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设计，人类的本性 工 程设计的创新与其他事物的创新一样，都存在着风险，也很容易出现错误。但这并不是说创新就一定会导致失败。因为总有一些让人印象深刻的工程项目证明这种否定创新的说法是错误的，当今天的工程师想用一种新的材料或结构设计将桥建得更长、将摩天大楼建得更高时，他们都是很认真负责的。他们只是遵循着19世纪建筑师勇于超越前人的传统。维多利亚时期最具风格和创新特色的建筑不是一座桥，也不是一座塔，而是为1851年在伦敦举办“伟大的博览会”（也就是第一届世博会）而建的巨大水晶宫。水晶宫的故事是一个值得反复述说的迷人故事，因为它表明无论一个工程结构多么创新，无论多么遭人反对，事实的结果才是最好的证明。
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约瑟夫·帕克斯顿出生于1801年，是贝德福德郡一个农民的儿子。他年轻时成为了一名园丁，受聘于德文郡公爵，1826年成为公爵在德贝郡的庄园——查特斯沃斯的花园监管人。帕克斯顿渐渐展示出他在结构设计上的天赋，到1840年，他已经建造了一个占地1英亩的温室。这个在查特斯沃斯的大温室被认为是那个时代的一个奇迹，在实践和精神上（如果没有在名声上）帕克斯顿作为设计师的地位已经牢牢地得到了确立，因为邱园（它是英国皇家植物园）中的棕榈温室正是以他的大温室为原型建造的，同时他继续独立设计了许多其他结构体。
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帕克斯顿把从邱园得到的王莲插枝首先栽种在了查特斯沃斯的一个温水池中。1837年这个花种从热带的英属圭亚那被带回了英国，但它在邱园的长势很不好。然而在帕克斯顿的精心照料下，这株植物长出了巨大的叶子，开出了美丽的花朵。帕克斯顿把这种花命名为Victoria regia（即王莲，现在通常称它为Victoria amazonica，因为在帕克斯顿给它取这个名字前，它就已经被命名了），并把一个花蕾献给了女王。
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随着王莲的继续生长，帕克斯顿仿制王莲叶子的纹理为王莲设计建造了一个温房。他曾经把他幼小的女儿放到一片直径5英尺的漂浮的王莲叶上，想看一看这个自然形成的有经脉纹理的结构体的承受能力。这片叶子很容易地就承受了她的重量，不久坐在王莲叶上拍照成了维多利亚时代的一种风尚。帕克斯顿注意到大叶子的这种承受力和坚韧程度要归功于叶子背面纵横交错的筋脉形成的几何图形。在此灵感的基础上他在查特斯沃斯建造了一个长47英尺，宽60英尺（大约3 000平方英尺）的王莲温室，温室的玻璃房顶放置在木梁上，而木梁横在由铁柱支撑的铁梁上。这个轻巧梦幻的建筑最后成了长400英尺，宽1 800英尺（大约75万平方英尺）的水晶宫的设计原型，在第一届官方举办的世界博览会上，在举办场地水晶宫内，展出了10万件来自各个国家的工业技术成果。
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正如19世纪中期商业的迅猛发展使英国能够举办第一届工业技术成果国际展览会一样，科学技术的发展也会为水晶宫的建造作好了准备。英国政府在1845年废除了存在了100年之久的玻璃消费税，消除了经费上的顾虑，得以使大约30万块的玻璃出现在这座建筑上。当时英国每年大约能生产500万吨铸铁和锻铁，是世博会建筑用铁量（4 500吨）的1 000倍。虽然水晶宫的规模庞大，但是人们从英国铁路系统的发展中（这个过程包含了上百座铁桥的建设）获得了工程经验，在材料的强度方面为实现这个大胆的设计提供了必要的知识。（尽管那时桥梁出现故障的频率惊人，皇家专门调查委员会也被委任调查铁作为工程材料的使用状况，但是人们对在一个大型静止结构中使用铁还是有信心的，因为这样的结构不需要承受火车轮与道轨的撞击，也不需要承载负载量越来越高的车辆。）然而，水晶宫作为世博会的举办地却是在最后一刻才决定的。
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一个世界性的展览，应把艺术应用于工业，这个说法是由亨利·科尔首次提出的，他是一位公职人员，同时也是一位艺术的支持者，他那不倦的精力和兴趣推动了维多利亚时期建筑和工业设计的发展。与同时期无法赞同英国工业革命的约翰·拉斯金不同，科尔的观点是把美学和工程学结合起来。他对世博会的观点是他在1847年艺术学会之前所表达的观点的延伸：
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这个国家有很丰富的高雅艺术，同时它的机械工业和发明也无与伦比的丰富。目前尚未做的就是实现两者的结合，让机械技术迎娶高雅艺术。
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阿尔伯特亲王马上就赞同了举办一个伟大博览会的主意，并且认为海德公园是最佳的地点。1850年上半年亲王成为皇家委员会的主席，并开始着手促进这项工程，不久一个建筑委员会就成立了。委员会计划建造一个大概占地16英亩的临时建筑，并且公开宣布招募设计方案。结果委员会发现在245个竞标方案中没有一个是完全符合要求的，于是他们开始从这些设计中挑出他们认为是最好的部分，把这些部分从原设计上拆下来，再组成他们自己的设计。委员会呈报的“骆驼”设计在6月份被刊登在了《伦敦新闻画报》上，并马上受到了《泰晤士报》的批评。
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评论家们把这个结构体描述为“一大堆砖石”，而且他们害怕这些砖石可能永远不会被移走，并对海德公园“造成永久的损害”。事实上委员会设计的这个庞然大物需要垒砌1 500万块砖，还需要建造一个比圣保罗大教堂还要大出许多的直径为200英尺的圆拱顶。建筑的泥浆也不可能及时在展览会开幕前风干，那时离开幕还有不到一年的时间。
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与此同时，世博会本身以及它的建筑地点也在议会中引起了争论。一些排外的人害怕国外竞争对英国商品在国内外的销售造成影响，还有一些人表达了对非商业领域的担心，包括过度拥挤、吵闹、疾病等。其中一个反对最为激烈的人是查尔斯·希索普上校——一位贸易保护主义者，他同时也反对1850年颁布的《公共图书馆法》，原因之一是他“根本不喜欢读书”。他反对展览会地点的最著名理由是因为那需要砍掉一小块榆树林。议会是一个以理服人的地方，但是，上校查尔斯和他支持者的反对还是暂时被压制了，尽管环境影响问题从未真正地消失。
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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：