水城威尼斯的工程學

葛一峰

威尼斯氣勢恢宏的圣馬可廣場。

位于意大利東北部的水城威尼斯由118個小島組成，小島與小島之間被大小運河分割，并被橫跨運河的一座座橋相連。威尼斯被譽為亞得里亞海的明珠，是世界上最浪漫的城市之一，法國軍事家拿破侖曾贊美威尼斯的圣馬克廣場是世界上最美麗的廣場。

威尼斯的大部分城區位于沼澤或澙湖（海灣因沙洲封閉而形成的湖泊）之上，僅有8%的城區是小島。作為一座有上千年歷史的古城，今天的威尼斯依然保存著許多羅馬時期的古老建筑，它們堪稱建筑史上的奇跡。古羅馬人是如何建成這座水城的？今天的工程師和施工者又怎樣維護它？

用木材抬高地基

威尼斯的故事始于公元5世紀。西羅馬帝國隕落后，北方的游牧部落入侵羅馬。不堪游牧部落侵擾的內陸羅馬人遷入沿海漁村（如今的威尼斯所在地）生活，并在露出地面的島上建立居所。作為羅馬人抵御游牧部落掠奪的天然屏障，沼澤和澙湖在阻擋游牧鐵蹄的同時，也奠定了威尼斯在以后走向繁榮的基礎。

雖然那些用于藏身的居所一開始只是臨時搭建的，條件十分簡陋，但是羅馬人還是逐漸適應了這種居所。在潮汐影響下，這片沼澤地經常洪水泛濫。羅馬人因地制宜，對建筑做了一些改進。例如，他們把地基抬高，讓房屋的修建平面高出水面許多，這樣即便在漲潮時海水也不會淹沒房屋地面。

為了抬高建筑物的地基，他們從遠處森林里運來結實的原木制作成長木樁，在這些木樁的頂部建造木質和大理石平臺，并在平臺上修建房屋。高高的地基木樁通常是由結實的榿木（也稱赤楊）制作。威尼斯的建筑工人用大錘或其他重物將木樁打進水底的黏土層中。

要形成有足夠承載力的建筑平臺，需要耗費大量木材。據文獻記載，建造威尼斯的安康圣母教堂用了超過100萬根木樁，每根長4米。這些木樁密密麻麻排列在一起，深深扎在黏土層中。安康圣母教堂的建造過程共用時26個月，其中大部分時間被用于修建地基。

圍堰可以幫助工人干運河中的水，并對建筑地基進行修繕，或疏浚運河。

木材為何不腐？

木材遠不如石材和金屬材料耐用，因此使用木材作為建筑物的支撐結構聽起來不可思議。更讓人不解的是，長時間浸泡在海水中的木材為何不會腐爛？威尼斯的建筑經久不腐的秘密其實就藏在水中。導致木材腐爛的主要原因是真菌等微生物。微生物活動需要氧氣，而威尼斯城的木質地基深埋在淤泥中，其中的缺氧環境可以有效抑制微生物活動，從而阻止木樁被微生物腐蝕。同時，隨著時間推移，淤泥和海水中的礦物質不斷滲入木樁的細胞中，使木樁逐漸變成一種如巖石般堅硬的材料。今天威尼斯的不少建筑仍然使用木樁作為建筑地基，其可靠性可見一斑。

然而，將建筑物抬升到海面上只是威尼斯建設工程的—部分。另外—部分則是引導澙湖的水，使之合理分流，成為貫穿威尼斯的運河，讓威尼斯的水上交通可以運轉起來。威尼斯的大小運河總長42千米，其間設有多個圍堰。每個圍堰都是一個可活動的“路障”，可以阻擋并引導澙湖的水流。在抽水泵等現代疏浚設備的幫助下，今天的施工者可以輕易地排空某段河道，開展加固、修復或改造運河等工作。

面臨海平面升高的危機

時至今日，曾經保護威尼斯不受外敵侵襲的澙湖成了這座城市存在下去的最大威脅。今天威尼斯城的街道每年大約有200天泡在水里，而在17世紀初這一數字只有7天。每年11月到次年2月，持續降雨使澙湖地區的海水在漲潮時發生倒灌，漫入城市街道，游客只能踮起腳尖參觀那些著名的景點。

2019年11月，威尼斯遭遇了53年來最嚴重的被淹事件，市中心的圣馬克廣場和圣馬克大教堂被淹沒深度超過1米。在1200多年中，如此嚴重的被淹事件在威尼斯總共只發生過6次，其中4次發生于近20年。海水嚴重破壞了博物館、紀念碑和居民住宅，也讓底層商戶蒙受巨大損失。

對威尼斯當地人來說，城市被水淹變得越來越頻繁。一般來說，強風、風暴潮以及強降雨是引起水位異常高的主要原因。雖然威尼斯政府建立了多套預警系統來減少損失，但氣候變化引起的海平面上升導致高水位現象越來越頻發，給整座城市的未來敲響了警鐘。

為了避免美麗的威尼斯城被水淹沒而遭到破壞，人們提出了不少解決方案。其中最著名的便是2（303年啟動的“摩西”工程，包括新建79道可移動水閘。當潮水超過高水位線1米時，這些閘門就會啟動，將澙湖與亞得里亞海隔開，從而避免潮水入侵。

2020年7月。威尼斯人對摩西工程進行了首次測試，防潮水效果令人滿意。但是，也有很多人對水閘帶來的負面影響（比如城內污水難以排出，藻類在河道中滋生，影響水質）提出抗議。這些水閘的利弊，或許只有在幾十年后才能知曉。

統計數據顯示，威尼斯自1727年至今共下沉67厘米。下沉原因不是上述建筑方案的問題——硬化的木樁依然牢牢扎在淤泥中。下沉的真正原因是海平面升高和一些人為因素。例如，企業過度開采地下水資源，造成地下巖層塌陷。

鑒于以上原因和未來的氣候問題，一些悲觀者認為。威尼斯注定有沉入海底的一天。或許，這座迷人的城市終將如傳說中的亞特蘭蒂斯一樣，成為一片海中遺跡。

陽止潮水入侵威尼斯的“摩西”工程（示意圖）。

近年來，威尼斯每年被淹的次數逐年增加。