埃菲尔铁塔 | 初代网红建筑的丑陋与真实

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在普法战争以前，法国是欧洲大陆上公认的头号霸主，前有太阳王路易十四时代的“一国战两洲”，后有拿破仑时代的扫荡天下，对外奉行的一直都是强权政治。

1870年7月法兰西帝国“怀着轻松愉快心情”对普鲁士宣战，本以为稳操胜券，结果9月法国皇帝拿破仑三世被俘虏，第二年1月法国正式投降，割让矿产资源丰富的北方六省，背负上了52亿金马克的战争赔款(约合白银12亿两)。

这场国运之战，普鲁士仅以9000人的战损，换来了法国12.4万的伤亡，昔日的江湖老大哥被新兴小弟摁在地上爆锤，法兰西的民族自信点滑落到历史低点。

 

十多年以后，战败的法国逐渐走出了战败的阴霾，国力快速恢复，1884年法国政府决定在五年之后的1889年召开世界博览会，明面上是为了纪念法国大革命胜利100周年，实则是为了向世界再次显示自己的实力，提升自信心。

在这次世博会中，法国政府计划建造一座300米的高塔作为本次世博会的重头戏。但300米的高塔真的有那么简单吗？

为此还提出了两点要求：说白了从计划阶段，法国政府就把300米高塔定义成为一个临时性能赚钱的网红建筑，一个想重新当世界第一的面子工程。

 

要知道之前世界上最高的建筑一直在150米左右徘徊，而且超高层建筑需要海量的人力物力和大量漫长的时间：奴隶时代的146.5米的胡夫金字塔举全国之力耗费30年的时间建造完成；封建时代157.3米的科隆大教堂几经辗转前后耗时600多年；工业时代比埃菲尔铁塔早几年完工的的华盛顿纪念碑高169米，成为当时世界上最高的建筑，工期37年。

 

▲胡夫金字塔    

   

而此时的法国刚从战败的泥潭里面挣扎而出，没钱没时间就算了，对300米高塔还有额外的两个要求。第一，高塔要能够吸引人买票参观；第二，世博会后能够比较轻易的拆除。

第一个要求很好理解，政府没钱，要是能通过高塔来赚点钱，那是最好不过了。第二个要求呢，是因为距离世博会只有短短五年的时间了，高塔又是史无前例的300米，没人敢保证它的工程质量，所以世博会一结束便赶紧拆除，避免后顾之忧。

   

所以300米高塔就是一个临时当世界第一的面子工程，且兼具网红建筑的吸引人和赚钱属性，300米的数字也是来源于世界最高建筑的两倍。法国政府倒是拍脑袋决定了，却没有考虑它实际的工程难度。
   

   

     

     

     

▲科隆大教堂，在中世纪建造史上，为了盲目追求高度，很多教堂建成没几年便倒塌了。

     

     

     

▲         1885年世界最高建筑排行榜，华盛顿纪念碑在中间最高的一座，却并不显眼。

   

对于高塔建筑而言，主要受纵向和横向两方面力的影响。纵向上是建筑物本身的重量，底层的基础要负担整个构筑物的重力荷载，比如科隆大教堂仅建造的石材就重40万吨，胡夫金字塔更是重达684万吨。高塔建筑的底层支撑和基础需要非常强大的抗压能力，才能保证不沉降、不坍塌。

高塔建筑横向上的力主要来源于风力荷载。台风天气下，强大的风力会使建筑往一侧倾倒。大家可不要小看这小小的风力，对于高塔建筑而言，风力荷载才是它的终极挑战。首先随着高度的升高，所面临的风力是越来越大的。

 

根据当时的推算，理论上300米巴黎高空的风速可以达到238KM/小时。已经可以相当于我国常规高铁的速度了，这股风力有多大呢？100KM/小时的10级台风就可以摧毁树木了，超过120KM/小时的12级台风直接称为飓风，可以让海浪滔天，而238KM/小时的风速可以相当于满格的17级台风。

阿基米德曾经说过：“给我一个支点，我可以撬起整个地球。”300米的高塔，好比是矗立在地球上的一个巨型杠杆，238KM/小时的风力经过300米巨型杠杆的放大之后的风力荷载便非常恐怖了。

 

对于146.5米的胡夫金字塔而言，是不需要担心重力荷载和风力荷载问题的。因为金字塔的结构很简单粗暴：它就是一个实心的三角体，上面小下面大，虽然承受的重力很大，但底部的受力面积也很宽阔，重力除以受力面积，总的来说金字塔面临的压强并不高，不用担心因为重力荷载过高而产生的沉降和坍塌的风险。

同理，因为金字塔是一个实心的三角体，也根本不用担心风力荷载的问题，它就是一个底层牢固的大石墩子，“任尔东西南北风，我自岿然不动。”但金字塔想再提升高度，只能是一层层的穿马甲，146.5米的高度已经是，不计成本举全国之力的时代绝响了。

 

作为哥特式教堂的典范，157.3米高的科隆大教堂面对重力荷载和风力荷载，给出了较为高明的结构形式。在应对重力荷载上，科隆大教堂采用了拱券作为支撑，极大提高了建筑的抗压能力，另外科隆大教堂用柱子代替墙面作为建筑的骨架，屋顶采用木制等方式，减少自身的重量，缓解压力。

 

科隆大教堂在风力荷载上，用尖拱作为顶部构建，降低了风力的受力面积。然后再用飞扶拱支撑在高塔的侧面，抵消左右的晃动，保证高塔不会倾倒。即使是这样，在超过600年的建造时光里，科隆大教堂依旧坍塌损毁数次。

可以说在传统砖石建筑里面，科隆大教堂在技术层面已经做到了极致。对于这个建筑奇迹，只能感叹于信仰的力量。而这对于法国世博会300米高塔而言，并没有多么大的借鉴意义，如何解决重力和风力荷载的问题，也成为建造300米高塔的工程关键。

 

法国政府在公布修建300米高塔的计划后，很快便收到了超过700份建造方案:有人提议造一个巨大的断头台，象征昔日帝国的结束；有人提议建造一座高耸的洒水装置，在干旱的季节喷洒整个巴黎，还有人提议建造一个太阳柱，用塔顶的光源和镜子反射系统来照亮整个巴黎。

其中支持率最高的是著名建筑师朱尔·布尔代的“太阳柱”方案，值得一提的是，世博园原有的老夏悠宫也出自这位建筑师之手。照亮整个巴黎的“太阳柱”预示着法国重回“太阳王”路易十四时代的荣光，整个建筑采用传统的大理石和花岗岩进行建造，将希腊的柱式和浮雕用作装饰，充满古典审美的韵味。

然而这些方案，还是停留在传统的砖石系统当中，并没有从结构层面给出重力荷载和风力荷载的解决办法。

         

         

▲ 已经无法找到当时的设计稿了，好在可以拿隔壁英国的设计稿作为参考。

在这些浪漫、充满想象力的方案里面有一家的方案显得十分平庸，它来自一家桥梁建造公司，老板就是我们非常熟知的那个人——埃菲尔。这个方案乍一看非常简单，甚至有点丑陋，没啥设计内涵，就像两条铁架子立在空中，跟有着凯旋门、巴黎圣母院这些优美大理石建筑的巴黎是明显格格不入的。

                   

         

         

         

▲             朱尔·布尔代的『太阳柱』方案和 埃菲尔公司的方案

       

埃菲尔面对这些竞争对手的方案，也有着自己的反击。很简单，这么多看似充满创意的方案，其实根本没有在原有的柱式-拱券砖石系统上进行突破，如此纤细的300米砖石高塔，是抗住不住如此巨大的重力和风力荷载的。特别是著名建筑师朱尔·布尔代的“太阳柱”方案，经过埃菲尔的计算，是不可能建起来的。

根据埃菲尔自己阐述，自己的方案，虽说看起起来很简单，但这个外型却是一个经过严密计算后，得出的数学模型。它可以完美的解决高塔建筑的重力荷载和风荷载的问题。之所以选择铁做为主要材料，是因为铁重量轻，抗压抗弯能力强，造价还低，妥妥的理工男思维。

 

现在我们用尽可能直观形式来阐述下，埃菲尔看似简单的两条曲线是怎么完美解决风力荷载和重力荷载的。

先假定高塔的形状是一个最常规的矩形，长度为10，宽度为1，从上往下分为10等份。当顶部受到力量为1的风力时，根据杠杆作用的放大，顶部第一层的受力为1，第二层的受力为2，第三层的受力为3，以此类推我们我们得到一张简单的受力分析。

但其实风力是具有覆盖性的，除了最顶部承受了力量为1的风力之外，矩形底下的九层也都受到了风力的作用。我们不考虑是随着高度越高风力越大的因素，为了方便计算，我们假定矩形每一层吹来的风力都为1。

那最顶上一层受力为1，第二层受力为(2+1)，第三层受力为(3+2+1)……以此类推，我们得到下面这张每一层的受力数据。

我们都有推倒物体的经验，在足够大的水平力作用下，物体会围绕着右下角的点呈顺时针方向倾倒。而这个矩形为什么没有倾倒呢？一方面是因为物体本身具有重量，另一方面是物体左下方的这个点承受住了物体向上的拉力。

对于这个高度为10的矩形来说，前几层的受力非常下小，依靠重力和左边材料的抗拉力，轻而易举的便能抵抗住。但随着矩形越往下受力越大，等超过材料的承受极限之后，物体便会断裂倾倒了。

那有没有什么办法，打破矩形纵向上的杠杆作用呢？方法便是在矩形的横向上也设置一个个杠杆，抵消矩形纵向上的杠杆作用。

我们假设在矩形第四层水平力为10的时候，是左边材料非常安全的一个受力范围，接下来我们用杠杆原理改变力矩的方式让每一层的左边材料的受力都变成10。

这样的话就刚好破除掉了高层建筑风荷载的杠杆作用，我们得到的这一条曲线的形式跟埃菲尔公司提交的方案相差不多，由于高塔自身的重力也会抵消一部分的风力荷载，所以在实际建造中，这一条曲线还可以更挺拔一点。

不仅如此根据美国俄亥俄州肯特州立大学的研究，埃菲尔铁塔在理论上最大的风荷载所产生的倾覆力距是与高塔自身重量产生的力矩相平衡的。也就是说埃菲尔方案的这个几何曲线看似简单，其实已经在最大可能的让风力荷载和重力荷载相互抵消了。

我们现在做高层建筑，有现成的风载规范和每个地方的最大风速记录可以利用，但在当时300米史无前例的高度只能，只能通过设计师不断做实验测算不同形状的物体在空气流体中的实际阻力，这也让埃菲尔公司对风载的研究和测算都走在了时代的前列，之后外形与之相类似的高塔，都被称作埃菲尔效应。

 

歪个楼，在现代超高层建筑的构造中，有了更为巧妙的应对风力荷载的方案。大楼内部会悬挂有一个质量很大的金属球，左方向的风力会导致金属球往右方向摆动，右方向的风力会导致金属球往左方向摆动。风力越大，金属球摆动幅度越大。通过金属球的相反运动，风力便抵消了，整个装置被称作调质阻尼器。

 

在那个建筑师和艺术家还经常混为一谈的年代，埃菲尔公司的这套说法显然是没有办法说服普通民众的。大家都知道，300米高塔是一个没有使用价值的面子工程，要是建一个能代表法国精神的装饰品倒也罢了，一个冰冷的钢铁架子，大多数人是无法接受的。

 

于是埃菲尔公司为了迎合大众的审美，也请其他建筑师对铁塔的外型进行了升级。用石砌台座整饰 塔脚,用罗马建筑标志性的拱结构连接四个塔柱与第一 层平台（这个拱结构不具备实际作用,只作为视觉上的美化）。

每层平台设大型玻璃墙大厅, 顶部采用球 状造型等装饰手法来亮化结构，300米铁塔也就呈现出我们今天所见的基本样貌，然而这些迎合公众的升级，并没有逆转它的口碑。

 

在巴黎文艺界的人看来，300米铁塔是非常野蛮的，不管你想不想见到它，铁塔都以鹤立鸡群的姿态耸立在哪里。通身不加修饰的刚结构，让人们联想到了冷酷、污染、没有丝毫人情味的工厂，哪怕是美国这种利益化的工业化的国家，也是没办法接受一座300高的铁塔的，何况这是在艺术之都巴黎。

 

面对铺天盖地的反对声音，埃菲尔有着自己的撒手锏，他决定走上层路线。埃菲尔向法国政府和巴黎市政府承诺，他会承担铁塔所有建设资金的80％，只要铁塔建成后20年内的收益。（为了筹措高塔的建造资金，埃菲尔也质押了自己的公司，来了一把豪赌）

法国政府一听，简直太开心了，他们也正在为高塔的建设资金发愁呢，铁塔丑点就丑点吧，20年后拆了卖废铁也能赚不少钱。于是埃菲尔靠着自己的撒手锏，顺利与法国政府签订了合约，埃菲尔铁塔的建设工作开始了。

 

 

 

 

 

   

 

从网红建筑的末路

到钢铁直男的爱情圣地

依靠着高效的建造方式，等到埃菲尔铁塔如期耸立在世博会时候，带来的效果是非常成功的。埃菲尔铁塔以将近两倍的高度优势超越华盛顿纪念碑，成为世界上最高的人造构筑物。

在世博会上，人们只需要花费很少的钱就可以乘坐电梯到达铁塔的顶层。再多花点钱就可以在300米的高空饮酒用餐，多一件美事。

 

这时还出现了那个著名的段子，记者在埃菲尔铁塔里见到了当时声称埃菲尔铁塔建造完毕后就永远离开巴黎的作家莫泊桑。

面对记者的诘问，莫泊桑也有着自己的回答，这里大概是整个巴黎唯一看不到埃菲尔铁塔的地方了。细想下来，这句话也没啥错，这里固然是唯一看不到埃菲尔铁塔的地方，但是在这里，你能得到的却是整个巴黎。

依靠着世博会的热度和300米高空的特殊体验，在埃菲尔铁塔开放后的一年，就迎来了200万的客流量，收益达到了建造成本的四分之三，一年多以后，埃菲尔铁塔就开始回本了。

伴随着超高的客流量，不仅给埃菲尔铁塔带来了大量的经济收益，也让铁塔的风评得到了扭转，此时的纪念币、报纸、海报上铺天盖地的都是埃菲尔铁塔的身影。甚至因为名气太大，埃菲尔铁塔一度成为自杀圣地。

但人们对于埃菲尔铁塔的喜爱并没有持续多久，归根到底埃菲尔铁塔本身还是缺乏“意义”的，人们对于他的关注更多是出于对高度新奇体验的好奇，而这种好奇是缺乏持久度的。

随着埃菲尔对铁塔20年使用权限的临近，法国政府已经开始着手准备铁塔的拆除工作了。在政府看来铁塔显示国力的目的已经完成，随着埃菲尔铁塔关注度的降低，铁塔已经很难赚到钱了，加之铁塔容易生锈，有着比较高的保养成本。

当时甚至有个骗子冒充政府人员，把铁塔卖给非金属经销商，连续作案多次，可见在当时公众的心中，拆掉埃菲尔铁塔已经成为一件理所应当的事情。最后还是依靠埃菲尔的游说，铁塔才被当作无线电通讯和广播转播塔保存下来。

埃菲尔铁塔形象真正的扭转发生在第二次世界大战期间。在德军占领巴黎之前，法国人切断了铁塔的电梯，因此包括希特勒在内的一众纳粹军官并有登顶埃菲尔铁塔，只是远远的拍了一张照片。

纳粹将德国国旗悬挂在铁塔的顶端，不料铁塔顶部风太大，把国旗给吹了下来，第二次纳粹又换了一面较小的国旗，但是这次却被法国的抵抗人员偷偷换成了法国国旗，以后法国人一直千方百计的登塔悬挂三色旗。

 

时至今日埃菲尔铁塔一直伫立了上百年，已经跟巴黎和法国融为一体。虽说它仍是一个无用的纪念塔，但是他以一种纯理性的思维，成为现代建筑开端的象征符号，铁塔可能不具备古典建筑的艺术气息，但它却宣扬了现代建筑审美的底层逻辑——美是真实的火花。