他的狂妄致使大橋兩次坍塌，88人葬身鋼筋之下

對於每一個職業而言，都有著一件代表專業的物品。

這可以普通如一柄菜刀、一把吉他，也可以珍貴如一枚軍徽、一個獎項。

而對於工程師而言，他們的象徵物則是一枚「世界上最昂貴的戒指」。

這枚樸實無華的戒指便是工程師之戒，又喚作「恥辱之戒」。

之所以被視作「最昂貴」，並不是不鏽鋼的材質之下，有著多少真金白銀。

而是因為這枚戒指的背後，有著一個廣為人知的工程事故：

魁北克大橋兩度坍塌毀損，88人因此喪命，只因負責人對即將發生的危險熟視無睹。

他們其實有著足夠的時間防止大橋坍塌。

但私利、名聲、自大蒙蔽了他們的眼睛，各種細節釀成了這起慘劇。

自此以後，魁北克大橋成了教科書里最臭名昭著的失敗案例。

大橋坍塌後的廢棄鋼材被當地大學買走，做成工程師之戒贈與一批批莘莘學子。

縛於尾指的戒指會在每次工作時，不斷警醒工程師們何為責任。

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1907年8月29日的下午，加拿大聖勞倫斯河上，魁北克大橋正在施工。

按計劃，這座懸臂橋*主跨長達548.6米，堪稱當時最長的橋跨。

此時大橋南北兩端各自完工，就等中間的懸跨完成組裝，一個震撼全球的大橋即將誕生。

*註：懸臂橋的特點是，每段都在中間而非兩端支承。如下圖錨臂與伸出臂以中間支點平衡兩端重量。

時至下午5點半，收工的哨聲適時響起。

工人們放下手頭的工作，三三兩兩有說有笑地從桁架*上向岸邊走去。

突然一聲巨響，南端錨跨處兩根下弦桿突然被壓彎，整個南端的結構都被牽動了。

僅堅持15秒，南端整個完工部分連帶著中間的懸吊跨一同垮了下來，19000噸的鋼材落入河中。

*註：桁架是由直桿組成的三角形框構成，幾何形狀穩定不變的結構體。

隨之墜入河中的還有在橋上工作的86人，最終僅有11人獲救。

儘管沒有完成組裝，但是大橋一舉「震撼全球」的夢想依然實現了。

整件事震撼了工程界，更是驚動了政府，好幾年前埋下的惡果終於重見天日。

在加拿大政府反覆調查研究後，挖掘出背後的故事著實令人唏噓。

早在1850年，加拿大人就想在聖勞倫斯河上修建一座大橋。

但聖勞倫斯河的最窄處都有3.2千米，水深58米，修橋並不是一件容易的事情。

何況這河常年保持14km/h的流速，隨意激起的浪就有3個成年男子的高度。

如果不是為了爭奪加拿大東部主要港口的地位，恐怕修橋的事將遙遙無期。

為了修橋，政府成立了魁北克大橋公司。

公司頗具眼光地請來了西奧多·庫珀，美國最出色的橋樑工程師之一。

將近60歲的庫珀接過助手遞來的聖勞倫斯河及其兩岸的地圖，眼中閃過欣喜的光芒。

同為跨河大橋的英國福斯橋此時正號稱全世界跨度最長，而眼前這個項目無疑能夠輕鬆超過福斯橋。

這彷彿是上天送給庫珀的退休禮物，這必將成為他的最巔峰之作。

魁北克大橋的招標時間設在了1898年9月6日到1899年3月1日。

參與投標的公司絡繹不絕，最終由鳳凰橋樑公司拿下了這次的施工合同。

人們深知鳳凰橋樑公司與魁北克大橋公司的兩位總負責人，有著說不清道不明的關係。

但因為是由庫珀負責審查方案，專家的權威掩蓋了招標的不公平、不透明。

鳳凰橋樑公司的方案是懸臂橋，是以懸臂結構為主的大跨度橋樑。

懸臂結構形如一個天平，錨臂和伸出臂以中間支撐維持平衡。

河兩岸先建好「兩個天平」，再連接上懸跨構成整體，全橋就能維持著巧妙的平衡。

這樣的構型又好又便宜，大橋一開始就肩負著低價高質的期望。

魁北克大橋的主跨初始計劃是487.7m，庫珀基於工程技術考慮，將主跨提升到了548.6m。

這樣橋墩只需設在較淺的水域，可以避免春季浮冰的撞擊，工期也能縮短一年。

並且跨度增加後，就能超過了英國福斯橋的521m，使魁北克大橋成為最長的懸臂樑橋。

不過跨度增加，需要加強鋼材使上部結構更有力，成本自然大大增加。

為了降低成本，庫珀想到一個妙計：將技術規定中鋼材的許可應力*提高。

鋼材實際不需要任何變化，應力提高的理由也只需要基於庫珀的經驗和權威即可。

鳳凰橋樑公司與魁北克大橋公司都接受了這個建議，一方面也是因為不願意花費多餘的錢在實驗研究上。

*註：應力既是鋼材單位面積所承受的作用力，負載導致結構中產生的應力不能超過彈性極限。

10月份工程如期開工，不過庫珀卻因為健康問題沒能到現場。

他只需要在紐約的事務所里坐著喝茶，現場情況都有年輕工程師馬克魯爾向他彙報。

在大橋修建的前三年，他總共只到過現場3次。

1903年，加拿大政府立項修建一條途徑魁北克省的鐵路。

魁北克大橋則成了鐵路駛過聖勞倫斯河的重要通道，政府迫切希望工程能夠提前完成。

加拿大政府的鐵路運河部受命了解建橋工作，還計劃另請一位顧問複審庫珀的技術規定。

庫珀得知這件事後頓時火冒三丈，直接出面與他們交涉，因為他無法接受被另一位顧問騎到頭上去。

當部里得知要審的是庫珀親自操刀的技術規定，頓時態度大轉變，更表示只要是他的手筆必然是準確的。

工程施工的第6年，一位材料監督員向庫珀彙報了大橋所用的鋼料超出了預計量。

這意味著大橋桁架受力大大增加，但因為南部的組裝早已進行了大半，如果要改動只能從頭重新開始。

庫珀細細考慮兩者的影響，最終給出「受力增加大致在7%到10%，能夠承受」的結論。

可隨後，馬克魯爾連續四次發現，南部錨跨的下弦桿拼接時拼接面不吻合。

前幾次都是借用外力強行對齊，但也無法完全對直。

與此同時，隨著伸長臂向河中間越伸越遠，出現嚴重彎曲的鋼材將會就越多。

沒多久，這座橋因為鋼材彎曲變形，彷彿大橋想將手伸向河面。

負責與庫珀聯繫的馬克魯爾急忙寫信向庫珀彙報了情況。

信里寫道，工程方上下都因為眼前的問題憂心忡忡，儘管工期極趕，總工還是為了安全暫時停止了修建。

感到信件溝通不便，又擔心電話通訊內容被他人知曉，馬克魯爾決定飛往紐約與庫珀當面談談。

但他不知道的是，正當他前腳邁出加拿大，一位工程負責人又再度啟動了修建工作。

主觀理由是不希望趕不上工期，對外則是宣稱夢裡夢見大橋毫無意外地完工。

庫珀在事務所招待了馬克魯爾，詳細了解情況後，他們當即給鳳凰橋樑公司發了封電報，要求繼續停工等待。

為了以防萬一，馬克魯爾趕上最近的一班火車回去加拿大。

或許是太匆忙，他竟忘了對庫珀的承諾，沒有電告魁北克方面停止工程。

事後看來，庫珀的決定已經遲了，雖然大橋未必還能挽救，但肯定還能挽救不少生命。

下午3點，鳳凰橋樑公司的工程師才收到了庫珀的電報，卻沒有意識到問題的重要性。

工人仍在大橋上繼續完成中間的懸吊跨的組裝工作，而另一邊馬克魯爾也在5點趕到鳳凰橋樑公司樓下。

風塵僕僕的他與其他工程師開了個會，距離收工只有不足1小時，其他工程師得知庫珀的決定後仍覺得沒必要立刻停工。

就在他們約好次日一早就停工檢查時，一身巨響帶走了75人的生命。

事後，加拿大政府立刻組織了一個委員會進行調查。

調查過程中，委員會的人仍然對庫珀很客氣，專門到紐約與他進行了一場友好的會晤。

此時的庫珀卻顯得心神不寧，他怎麼也不敢想大橋竟會垮塌，更糟的是75人因此失去了生命。

這一次失事後他的職業生涯也徹底得終結了，事故的陰影籠罩他的餘生，直至80歲逝於紐約。

最終調查結果顯示，是因為庫珀高估了鋼材的承受能力，弦桿失穩引起的。

重新計算實際承重增加遠不止7%~10%，而是高達20%。

另外，魁北克橋下弦桿處於美觀考慮，設計成微彎，不僅製造難度更高，同時也降低了屈曲強度*。

*註：屈曲是指細長件在受到壓縮力時，因細長件彎曲變形造成結構實效，屈曲強度則是承受這個壓縮力的能力。

這直接導致了橋樑垮塌問題，但在工程過程中，兩家公司與加拿大鐵路運河部都過分信賴權威，放寬了規定也間接導致了坍塌。

反觀庫珀就顯得有些輕視了造橋工作，不僅很少來現場指導，也拒絕了另請顧問擔負檢查工作。

幾乎每個環節都存在失誤，每個牽涉其中的人本都有機會制止慘劇發生。

加拿大政府不甘心失敗，又在原橋墩上建造第二座魁北克大橋。

這一次的鋼材顯然吸取了上一次垮塌的經驗，只是糾正措施明顯矯枉過正。

新橋的上部結構重量竟是舊橋的兩倍半，受力的部分都顯得丑大黑粗。

過重的結構在合龍時出現了問題，一個支點突然斷裂，其他支點受力倍增頓時全部扭曲變形。

整跨重達5200噸的鋼材就這樣落入水中而損失掉，連帶著13名工作人員的生命。

憑藉人命試錯，第三次重新組裝，克服了連接細節強度不夠的問題，終於成功合龍。

新橋在1917年竣工，這座世界上跨度最大的懸臂橋最終完工。

這次事件促進了大量對壓桿以及組合壓桿的穩定性研究。

因為事故發生也有部分原因是對壓桿的穩定性能了解不夠，從這個角度來說，所有結構工程師都有責任，因為問題始終在這，而出錯的設計者可以是任何人。

在兩次垮塌後的科研工作最終填補了這塊空白。

被打撈起來的廢棄橋樑鋼材，最後被加拿大的工程大學聯合買了下來。

它們將用這些鋼材打造一枚枚鐵制戒指*，一直傳承了下來。

戒指意味著一個工程師的責任和社會心，如今這種模式甚至傳到了美國，成為更多工程師的靈魂。

按規定，戒指必須戴在常用手，這樣才能時刻警醒工程師們直面良心。

*註：不用擔心鐵夠不夠用，因為鐵容易生鏽現在基本是用不鏽鋼，當然對於工程師們來說，始終是認為用著那些廢棄鋼材的。

工程師之戒能被視作最珍貴的戒指，只因背後有著血和淚的教訓。

或許人們也需要一枚戒指，時刻警醒人們不可迷信權威。

*參考資料

Pearson. C., Delatte, N.. Collapse of the Quebec Bridge, 1907 [J]. Perform Constr. Facil., 2006, 20(1):84-91.

葉華文, 陳醉, 曲浩博. 魁北克大橋連續倒塌過程及結構冗餘度分析[J]. 世界橋樑, 2017, 45(01):76-81.

李著, 王景. 西奧多庫珀——魁北克大橋失事記[J]. 工程力學, 1997(04):139-144.