科學素養練功房：工程打造酷世界

到山裡蓋水庫
「這裡不錯！山谷的大小剛好，而且還是岩盤，地質穩固。」水利專家在山裡勘查地形，準備蓋水庫。
先前，他們收集了用水地區的雨量資料，也評估了未來七十年的發展，包括會有多少工廠、人口，以及需要多少水。「等一等，為什麼是七十年？」因為水庫的壽命至少是七十年，它必須在設計時就符合需求。這些資料齊全了，就會知道水庫要蓋多大。
蓋水庫是大工程，最好能善用自然地形。山谷凹凹的，兩邊有山，河水從山上流下來，只要築一個擋水牆，就能把河水攔住，留存起來。更重要是雨水，從上游開始，一路延伸到周邊，凡是雨水能匯集的區域，都是集水區，範圍非常大！
經過蓄積、漫淹，漸漸的，山谷成了山裡的大水缸，儲存了好多好多水―這就是水庫的概念。

天然岩盤+工程補強
水庫蓋在山裡，除了善用地形，也因為山裡的水乾淨。還有，要用水時，正好利用「水往低處流」的自然現象，讓水順著山勢，由高往下，輸送到平地。
水庫不只是一道擋水牆，還需要取水塔、溢洪道、淨水池⋯⋯等設施，兩邊的山壁和谷底也要補強。比方說，岩層裡有不穩固的碎石和沙子，必須清除，然後灌上強固的混凝土。
精選岩盤地質，加上工程補強，水庫不但不漏水，更能支撐龐大的水量。山裡的大水缸，是不是很聰明？

直竄天際的摩天大樓
你能想像一棟「像山一樣高」的房子嗎？杜拜的哈里發塔，足足有163層，高度超過 800 公尺，比一座小山還高。從大樓底下往上看，高聳入雲的氣勢，令人震懾。
摩天大樓之所以能夠興建，多虧了「鋼材」這種革命性建材。比起傳統的鐵、石塊或磚，鋼材更加堅固，卻又更輕盈，得以支撐龐然大物，而且不會沉重得上層壓垮下層。
另一個關鍵性發明，則是電梯。想想看， 如果你住在五十樓，出門上下樓只能一步步走樓梯，住摩天大樓宛如住在高山上。這樣的摩天大樓即使再豪華氣派，恐怕也沒有人要住。光有電梯還不夠，電梯的速度、數量和配置也很重要。

紓解人潮有一套
一棟百層的摩天大樓，每天可能有成千上萬人出入。要應付這麼多人上下樓，不可能只有一部電梯。台北101就裝設了44部電梯；美國帝國大廈的電梯則多達 73 部，如此才能紓解人潮。
另外，電梯的停靠也要精算，不能每層樓都停。否則，從一樓搭到一百樓可能得花半小時以上。實際的做法是這樣：電梯分組運作，不同組的電梯停靠不同樓層。當然，電梯升降速度也要加快，例如時速超過 60 公里時，從一樓到九十樓只需 39 秒！

地震和強風
居高臨下的摩天大樓會遇到兩大問題：強風和地震。高處的風勢強勁，讓建築經常處於輕微搖晃的狀態。因此，摩天大樓的窗戶通常都設計成無法開啟，避免強風吹入，把室內的東西吹得亂七八糟。
為了降低強風襲擊大樓的巨大壓力，有些大樓的表面會設計成圓形或弧形，或是在建築中間開一個大洞，讓風能夠輕易通過。
至於「地震」這個摧毀房屋的頭號敵人，摩天大樓也有策略，是採用「以柔克剛」的柔性構造。儘管地震時，建築本身會緩慢而明顯的搖動，但地震的能量會在搖晃過程中被吸收，讓建築物不致因強大的力量而毀壞。

垂直的城市
目前世界最高的摩天大樓，是位於杜拜的哈里發塔，未來應該還會出現更高的。
其實，樓高數十層的摩天大樓已經不是一棟建築，而是一座小型的「垂直城市」。大樓裡面不只有住宅，還規劃了商場、電影院、餐廳、健身房等各種生活所需的設施，甚至還有休閒散步的空中花園，以及直升機停機坪。
未來，摩天大樓可能會成為城市的主流嗎？讓我們拭目以待。

會吸水的海綿城市
一會兒淹水、一會兒缺水，受到地球暖化影響，原本極端的氣候漸漸變成了常態。許多地方要不就是久久不下雨，鬧起旱災，一旦下雨竟是嘩啦嘩啦豪雨成災。城市究竟該如何解決缺水、淹水問題呢？
過去，我們把能夠蓄水的土壤、天然沼澤和水塘，變成不透水的柏油路和建築物。難怪一遇上豪雨，城市容易淹水成災。
「找個地方蓄接雨水吧！」現代化的城市，道路地面要能透水，讓雨水滲進地下留存，就像超大的蓄水池。

吸水、保水的「水銀行」
再看公園、停車場和運動休閒場所，地面刻意設計得微凹，像個淺淺的碗，大雨來時能幫忙蓄水，避免附近淹水。
另外，城市還會規劃水溝、池塘、溼地和人工湖，好讓水有地方可去。河川兩邊的土地也必須設計得寬敞些，使雨水漫流，目的除了避免淹水，更是設法讓雨水在地上停留得久一點，供我們使用，例如拿來澆花、清洗。
這種現代化城市就像海綿一樣，能吸水、保水，如同「水銀行」。國家有了許多水銀行，水資源就會顯得充裕。

哇，沙漠變綠洲！
海綿城市還有另一個好處：調節當地氣候。
夏天站在湖邊，是不是感覺涼爽？這是因為湖水能吸收熱氣，使水蒸發，空氣中因此充滿水汽。如果環境有水，不僅吸收熱氣，水汽聚集時，也容易降雨，當地的水循環是暢通、健康的，環境因此舒適宜人。除了吸水、保水，水的循環再使用也很重要。不管家庭廢水或工業廢水，都可以透過淨化，變成乾淨水，拿來清潔、沖洗，或者引進池塘、溼地，當作生態用水。過去的城市有如「水泥沙漠」，雨水留不住，城市又乾又渴。現在則要創造「海綿綠洲」，讓整個城市有水、有綠意。

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