1907 年魁北克大桥倒塌无疑是建筑行业历史上后果最严重的灾难之一。因为魁北克大桥不仅在施工期间倒塌过一次，后来还倒塌了第二次。魁北克大桥第一次倒塌时，有 75 人丧生。我们来仔细看看这座钢铁巨兽的建造过程。这场灾难如何改变了工程学中对风险、责任和质量保证的处理方式？敬请关注！
魁北克大桥：极限桥梁建造
20 世纪初，加拿大城市魁北克市是重要的贸易枢纽。随着工业化进程，人口迅速增长，很快就清楚：为了跟上这一发展，需要适当的基础设施。
计划是在圣劳伦斯河上修建一条铁路连接线。这样一来，魁北克将能跨区域连接到贸易网络中，货物不再需要渡轮过河运输。要实现这样的连接，就需要建一座桥——但不是普通的桥！
按计划，这座桥将拥有当时世界上最长的跨度之一，并设计为悬臂桁架桥。冒险，但在理论上是可行的。这样一来，魁北克大桥将在桥梁建造中树立新的标准。虽然这项规划使项目处于悬崖边缘，但人们甚至是有意识地接受了这种风险。
毕竟，在土木工程领域，实施大胆的项目并非新鲜事。例如，许多同行曾认为 Eugène Freyssinet 疯了，直到他证明自己的发明——预应力混凝土——能够革新建筑行业。如果对他的故事感兴趣，我们推荐这篇文章： Eugène Freyssinet：预应力混凝土之父 。
魁北克大桥：结构与设计中的错误
那么，计划具体是怎样的呢？选定的体系是一座经典的悬臂桁架桥。这没什么特别之处。两个巨大的悬臂应承载一个中间的悬挂跨。这意味着：上弦杆受压，下弦杆受拉。这是一座经常建造的桥梁，只是没有这么大的规模。
负责这个巨型项目的并非无名之辈。Theodore Cooper 是该时期一位备受尊敬的桥梁工程师。那么魁北克大桥就万无一失了吗？是也不是。因为设计中存在一些关键缺陷。在这样的跨度下，自重会非常大。不仅于此。
魁北克大桥最大的问题之一是规划阶段对设计所做的修改。这个话题在我们博客中已多次讨论。大型项目往往在规划阶段就出现问题。或者因为在施工阶段中期突然又要进行一些修改。
这种情况至今仍然存在，尤其是在德国建筑行业。如果你们对原因感兴趣，想知道为什么大型项目经常以真正的灾难收场，我们推荐这篇文章： 德国的大型建筑项目 。
以魁北克大桥为例，在规划过程中，结构的实际重量显著增加。为了达到并尽可能确保这个跨度，人们不得不想办法。主要问题是细长的压杆。上弦杆在高屈曲荷载下容易发生失效。
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更有甚者，缺乏迭代复核，也就是说：对后续的设计变更未进行重新评估。当时人们可能想：这只是我们时代最大的桥，总会有办法撑住的。它确实撑住了，至少一开始是这样。因为在施工阶段，魁北克大桥的桥梁结构很快就表现出不寻常的变形。
人们注意到了承重结构的挠度不断增大。看到了，也意识到了。但这些警告信号不幸没有正确解读，因此就这么继续建下去了。于是，不幸的事就如预料那样发生了。
1907 年魁北克大桥的第一次倒塌
1907 年 8 月 29 日，挠度变得危险。承重结构突然发生失效，魁北克大桥坍塌。究竟发生了什么，触发点在哪里？我们简要看一下。因为在这一点上，已经可以看出，这并非单一错误造成的。
一切始于局部失稳。南侧悬臂的一根压杆在半完工的魁北克大桥巨大的自重下发生屈曲。荷载随即转移到周围的承重结构上，但后者无法承担这些附加力。结果导致了桥梁的彻底垮塌，一场悲剧性的连锁反应。
在 15 秒内，整座魁北克大桥，当时世界上最长的悬臂桥，轰然坠入圣劳伦斯河中。这场灾难夺去了86 名工人中 75 人的生命。魁北克大桥的倒塌被认为是 20 世纪工程学上最大的灾难，而事故分析揭示了令人震惊的事实。
1907 年魁北克大桥失效：技术原因
如此重要的中心桥跨部分的失效，无法由周围结构承担。在此，关键性的屈曲荷载被大大超过了。而此前没有一个人想过要内置一定的冗余度，即为魁北克大桥制定一个应急计划，以防其在施工期间某一点变得不稳定。
那么责任在谁？在于工程师吗？实际上并非如此，他们中的多人都曾现场报告了变形。然而，领导层要么根本没反应，要么反应非常迟缓。人们寄希望于最终一切都会按预期进行。
为了调查魁北克大桥倒塌的确切原因，成立了一个皇家委员会。该小组的成员包括外部专家，他们检查了魁北克大桥的规划与建造中的错误。他们很快有了发现。
设计变更后，魁北克大桥承重结构的荷载未进行重新计算。这导致了对实际自重及其对桥梁结构影响的错误计算。附加荷载未考虑在内，导致压杆变得不稳定。出现的屈曲效应也未考虑，尽管当时土木工程领域已认识到其重要性。
另一个重点是缺乏冗余度，这一点我们已简要提到。一个元件的失效直接导致了整体垮塌。这样的情形当然不允许在一个大型建设项目中发生。然而，导致魁北克大桥失效的不仅仅是技术因素。
魁北克大桥倒塌：人为错误
魁北克大桥建造的一个根本问题是整个项目的组织不力。单一权威做出所有决策。一切都必须经过 Theodore Cooper 批准，而他主要依赖自己的专业知识和显然不足的直觉。
事实证明，整个工地是一场组织上的灾难。沟通不畅，比比皆是。最终，在魁北克大桥工作的不同工程师曾发出数次警告，但回应寥寥无几甚至完全没有。一次独立审查或就最终计算寻求第二意见也未被考虑。
那么，问题只是出在上层吗？不完全是。因为上层的决定几乎没有受到质疑，所有关于承重结构问题的迹象，最终都被解读为符合现有图景。人们可以说是编造了自己的现实。因为团队承受的巨大时间压力，以及魁北克大桥项目的高期望值，最终导致了进度被置于安全之上。结果是：一堆令人伤心的钢梁和许多不必要的牺牲者。
魁北克大桥：1916 年的第二次倒塌
这场灾难后情况如何发展？该国坚持在圣劳伦斯河上建桥。魁北克大桥的设计得以调整，计算结果得以复核。规划完成后，魁北克大桥的建设继续进行。它应具有相同的跨度，但结构有所变更。
悬臂中的曲弦改为直弦，而作为项目核心的悬挂跨，比之前略微缩短。总的来说，新的桥梁结构比以前明显更庞大。而安装过程则按照同样的方式进行。在新任总工程师 Ralph Modjeski 的持续监督下，再次采用悬臂拼装法在河面上方建造悬臂。这次没有问题。
1916 年，时刻终于到来。悬挂跨已在岸边预拼装好，在那里等待起用。三艘驳船，即无自身动力的浮动货物容器，被用来将它运至桥址。然后，这个重达 5000 吨的悬挂跨将通过多次提升操作就位。
在此过程中，1916 年 9 月 11 日发生了一场新的不幸事故。桥梁，至少是其中一部分，再次坠入水中。当时，魁北克大桥的竣工已近在咫尺。团队在可能是整个安装过程最困难的环节失败了。当桁架被移入两个悬臂之间就位时，突然坠入河中。这次事故造成 13 人死亡。
后来对事故的调查表明，一个支座部件在提升过程中设计和安放都没有做到最佳。提升过程中的固定 不足。时至今日，悬挂跨的残骸 仍躺在约 60 米深的河床上。那座桥呢？
魁北克大桥的竣工
调查结束后，大桥的施工 继续进行。建造了一个新悬挂跨，这次安排了更充裕的时间进行安装。四天后，一切就位。1919 年，第一次世界大战结束后，魁北克大桥举行了落成典礼。
整个项目表明，如此大型的建设项目会带来特殊挑战，无论如何都不能忽视。特别是在施工过程中，安全不是可选项，而是重中之重。临时施工状态的复杂性常常被低估。
当一座建筑尚未完全建成时，它往往比最终状态更为复杂。在施工阶段，此类风险常常被轻率对待。许多情况下能侥幸成功，但在其他情况下，则会像魁北克大桥那样，付出生命代价。
总结：魁北克大桥倒塌
土木工程学不断发展，并从错误中学习，无论那些错误多么悲惨。魁北克大桥的倒塌至今仍留有痕迹。我们为你们总结出七条从这场不幸事故中可以汲取、用于今日建筑行业的教训。
- 第一条：安全裕度不是可选项，必须主动规划以应对不确定性
- 第二条：以独立审查为标准，在复杂项目中，第三或第四方意见对建筑工程和团队而言是救命的
- 第三条：持续监测测量数据并引入预警系统
- 第四条：考虑所有荷载工况，尤其是施工阶段
- 第五条：建设性的相互沟通，不分级别高低
- 第六条：责任超越业主，为公众而建造
- 第七条：安全优先于时间压力和利润
魁北克大桥的案例至今仍用于新土木工程师的培训。毕竟，魁北克大桥的倒塌不是一个简单的计算错误，而是一场多层面的失效。它清楚地表明，技术可行性不足以创造出不朽的建筑。组织和沟通在如此庞大的项目中必须协调一致，否则不仅结构受损，最坏的情况下，人员也会受到伤害。
另一个经历过重大问题的超大项目是所谓的世界第八大奇迹：巴拿马运河。这里，错误的观念、膨胀的自我和人类的贪婪交织在一起。如果对此话题感兴趣，欢迎阅读文章： 巴拿马运河：第八大奇迹及其血腥代价 。