北京摩天轮面临的挑战 Biggest Wheel
文／李 旻
大飞轮公司的工程师忙得团团转。他们正忙着建造世界上最大的转轮——208米高的北京观光摩天轮，其高度约为上海金茂大厦（高420.5米）的一半。
2000年,作为千禧年庆典的一部分，伦敦市在泰晤士河畔建起了世界上第一座观光摩天轮“伦敦眼”。“伦敦眼”开放后持续旺盛的人气很快平息了建造过程中的激烈争论，而且在世界各地引起了摩天轮热。许多国家相继建起了越来越大的摩天转轮，在中国，也有上海、长沙、南昌、广州、厦门、天津、南京、深圳、青岛等多个城市已经或正在建造观光摩天轮。 2007年11月，全球最高的摩天轮——北京“朝天轮”项目在北京朝阳公园破土动工。这座高度达208米、直径达193米的大转轮，2009年建成后将打破摩天轮的高度和直径记录，成为北京标志性的现代人文景观旅游建筑。 然而，随着观光摩天轮越造越大，工程师们在设计和建造中面临的挑战也越来越多。这里列出的是工程师面临的几个基本挑战。
挑战一 北京朝天轮的使用寿命要求达到50年。它的结构超高、直径超长居世界之首，轮轴长达28米，轴承使用寿命要求达到75万转。因此，工程师们需要事先知道，大转轮是否能够支撑它的负载。考虑到北京朝天轮及其轿箱的总质量达到2800吨（相当于500多头雄性非洲大象的质量），负载中还要加上观光客的体重和大转轮承受的风力，这决不是一件小事情。 因此，对于大转轮上的任何一个零部件，工程师们都要在建造前通过计算决定哪种材料能够胜任。“转轮上的每个部分都要算过。”负责设计北京朝天轮的大飞轮公司的一位设计师亨克·斯塔姆说。只有这项工作完成之后，项目才能继续下去。
挑战二 一种材料具有足够强度并不意味着它就是合适的用材。有的材料对于建造巨大的摩天轮来说太重了，还有些材料则需要的用量太大。压缩质量和风阻也是设计观光摩天轮面临的挑战之一。“增加用料就会增加转轮的质量和迎风面积。”斯塔姆解释说。所以，设计师必须设法用更少的材料建造一个牢固的结构。 设计师采用的一个策略是：用空心管子建造摩天轮的轮缘。“伦敦眼”的轮缘是由一个个小三角形组合成的钢管框架。这样的轮缘既坚固、又轻巧，而且风阻也比实心轮缘小。此后的多个摩天轮也都使用了同样的轻质设计。
挑战三 摩天轮是一个“头大身子小”的庞然大物。要是没有合适的支承，沉重的摩天轮会被自身压沉地下或是倾覆。 为此，工程师利用了两个相反的力——压力和张力。承托转轴的巨大A形支架承载着转轮。A形支架的腿安放在抗压底座上。转轮压在底座上，形成巨大的压力。如果只有单方向的压力，大转轮是不稳定的。为了抵消压力，工程师们在轮轴与地上的另一个底座之间加上斜拉索。这些拉索形成张力，从地面拉住轮轴。两个相反的力——压力和张力互相平衡，这样转轮就稳定了。
……
〖 欲看更精彩文章、图片，请购买科学画报。每月月初出版发行，铜板纸彩色印刷，每本仅售5.00 〗
