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那福忠,知名電子出版專家、網路作家。
   
  世界之最
 

那福忠 June 20, 2004

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   把小孩放到沙灘上,他會建造一個城堡;給人足夠的錢,他會蓋摩天樓。工程上的巨大,似乎永遠驅動人類的鬥志。美國 Duke 大學歷史與土木工程教授 Henry Petroski 就說,當初埃及人修築金字塔的那股衝動,如今仍在我們血液裡流動。他寫了一本書「人類只知道設計工程」(To Engineer Is Human),說人類自古到今都做同樣的事,唯一的差別在尺碼的大小。

   但新技術永遠可以提高加大尺碼的賭注,義大利宣稱要架一座世界最長的吊橋;杜拜要蓋一棟高過台北 101 幾百尺的摩天樓;美國在賭城拉斯維加斯附近修建核廢料基地,儲存核廢料一萬年;另外有人提議跨大西洋海底快車,從紐約到倫敦只要一小時;也有人想建一個通往太空的天梯,只要坐電梯就能把人跟材料運到太空,誰還用太空梭?這些世界之最的工程,工程師們都認為所遇到的技術問題都能解決,但建與不建,恐怕是錢的問題。下面的幾個世界之最,有的已經進行、有的還在夢想的階段。

杜拜高樓

   在阿拉伯聯合大公國首都杜拜,要修建一座高達約 600 公尺的摩天樓,可以挺住高空一小時 200 公里的強風,造價約在十至二十億美元,全部的詳細數字,包括到底有幾層樓,仍在保密之。但在工程上的幾個高難度技術,則引發大家的討論。高樓怎麼站起來是第一步,因為太高,在頂上樓層(可能是住家或旅館)會起旋風,使得樓的各面壓力不同,如果引起擺動共振,樓就要體解,經電腦模擬,共發現 18 處產生旋風,而且旋轉頻率各不相同,所以加了不少分散風力的設計。(請觀賞藝術家筆下的未來世界第一高樓)

   不用傳統的鋼架作骨幹也是特點,改用加料的水泥建造,水泥裡加燒過的焦煤渣,與微粒矽鹽酸,乾了以後硬度與鋼鐵無異,而且因為水泥有自然龜裂的特性,能吸收風力,減少大樓的擺動。這麼高的樓,在機電的安裝上也得大費周章:一萬伏的高壓電纜要繞在整個大樓裡,連接各處的變壓器;用水也要在多層樓安裝水塔,各用不同的水壓抽水;杜拜有火爐般的高溫,大樓的窗戶必得用特別的防熱玻璃;而電梯也要一分鐘上到頂樓,當然下樓要慢許多來保護耳朵。

義大利跨海吊橋

   西西里島與義大利大陸僅有兩英里之隔,但波濤洶湧、海流險惡,多年來都沒法修建固定通道,1870 年就有人提議挖海底隧道,連接兩地,直到 1971 年,大家才認定:固定連接兩地是國家的利益,但幾經研究,發現附近有 100 個地震帶,而且有四處在海裡,所以沒辦法修建「固定」通道。2002 年,義大利總理宣布修建跨海吊橋,來避免固定的麻煩。這座吊橋長兩英里(約 3.3 公里),用直經 1.4 公尺的鋼索懸吊,鋼索固定在兩岸高 300 公尺的橋墩上,水裡沒有橋墩,增加修建的便利與安全。

   橋長兩英里,較現在最長的日本吊橋多出 60%,橋面有 10 線車道,電腦模擬在 7.1 級地震的時候,橋可以向上擺動 10 公尺,仍不會斷裂。為了減弱海面的強風,橋面是一塊塊拼湊,有如飛機的翅膀,可以移轉風向。橋的造價是 50 億美元,現在還未開工,因為怕使用的人不多,過路費收不回成本。

儲存核廢料 10000 年

   在賭城拉斯維加斯西北 150 公里,有一塊美國政府的地叫 Yucca 山,預計美國核能委員會可能在 2009 年,核准這這塊地作為核廢料的長期儲存場所,如果核准,2010 年就正式開工,然後把核廢料存放進去儲存。美國共有 103 座核電廠,每年製造 3000 公噸核廢料,現在已經累積下來 43000 公噸,都放在臨時儲存的地方,這座儲存場的總容量是 70000 公噸。

   儲存場在地下,建構許多直徑 8 公尺的地道,每隔 80 公尺一個,地道加起來全長約 100 公里。核廢料裝在不�袗�的筒裡,用不會腐蝕的鎳合金密封,透過機器人與自動運輸系統,放到地道的固定位置。美國核能法規定,核廢料必須儲存後 50 年內還能找出來打開,以備不時之需。一個地道存滿了,還要監視 300 年,然後才能永遠封死,儲存 10000 年。為什麼 10000 年?以鈽這個核原料來說,半衰期(放射線能量減半)為 24000 年,如果要拿在手裡不受污染,則要等 24 萬年。這個世界之最要花 580 億美元。(示意圖)

天梯:直達太空的電梯

   儘管大家對太空有興趣,衝出大氣層仍是一件困難而昂貴的事,建一個太空站,材料一點點運送,以現在太空梭來計費,每次升空要花五億美元,載貨的價格每公斤約 12000 美元。所以早就有人想過,為什麼不建一個電梯、把貨物直接運上去就好了?當然問題僅有一個,電梯的支柱僅能在地球端固定,在太空那一端是懸空的,沒有支撐的力量,所以沒有任何一種材料,能舉的那麼高還不被自己的重量壓跨的。美國物理學家 Brad Edwards 對這個題目有興趣,又對奈米碳管(用奈米技術改造的碳質管子、重量很輕卻有六十倍鋼的硬度)技術熟悉,去年獲得 NASA 五十萬美元補助,於是提出「天梯」的構想設計。   作法是先把一大捆奈米碳管放到一顆衛星上,再用火箭把衛星打到三萬公里的高空,然後把碳管鬆綁,一頭往地下丟,同時衛星漸漸爬升到十萬公里,然後對準地面的赤道與地球同步運轉,這時地面上的技術人員,接到天上拋下來的碳管,固定在太平洋裡赤道上一個平台,於是電梯的主幹道完成。下一步就是把一個雷射動力的電車掛到幹道上,可以載重五公噸,自由活動地球與太空十萬公里之間。現在最大問題是碳管的製造還在奈米的階段,微米(一百萬分之一公尺)為單位,別說公尺、公里了。專案所需費用,預估 100 億美元。(應用示意圖)

跨大西洋特快車

   從紐約到倫敦只要一小時,飛機飛不到,坐火車也許可以。兩位從 MIT 退休的教授 Ernst Frankel 與 Frank Davidson,都說技術沒什麼太大的困難,Davidson 早年參加過英倫海峽隧道的設計。用一條橫跨大西洋的管子,管內是以每小時 6000 公里行駛的磁浮車,紐約到倫敦可不是一小時嗎?(這是藝術家筆下的創意圖)   以自然浮動的材料製造管子,約在海面下 50 到 100 公尺,然後用支架固定在海底,免得受海流影響晃動。管內把空氣打出去,減少行車阻力,然後用交換磁波的軌道,把一列帶永久磁極的列車,急速推像前方(永遠使列車前方軌道的磁極與列車相反),這樣就可以加速到每小時 6000 公里。至於路線,較好的地方應是從加拿大入海,因為可以借用格林蘭與冰島的陸地,在陸地上建造總比海裡便宜,不過還是估計每公里要四、五千萬美元。這個案子做與不做,恐怕真的在錢上了,因為估計成本在 880 到 1750 億美元。(解說圖)

   到底為什麼要修建這些世界之最?杜拜真的需要那麼高的樓嗎?Henry Petroski 這位歷史兼土木工程教授替他們回答:不為別的,只是證明他們有能力興建。

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