上週，在與佛羅里達州邁阿密海灘同一片沙洲島嶼上的一個小鎮，一棟12層海濱公寓樓發生致命倒塌事件，這引起了結構工程師和設計師對如何預防未來建築物倒塌的擔憂。
專家表示，在現代結構設計史上，這種計劃外的倒塌事件十分罕見。但工程師和規劃人員都渴望瞭解 6 月 24 日佛羅里達州瑟夫賽德 Champlain Towers South 倒塌事件的原因。迄今為止，已確認 16 人死亡，仍有 140 多人失蹤。尚未出現對這場災難的直接解釋。專家們推測可能是結構損壞以及鋼筋混凝土建築地基或穩定鋼筋的可能腐蝕。
結構工程師的目標是設計能夠承受來自重力和天氣等力和危險的建築。工程師們經常更新設計實踐，通常是為了應對技術的進步或從失敗中獲得的寶貴經驗。然而，美國幾乎所有的建築存量都不是新設計的。例如，Champlain Towers South 建於 1981 年。這些建築物可能面臨設計師們未曾預料到的荷載和其他威脅，包括與氣候變化相關的威脅。
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在救援行動結束以及可能對瑟夫賽德倒塌事件原因進行多項調查之前，結構工程師、領導者和政策制定者可能不得不等待有用的見解，以瞭解如何修改設計和建築規範，以防止未來發生類似的悲劇。
為了更多地瞭解 Champlain Towers South 災難對建築設計師的長期意義，《大眾科學》採訪了結構工程師 本傑明·W·謝弗，他是約翰·霍普金斯大學土木與系統工程學教授，以及 拉爾夫·S·奧康納可持續能源研究所 所長。
[以下是採訪的編輯稿。]
結構工程師對 Champlain Towers South 的倒塌有何反應？
建築物不會經常倒塌，該領域非常重視在發生倒塌事件時進行學習的需求，特別是對於那些並非僅僅是因為我們沒有考慮到某些明顯的、大型的外部誘發事件而發生的倒塌。20世紀70年代末和80年代初發生的倒塌事件，包括 肯珀體育館屋頂倒塌事件 和 凱悅酒店空中走廊倒塌事件，這兩起事件都發生在密蘇里州堪薩斯城，促使該領域質疑其設計流程，並促成了建築施工和我們如何利用計算機結構分析方面的改進。當發生地震時，我們有試圖查明事件真相併隨後改變我們領域的歷史。佛羅里達州最近發生的這次倒塌事件令人不安之處在於，即使是關於哪裡出了問題的早期推測，也沒有為我們提供很多關於我們需要做出哪些不同之處的線索。如果這只是一個腐蝕問題，那麼，天哪，美國存在腐蝕問題的建築物數量就太高了。如果這是一個地基問題，那麼也許我們可以找出更詳細的原因，然後再從那裡開始。在 1981 年完成 Champlain Towers South 設計時，可能有很多不確定性沒有被考慮在內。
建築物立柱、鋼筋或鋼筋混凝土的潛在腐蝕是否有可能受到密切檢查？
百分之百。這是一棟老舊的混凝土建築，暴露在海鹽環境中，聽起來像是發生了很多洪水。過多的腐蝕最終會導致建築物倒塌。但你仍然會想，“為什麼是現在？為什麼是今天？” 腐蝕是一個緩慢而持久的過程。當然，總有一天會發展到無法挽回的地步。但人們會想，“是否還有其他誘發因素？”
救援、恢復和其他後續行動在這個地點可能會有多麼重要？
即使沒有涉及到人類悲劇，僅僅是這些廢墟本身也會成為一個重大的、需要數月才能解決的問題。因此，即使不試圖瞭解倒塌的原因——僅僅是試圖恢復原狀，這都是一個非常複雜的專案。
隨著美國建築存量的持續老化，我們是否可能會看到像瑟夫賽德大樓倒塌事件的數量和嚴重程度有所上升？
我們不能忽視我們的基礎設施，我們需要對其進行投資。專家們已經告訴我們 40 年了。田納西州孟菲斯和阿肯色州之間 40 號州際公路上的一座主要橋樑，在梁中發現巨大裂縫後，不得不於上個月關閉。這些例子將會越來越頻繁地出現。它們並非全部都是我們忽視基礎設施的結果，但其中很多是。氣候變化也無濟於事。我們的基礎設施大部分已經到位並已開發，我們需要繼續投資於該開發。
在某種程度上，我們也處於未知的領域，因為我們看到建築物面臨著我們沒有預料到的需求，無論是氣候變化引起的每年一次的洪水，而我們本以為不會發生洪水，還是更頻繁的更高速的風暴。建築物“居住”在我們居住的環境中。我們根據該環境設計它們。
但是，對於一個以前從未出現過高雪荷載的地區，突然之間，一個冬天，南方出現了一場通常在波士頓才會遇到的暴風雪，你該怎麼辦？我們根據歷史記錄為屋頂設計抗雪能力，但這些罕見事件不再那麼罕見了。我們有 更大的颶風。我們有更長的熱浪。對於我們結構工程師來說，跟上這些不斷變化的需求是一項挑戰。
歸根結底，重力仍然是重力。如今，我們可以在理解建築物上的基本力方面變得更加精確。而且，與過去幾十年相比，我們現在可以更精確地追蹤在某些東西開始失效後會發生什麼。但我們需要對需求有良好的估計。
過去哪些型別的事件和失敗導致了現代建築設計方面的變化？
其中很多都是地震。1994 年的北嶺地震[加利福尼亞州]改變了很多關於我們如何在易發地震的美國地區和世界各地設計建築物的想法。1968 年在[英國]，一位居民的燃氣灶爆炸摧毀了一棟名為 羅南點 的 22 層建築，造成 4 人死亡。該事件標誌著人們越來越關注對建築物倒塌的擔憂。2017 年，倫敦的 格倫費爾大廈火災 蔓延到建築物的外立面，然後蔓延到整棟建築物。這正在對應該允許在外立面設計中使用的材料產生重大影響。這就是為什麼我認為人們對佛羅里達州瑟夫賽德的這次特殊倒塌事件如此感興趣，因為我們還不瞭解它。
像這樣的大型建築物倒塌事件是如何進行調查的？
調查人員將收集原始設計的所有計算和圖紙。然後，他們可以嘗試將這些與最終施工記錄以及沿途可能發生的變化進行比較。然後，他們將評估倒塌時建築物的實際狀況。這可能涉及採集建築物殘骸的樣本並進行測試，以確定倒塌前混凝土和鋼筋的強度。人們對 Champlain Towers South 大樓底部的立柱狀況進行了大量猜測，因此在這種情況下，他們將盡一切努力嘗試瞭解初始狀況，以及腐蝕和退化的程度。然後，調查人員可能會對建築物進行現代計算機模擬，以檢視它在當時的規範下能夠多好地承受施加在其上的需求。但更重要的是，他們將根據當前的規範檢查建築物，以便他們瞭解我們今天期望的<0xC2><0xA0>效能。這將初步瞭解建築物從現代的角度來看，是否有一些意外的或關鍵的設計缺陷導致其接近失效。在那之後，他們將根據他們收集的所有資訊制定情景，以提出他們認為與失效一致的合理情景。然後，他們將嘗試模擬和理解——包括可能進行一些測試——這些情景是否有可能發生。
有些城市是否正朝著類似 金·斯坦利·羅賓遜的《紐約 2140》 中描繪的建築環境發展？這部科幻小說描述了氣候災難後的紐約曼哈頓，居民住在地基經過高度防水處理的摩天大樓中，並在不斷被洪水淹沒的街道網格中乘坐船隻通勤。
他提出的適應水平本質上是，我們可以保留我們所有的建築基礎設施，並透過擴充套件當前用於修復突然暴露於持續鹽水的混凝土的技術，神奇地保護其底部。這可能是不現實的。我們的大部分基礎設施都在地下。變成水下基礎設施的地下基礎設施是無法使用的。人們不會住在沒有電力、自來水和汙水服務的建築物中。
在當今結構工程師的職業生涯中，將會發生大量的建築物和基礎設施改造。至少一些高財富地區將被淹沒，然後遷移，因為他們有資金這樣做。問題是我們將如何處理人口中心大規模遷移的不公平現象，這些人口中心本身已經存在巨大的不公平現象。