[原创] 罗马的城市文明

老木匠

不尽清泉滚滚来——古罗马输水道

老木匠 发表于 2007-10-4 20:56:00

过去为一个出版社写过一点影响人类的重大发明——后来没有出版，退稿了事。不过自己觉得写的那些还是蛮有意思，只是可惜稿子已经找不到了。 记得有一个题目是“不尽清泉滚滚来”，介绍自来水（城市供水系统）系统的发明。 利用水位高度差实现向城市自流供水，是罗马人的发明。 和一切古代城市一样，罗马人原来只是从台伯河取水。传说公元前330年前后罗马发生瘟疫，死亡甚众，罗马人只得去向医神阿斯克勒皮厄斯祈祷求签，得到的神谕却是要求罗马人从此应该喝泉水。罗马附近的山泉离罗马有几十公里，可罗马人却真的设法开建引水的水道。 从公元前312～公元226年的500余年中，罗马城先后修建了11条大型输水道。而且遍布西欧、北非、西亚的罗马移民城市也都按照这个原则，建立城市供水系统。 这些供水系统尽可能利用山区的泉水水源，然后使用1%左右坡度的复杂的渠道系统将水引到城区。如罗马在公元前144年建成的梅西亚输水道长达62km。一般2-3万人左右的城市总需要一条以上的输水道，比如法国南部的内毛萨斯（尼姆）5万人口，居然有5条、总长度100多公里的输水道，其中包括了著名的跨越加德河谷的大渡槽。 虽然现在存留于地面的大大小小的石建渡槽使人印象深刻，可是实际上更多的输水道在越过沟坎时尽可能采用U形倒虹吸管的办法，使用直径10厘米左右铅管排成几排，埋入预开的沟槽，将水从山谷的这一端送到另一端。 输水道的建设是标准化的，在水量大的地方，一般都是砖砌或石砌渠道，一般宽0.3～1.5m，高0.6～3.0m，每隔75m左右设有通风口和检查孔。渠顶有圆弧形盖板，以防渠水受到污染，并方便检修工人在渠道中作业。渠道都经过防水处理，据说是使用无花果及石灰、猪油调制成的防水涂料，可以很好的预防渗漏。 输水道进入城市后以高架保持水位，在适当的地方进行分流。一部分流入富人的住宅，一部分流入公共浴室，一部分流入公共喷泉，给公众取水。有自动设施保证公众供水。为了保证供水和防止污染，城市内的供水往往也是采用地下铅管输水。 罗马人没有发明水龙头，这个供水系统是开放式的，因此必须要有同样强大的排水系统。这一般都采用砖石拱券的地下排水道来解决。 2000多年前为了解决城市用水，居然要采取如此浩大的工程，可以想见社会经济发展的水平。同时，这样的输水系统是很容易从外部切断的——这是战乱的中世纪时期全部废弃的主要原因，显现出在罗马帝国强盛的那几百年里，整个“罗马的和平”的威力。 最著名的加德渡槽： 罗马城的水道复原图（红色高架） 按照水位分流设施示意图

何萍

示意图都看不到，只有独角兽网的图标。

老木匠

过去在和网友讨论时陆续写过一点这方面的帖子，再凑起来给大家玩玩。

需要说明一下。罗马的地下铅管输水系统并非是罗马人广泛患上铅中毒的主要因素。泉水是硬水，丰富的钙离子很快会和铅结合形成水垢，反而给铅管布上了防护系统。

罗马人的铅中毒来源于他们的饮食习惯。他们喜欢吃甜酸咪咪的东西。和中国菜肴最大的不同点，就是他们喜欢在菜肴里放入大量的水果。结果就是他们烹制食品的青铜大锅里的铅，不断被溶解进入到他们的美食中。所有越是有钱人，越是铅中毒。

自觉的梦游人

铅中毒是罗马的富贵病。

自觉的梦游人

2# 何萍
俺代劳了，何萍MM应该能看到了。

老木匠

谢谢老梦！

太感谢啦！

老木匠

欧洲古代砖石建筑的背后

老木匠 发表于 2007-6-27 0:06:00

在欧洲旅游，印象最深刻的就是大量的古建筑，都历经了成千上百年的风雨灾难，仍然屹立不倒，几乎每个城市都有几百年前建造的大教堂、城堡、市场、会所、宫殿------。而在希腊与意大利，更有2000年前建的大斗兽场、剧院、浴场、神庙。相比之下，中国目前仍然在地面上屹立的古建筑，一般都是明清时代的（所谓现存的明朝建筑绝大多数都是在清朝翻建的），能够追溯到800年前的宋代的古建筑屈指可数。 这种差别最重要的原因就是中国古代的建筑都是木结构的，木构建筑寿命短，容易因为火灾而毁坏。而欧洲古建筑保留下来的都是砖石建筑。 人类文明没有高级低级之分，都是人类适应环境发挥智力创造的产物。不过作为文明组成部分之一的技术有复杂和简单之分。 比如从建筑技术来说，全世界的古代文明都很早就开始使用石头来建造他们心目中需要永垂不朽的建筑物，以后发明了制砖技术，砖石并用的建筑物往往屹立几千年。 砖石是只能承受压力的材料，因此用砖石堆建金字塔、或者是建造地下墓穴还是相对简单的技术。可是用砖石来营造大跨度的室内空间就是非常复杂的技术。 人们能够活动、并且能够在其中遮风挡雨的建筑物，包括住宅及市场、庙宇、会场、浴场等等公共建筑物，需要有能够采光、通风的空间，而开出空间，就会降低砖石建筑的稳定性。因此人类开始时都是使用木材来营建人们能够在其中遮风挡雨的建筑，木材本身具有承受拉力性质，营建大跨度室内空间的技术就相对要简单得多。即使是建造了金字塔的古埃及人，在营建巨大的神庙建筑时，仍然采用了木结构的屋架，只是使用了石柱来支撑屋架。后来希腊人建造的大量的神庙建筑，保留到今天的也只是石柱，石柱上的屋顶很早以前就消失了。 全世界的古代文明只有古罗马人解决了这个技术难题。罗马人大规模运用砖石拱券技术来营建大跨度的室内空间，用砖石墙来承载也是用砖石砌成半圆形的拱券，从而形成空间，大概是从公元前2世纪时开始的。到了公元纪元开始的时代，已经熟练的运用筒券交叉办法来建造公共建筑（最惯用的是用三个横向筒券与一个纵向筒券交叉，称为“巴西利卡”的厅堂），这样可以在保持建筑稳定性的同时解决采光问题。不过当时的穹顶建筑，比如万神庙，就要依靠顶上开个大圆孔来解决采光问题——同时也就带来了漏雨的问题。一直到了公元2世纪的时候，罗马的工匠又发明了用两个相互交叉的筒券来支撑位于中心的穹顶、并且在穹顶下方开设一圈窗户的办法，真正使砖石建筑得以摆脱连绵而严实的墙面。最典型的就是君士坦丁堡的圣索菲亚大教堂。 中国掌握筒券交叉办法来建造公共建筑这项技术是在1000多年以后，最典型的是南京的明朝初年建造的无梁殿。 而在这时，西欧的砖石拱券技术已经发展到N个尖拱交叉、使压力传递到柱子上去，来保持建筑室内的畅通，最典型的是哥特式教堂还熟练使用“飞扶垛”将穹顶的压力传递到外侧，大大减少承重的墙壁面积，可以安装玻璃来保证室内的采光。 砖石建筑在建造过程中需要大量的临时木结构支撑，建完后需要全部拆除——想象一下就知道，仅仅这个临时性的支撑装置，其复杂程度远远超过普通的木结构建筑。 砖石材料的加工需要耗费大量的社会劳动力，开采或烧制，运输。同时兴建这些建筑同样需要大量的木料。这些材料在西欧主要是通过商业途径来获得，而不是通过政治权力掠夺征发。这样就需要有大规模的商业交换，需要有经济核算，需要有复杂的社会分工，需要有不依赖于政治权力的社会商业组织。 复杂的技术后面是复杂的、多样化的社会。 ————这是有一次在网络上与网友讨论中西文化差别时随意写的，欧洲旅游回来后觉得还有点意思，拿过来独立成一贴，敝帚自珍。 建造砖石拱券建筑需要大量的木材做模具： 西班牙塞哥维亚的古罗马水道 罗马式教堂的内景，以拱券承重拱券

老木匠

一项了不起的古代发明

老木匠 发表于 2007-8-2 14:53:00

李约瑟在他的《中国科学技术史》巨著的序言部分，用尽了26个字母来描述中国领先于欧洲的发明，而只用了a\b\c\d四个字母来记载欧洲领先于中国的发明。 这4个字母里的第一个，a，就是螺丝/螺杆，欧洲领先中国至少两千年。 不仅是中国落后于这项发明（实际上这项技术完全是欧洲输入的），地球任何一个其他地方的古代文明，也都没有能够独立的发明出这项技术。 这项技术不仅提供了一种可以重复进行的紧固/联接件，而且欧洲人很早就发展出它的原理，即可以把直线运动转变圆周运动，或者反过来将圆周运动转变为直线运动，推广运用到众多的技术领域：比如螺旋泵，比如压榨机，比如抽气机，直到后来的螺旋桨。甚至是一些害人的手段，比如用螺杆收紧的脑箍（刑具）、螺杆收紧的绞索、或钳压手指或其他肢体的刑具。 另外，到了需要大量制造螺杆的时候，就需要有专门机械，车床本身也是部分利用螺杆原理的，它的出现又导致其他的发明。 如果相信古人都是仿生学大师，那么螺旋很有可能是仔细观察并模仿自然界藤蔓植物的结果。不过任何地方的古代文明都从藤蔓纠缠运动学到了加工纤维的方法，广泛运用于搓绳、纺纱，为什么只有欧洲人更进一步想到了制作螺杆/螺丝？并还推导出原理制造运用到自然界根本就不存在的物件/机械？ 这个问题大概只好设想一下，难以精确考证。 从技术层面来说，这项发明有一个重要的前提，就是需要广泛使用金属作为各类工具及器具，也就是说金属相对便宜并易得。使用木材做螺丝，制造容易，但是强度不够；要做传导力量的螺杆，就不可能了，不但强度不够，磨损很快就影响到效率和精确度。 另外一个前提，是比较间接一点的，就是存在批量生产大宗标准制品的社会需求。没有这样的需求，投资到生产设备上的资本就难以回收，最终抹杀掉这项发明。 古希腊/罗马的螺旋泵 古罗马金币压制机

WIND

老木匠 发表于 2009-9-28 09:45

这个没看懂.

老木匠

在罗马，城市成为真正的“公共空间”，公共的供水、排水系统，公共的浴室，公共运动场，公共的剧场，公共的面包房，公共的住宅——罗马后来大量建造多层公寓供穷人居住，以至于特意立法禁止建造20米以上的高层建筑。人们需要仰仗公共系统才能够生活。

和希腊城邦不同，那里的城邦居民在精神生活上参与公共空间，但在物质生活层面上公共系统并不发达。

和中国古代城市不同，那里最重要的公共设施是防御设施，除了祭社、祭城隍外，公共精神生活也很少。

这样的城市需要一种公共的秩序。罗马法里精密的权利划分就是这样来的。城市的扩张需要土地资源，私人地主阻碍房产的发展，罗马人发明了“地上权”的概念，约束地主权利，扩张房主权利。房屋的雨水需要经过其他人的屋顶，搭建的建筑需要他人的墙壁，法律逐渐发展出排水、架梁等等的权利。

老木匠

9# WIND

当摇转把柄时，螺旋的水管里水位就会上升，把水抽上来。罗马人大量使用螺旋泵来提升葡萄汁，加工葡萄酒。

WIND

11# 老木匠
好像不可以,泵原理中最重要的是真空的理论.

WIND

我知道了,这叫螺杆输送机构,机械装置中一种基本的结构,但是与泵没有关系,也不能提升纯液体.

老木匠

我知道了,这叫螺杆输送机构,机械装置中一种基本的结构,但是与泵没有关系,也不能提升纯液体.
WIND 发表于 2009-9-28 10:54

正是如此，它提升悬浊液体非常有效。

何萍

正是如此，它提升悬浊液体非常有效。
老木匠 发表于 2009-9-28 12:34

老木匠不是工科文凭，怎么也懂得这个？
坦白一下，俺根本看不懂。只是觉得图片蛮好看的。

老木匠

城市生活的一个重要成分就是需要市场交换。马路上种不出庄稼，城里人必须找到能够和农村进行交换的商品，或者自己生产，或者从外面贩卖。同样，也要保证农民有一定的购买力，换言之，城里提供的商品必须能够打败农村居民自己的手工制品。

有一个很好的“麻雀”：油灯。

照明油灯是最简单的制品，农民拿个碗、盛上油，浸上灯芯，一盏灯就成了。制成品油灯必须要能够足够的便宜，才可能有市场。

罗马帝国时期，在意大利南部的撒佛小城（不足2万人），就有一个专门生产油灯的行业。出产的油灯遍及环地中海区域。油灯分成几个等级，但基本结构都是一样的，如同中国的茶壶，壶嘴就是灯芯出头的地方。产品的设计有模块化的雏形，充分考虑到集中垒放捆扎的因素。油灯可以单用，也可以放置在配套的灯环上作为吊灯悬挂。原料是陶土，使用模具成型，适应大批量生产。

WIND

正是如此，它提升悬浊液体非常有效。
老木匠 发表于 2009-9-28 12:34

呵呵.这种机构用在高层建筑的混凝土输送上,但是显然它接近固体而不是接近液体.所以,如果用在葡萄酒酿造上,那种混合体也一定是以固态物为主.

老木匠

哪里，现在的城市废水也是用这个的，只是形状稍有不同

陆东洋西

可谓“图文并茂”。

那个“罗马式教堂的内景，以拱券承重拱券”，是东罗马帝国的？

WIND

哪里，现在的城市废水也是用这个的，只是形状稍有不同
老木匠 发表于 2009-9-28 13:07

这里有两种形式上有共同点但是机理上的边界比较明显的螺杆机构:
一种是:你举的古希腊古罗马时期的阿基米德螺杆机构,这种机构依靠人手动摇动,转速很低,只能在每分钟五十转左右,所以它提升物体依靠的是螺旋形叶片表面与物体的摩擦力.
另一种是:后来出现非人力的蒸汽,内燃机,电力,这时候可以把转速提到远高于这个手动的转速,于是在封闭管道内,螺杆形成足够大的负压,可以用泵的原理去提升液体.
但是,你那幅图的意思,根本就没有利用空气负压的机构.

李大苗

螺齿与管壁的间隙足够小的时候，也就是提升的液量足够大于泄漏事，能够将液体抽到上面来。当然，效率并不高。其提升的原理与中国的人力水车相近，而且都是斜放。

WIND

螺齿与管壁的间隙足够小的时候，也就是提升的液量足够大于泄漏事，能够将液体抽到上面来。当然，效率并不高。其提升的原理与中国的人力水车相近，而且都是斜放。
李大苗 发表于 2009-9-28 14:38

1，那种人力水车绝对只有愚蠢的中国人搞得出来，因为可以强迫等同于牛马的中国人去干活。
2，人力水车的提升原理只相当于用一根绳子拉一桶水，不过这些桶串在一起而已滑行于一个斜坡。但是螺杆提升固体的原理是不一样的。

WIND

3，人力水车的装水的腔体每个必须隔开，但是螺杆容纳物体的空间是一个整体。

吹笛在湖北

好看，待慢慢读。

老木匠

20# WIND

罗马发明的另外一种专门抽水的泵：

老木匠

可谓“图文并茂”。

那个“罗马式教堂的内景，以拱券承重拱券”，是东罗马帝国的？
陆东洋西 发表于 2009-9-28 13:16

是的，相当于中国唐宋。

老木匠

现代城市的一个特征是，拥有大量的非宗教、政治性质的大型公众场所。这也是罗马帝国时代城市建设的特色。

残酷的角斗场，遍布帝国的各个城市。从英格兰岛泰晤士河畔，到北非沙漠边缘，都有角斗场的遗址。最大最著名的当然是罗马的圆形角斗场。这个可以容纳5万人的建筑，奠定了今天体育场的基本格局以及设计理念。几年前站在这个角斗场里，看着这个比我小时候经常去的虹口体育场更大更高的建筑，心情难以名状。

这是它的主体建筑剖面：



它的场地是木板铺就的，上面是厚厚的沙层。地板下是三层地下室，犹如迷宫一般的复杂。

建筑主体都是混凝土+砖石拱券，坚固耐用，屹立至今。

老木匠

更能让人神情安宁的聚集在一起的公共场所，是众多的公共浴室。目前的史料及考古发掘，都没有发现两汉时期的中国有公共浴室，更不要说是可上千人入浴的专门场所。

罗马人喜欢洗澡，喜欢在洗澡时坦诚相见交谈。然而公共浴室是个建筑难题，木构建筑会很快的因潮气而腐朽。浴室还需要有暖气设施，需要有复杂的供/排水系统、供热系统，还需要维持运转的经费。

罗马的混凝土+拱券技术可以防止建筑物因为潮气而破坏。罗马的供/排水系统也使公共浴室成为可能。最大的卡拉卡拉皇帝（大概和中国倒霉的汉献帝同时）建的公共浴室，可以容纳6000人同时沐浴，罗马容纳上千人的公共浴室保留有遗址的就有好几处。



驻扎帝国边境的罗马军营，也都建设有公共浴室

西瓜

古罗马时候就有玻璃窗了？他们可真会享受啊。
记得以前有个玻璃历史的帖子，但貌似中国古代用在建筑的不多，黛玉的窗户也只是纱糊的。

老木匠

城市的公共道路需要有排水系统，需要有雨天也能通行的路面。

罗马的筑路技术和今天的公路一样，先进行的路基的铺设：乱石料铺成路基，上面是小石料，再上面是沙层。路基两边是排水沟渠。然后才是路面：用胶泥固定的石板。这样的路面可以让雨水渗透下去，由排水系统排出，不至于雨水泡烂路面翻浆，保证在雨天罗马军队能够以标准的速度前进。



室内道路也是如此