成分 (黏土中的硅) 与石灰石的钙结合,一种在与石头和沙子混合时发生相互的化学作用,形成了更耐用的混凝土。相比之下,罗马水泥不与石沙发生化学反应,因此只是简单地把它们混合在一起。这使得罗马水泥比波特兰水泥要弱。是相对的弱,不是绝对的弱。大量的罗马建筑,包括道路、房屋和海港在两千年后保存至今。

正是阿斯卜丁发现的化学反应使得波特兰水泥能有惊人的持久和强力。这个化学反应还表现出了一个有意思的随着时间的增加和水的渗入而力度增强的特性。比起传统水泥,波特兰水泥在一周后的强度是原来强度的四倍多,五年之后是八倍多。在为象伦敦下水道这样的重要的大型项目选择材料时,很可能对巴泽尔杰特来说选择波特兰水泥是一个再自然不过的决定。但是还有一个问题:在生产过程中,如果工序有一点微小的变化,波特兰水泥都不可靠。

对于普通人来说的微小的或几乎是无关紧要的混合比例、温度变化或碾磨过程,都会使波特兰水泥的强度及相应的可靠性会显著降低。在十九世纪中期,质量控制过程基本上部存在,即使存在的地方也没有统一的步骤,仅仅是依据个人的观点而不是一个客观的尺度。19世纪的质量控制水平意味着,虽然波特兰水泥很好,但是它对于巴泽尔杰特来说仍是一个有风险的选择。为了减少生产波特兰水泥过程中的任何偏差,巴泽尔杰特指定了严格的、客观的、甚至有人说是苛刻的检查程序,以保证所有的波特兰水泥都能承受必须的弹力和强度。他的工程师的称号和项目的成功依靠了这一点。

巴泽尔杰特的伦敦下水道
巴泽尔杰特的伦敦下水道

巴泽尔杰特坚持下面的规则:送到的水泥在建筑工地必须摆放在那里达三个星期以使得水泥适应当地的环境。过了这段时间后,在每十袋水泥中要有一袋中取出样品,样品要立即放入水中,并在里面保留7天。然后,样品被取出并测试其强度。如果有哪个样品不能承受五百英磅的重量(两倍于罗马水泥),整个这一批水泥就会都被拒收。到1865年,仅为南部的下水道,就对70,000吨的水泥进行了超过11,587次试验。巴泽尔杰特的检测方法证明是如此细致深入,以至于负责这项工程的都市工作委员会最终同意了巴泽尔杰特的整个排水系统都用混凝土的要求。这不仅缩短了修筑下水道的时间,而且避免了砌砖过程中的不必要的开销。

巴泽尔杰特的下水道系统建成之后防止了以后的霍乱和伤寒的传播,因此挽救了成百上千人的生命。这个污水系统也使得泰晤士河成了世界上最干净的都市河流,彻底地、永远地改变了河边的伦敦形像。到1872年,户籍总署署长的年度报告表面,伦敦的年死亡率远远低于其它欧洲、美洲和印度城市,以三百三十万人口 (几乎是巴泽尔杰特开始他的工程时的三倍),伦敦是当时最大的城市。这个状况在当时是史无前例的。到1896年,霍乱已经极其少见,以至于户籍总署署长把霍乱划归到“外来疾病”里面去。巴泽尔杰特的污水系统及其当初建筑中使用的水泥仍然在使用着。由于波特兰水泥的强度随时间而增强,伦敦的污水系统很可能会超过罗马的最持久的建筑成就,比如罗马高架渠 (aqueduct) 和万神殿 (the Pantheon)。

巴泽尔杰特的伦敦下水道
巴泽尔杰特的伦敦下水道

注意在以上的故事中,我们只看到了巴泽尔杰特对工程质量的控制。因为它是一本关于软件质量控制的书的序言。其实他的优秀还表现在工程的各个方面。比如,他决定,为了将来,无论计算所得的下水道排水量是多少,都要翻倍。

伦敦人有幸在150年前从一百万人里出了一个巴泽尔杰特。而 中国现在不幸的是在十亿人中没有出现一个 (或者是已经被打压下去了) 中国的巴泽尔杰特。于是中国就只能是建了拆,拆了再建,甚至在建的过程中就倒塌了。在这个循环中,国家有了GDP,领导有了政绩,商人塞满了腰包,物资极 大地浪费,无权者失去了许多 (有些人是失去了一切),小人物成了替罪羊。看看人家的下水道,我们于是知道了,中国与世界真的是隔著一条下水道。问题是,这是一条不可逾越的下水道吗?

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