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帕克斯顿最初没有参加竞标，他自己的解释是，他认为建筑委员会能够选出一个合适的方案。但是预选方案都让他感到很失望，他想知道现在是否还来得及提交他的设计。虽然他与委员会办公室开始接洽时距离建筑委员会最后公布选定结果只差14天，他还是说服了委员会允许他的方案进行角逐。委员会是在1850年6月11日接到帕克斯顿的设计方案的，就在同一天他离开伦敦去了威尔士西北部的麦奈海峡视察布列坦尼亚桥安装第3根铁管梁（iron tube girder）。在离开伦敦期间他参加的一个会议上，因为心系博览会的建设，他有点心不在焉，也正是在那个会议上，他在一个记事本上完成了这座著名的水晶宫草图。接下来的一周，在铁路工程师皮特·巴罗的帮助下，帕克斯顿决定了圆柱和大梁的尺寸，从而完成了设计。在回伦敦的路上他遇到了罗伯特·斯蒂芬，并给他看了他的设计，这位桥梁工程师对此产生了极大的兴趣。
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起初建筑委员会并不喜欢这个设计方案，但是它逐渐地赢得了支持。当帕克斯顿的方案刊登在7月6号的《伦敦新闻画报》上时，委员会立刻摒弃了他们自己的设计，一致支持帕克斯顿设计的“ferro-vitreous”——玻璃铁架概念。它的优点有：风格简练，建筑速度快，没有内墙并且材料可以重复利用。工程费用低，折余值高的经济优势使这一设计成为了人们最好的选择（的确，这届世博会——实际上不像之后的世界博览会或者国际展览会——取得了很可观的收入，当然部分原因要归功于水晶宫节约又顺利的建设）。
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然而，海德公园中的那一片榆树还是为施工蒙上一个阴影，帕克斯顿在最初的设计中又添加了一个中心耳堂，将90英尺高的榆树围了起来。甚至还未与承建者Messrs. Fox与Henderson有限公司签订一个不能撤销的协议，工程就开始了，直到动工一个月后双方才签署了一个正式的合同。他们最后商定建造和以后拆除建筑的价钱是79 800英磅，建筑材料归承包人所有。水晶宫殿的花费，包括所做的修改，比如耳堂和其他的增加部分，最后一共是20万英镑。算起来是每100英尺的覆盖面积大约花费25英镑，这个价钱甚至在19世纪中期也是很便宜的。
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工人们在8月的时候把建筑用地用木板围了起来，这些围地的木板后来被用来做地板和走廊。工程定于1851年1月竣工，这就意味着必须在20周左右的时间内用大量的铁和玻璃在19英亩的土地上建起展览馆。推平土地，盖地基，铺设铁质排水管，9月26日竖起了第一根圆柱。施工快速地进行着，晚上借助篝火的光继续，据报道，在某个周六的晚上帕克斯顿看着两名工人只用16分钟就竖起了两个柱子和三根梁。第一个巨大的，具有重要意义的，真正用金属和玻璃制造的建筑在仅仅17周内就被建成了。
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数学比例规律的应用帮助简化了水晶宫的建筑过程。帕克斯顿不是根据美学上的“黄金分割”，而是根据展览空间的需要和一项重要的技术限制——在1850年，一块超过4英尺长的玻璃不仅制造起来成本高，而且安装起来也很困难——来决定其建筑长度的基本单位。于是，长度为49英寸的窗格玻璃以一种“山脊与山谷”的缓坡形式被镶嵌在屋顶上，这样不仅看起来美观而且还有助于排水。为了简化建筑过程，工人们安装玻璃时，用手推着装有副轮的手推车沿着“帕克斯顿檐槽”前进。“帕克斯顿檐槽”被安装在屋谷，用来将雨水和冷凝液引到兼做排水管的中空铁质圆柱中。这种檐槽每隔8英尺安装一个，这个长度由两个适当倾斜的玻璃的跨径之和决定。大约是这个距离的3倍，也就是差不多24英尺，是一个铸铁梁的便利长度，支撑铸铁梁的圆柱彼此之间的间隔也是24英尺。因此， 24英尺成为了水晶宫设计图的度量单位。
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宽阔的内部“道路”延伸至整个建筑，“道路”上横跨着48英尺长的锻铁桁架。恢弘的中央大道上的桁架长3个单位，也就是72英尺。拱形的中心耳堂同样也是72英寸宽。这个简单的几何规律无疑造就了建筑高雅的外观，乍看不断重复的玻璃毫无疑问地突出了建筑的现代性。水晶宫南侧外墙上77个24英尺的玻璃足以迷惑几乎所有具有洞察力的观众，使他们无法注意到这样的事实，即中心耳堂根本就不在中心位置，它偏离中心24英尺，建造它的目的是为了容纳查尔斯上校的榆树。
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当一位参观者仰视一条长长的大道时，梁和桁架不同寻常的深度——大约3英尺——增添了水晶宫的魅力，按照帕克斯顿以往的做法，这个美学的特色也一定有其结构用途：桁架和梁与起支撑作用的铁质圆柱的连接不仅在上方，还在它们相对较深的底部，这会大大增强它们抵御风力和其他侧力的能力。就像把有着细细折叠架的打牌用轻便小桌的脆弱和一个陈旧的厨房餐桌——木质侧梁支撑其顶部，侧梁的另一头被牢牢地固定在桌腿上——的坚固相比，这种深梁的结构是具有显著优势的。
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建筑技术和建筑设计一样，也是在不断进步的。比如，工人们用帕克斯顿发明的特殊机器可以用一个木板同时切出几个木窗框条，同时给它们做槽，切斜角。工人们用圆锯把窗框各边切出凹痕和斜角，用于稳固玻璃，再用蒸汽机驱动的旋转螺旋钻打出钉孔。把24英里长的帕克斯顿檐槽计算在内，整个水晶宫殿大约一共用了60万立方英尺的木材。
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把当初一个相对较小的王莲温室扩建成一个宏伟的展览馆是件十分复杂的事，如同自然界一样，在工程学中，较大的设计并不是一定就是一个更好的主意，或者甚至并不是一个好主意。因此，除了担心海德公园会被破坏的环境保护论者，担心公共卫生和疾病的卫生官员，担心火灾、舒适，以及在数百万参观者之中是否会发生犯罪的人外，还有一些人只是简单地认为这个建筑本身就不安全。当普鲁士国王询问在展览会期间访问伦敦的安全问题时，阿尔伯特亲王回了一封带有讽刺意味的信，告诉他要小心谨慎。他列举了所有可怕的预言，并且承认“数学家通过计算预言说水晶宫会在第一场烈风中被吹倒；工程学家预言说走廊会坍塌，并砸到游客”。
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虽然水晶宫的强度和稳固性从一开始就受人质疑，但是它的设计和建筑过程却并未与安全问题妥协。只要哪里的梁和桁架无法提供足够的侧向劲度，细长的斜杆就十字交叉被安装在哪里。这些斜杆被广泛地用于有拱顶的中央耳堂，它们的偏斜模式也打破了这片空间的单调乏味。当工人们到达施工地点时，他们用特制水压机对所有的铸铁梁进行了检测，工人对此建筑的质量监控程度甚至直至今天也少有可以与其相媲美的。他们同样也检测了两三倍长的锻铁梁，但是每种检测一个就可以了，因为就其本质而言，你可以坚定地相信锻铁具有相同的性质，就如同你坚定地相信铸铁一定不同一样。
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然而，在建造过程中批评仍在继续，反对者警告说风或冰雹会使玻璃箱脱落，伦敦夏天的潮湿和闷热也会使它难以忍受。但以上两种情况都没有发生，尽管《笨拙》周刊——通常是支持被命名为水晶宫的这一伟大建筑的——刊登了一副尖刻的插图，讲述了一个在炎热七月的一天呆在一个炎热的玻璃房子中的黄瓜的感受。但是水晶宫经受住了所有的考验，并像人们所希望的那样凉爽（多亏了屋顶上悬挂的帆布以及墙上的活动百叶窗）、干燥（多亏了帕克斯顿檐槽）。但是，厄运的预言者说如果自然的力量无法打倒水晶宫，那么大批的游客会做到。
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按计划大量的走廊能够额外地再提供20万平方英尺的人行道和展览空间，但是在世博会开幕的几个月前，高架人行道的安全性受到了攻击。毕竟在那一期间，几乎每4座铁路桥梁中就会有一座出现故障；当行进的士兵通过吊桥时，吊桥也发生了坍塌。因此水晶宫人行道的安全还有待证实。作为测试，人们用4根铸铁梁在地面上方建造了一段24平方英尺的人行道。检验的方法是看人行道的木板是否倾斜。维多利亚女王和她的随行人员在一次视察中见证了这次安全试验，《伦敦新闻画报》在1851年3月1日对此事进行了报道：
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第一个试验是在这段人行道的地板和相连的入口处放上由300名为承包商工作的工作人员构成的42 000磅的静负荷。
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第二个测试是把这些人聚集到最小的可能空间内，但是在这两次状况中都没有出现明显的偏斜。对静负荷而言是这样的。
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第三个实验是在不同的情况下测试42 000磅的活动荷载对其产生的影响，这些情况包括：让同一组工作人员首先以规律的脚步通过，然后是不规律的步伐通过，最后跑过这段人行道，测试的结果同样令人满意。
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第四个实验是基于博览会向公众开放后，走廊的使用状况而考虑的，因此一般认为这个实验是具有实际意义的最苛刻的一个测试。测试的内容是让重量为42 000磅的人一起跳上跳下一段时间。检测的结果是：间隔中最大的倾斜度也没有超过0.25英尺。
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然后第三个测试又被重复了一次，但是将Messrs. Fox与Henderson有限公司的工作人员换成了工程兵和矿工。最后一项的测试结果和其他结果一样令人满意，见本书插图。
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这段人行道的样品经受住了所有的考验，接着《伦敦新闻画报》希望那些对水晶宫安全问题的担心“现在能够完全从那些到目前为止预测5月1日水晶宫会有成千上万人丧命的人们的脑海中消失了”。
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《笨拙》周刊刊登了坦尼尔以此人行道的成功测试为原型创作的一幅漫画，漫画的人物宣称它是一个自豪的“水晶宫自愿者”。漫画中人行道的样本部分支撑着一个写着“世界”字样的大球，潘趣[1]在球上微笑着。人行道的地板没有显示出任何弯曲，见证这一事件的人群都在微笑着，人们挥舞着双手欢呼胜利，将他们的帽子抛向水晶宫。
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水晶宫不仅在结构元件上独一无二，而且在维护和装修上也同样独具特色。比如，在铺设地板时，板与板之间都留出了一定的空间，灰尘和碎片可以自己掉落或被扫进这些缝隙中，这样就可以保持人行道清洁无染了。原来计划用扫地的机器将灰尘扫入两块木板之间半英寸的空间中的，但由于女性的长裙就能够完成这项工作，所以就没有必要使用这些机器了。只是雇用了一些小男孩爬到地板下面将碎纸收集起来以免这些碎纸积累到一定程度引发大火。
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水晶宫的装饰装修细节都是在欧文·琼斯的指导下完成的，由于他掌握了很多摩尔人的建筑知识，因此他被称为“阿尔罕布拉”琼斯。在给结构部件涂料时，他使用了“色彩的科学”。与他同时代的人并不都赞同他的色彩取得的效果，但是今天人们也很难对此进行评价，因为当时手绘的图案已经褪去很久了。但是，人们通常会用文字来描绘这些颜色。
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浅蓝色是建筑内部垂直金属制品的主打颜色，人们相信这会增加露天场所的感觉。每根大梁的底部都被漆成了鲜红色，对着许多展品的屏风也是这个颜色。模制元件使用的是黄色，突出了蓝色柱子之间的凹槽部分。总之它看上去就像一个引人注目的调色板。对颜色的进一步应用是在室外，屋顶边缘的1 000根旗杆上飘扬着所有参与国家的国旗（这一点是由世博会的组织者之一查尔斯·巴里爵士建议的）。这些国旗用一种最恰当的方式打破了屋顶直线所带来的单调，取得了非常好的效果。
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琼斯作品的另一个值得关注的细节是位于中心耳堂南门入口上方的一个直径为24英尺的电动钟。钟面使用的是耳堂本身的设计，但是小时的排列方式采用的仍是传统的圆形，尽管这可能会毁坏耳堂的形象。时钟上的数字列成半圆形，被安放在了耳堂成辐射状的构件上。电动钟的时针并不是每12小时转动一周，而是被设计成螺旋桨的形状（因此实际上是有两个时针）。时针每24小时旋转一次，在任何一个特定时间，螺旋桨的一个叶片会指示小时。分钟的设计也同样如此。
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如果水晶宫的其他某样东西没有超过这个电动钟的设计，那么它很难让人们记住。就像我们会记住那些注定失败的设计而忘记它身上成功的革新之处一样，我们也只会记得成功设计的种种优点。“他的设计比他所意识到的还要成功”，记者贺拉斯·格里利这样评价约瑟夫·帕克斯顿，水晶宫也超乎所有人的希望达到了预想不到的成功。建筑本身甚至胜过了来此参加展览的成千上万的商业展品。
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1851年5月1日，维多利亚女王在众多外国官员和使节的面前，心怀荣幸地为世博会揭幕。在世博会对外开放的141天里有600多万的人来此参观（周日不对外开放）。最繁忙的一天有10万人来此参观，9万人同时在水晶宫内。走廊没有任何颤抖的迹象，对于水晶宫安全的恐慌也不复存在。在1851年10月15日世博会闭幕之前，维多利亚女王大约光临水晶宫50次，她似乎从未对有条理地花费几个小时参观展览感到厌烦。关于闭幕那天的境况，女王曾在日记中写道
:“想起这么伟大而愉快的时光已经过去，就好像它是在成功和胜利之后的一场梦。”
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